RU2116277C1

RU2116277C1 - Refractory mixture

Info

Publication number: RU2116277C1
Application number: RU97105588A
Authority: RU
Inventors: С.Л. Подшивалов; В.А. Клевакин; Е.П. Абрамов; А.А. Вяткин; Н.А. Домрачев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Востокогнеупор"; Богдановичское открытое акционерное общество по производству огнеупоров
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1998-07-27

Abstract

FIELD: refractory materials. SUBSTANCE: invention relates to ramming mixtures for manufacturing linings, in particular, for induction furnaces. Mixture represents a molten material composed of 85-89% alumino-magnesium spinel and 1-15% periclase with following grain-size distribution: 40-54% 3-2-mm fraction and 46-60% 1-0-mm fraction including 29-32% fraction below 0.083 mm. Chemical and grain makeup of the mixture increase resistance of lining to high-temperature melts and alloys with no caking additives owing to optimal conditions under which lining is sintered to form dense and strong structure. EFFECT: improved quality of refractory lining. 2 tbl

Description

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, преимущественно к изготовлению огнеупорных набивных масс, предназначенных для футеровки металлургических агрегатов, в частности индукционных печей. The invention relates to the refractory industry, mainly to the manufacture of refractory ramming materials intended for the lining of metallurgical units, in particular induction furnaces.

Известна огнеупорная масса, включающая, мас.%: периклаз фракции 3 - 0,5 мм - 5 - 77, фракции менее 0,063 мм - 5 - 10, алюмомагниевую шпинель фракции 1 - 0,5 мм - 5 - 10, синтезированную шпинельную композицию фракции 2 - 0,5 мм - 5 - 40, фракции менее 0,063 мм - 6 - 35. Синтезированная шпинельная композиция содержит, мас.%: хромшпинелид - 80 - 88, алюмомагниевую шпинель - 5 - 10, периклаз - 5 - 10 [1]. Known refractory mass, including, wt.%: Periclase fraction 3 - 0.5 mm - 5 - 77, fraction less than 0.063 mm - 5 - 10, aluminum-magnesium spinel fraction 1 - 0.5 mm - 5 - 10, synthesized spinel composition fractions 2 - 0.5 mm - 5 - 40, fractions less than 0.063 mm - 6 - 35. The synthesized spinel composition contains, wt.%: Chrome spinel - 80 - 88, magnesium-aluminum spinel - 5 - 10, periclase - 5 - 10 [1] .

Набивная футеровка из этой огнеупорной массы будет иметь пониженные эксплуатационные характеристики ввиду наличия в смеси периклаза, влияющего на уменьшение механических свойств. Кроме того, присутствие хромшпинелида в огнеупорной массе ограничивает ее применение в качестве футеровки агрегатов для некоторых расплавов. A printed lining of this refractory mass will have reduced performance due to the presence of periclase in the mixture, which affects the reduction of mechanical properties. In addition, the presence of chrome spinelide in the refractory mass limits its use as a lining of aggregates for some melts.

Наиболее близкой к предлагаемой следует считать огнеупорную массу по патенту [2]. Она содержит, мас.%: плавленый материал - 77 - 93, включающий алюмомагниевую шпинель и периклаз, корунд - 5 - 15, борную кислоту - 1 - 4 и сложный борсодержащий оксид с температурой плавления 800 - 1300^oC или глину огнеупорную фракции менее 0,5 мм - 1 - 4. Плавленый материал имеет зернистость 3 - 0 мм, детально зерновой состав не регламентирован.The closest to the proposed should be considered a refractory mass according to the patent [2]. It contains, wt.%: Fused material - 77 - 93, including aluminum-magnesium spinel and periclase, corundum - 5 - 15, boric acid - 1 - 4 and complex boron oxide with a melting point of 800 - 1300 ^o C or clay refractory fraction less than 0 , 5 mm - 1 - 4. The fused material has a grain size of 3 - 0 mm, the grain composition is not regulated in detail.

Набивная футеровка из этой массы не может применяться при температурах службы более 1650^oC, так как шихта содержит компоненты с температурой плавления 800 - 1300^oC, что приводит к интенсивному спеканию массы при высоких температурах. В индукционной печи спекание массы уменьшает буферный (рыхлы) слой, контактирующий с водоохлаждаемым индуктором печи и защищающий индуктор от проникновения расплава металла через трещины. Спекание массы способствует также образованию усадочных трещин, что снижает безопасность эксплуатации индукционных печей.Packed lining of this mass cannot be used at service temperatures of more than 1650 ^o C, since the mixture contains components with a melting point of 800 - 1300 ^o C, which leads to intensive sintering of the mass at high temperatures. In an induction furnace, sintering of the mass reduces the buffer (loose) layer in contact with the water-cooled inductor of the furnace and protects the inductor from the penetration of the molten metal through cracks. Sintering of the mass also contributes to the formation of shrinkage cracks, which reduces the safety of operation of induction furnaces.

Наличие в шихте компонентов с низкой температурой плавления приводит в процессе службы огнеупоров к более быстрому износу футеровки. The presence of components with a low melting point in the charge leads to faster wear of the lining during the service of refractories.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении стойкости набивной футеровки к расплавам металлом и сплавов при температурах службы 1650 - 1800^oC.The problem to which the invention is directed, is to increase the resistance of the printed lining to molten metal and alloys at service temperatures of 1650 - 1800 ^o C.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении плотности и металлоустойчивости футеровки, а также в повышении безопасности эксплуатации печей. Для достижения технического результата огнеупорная масса, включающая плавленый материал зернистостью 3 - 0 мм, содержащий алюмомагниевую шпинель и периклаз, содержит в количестве 100 мас.% плавленый материал состава, мас.%: алюмомагниевая шпинель - 85 - 99 и периклаз - 1 - 15 при следующим зерновом составе материала, мас. %: фракция 3 - 1 мм - 40 - 54, фракция 1 - 0 мм - 46 - 60, в том числе фракция менее 0,063 мм - 23 - 32. The technical result that can be obtained by using the invention is to increase the density and metal resistance of the lining, as well as to increase the safety of operation of furnaces. To achieve a technical result, the refractory mass, including fused material with a grain size of 3 - 0 mm, containing aluminum-magnesium spinel and periclase, contains 100% by weight of fused material composition, wt.%: Aluminum-magnesium spinel - 85 - 99 and periclase - 1 - 15 at the following grain composition of the material, wt. %: fraction 3 - 1 mm - 40 - 54, fraction 1 - 0 mm - 46 - 60, including a fraction of less than 0.063 mm - 23 - 32.

Использование в качестве огнеупорной массы плавленого материала указанного состава с заданным соотношением фракций создает оптимальные условия для спекания набивной футеровки системы алюмомагниевая шпинель - периклаз с образованием плотной и прочной структуры, устойчивой к высокотемпературным расплавам. The use of a fused material of the specified composition as a refractory mass with a given ratio of fractions creates optimal conditions for sintering the printed lining of the aluminum-magnesium spinel - periclase system with the formation of a dense and strong structure resistant to high-temperature melts.

Плавленый материал с массовой долей алюмомагниевой шпинели 85 - 99% и периклаза 1 - 15% имеет температуру плавления 2050 - 2090^oC, что позволяет получить плотную и прочную структуру в процессе спекания при температуре 1670 - 1700^oC, причем процесс спекания начинается при температуре 1300 - 1400^oC. При уменьшении массовой доли алюмомагниевой шпинели менее 85% и увеличении массовой доли периклаза более 15% температура плавления шпинельно-периклазового материала снижается, что отрицательно сказывается на термомеханических свойствах футеровки при выплавке высокотемпературных сплавов. Увеличение массовой доли алюмомагниевой шпинели более 99% и уменьшение массовой доли периклаза менее 1% повышает температуру плавления шпинельно - периклазового материала свыше 2100^oC, что ухудшает спекание набивной массы в процессе эксплуатации, в результате чего не достигается требуемый уровень плоскости, прочности и металлоустойчивости футеровки.The fused material with a mass fraction of aluminum-magnesium spinel 85 - 99% and periclase 1 - 15% has a melting point of 2050 - 2090 ^o C, which allows to obtain a dense and strong structure during sintering at a temperature of 1670 - 1700 ^o C, and the sintering process begins at a temperature 1300 - 1400 ^o C. By reducing the mass fraction of aluminum-magnesium spinel less than 85% and an increase in the mass fraction of more than 15% periclase melting temperature periclase-spinel material is reduced, which negatively affects the thermomechanical properties of the lining in the melting height -temperature alloys. An increase in the mass fraction of aluminum-magnesium spinel of more than 99% and a decrease in the mass fraction of periclase of less than 1% increases the melting temperature of the spinel-periclase material above 2100 ^o C, which worsens the sintering of the packed mass during operation, as a result of which the required level of the plane, strength and metal resistance of the lining is not achieved .

Уменьшение в материале массовой доли фракции 3 - 1 мм менее 40% и увеличение массовой доли фракции 1 - 0 мм свыше 60%, в том числе фракции менее 0,063 мм свыше 32%, приводит к интенсивному спеканию массы при выплавке высоколегированных сталей, что способствует образованию усадочных трещин и проникновению по ним метала. При увеличении массовой доли фракции 3 - 1 свыше 54% и уменьшении массовой доли фракции 1 - 0 мм менее 46%, в том числе фракции менее 0,063 мм менее 23%, резко снижается плотность и прочность футеровки индукционной печи. A decrease in the mass fraction of the fraction of 3 - 1 mm in the material less than 40% and an increase in the mass fraction of the fraction of 1 - 0 mm over 60%, including the fraction of less than 0.063 mm over 32%, leads to intensive sintering of the mass during smelting of high alloy steels, which contributes to the formation of shrinkage cracks and metal penetration through them. With an increase in the mass fraction of fraction 3 - 1 above 54% and a decrease in the mass fraction of fraction 1 - 0 mm less than 46%, including fractions less than 0.063 mm less than 23%, the density and strength of the lining of the induction furnace sharply decrease.

Сочетание вещественного и зернового составов плавленого шпинельно-периклазового материала, используемого в предлагаемой огнеупорной массе, позволяет без введения спекающих добавок получить качественную набивную футеровку с высоким уровнем физико-керамических свойств, устойчивую к высоколегированным сталям. The combination of the material and grain compositions of the fused spinel-periclase material used in the proposed refractory mass makes it possible to obtain a quality printed lining with a high level of physico-ceramic properties that is resistant to high alloy steels without introducing sintering additives.

Предлагаемую огнеупорную массу изготавливают путем измельчения получаемого плавлением в электродуговой печи материала с массовой долей алюмомагниевой шпинели 85 - 99% и периклаза 1 - 15% с выделением фракций 3 - 1 мм, 1 - 0 мм, в том числе фракции менее 0,063 мм, и смещения порошков указанных фракций в заявляемом соотношении до получения однородной массы. Продолжительность перемешивания в смесителе составляет 10 - 20 мин. The proposed refractory mass is made by grinding material obtained by melting in an electric arc furnace with a mass fraction of aluminum-magnesium spinel 85 - 99% and periclase 1 - 15% with the separation of fractions 3 - 1 mm, 1 - 0 mm, including fractions less than 0.063 mm, and displacement powders of these fractions in the claimed ratio to obtain a homogeneous mass. The duration of mixing in the mixer is 10 to 20 minutes.

При изготовлении футеровки тигельной индукционной печи огнеупорную массу уплотняют с помощью пневмотрамбовки. Спекание тигля производят при температуре 1670 - 1700^oC с выдержкой при максимальной температуре 0,5 - 2,0 ч.In the manufacture of the lining of a crucible induction furnace, the refractory mass is compacted using a pneumatic rammer. Sintering the crucible is carried out at a temperature of 1670 - 1700 ^o C with exposure at a maximum temperature of 0.5 - 2.0 hours

Составы и свойства предлагаемой и известной огнеупорных набивных масс приведены в табл. 1 и 2. The compositions and properties of the proposed and known refractory ramming masses are given in table. 1 and 2.

Образцы в виде цилиндров диаметром 36 мм и высотой 50 мм прессовали при давлении прессования 30 Н/мм². Образцы обжигали при температуре 1680^oC. На обожженных образцах определяли открытую пористость и кажущуюся плотность по ГОСТ 18847-84, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94. Линейный рост определяли на основе замера линейных размеров образца до и после обжига с точностью до 0,1 мм по ГОСТ 166-89.Samples in the form of cylinders with a diameter of 36 mm and a height of 50 mm were pressed at a pressing pressure of 30 N / mm ² . The samples were fired at a temperature of 1680 ^o C. On the fired samples, the open porosity and apparent density were determined according to GOST 18847-84, the compressive strength according to GOST 4071.1-94. Linear growth was determined by measuring the linear dimensions of the sample before and after firing with an accuracy of 0.1 mm according to GOST 166-89.

Для оценки металлопроницаемости образцы помещали в расплав металла марки 12Х18Н9Т с температурой плавления 1700^oC и выдерживали в нем в течение 2 ч. Металлопроницаемость оцениали глубиной пропитки металла.To assess the metal permeability, the samples were placed in a 12Kh18N9T metal melt with a melting point of 1700 ^° C and held there for 2 hours. The metal permeability was evaluated by the metal impregnation depth.

Как видно из табл. 2, огнеупорная масса из указанного плавленого шпинельно-периклазового материала заданного зернового состава обеспечивает получение более плотной футеровки. Так, открытая пористость в примерах 1 - 9 составляет 16,5 - 18,7%, а кажущаяся плотность - 2,77 - 2,99 г/см³, в то время как в примере 10 аналогичные показатели соответственно составляют 19,3% и 2,74 г/см³. При этом разница в металлоустойчивости составляет 1,30 - 3,25 раза, футеровка из предлагаемой массы характеризуется большим объемопостоянством, что снижает вероятность проникновения расплава на индуктор и повышает безопасность футеровки при ее эксплуатации.As can be seen from the table. 2, the refractory mass of the specified fused spinel-periclase material of a given grain composition provides a denser lining. So, the open porosity in examples 1 to 9 is 16.5 to 18.7%, and the apparent density is 2.77 to 2.99 g / cm ³ , while in example 10, similar indicators are respectively 19.3% and 2.74 g / cm ³ . The difference in metal resistance is 1.30 - 3.25 times, the lining of the proposed mass is characterized by a large volume stability, which reduces the likelihood of melt penetrating the inductor and increases the safety of the lining during its operation.

Claims

Refractory mass, including fused material with a grain size of 3 - 0 mm, containing aluminum-magnesium spinel and periclase, characterized in that the mass contains fused material in an amount of 100 wt.% Composition, wt.%:
Aluminum Magnesium Spinel - 85 - 99
Periclase - 1 - 15
with the following grain composition, wt.%:
Fraction 3 - 1 mm - 40 - 54
Fraction 1 - 0 mm - 46 - 60
including
Fraction less than 0,063 mm - 23 - 32