RU2521126C2 - Production of silica-alumina refractory material - Google Patents
Production of silica-alumina refractory material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2521126C2 RU2521126C2 RU2012139147/03A RU2012139147A RU2521126C2 RU 2521126 C2 RU2521126 C2 RU 2521126C2 RU 2012139147/03 A RU2012139147/03 A RU 2012139147/03A RU 2012139147 A RU2012139147 A RU 2012139147A RU 2521126 C2 RU2521126 C2 RU 2521126C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- laser beam
- refractory
- refractory material
- silica
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке керамики методом лазерного воздействия и может быть использовано для получения материала для алюмосиликатной огнеупорной изоляции печей и машин переработки, производства и розлива стали, цветных и черных сплавов, стекла.The invention relates to the processing of ceramics by laser irradiation and can be used to obtain material for aluminosilicate refractory insulation of furnaces and processing machines, production and bottling of steel, non-ferrous and ferrous alloys, glass.
Из уровня техники известен способ изготовления алюмосиликатных огнеупорных панелей, по которому деталь получают методами пластичного формования (например см. Стрелов К.К., Мамыкин П.С. Технология огнеупоров, Москва: "Металлургия", 1978 г., стр.220-230 и 254-255).The prior art method for the manufacture of aluminosilicate refractory panels, according to which the part is obtained by plastic molding methods (for example, see Strelok K.K., Mamykin P.S. Refractory Technology, Moscow: Metallurgy, 1978, pp. 220-230 and 254-255).
К недостаткам известного способа относится тот факт, что материалы, полученные при его использовании, получаются высокопористыми (открытая пористость до 20-40%), обладают неоднородностью распределения химического состава и содержат легкоплавкие составляющие.The disadvantages of this method include the fact that the materials obtained by its use are highly porous (open porosity up to 20-40%), have a heterogeneous distribution of the chemical composition and contain low-melting components.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления алюмосиликатных огнеупорных материалов с плотностью 97-99% методом электроплавки (например см. Технология огнеупоров, Стрелов К.К., Кащеев И.Д., Мамыкин П.С. Учебник для техникумов, 4-е изд., перераб. и доп., М.: Металлургия, 1988, стр.159-175).The closest solution to the technical nature and the achieved result is a method of manufacturing aluminosilicate refractory materials with a density of 97-99% by electrofusion (for example, see Refractory Technology, Strelov K.K., Kashcheev I.D., Mamykin P.S. Textbook for technical schools , 4th ed., Revised and enlarged, Moscow: Metallurgy, 1988, pp. 159-175).
К недостаткам известного способа можно отнести высокую стоимость затрачиваемой электроэнергии, большую трудоемкость изготовления и обработки, значительную разориентированность кристаллов в готовой детали. Эти факторы делают нецелесообразным или невозможным применение электроплавленной керамики в ряде случаев.The disadvantages of this method include the high cost of the energy consumed, the high complexity of manufacturing and processing, a significant misorientation of crystals in the finished part. These factors make it inappropriate or impossible to use electrofused ceramics in some cases.
Техническим результатом заявленного способа является обеспечение возможности получения структуры огнеупора волокнистого типа с плотностью более 99% и заданной ориентацией волокон одной из фаз, что в итоге позволит продлить срок службы и повысить допустимую рабочую температуру огнеупорного изделия.The technical result of the claimed method is to provide the possibility of obtaining a structure of a fibrous type of refractory with a density of more than 99% and a given orientation of the fibers of one of the phases, which ultimately will extend the service life and increase the permissible operating temperature of the refractory product.
Поставленный технический результат достигается посредством воздействия лазерного луча на поверхность огнеупорного изделия из алюмосиликатной керамики, при следующем соотношении технологических параметров:The technical result is achieved by the action of a laser beam on the surface of a refractory product made of aluminosilicate ceramic, with the following ratio of technological parameters:
- суммарная мощность лазерного луча - 115-680 ватт;- the total power of the laser beam - 115-680 watts;
- размер лазерного луча на поверхности детали - 5-20 мм;- the size of the laser beam on the surface of the part is 5-20 mm;
- скорость сканирования - 0,1-10 мм/сек;- scanning speed - 0.1-10 mm / s;
- длина волны лазера - 9-11 мкм,- the wavelength of the laser is 9-11 microns,
при этом распределение плотности мощности лазерного луча соответствует поперечной электромагнитной моде 00,01* или равное внутри пятна.the distribution of the power density of the laser beam corresponds to a transverse electromagnetic mode of 00.01 * or equal inside the spot.
Сущность заявленного изобретения предлагается рассмотреть на следующем примере.The essence of the claimed invention is proposed to consider the following example.
Заявленный способ использовался при изготовлении огнеупорного материала из алюмосиликатной керамики (Al2O3/SiO2 в соотношении 2/1 с включениями TiO2 и Fe2O3 5% по массе), предназначенного для защиты поверхности печи от механического воздействия при загрузке продукции, химико-термического воздействия окалины и температуры в процессе работы термических печей. Исходная прямоугольная заготовка с размерами 20×11×3 см из алюмосиликатной композиции, полученная путем прессования и последующего отжига. Прессованная отожженная заготовка была установлена в лазерный обрабатывающий центр стороной 20×11 см параллельно уровню горизонта и обработана лазерным излучением по верхней поверхности. Лазерный луч плавил поверхность детали с параметрами, заявленными в формуле изобретения. Лазерное плавление велось на пятикоординатном обрабатывающем центре с ЧПУ при следующих технологических параметрах: мощность лазера 680 Вт, скорость сканирования - 0,1 мм/сек, шаг между параллельными траекториями движения лазерного луча 12 мм, диаметр лазерного луча 12 мм. При этом распределение плотности мощности лазерного луча соответствует поперечной электромагнитной моде 00, 01* или равное внутри пятна.The claimed method was used in the manufacture of refractory material from aluminosilicate ceramics (Al 2 O 3 / SiO 2 in a ratio of 2/1 with inclusions of TiO 2 and Fe 2 O 3 5% by weight), designed to protect the surface of the furnace from mechanical stress when loading products, chemical and thermal effects of scale and temperature during the operation of thermal furnaces. The initial rectangular billet with dimensions of 20 × 11 × 3 cm from an aluminosilicate composition obtained by pressing and subsequent annealing. The pressed annealed billet was installed in the laser processing center with a side of 20 × 11 cm parallel to the horizon level and processed by laser radiation on the upper surface. The laser beam melted the surface of the part with the parameters stated in the claims. Laser melting was carried out at a five-axis CNC machining center with the following technological parameters: laser power 680 W, scanning speed 0.1 mm / s, step between parallel paths of the laser beam 12 mm, laser diameter 12 mm. The distribution of the power density of the laser beam corresponds to the transverse electromagnetic mode 00, 01 * or equal inside the spot.
В процессе лазерной обработки с заявленными технологическими параметрами был получен теплоизоляционный материал с заданным расположением вновь образовавшихся фаз, кристаллизующихся по порядку убывания температуры плавления, при этом самая высокомпературная из них образуется в виде волокон, а остальные фазы располагаются в межкристаллитном пространстве первой фазы. При этом волокна высокотемпературной фазы расположены параллельно поверхности обрабатываемой детали. Данная фазовая конфигурация I (см. фиг.1) обеспечивает изолирование легкоплавкой стеклофазы внутри высокотемпературной волоконистой кристаллической фазы, тем самым повышается стойкость материала к высокотемпературной коррозии. Расположение волокон параллельно поверхности обрабатываемой детали способствует снижению коэффициента трения при движении термообрабатываемых металлических деталей по поверхности огнеупорной панели. Заявленные режимы лазерной обработки обеспечивают образование волокнистого материала за счет оптимальной скорости кристаллизации одной из фаз керамического материала. Волокна имеют специфическое ступенчатое прямоугольное поперечное сечение (см. фиг.1) и сонаправлены траектории движения лазерного луча по поверхности детали. После лазерной обработки переплавленная зона получается с плотностью значительно выше (более 99%), чем исходный материал (60-80%).During laser processing with the declared technological parameters, a heat-insulating material was obtained with a predetermined arrangement of newly formed phases crystallizing in decreasing order of melting temperature, while the highest-temperature of them forms in the form of fibers, and the remaining phases are located in the intergranular space of the first phase. In this case, the fibers of the high-temperature phase are parallel to the surface of the workpiece. This phase configuration I (see FIG. 1) insulates the low-melting glass phase inside the high-temperature fibrous crystalline phase, thereby increasing the resistance of the material to high-temperature corrosion. The location of the fibers parallel to the surface of the workpiece contributes to the reduction of the coefficient of friction during the movement of heat-treatable metal parts on the surface of the refractory panel. The claimed laser processing modes provide the formation of fibrous material due to the optimal crystallization rate of one of the phases of the ceramic material. The fibers have a specific stepwise rectangular cross-section (see Fig. 1) and the paths of the laser beam are co-directed along the surface of the part. After laser processing, the remelted zone is obtained with a density significantly higher (more than 99%) than the starting material (60-80%).
Заявленные значения интервалов технологических режимов, указанные в формуле изобретения, были получены экспериментальным путем и являются необходимыми и достаточными для решения поставленного технического результата, что доказано примерами, представленными и таблице 1.The declared values of the intervals of technological modes indicated in the claims were obtained experimentally and are necessary and sufficient to solve the technical result, which is proved by the examples presented and table 1.
Как видно из таблицы, заявленные интервалы обеспечивают получения волокнистого теплоизоляционного материала с плотностью свыше 97% и со значительно превышающей по сравнению с прототипом допустимой рабочей температурой.As can be seen from the table, the declared intervals provide fibrous thermal insulation material with a density of more than 97% and with a significantly higher permissible operating temperature compared to the prototype.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary attributes unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для обработки керамики методом лазерной обработки, в частности, для изготовления термоизоляционного материала для защиты от агрессивных факторов рабочего пространства металлургических печей и устройств термообработки в обрабатывающей промышленности;- the object embodying the claimed technical solution, in its implementation is intended for processing ceramics by laser processing, in particular, for the manufacture of thermal insulation material to protect against aggressive factors of the working space of metallurgical furnaces and heat treatment devices in the manufacturing industry;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent clause of the formula below, the possibility of its implementation using the means and methods described above or known from the prior art on the priority date is confirmed;
-объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- an object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the requirements of the patentability conditions of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.
Claims (1)
- суммарная мощность лазерного луча - 115-680 ватт;
- размер лазерного луча на поверхности детали - 5-20 мм;
- скорость перемещения лазерного пятна - 0,1-10 мм/сек;
- длина волны лазера - 9-11 мкм. A method of obtaining aluminosilicate refractory material, which consists in the action of a laser beam on the surface of a refractory product made of aluminosilicate ceramic, with the following ratio of technological parameters:
- the total power of the laser beam - 115-680 watts;
- the size of the laser beam on the surface of the part is 5-20 mm;
- the speed of movement of the laser spot is 0.1-10 mm / s;
- the laser wavelength is 9-11 microns.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012139147/03A RU2521126C2 (en) | 2012-09-13 | 2012-09-13 | Production of silica-alumina refractory material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012139147/03A RU2521126C2 (en) | 2012-09-13 | 2012-09-13 | Production of silica-alumina refractory material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012139147A RU2012139147A (en) | 2014-03-20 |
| RU2521126C2 true RU2521126C2 (en) | 2014-06-27 |
Family
ID=50279985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012139147/03A RU2521126C2 (en) | 2012-09-13 | 2012-09-13 | Production of silica-alumina refractory material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2521126C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1763128A1 (en) * | 1983-12-12 | 1992-09-23 | Институт Общей Физики Ан Ссср | Method and device for laser treatment |
| RU2086378C1 (en) * | 1989-07-14 | 1997-08-10 | ЛКТек Лазер унд Компьютертехник ГмбХ | Process of laser treatment and device for its realization |
| RU2212982C2 (en) * | 2000-08-11 | 2003-09-27 | Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН | Method for laser synthesis of bulky articles (variants) |
| EP2292357A1 (en) * | 2009-08-10 | 2011-03-09 | BEGO Bremer Goldschlägerei Wilh.-Herbst GmbH & Co KG | Ceramic or glass-ceramic article and methods for producing such article |
-
2012
- 2012-09-13 RU RU2012139147/03A patent/RU2521126C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1763128A1 (en) * | 1983-12-12 | 1992-09-23 | Институт Общей Физики Ан Ссср | Method and device for laser treatment |
| RU2086378C1 (en) * | 1989-07-14 | 1997-08-10 | ЛКТек Лазер унд Компьютертехник ГмбХ | Process of laser treatment and device for its realization |
| RU2212982C2 (en) * | 2000-08-11 | 2003-09-27 | Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН | Method for laser synthesis of bulky articles (variants) |
| EP2292357A1 (en) * | 2009-08-10 | 2011-03-09 | BEGO Bremer Goldschlägerei Wilh.-Herbst GmbH & Co KG | Ceramic or glass-ceramic article and methods for producing such article |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СТРЕЛОВ К.К., Учебник для техникумов, Москва, Металлургия, 1988, 4-е изд., с. 159-175. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012139147A (en) | 2014-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gan et al. | Properties of selective laser melted spodumene glass-ceramic | |
| Brandl et al. | Deposition of Ti–6Al–4V using laser and wire, part II: Hardness and dimensions of single beads | |
| Nguyen et al. | Experimental investigation of temperature field and fusion zone microstructure in dissimilar pulsed laser welding of austenitic stainless steel and copper | |
| Leone et al. | Experimental investigation on laser milling of aluminium oxide using a 30 W Q-switched Yb: YAG fiber laser | |
| Yan et al. | Experimental and theoretical investigation of fibre laser crack-free cutting of thick-section alumina | |
| Chen et al. | Parametric effects on femtosecond laser ablation of Al2O3 ceramics | |
| Soares et al. | New Sintered Li 2 O–Al 2 O 3–SiO 2 Ultra‐Low Expansion Glass‐Ceramic | |
| SG156607A1 (en) | Method for forming median crack in substrate and apparatus for forming median crack in substrate | |
| Barnes et al. | Water-assisted laser thermal shock machining of alumina | |
| Kizaki et al. | Ultraviolet-laser-assisted precision cutting of yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal | |
| Triantafyllidis et al. | Crack-free densification of ceramics by laser surface treatment | |
| Sun et al. | Laser sintering of ZrB2 | |
| Sola et al. | Laser ablation of advanced ceramics and glass-ceramic materials: Reference position dependence | |
| Pascual-Cosp et al. | Laser cutting of high-vitrified ceramic materials: development of a method using a Nd: YAG laser to avoid catastrophic breakdown | |
| RU2521126C2 (en) | Production of silica-alumina refractory material | |
| Zhao et al. | Weld quality improvement with hybrid FSW technology assisted by preheating for copper T2/aluminium 5A06 dissimilar materials | |
| Rao et al. | Processing of concretes with a high power CO2 laser | |
| Cambronero et al. | Weld structure of joined aluminium foams with concentrated solar energy | |
| Yilbas et al. | Laser cutting of thin aluminum and silicon alloy: Influence of laser power on Kerf width | |
| Parry et al. | A Fiber‐Laser Process for Cutting Thick Yttria‐Stabilized Zirconia: Application and Modeling | |
| Sysoev et al. | Laser welding of quartz glass workpieces | |
| Vashukov et al. | Effect of laser perforation of elements of a diffusion-bonded ceramic–copper–ceramic joint on its mechanical properties | |
| Grabowski et al. | Laser surface treatment of aluminium matrix composites | |
| HU et al. | Size effect on indentation depth of oxygen-free high purity copper induced by laser shock processing | |
| JPS62146222A (en) | Zone incandescent method for metal works |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180914 |