RU2093493C1

RU2093493C1 - Composition for protecting lining of heat assembly

Info

Publication number: RU2093493C1
Authority: RU
Inventors: А.Н. Маленьких; В.А. Горбунов; В.Э. Лисай; Ф.К. Тепляков; Ю.А. Зверев
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод"
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1992-03-17
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: composition contains 10-20 wt % boric anhydride or boric acid (calculated as boric anhydride), 40-60 wt % of carbon foam formed in aluminium electrolysis process, 5-15 wt % of flux used in smelting process of aluminium or its alloys, and low melting clay - the balance. Composition enables inserting intermediate plastic layer protecting heat-insulation lining layers in heat assembly against penetration and deleterious action of salt melts which preserves high value of lining resistance. When reflection electric furnace is subject of composition utilization, annual power consumption at one heat assembly is reduced by 219 kW.h. Preservation of lining integrity gives rise to extended life of heat assembly. Production waste utilization reduces cost of lining montage. EFFECT: increased reliability of heat assembly operation and reduced investment and operational cost. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к литейному производству и касается составов, применяемых для защиты теплоизоляционной кладки тепловых агрегатов (плавильно-раздаточных печей, литейных ковшей и т.д.) от воздействия расплавов. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular, to foundry, and relates to compositions used to protect the heat-insulating masonry of thermal units (melting and dispensing furnaces, foundry ladles, etc.) from the effects of melts.

Известен материал магнезитовый порошок, применяемый в качестве засыпки в футеровки ванны плавильных печей (подины и стен до уровня расплава) (см. М. Б. Альтман и др. Плавка и литье легких сплавов. М. Металлургия, 1969, с. 224). Known material is magnesite powder, used as a backfill in the lining of the bathtub of melting furnaces (hearths and walls to the melt level) (see M.B. Altman et al. Melting and casting of light alloys. M. Metallurgy, 1969, p. 224).

Недостатком данного материала является то, что в процессе эксплуатации, например, отражательных печей, расплавленный алюминий или его сплав, поступая через неплотности огнеупорного (облицовочного) слоя, продолжает проникать далее в теплоизоляционную кладку, так как порошковая засыпка не обладает высокими защитными свойствами, что ведет к снижению общего теплового сопротивления футеровки ванны печи, в результате чего снимается тепловой к.п.д. печи. The disadvantage of this material is that during operation, for example, of reflective furnaces, molten aluminum or its alloy, passing through the leaks of the refractory (facing) layer, continues to penetrate further into the insulating masonry, since the powder filling does not have high protective properties, which leads to to reduce the total thermal resistance of the lining of the furnace bath, as a result of which the thermal efficiency is removed ovens.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав для засыпки промежуточного слоя в футеровке подины отражательной печи, включающий компоненты при их следующем соотношении, мас. борный ангидрид (или борная кислота в пересчете на борный ангидрид) 10-20; фтористый натрий 5-15; углеродсодержащий материал каменный уголь 10-20 и легкоплавкая глина -остальное (см. авт. св. N 1236281, кл. F 27 B 3/14, 1986). Closest to the proposed invention is a composition for filling the intermediate layer in the lining of the hearth of a reflective furnace, including components in their next ratio, wt. boric anhydride (or boric acid in terms of boric anhydride) 10-20; sodium fluoride 5-15; the carbon-containing material is coal 10-20 and fusible clay is the rest (see ed. St. N 1236281, class F 27 B 3/14, 1986).

Известный состав обеспечивает получение спеченного слоя между облицовочным слоем и теплоизоляционной кладкой, способного защитить последнюю от проникновения в нее металлического расплава, но не способного предотвратить проникновение расплавленных солей-флюсов, применяемых при плавке алюминия или его сплава. Взаимодействие флюса с теплоизоляционными материалами ведет к разбуханию футеровки и нарушению целостности огнеупорного (облицовочного) слоя, в результате чего процесс проникновения расплавов вглубь футеровки усиливается. Разрушение футеровки ведет к преждевременному отключению печи на капитальный ремонт. Одновременно от пропитки футеровки солями снижается ее общее тепловое сопротивление, что ведет к увеличению потерь тепла, а значит, и повышению расхода энергии. Использование дорогостоящих материалов ведет к повышению стоимости монтажа футеровки теплового агрегата. The known composition provides a sintered layer between the facing layer and the heat-insulating masonry, capable of protecting the latter from the penetration of metal melt into it, but not able to prevent the penetration of molten flux salts used in the melting of aluminum or its alloy. The interaction of the flux with insulating materials leads to a swelling of the lining and a violation of the integrity of the refractory (facing) layer, as a result of which the process of penetration of the melts deep into the lining is enhanced. Destruction of the lining leads to premature shutdown of the furnace for overhaul. At the same time, from the impregnation of the lining with salts, its overall thermal resistance decreases, which leads to an increase in heat loss, and hence an increase in energy consumption. The use of expensive materials leads to an increase in the cost of installing the lining of the thermal unit.

Задачей изобретения является увеличение срока службы теплового агрегата за счет повышения стойкости футеровки от воздействия расплавов, сокращение потерь энергии и снижение стоимости монтажа Футеровки. The objective of the invention is to increase the service life of the thermal unit by increasing the resistance of the lining from the effects of melts, reducing energy losses and reducing the cost of installation of the Lining.

Это достигается тем, что состав для защиты футеровки теплового агрегата, включающий легкоплавкую глину, борный ангидрид или борную кислоту, фторид металла и углеродсодержащий материал, в качестве двух последних компонентов содержит угольную пену, образующуюся при электролизе алюминия, и дополнительно флюс, применяемый при плавке алюминия или его сплава, при следующем соотношении компонентов, мас.)%
Борный ангидрид или борная кислота в пересчете на борный ангидрид 10 - 20
Угольная пена 40 60
Флюс, применяемый при плавке алюминия или его сплава 5 15
Глина легкоплавкая Остальное
Введение в состав для защиты футеровки теплового агрегата в качестве фторида металла и углеродсодержащего материала угольной пены и дополнительно флюса, применяемого при плавке алюминия или его сплава, обеспечивает увеличение срока службы теплового агрегата за счет повышения стойкости футеровки от воздействия расплавов, сокращения потерь энергии и снижение стоимости монтажа футеровки.This is achieved by the fact that the composition for protecting the lining of the thermal unit, including low-melting clay, boric anhydride or boric acid, metal fluoride and carbon-containing material, contains carbon foam formed during the electrolysis of aluminum as the last two components, and additionally a flux used in aluminum smelting or its alloy, in the following ratio of components, wt.)%
Boric anhydride or boric acid in terms of boric anhydride 10 - 20
Carbon foam 40 60
Flux used in the smelting of aluminum or its alloy 5 15
Clay fusible
The introduction to the composition for protecting the lining of the thermal unit as a metal fluoride and carbon-containing material of coal foam and additionally flux used in the melting of aluminum or its alloy provides an increase in the service life of the thermal unit by increasing the resistance of the lining from the effects of melts, reducing energy losses and reducing cost lining installation.

Наличие в составе для защиты футеровки теплового агрегата угольной пены, образующейся при электролизе алюминия и содержащей 20-35 мас. углерода и 65-80 мас. электролита, совместно с флюсом, применяемым при плавке алюминия или его сплава, обеспечивает не только спекание засыпки между облицовочным слоем и теплоизоляционной кладкой, но и сохранение спеченного слоя в пластичном состоянии при рабочих температурах (600-650^oC) за счет снижения температуры начала размягчения состава.The presence in the composition for protecting the lining of the thermal aggregate of coal foam formed during the electrolysis of aluminum and containing 20-35 wt. carbon and 65-80 wt. the electrolyte, together with the flux used in the melting of aluminum or its alloy, provides not only the sintering of the backfill between the facing layer and the insulating masonry, but also the preservation of the sintered layer in a plastic state at operating temperatures (600-650 ^o C) by reducing the temperature of the onset of softening composition.

Используемая угольная пена имеет состав, мас. Used coal foam has a composition, wt.

Углерод 28,5
Глинозем 3,6
Фтористый кальций 2,1
Фтористый магний 3,2
Криолит натриевый Остальное
Электролит, являющийся составной частью угольной пены (65-80% от массы угольной пены), имеет состав, мас.Carbon 28.5
Alumina 3.6
Calcium Fluoride 2.1
Magnesium Fluoride 3.2
Sodium cryolite Else
The electrolyte, which is an integral part of coal foam (65-80% by weight of coal foam), has a composition, wt.

Глинозем 5
Фтористый кальций 3
Фтористый магний 4,5
Криолит натриевый Остальное
В процессе эксплуатации, например, отражательной печи флюс применяемый при плавке алюминия или его сплава, через неплотность в облицовочном слое подступает к промежуточному слою, сформированному из предложенного состава. Благодаря тому, что этот слой при рабочей температуре находится в пластичном состоянии, а состав, в свою очередь, содержит флюс, применяемый при плавке алюминия или его сплава, процесс проникновения флюса резко затормаживается. Флюс растворяется в промежуточном слое, уплотняя последний. Таким образом предотвращается пропитка и взаимодействие теплоизоляционных материалов с флюсовым расплавом, в результате чего сохраняются высокие теплоизоляционные свойства этих материалов и повышается общее тепловое сопротивление футеровки, что ведет к уменьшению потерь тепла агрегатом. Сохранение целостности футеровки способствует увеличению срока службы агрегата, а использование отходов производства (угольной пены, образующейся при электролизе алюминия) позволяет снизить стоимость монтажа футеровки. Вместо легкоплавкой глины может быть использован молотый глиняный кирпич обыкновенный (красный кирпич) или его бой, а также другие алюмосиликатные материалы, имеющие температуру начала размягчения ниже 1350^oC.Alumina 5
Calcium Fluoride 3
Magnesium Fluoride 4.5
Sodium cryolite Else
During operation, for example, of a reflective furnace, the flux used in the melting of aluminum or its alloy, through leaks in the facing layer, approaches the intermediate layer formed from the proposed composition. Due to the fact that this layer at a working temperature is in a plastic state, and the composition, in turn, contains a flux used in the melting of aluminum or its alloy, the process of penetration of the flux is sharply inhibited. The flux dissolves in the intermediate layer, compacting the latter. Thus, the impregnation and interaction of heat-insulating materials with flux melt is prevented, as a result of which the high heat-insulating properties of these materials are preserved and the overall thermal resistance of the lining is increased, which leads to a decrease in heat loss by the unit. Maintaining the integrity of the lining helps to increase the service life of the unit, and the use of production waste (coal foam generated during the electrolysis of aluminum) reduces the cost of installing the lining. Instead of fusible clay can be used ground clay brick ordinary (red brick) or its battle, as well as other aluminosilicate materials having a softening start temperature below 1350 ^o C.

Состав может быть использован также при кладке облицовочного слоя подины теплового агрегата (плавильной печи, литейного ковша и т.д.) с получением самоуплотняющихся швов за счет плотного прилегания пластичного материала к поверхностям кирпичей под собственным весом. The composition can also be used when laying the facing layer of the bottom of the thermal unit (melting furnace, casting ladle, etc.) to obtain self-sealing joints due to the tight fit of the plastic material to the surfaces of the bricks under its own weight.

Выбранные пределы лимитируются следующими факторами:
уменьшение содержания угольной пены менее 40 маc. и увеличение более 60 маc. ведет к увеличению температуры начал размягчения состава, в результате чего промежуточный слой, находясь в твердом состоянии, подвергается пропитке солевым расплавом.The selected limits are limited by the following factors:
less carbon foam less than 40 wt. and an increase of more than 60 wt. leads to an increase in the temperature of the onset of softening of the composition, as a result of which the intermediate layer, being in the solid state, is subjected to impregnation with molten salt.

уменьшение содержания флюса, применяемого при плавке алюминия или его сплава, менее 5 мас. ведет к увеличению температуры начала размягчения состава, а увеличение более 15 мас. целесообразно, ввиду снижения теплового сопротивления футеровки
Для испытания в лабораторных условиях приготавливают смеси, содержащие компоненты в заявленных интервалах (составы 1-3 и 8-10) и за их пределами (составы 4-7 и 11-14). Определяют температуру начала размягчения составов и испытывают их в качество засыпки между облицовочным слоем и теплоизоляционной кладкой, для чего готовят образцы.a decrease in the flux content used in the smelting of aluminum or its alloy, less than 5 wt. leads to an increase in the temperature of the onset of softening of the composition, and an increase of more than 15 wt. advisable, due to the decrease in thermal resistance of the lining
For laboratory testing, mixtures are prepared containing the components in the declared intervals (formulations 1-3 and 8-10) and beyond (formulations 4-7 and 11-14). The softening temperature of the compositions is determined and tested as the filling between the cladding layer and the insulating masonry, for which samples are prepared.

Пример 1. На днище и у стен металлического кожуха выкладывают теплоизоляцию из диатомового кирпича: на днище толщиной 130 мм, у стен 40 мм. На теплоизоляционный слой наносят слой засыпки толщиной 25 мм из состава 1. Далее укладывают облицовочный слой из шамотного кирпича (113 мм). У стен выкладывают облицовочный слой на расстоянии 30 мм от теплоизоляции. Образованный зазор заполняют тем же составом. Боковая футеровка выступает над подиной на 100 мм. В образованную ванну помещают алюминий и флюс состава, мас. 47 KCl; 30 NaCl; 23 Na₃AlF₆. Образец помещают в электрическую печь сопротивления. Нагрев осуществляют со скоростью 150^oC в час. При достижении конечной температуры верха подины 800^oC образец выдерживают в течение 2-х часов, после чего печь отключают. Температуру промежуточного слоя измеряют хромель-алюмелевой термопарой, вмонтированной при изготовлении образца. После охлаждения образец исследуют на предмет наличия (отсутствия) расплавов в теплоизоляционной кладке. Определяют суммарное тепловое сопротивление футеровки ванны в исходном состоянии и после термообработки.Example 1. On the bottom and near the walls of the metal casing, thermal insulation is made from diatom brick: on the bottom, 130 mm thick, at the walls 40 mm. A 25 mm thick backfill layer of composition 1 is applied to the heat-insulating layer. Next, a cladding layer of fireclay bricks (113 mm) is laid. At the walls lay the facing layer at a distance of 30 mm from the thermal insulation. The formed gap is filled with the same composition. The side lining protrudes 100 mm above the bottom. In the formed bath is placed aluminum and flux composition, wt. 47 KCl; 30 NaCl; 23 Na ₃ AlF ₆ . The sample is placed in an electric resistance furnace. Heating is carried out at a speed of 150 ^o C per hour. When the final temperature of the top of the hearth reaches 800 ^o C, the sample is kept for 2 hours, after which the furnace is turned off. The temperature of the intermediate layer is measured by a chromel-alumel thermocouple mounted in the manufacture of the sample. After cooling, the sample is examined for the presence (absence) of melts in the insulating masonry. The total thermal resistance of the lining of the bath is determined in the initial state and after heat treatment.

В примерах 2 и 3 изготавливают и испытывают образцы аналогично примеру 1 с использованием составов в заявленных интервалах, а в примерах 4-7 за их пределами. In examples 2 and 3, samples are made and tested analogously to example 1 using the compositions in the declared intervals, and in examples 4-7 beyond.

В примерах (8-14) испытания ведут аналогично примерам (1-7) с использованием в качестве компонента испытуемых составов карналлитового флюса, применяемого при плавке алюминиевого сплава АМГ2. In examples (8-14), the tests are carried out similarly to examples (1-7) using carnallite flux used for melting the AMG2 aluminum alloy as a component of the tested compositions.

Ведут испытания известного состава (пример 15). Test the known composition (example 15).

Из данных таблицы видно, что использование составов, содержащих компоненты в заявленных интервалах (составы 1-3 и 8-10) позволяет за счет снижения температуры начала размягчения составов и наличия в них флюса применяемого при плавке алюминия или его сплава, получить пластичный промежуточный слой в футеровке ванны теплового агрегата, способный защитить теплоизоляционную кладку от проникновения и воздействия на нее не только алюминия, но и солевых расплавов флюсов, применяемых при плавке алюминия или его сплава. В результате этого сохраняется высокое тепловое сопротивление футеровки, что позволяет сократить расход энергии при плавке алюминия или его сплава (на 219 тыс. кВт•час на одну отражательную электрическую печь в год). Сохранение целостности футеровки способствует увеличению срока службы теплового агрегата, а использование отходов производства (угольной пены, образующейся при электролизе алюминия) ведет к снижению стоимости монтажа футеровки. From the data in the table it can be seen that the use of compositions containing components in the declared intervals (compositions 1-3 and 8-10) allows, by lowering the softening temperature of the compositions and the presence of the flux used in the melting of aluminum or its alloy, to obtain a plastic intermediate layer in lining of the bath of the thermal unit, which is able to protect the insulating masonry from penetration and exposure to it not only of aluminum, but also of salt flux melts used in the melting of aluminum or its alloy. As a result of this, the high thermal resistance of the lining is maintained, which reduces energy consumption during the melting of aluminum or its alloy (by 219 thousand kW • h per reflective electric furnace per year). Maintaining the integrity of the lining helps to increase the service life of the thermal unit, and the use of production waste (coal foam generated during the electrolysis of aluminum) reduces the cost of installing the lining.

Claims

Composition for protecting the lining of a thermal unit, including low-melting clay, boric anhydride or boric acid, metal fluoride and carbon-containing material, characterized in that it contains carbon foam formed during the electrolysis of aluminum as a metal fluoride and carbon-containing material, and in addition, the flux used in aluminum smelting aluminum or its alloy, in the following ratio of components, wt.

Boric anhydride or boric acid in terms of boric anhydride 10 - 20
Carbon foam 40 60
Flux used in the smelting of aluminum or its alloy 5 15
Clay fusible