RU2559964C1 - Fluoroflogopite-based mica crystal material and method of its production - Google Patents

Fluoroflogopite-based mica crystal material and method of its production Download PDF

Info

Publication number
RU2559964C1
RU2559964C1 RU2014124508/03A RU2014124508A RU2559964C1 RU 2559964 C1 RU2559964 C1 RU 2559964C1 RU 2014124508/03 A RU2014124508/03 A RU 2014124508/03A RU 2014124508 A RU2014124508 A RU 2014124508A RU 2559964 C1 RU2559964 C1 RU 2559964C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
castings
oxide
mica
potassium
Prior art date
Application number
RU2014124508/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Анатольевич Рымкевич
Сергей Вениаминович Кирьянов
Валерий Петрович Одинцев
Original Assignee
Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" filed Critical Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority to RU2014124508/03A priority Critical patent/RU2559964C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2559964C1 publication Critical patent/RU2559964C1/en

Links

Landscapes

  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: fluoroflogopite-based mica crystal material contain silicon oxides, aluminium, magnesium, potassium and fluorine, note it contains the named ingredients at the following ratio, wt %: silicon oxide - 39.0-43.0, aluminium oxide - 9.0-12.0, magnesium oxide - 27.1-30.0, potassium oxide - 7.1-9.0 and fluorine - 8.0-12.0. The method of fluoroflogopite-based mica crystal material production includes the preparation of furnace charge from the following components, wt %: quartz sand - 33.5-34.5, alumina - 9.5-10.5, periclase powder - 29.5-30.5, potassium silicofluoride - 25.5-26.5. Briquettes are melted at the temperature 1600-1800°C within 1.5-3.5 hours.
EFFECT: improvement of strength and increase of service life of refractory-lined material.
4 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к составу и технологии производства слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита, который может быть использован в качестве электроизоляционного материала, а также в качестве футеровочного и конструкционного материала для быстроизнашивающихся деталей и узлов тепловых металлургических агрегатов, работающих в условиях воздействия высоких температур (не более 1200°C), агрессивных сред (хлор, хлористый водород, расплавов хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов) и расплавов легких и цветных металлов (алюминия, цинка, меди, магния, титана и др.) и сплавов на их основе.The invention relates to the composition and production technology of mica-crystalline material based on fluorophlogopite, which can be used as an insulating material, as well as a lining and structural material for wear parts and components of thermal metallurgical units operating under high temperatures (not more than 1200 ° C), aggressive media (chlorine, hydrogen chloride, melts of chlorides of alkali and alkaline earth metals) and melts of light and non-ferrous metals (aluminum, zinc, copper, magnesium, titanium, etc.) and alloys based on them.

Известен состав материала на основе каменного литья (авт. свид. СССР №649669, опубл. 28.02.1979, бюл. 8), содержащий оксид кремния, оксид титана, оксид алюминия, оксиды железа, оксид кальция, оксид магния, оксид натрия и оксид калия, кроме того он дополнительно содержит фтор при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:The known composition of the material based on stone casting (ed. Certificate of the USSR No. 649669, publ. 02.28.1979, bull. 8) containing silicon oxide, titanium oxide, aluminum oxide, iron oxides, calcium oxide, magnesium oxide, sodium oxide and oxide potassium, in addition, it additionally contains fluorine in the following ratio of ingredients, weight. %:

оксид кремния - 41,4 - 44,0,silicon oxide - 41.4 - 44.0,

оксид титана - 0,5 1,0,titanium oxide - 0.5 1.0,

оксид алюминия - 6,0 - 9,0,aluminum oxide - 6.0 - 9.0,

оксид железа - 0,1 - 0,5,iron oxide - 0.1 - 0.5,

закись железа - 0,4 -1,0,iron oxide - 0.4 -1.0,

оксид кальция - 0,5 - 4,5,calcium oxide - 0.5 - 4.5,

оксид магния - 28,0-30,0,magnesium oxide - 28.0-30.0,

оксид натрия - 0,1-1,0,sodium oxide - 0.1-1.0,

оксид калия- 4,0-7,0,potassium oxide - 4.0-7.0,

фтор - 5,0- 9,0.fluorine - 5.0-9.0.

Известен способ производства указанного материала на основе каменного литья, включающий приготовление шихты на основе песка, глины, глинозема, магнезита, фторсодержащего технического сырья. Шихту плавят при температуре 1500-1550°C в газовой либо в электрической плавильных печах. Полученные отливки кристаллизуют при 850-900°C, а затем подвергают отжигу. При кристаллизации расплава формируется материал однородного полнокристаллического строения, содержащий не более 5% свободной стеклообразной фазы. Минеральный состав литья представлен энстатитом, пироксеном сложного состава и фтористыми минералами. Это обеспечивает материалу высокую химическую стойкость.A known method of manufacturing the specified material based on stone casting, including the preparation of a mixture based on sand, clay, alumina, magnesite, fluorine-containing technical raw materials. The mixture is melted at a temperature of 1500-1550 ° C in a gas or electric melting furnaces. The resulting castings crystallize at 850-900 ° C, and then annealed. During crystallization of the melt, a material of a homogeneous full-crystalline structure is formed, containing not more than 5% of the free glassy phase. The mineral composition of the casting is represented by enstatite, pyroxene of complex composition and fluorine minerals. This provides the material with high chemical resistance.

Недостатком указанного состава и способа его производства является то, что каменное литье содержит повышенное содержание кремния, что неблагоприятно сказывается на свойствах материала. Известно, что повышенное содержание кварцевого песка связано с появлением в отливках посторонних минеральных фаз, что приводит к ухудшению свойств материала. Возрастание содержания кварцевого песка выше 34,5 мас. % вызывает появление кристаллобалита и энстатита. Кроме того, использование для производства каменного литья влажной порошкообразной шихты приводит к потерям фторсодержащего сырья из-за взаимодействия сырья с водой (реакция пирогидролиза). При этом образуются фтористые соединения новых кристаллических форм, что приводит к интенсивному разрушению отливок и к снижению прочностных свойств материала.The disadvantage of this composition and its production method is that stone casting contains a high content of silicon, which adversely affects the properties of the material. It is known that the increased content of quartz sand is associated with the appearance of extraneous mineral phases in the castings, which leads to a deterioration in the properties of the material. The increase in the content of quartz sand above 34.5 wt. % causes the appearance of crystallobalite and enstatite. In addition, the use of wet powder mixture for the production of stone casting leads to the loss of fluorine-containing raw materials due to the interaction of raw materials with water (pyrohydrolysis reaction). In this case, fluorine compounds of new crystalline forms are formed, which leads to intensive destruction of castings and to a decrease in the strength properties of the material.

Известен состав материала на основе каменного литья (авт. свид. СССР №992446, опубл. 30.01.1983, бюл. 4), содержащий оксид кремния, оксид алюминия, оксид магния, оксид калия, карбид кремния и фтор при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:The known composition of the material based on stone casting (ed. Certificate of the USSR No. 992446, publ. 01/30/1983, bull. 4) containing silicon oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, potassium oxide, silicon carbide and fluorine in the following ratio of ingredients, weight . %:

оксид кремния - 41,4 - 44,0,silicon oxide - 41.4 - 44.0,

оксид алюминия - 8,3 - 9,8,aluminum oxide - 8.3 - 9.8,

оксид магния - 25,0 - 26,3,magnesium oxide - 25.0 - 26.3,

оксид калия - 7,9 - 8,7,potassium oxide - 7.9 - 8.7,

фтор - 9,0-9,5,fluorine - 9.0-9.5,

карбид кремния - 3,0 - 7,0 в виде порошка фракции 10-50 мкм.silicon carbide - 3.0 - 7.0 in the form of a powder fraction of 10-50 microns.

Известен способ производства указанного выше материала на основе каменного литья (авт. свид. СССР №992446, опубл. 30.01.1983, бюл. 4), включающий приготовление шихты на основе песка, глинозема, периклаза, кремнефторида калия и карбида кремния, плавление шихты в электродуговых печах, заливку полученного расплава в формы и кристаллизацию расплава при его одновременном затвердевании. В результате получают отливки заданной формы для использования в промышленности в качестве футеровочных и конструкционных элементов в тепловых агрегатах. Это позволяет в 1,5-2,0 раза увеличить срок службы агрегатов и снизить затраты, связанные с их ремонтом.A known method of producing the above material based on stone casting (ed. Certificate of the USSR No. 992446, publ. 01/30/1983, bull. 4), including the preparation of a mixture based on sand, alumina, periclase, potassium silicofluoride and silicon carbide, melting the mixture in electric arc furnaces, pouring the obtained melt into molds and crystallization of the melt while it solidifies. The result is castings of a given shape for use in industry as lining and structural elements in thermal units. This allows you to increase the service life of units by 1.5-2.0 times and reduce the costs associated with their repair.

Недостатком данного состава материала на основе каменного литья и способа его производства является то, что в качестве добавки к заявленному составу применяют карбид кремния, который не растворяется при расплавлении в силикатном расплаве. Частицы карбида кремния в твердом виде являются центрами, вокруг которых растут кристаллы фторфлогопита. Твердые частицы под собственным весом оседают вниз, и однородность массы нарушается. В результате возникают зоны материала, обогащенные карбидом с большей прочностью, и зоны, содержащие меньшее количество частиц, с низкой прочностью. Это приводит к неоднородности материала и к ухудшению прочностных свойств отливок, снижает коррозионную стойкость и приводит к снижению срока службы тепловых металлургических агрегатов.The disadvantage of this composition of the material based on stone casting and the method of its production is that silicon carbide, which does not dissolve when melted in a silicate melt, is used as an additive to the claimed composition. Solid silicon carbide particles are the centers around which fluorophlogopite crystals grow. Particulate matter settles down under its own weight, and the uniformity of the mass is broken. As a result, material zones enriched with carbide with greater strength and zones containing fewer particles with lower strength arise. This leads to heterogeneity of the material and to deterioration of the strength properties of castings, reduces corrosion resistance and reduces the service life of thermal metallurgical units.

Известен состав материала на основе каменного литья (авт. свид. СССР №759472, опубл. 30.08.80, бюлл. №32), содержащий оксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид калия, оксид бария и фтор при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:The known composition of the material based on stone casting (ed. Certificate of the USSR No. 759472, publ. 30.08.80, bull. No. 32) containing silicon oxide, aluminum oxide, calcium oxide, magnesium oxide, potassium oxide, barium oxide and fluorine in the following ratio of ingredients, weight. %:

оксид кремния - 32,5-38,5,silicon oxide - 32.5-38.5,

оксид алюминия - 12,5 - 15,0,aluminum oxide - 12.5 - 15.0,

оксид кальция - 0,8 -1,6,calcium oxide - 0.8 -1.6,

оксид магния - 24,0 - 25,7,magnesium oxide - 24.0 - 25.7,

оксид калия - 4,8 - 7,0,potassium oxide - 4.8 - 7.0,

фтор - 8,0-9,0,fluorine - 8.0-9.0,

оксид бария - 7,0 - 13,5.barium oxide - 7.0 - 13.5.

Материал имеет прочность на сжатие 730-900 кгс/см2, увеличенное число теплосмен, которое выдерживают образцы без разрушения при воздействии высоких температур 900 и 1050°C. Количество свободной стеклообразной фазы колеблется в пределах 5-10%.The material has a compressive strength of 730-900 kgf / cm 2 , an increased number of heat exchangers that can withstand samples without destruction when exposed to high temperatures of 900 and 1050 ° C. The amount of free glassy phase ranges from 5-10%.

Известен способ производства указанного материала на основе каменного литья (авт. свид. СССР №759472, опубл. 30.08.80, бюлл. №32), включающий плавление шихты на основе песка, глины, глинозема, магнезита, периклаза, кремнефторида калия, фторида магния с добавками баритового концентрата. Плавление осуществляют при температуре 1600-1700°C. Расплав заливают в формы, где при одновременном затвердевании происходит его кристаллизация. Полученные отливки подвергают отжигу (медленному охлаждению). Минеральная фаза представлена кристаллами твердых растворов фторфлогопита калий-бариевого состава.A known method of producing the specified material based on stone casting (ed. Certificate of the USSR No. 759472, publ. 30.08.80, bull. No. 32), including melting a mixture based on sand, clay, alumina, magnesite, periclase, potassium fluoride, magnesium fluoride with barite concentrate additives. Melting is carried out at a temperature of 1600-1700 ° C. The melt is poured into molds, where crystallization occurs during solidification. The obtained castings are subjected to annealing (slow cooling). The mineral phase is represented by crystals of solid solutions of fluoroflogopite potassium-barium composition.

Недостатком данного материала на основе каменного литья и способа его производства является то, что для получения отливок из материала на основе каменного литья используют неорганические фториды, которые при загрузке в плавильную печь влажной шихты в результате реакции пирогидролиза фторидов становятся летучими:The disadvantage of this material based on stone casting and the method of its production is that inorganic fluorides are used to produce castings from material based on stone casting, which, when loaded into a smelting furnace of a wet mixture, become volatile as a result of pyrohydrolysis of fluorides:

Figure 00000001
Figure 00000001

В результате образования газообразного фторида водорода получаются фтористые соединения в связанной форме, что приводит к потерям фтористых соединений и к образованию в отливках посторонних минеральных фаз. Камнелитые отливки, полученные из указанного материала, получаются с ухудшенными свойствами и разрушаются под воздействием агрессивных расплавленных и газовых сред. Как показали промышленные испытания, скорость разрушения каменного литья составляет 0,35 -0,6 мм в сутки и приводит к изменению формы отливки на 3-5 мм в сутки. Это ухудшает прочностные свойства отливки, снижает коррозионную стойкость и приводит к снижению срока службы тепловых агрегатов для получения легких и цветных металлов.The formation of gaseous hydrogen fluoride produces fluoride compounds in a bound form, which leads to the loss of fluoride compounds and the formation of extraneous mineral phases in the castings. The stone castings obtained from the specified material are obtained with deteriorated properties and are destroyed by aggressive molten and gaseous media. As industrial tests have shown, the rate of destruction of stone casting is 0.35-0.6 mm per day and leads to a change in the shape of the casting by 3-5 mm per day. This affects the strength properties of the casting, reduces corrosion resistance and leads to a decrease in the service life of thermal units to produce light and non-ferrous metals.

Известен состав стеклокерамического материала на основе фторфлогопита (патент США №4777151 от 11.10.1988, приоритет Японии №60-144555 от 03.07.1985), включающий компоненты при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:The known composition of the glass-ceramic material based on fluoroflogopite (US patent No. 4777151 from 10/11/1988, priority of Japan No. 60-144555 from 07/03/1985), including components in the following ratio of ingredients, weight. %:

оксид кремния - 35-60,silicon oxide - 35-60,

оксид алюминия -10-20,alumina -10-20,

оксид магния -12-25,magnesium oxide -12-25,

оксид калия - 5-15,potassium oxide - 5-15,

фтор - 4-15.fluorine - 4-15.

Содержание микрокристаллического фторфлогопита в стеклокерамическом материале составляет 40-70 вес. %.The content of microcrystalline fluorophlogopite in the glass-ceramic material is 40-70 weight. %

Известен способ производства указанного стеклокерамического материала на основе фторфлогопита (патент США №4777151 от 11.10.1988, приоритет Японии №60-144555 от 03.07.1985), включающий стадии обезвоживания и сушки шихты при температуре 25-130°C и стадии тепловой обработки сначала при температуре 500-800°C в течение 1-15 час, затем при температуре 800-1100°C в течение 1-15 час, стадию заливки в форму с охлаждением. Стадию окончательного нагрева отливки при температуре 1100-1300°C в течение 1-15 час, удаление окалины с отливки и увеличение роста микроструктуры фторфлогопита. Полученный стеклокерамический материал имеет предел прочности на изгиб не менее чем 1500 кгс/см2, теплостойкость около 1800°С, высокую диэлектрическую способность и хорошую обрабатываемость. Материал обладает высокими литейными качествами на растяжение.A known method of production of the specified glass-ceramic material based on fluorophlogopite (US patent No. 4777151 from 10/11/1988, priority of Japan No. 60-144555 from 07/03/1985), including the stage of dehydration and drying of the mixture at a temperature of 25-130 ° C and the stage of heat treatment first at at a temperature of 500-800 ° C for 1-15 hours, then at a temperature of 800-1100 ° C for 1-15 hours, the stage of pouring into the mold with cooling. The stage of final heating of the casting at a temperature of 1100-1300 ° C for 1-15 hours, the removal of scale from the casting and an increase in the growth of the fluorophlogopite microstructure. The resulting glass-ceramic material has a bending strength of not less than 1500 kgf / cm 2 , heat resistance of about 1800 ° C, high dielectric ability and good machinability. The material has high tensile casting properties.

Недостатком данного стеклокерамического материала на основе фторфлогопита и способа его производства является низкое содержание фторфлогопита (40-70 вес. %) в стеклокерамическом материале. Это приводит к хрупкости материала и к повышенной пористости, и не позволяет его использовать в условиях воздействия высоких температур и агрессивных сред, а именно в тепловых металлургических агрегатах для получения легких и цветных металлов. Кроме того, процесс получения фторфлогопита является длительным процессом, каждая операция длится по 1-15 часов, что снижает производительность процесса получения фторфлогопита.The disadvantage of this glass-ceramic material based on fluoroflogopite and the method of its production is the low content of fluorophlogopite (40-70 wt.%) In the glass-ceramic material. This leads to brittleness of the material and to increased porosity, and does not allow it to be used under conditions of exposure to high temperatures and aggressive environments, namely in thermal metallurgical units for producing light and non-ferrous metals. In addition, the process of obtaining fluorophlogopite is a lengthy process, each operation lasts 1-15 hours, which reduces the productivity of the process of obtaining fluorophlogopite.

Известен способ кристаллосинтеза фторфлогопита (авт. свид. СССР №168261, опубл. 18.11.1965, бюл. №4), включающий сушку компонентов шихты при температуре 600-800°C, их смешивание, прессование в гранулы и загрузку полученных гранул в тигель. Плавление и гомогенизацию расплава проводят при температуре 1400°C в течение 6-8 часов, кристаллизацию расплава в форме с получением отливок и с постепенным их охлаждением в платиновых тиглях в интервале температур 1360-1325°C с понижением температуры со скоростью 1 град/час при температурном градиенте 1-2 град/см. Весь процесс кристаллосинтеза продолжается от 4 до 6 суток. В качестве шихты используют природный калиевый полевой шпат, содержащий примеси оксида натрия до 3,5%, оксида кальция до 0,4%, оксида железа до 0,3% с добавками оксида магния и фторида магния. С целью улучшения кристаллизационной способности расплава и возмещения потерь летучих в основную шихту вводят 2,5% кремнефторида калия. В результате получают слюдокристаллический материал с крупными кристаллами длиной 70-45 мм и толщиной 3-4 мм.A known method of crystallosynthesis of fluorophlogopite (ed. Certificate of the USSR No. 168261, publ. 11/18/1965, bull. No. 4), including drying the components of the mixture at a temperature of 600-800 ° C, mixing, pressing into granules and loading the obtained granules into a crucible. Melting and homogenization of the melt is carried out at a temperature of 1400 ° C for 6-8 hours, crystallization of the melt in a mold to produce castings and their gradual cooling in platinum crucibles in the temperature range 1360-1325 ° C with decreasing temperature at a speed of 1 deg / hour at a temperature gradient of 1-2 degrees / cm. The whole process of crystallosynthesis lasts from 4 to 6 days. As the mixture using natural potassium feldspar containing impurities of sodium oxide up to 3.5%, calcium oxide up to 0.4%, iron oxide up to 0.3% with the addition of magnesium oxide and magnesium fluoride. In order to improve the crystallization ability of the melt and compensate for the loss of volatiles, 2.5% of potassium silicofluoride is introduced into the main charge. The result is a mica crystal material with large crystals 70-45 mm long and 3-4 mm thick.

Недостатком известного способа является то, что слюдокристаллический материал получают с крупными кристаллами, длиной 70-45 мм и толщиной 3-4 мм. Увеличение размера кристаллов в микроструктуре фторфлогопита приводит к повышению пористости, что не позволяет применять полученный фторфлогопит в агрессивных средах из-за проникновения в поры фторфлогопита расплавленных хлоридов металлов и снижения срока службы футеровочного материала. Кроме того, в процессе получения слюдокристаллического материала происходит образование побочных соединений за счет реакции пирогидролиза взаимодействия кремнефторида калия с водой. В результате реакции пирогидролиза образующийся фторид водорода реагирует с компонентами шихты с образованием фторидов и оксифторидов, что приводит к потерям фтористых соединений и к образованию побочных нежелательных соединений и к появлению в отливках посторонних минеральных фаз с ухудшением их свойств. Все это приводит к снижению прочностных свойств материала. Кроме того, процесс приготовления фторфлогопита является длительным от 4 до 6 суток, что снижает производительность процесса получения слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита.The disadvantage of this method is that the mica material is obtained with large crystals, a length of 70-45 mm and a thickness of 3-4 mm An increase in the crystal size in the microstructure of fluorophlogopite leads to an increase in porosity, which does not allow the obtained fluorophlogopite to be used in aggressive environments due to penetration of molten metal chlorides into the pores of fluorophlogopite and a decrease in the service life of the lining material. In addition, in the process of obtaining mica crystalline material, side compounds are formed due to the reaction of pyrohydrolysis of the interaction of potassium silicofluoride with water. As a result of the pyrohydrolysis reaction, the resulting hydrogen fluoride reacts with the charge components with the formation of fluorides and oxyfluorides, which leads to the loss of fluoride compounds and to the formation of undesirable side compounds and the appearance of extraneous mineral phases in the castings with a deterioration in their properties. All this leads to a decrease in the strength properties of the material. In addition, the process of preparing fluoroflogopite is lengthy from 4 to 6 days, which reduces the productivity of the process of obtaining mica-crystalline material based on fluoroflogopite.

Известен электроизоляционный материл (авт. свид. СССР №883979, опубл. 23.11.1981, бюл. №43), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий оксиды кремния, алюминия, магния, калия и фтор при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:Known electrical insulation material (ed. Certificate of the USSR No. 883979, publ. 11/23/1981, bull. No. 43), by the number of common features adopted for the closest analogue prototype and including oxides of silicon, aluminum, magnesium, potassium and fluorine in the following ratio of ingredients , the weight. %:

оксид кремния - 43,8-44,8,silicon oxide - 43.8-44.8,

оксид алюминия - 6,8 -8,0,aluminum oxide - 6.8 -8.0,

оксид магния - 25,0 - 27,0,magnesium oxide - 25.0 - 27.0,

оксид калия - 9,5 - 10,5,potassium oxide - 9.5 - 10.5,

фтор - 12,0-13,0.fluorine - 12.0-13.0.

Указанный материал обладает повышенными физико-механическими свойствами в сочетании с пониженным водопоглощением (0,5-1,3%), плотностью (2,7-2,8 г/см3) и пористостью (0,5-1,5%), при этом значение водопоглощения снижется в 2-3 раза.The specified material has enhanced physical and mechanical properties in combination with reduced water absorption (0.5-1.3%), density (2.7-2.8 g / cm 3 ) and porosity (0.5-1.5%) , while the value of water absorption is reduced by 2-3 times.

Недостатком данного состава является то, что высокое содержание фтора в заявленном составе (12,0-13,0 вес. %) приводит к получению материала крупнокристаллического строения, а увеличение роста кристаллов в микроструктуре фторфлогопита ведет к повышению пористости, что не позволяет применять полученный фторфлогопит в агрессивных средах из-за проникновения в поры фторфлогопита расплавленных хлоридов металлов.The disadvantage of this composition is that the high fluorine content in the claimed composition (12.0-13.0 wt.%) Leads to the production of coarse-crystalline material, and an increase in crystal growth in the microstructure of fluorophlogopite leads to an increase in porosity, which does not allow the use of the obtained fluoroflogopite in aggressive environments due to penetration of molten metal chlorides into the pores of fluorophlogopite.

Известен способ получения плавленнолитого материала для футеровки тепловых агрегатов цветной металлургии (патент РФ №2410349, опубл. 27.01.2011), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий подготовку компонентов шихты, состоящей из кварцевого песка, металлургического магнезита, глиноземсодержащего и фторсодержащего компонентов, плавление полученной шихты, заливку расплава в формы, выдержку, извлечение отливки из формы, отжиг и охлаждение. В качестве глиноземсодержащего компонента используют огнеупорную глину, в качестве фторсодержащего компонента - фторид алюминия или фторид магния и дополнительно поташ при следующем соотношении компонентов, масс. %:There is a method of producing fused cast material for lining thermal units of non-ferrous metallurgy (RF patent No. 2410349, publ. 01/27/2011), by the number of common features adopted for the closest analogue prototype and including the preparation of the components of the mixture, consisting of quartz sand, metallurgical magnesite, alumina and fluorine-containing components, melting the resulting mixture, pouring the melt into molds, holding, extracting the casting from the mold, annealing and cooling. Refractory clay is used as an alumina-containing component, aluminum fluoride or magnesium fluoride is used as a fluorine-containing component and additionally potash in the following ratio of components, mass. %:

кварцевый песок 23,8-38,9,silica sand 23.8-38.9,

металлургический магнезит 15,2-29,4,metallurgical magnesite 15.2-29.4,

огнеупорная глина 4,3-31,5,refractory clay 4.3-31.5,

фторсодержащий компонент 17,1-18,fluorine-containing component 17.1-18,

поташ -15,2-16,8.potash -15.2-16.8.

Приготовление шихты включает следующие операции: взвешивание, смешивание порошкообразных компонентов шихты при строгом дозировании компонентов, увлажнение смешанной шихты водой с получением пластической массы, формирование окомкованной шихты в виде гранул диаметром 5-20 мм, их сушку. Гранулы плавят в течение 1 часа при температуре 1450-1550°C. С получением расплава фторфлогопита. Затем производят разливку полученного расплава непрерывной струей при достижении температуры расплава 1430-1450°C в формы, подогретые до температуры 200-500°C. Отжиг отливок проводят при температуре 800-900°C с последующим охлаждением их в печи со скоростью 35-45°C/ч. Плавленнолитой материал обладает улучшенными прочностными свойствами и содержит кристаллы в виде сферолитов диаметром 5-10 мм.The preparation of the mixture includes the following operations: weighing, mixing the powdered components of the mixture with strict dosing of the components, moistening the mixed mixture with water to obtain a plastic mass, forming a pelletized mixture in the form of granules with a diameter of 5-20 mm, and drying them. The granules are melted for 1 hour at a temperature of 1450-1550 ° C. With the melt fluorophlogopite. Then, the resulting melt is casted in a continuous stream upon reaching the melt temperature of 1430-1450 ° C into molds heated to a temperature of 200-500 ° C. Annealing of the castings is carried out at a temperature of 800-900 ° C, followed by cooling in a furnace at a speed of 35-45 ° C / h. The fused cast material has improved strength properties and contains crystals in the form of spherulites with a diameter of 5-10 mm.

Недостатком данного способа производства плавленнолитого материала является то, что в качестве шихты используют поташ с содержанием оксида калия 15,2-16,8 масс. %. Повышенное содержание оксидов щелочных металлов, в частности оксида калия, более 10 мас. % влияет на количество и состав свободной стеклообразной фазы в отливках, а также на состав основного кристаллического сростка материала, так как остаточная калийсодержащая стеклообразная фаза становится более легкоплавкой. Как показали опытно-промышленные испытания отливок, приготовленных из плавленнолитого материала указанного состава, при температуре выше 900°C происходит испарение стеклообразной фазы из основной массы кристаллического материала. Соответственно в образовавшиеся поры начинает поступать агрессивный расплав хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, что приводит к интенсивному разрушению отливок и к снижению прочностных свойств материала. Кроме того, в указанном патенте получают плавленнолитой материал с кристаллами в виде сферолитов диаметром 5-10 мм. Крупный размер кристаллов приводит к понижению коррозионных свойств материала на 40%. Это не позволяет применять полученный фторфлогопит в агрессивных средах тепловых аппаратов из-за проникновения в поры фторфлогопита расплавленных хлоридов металлов. Все это приводит к снижению прочностных свойств материала и соответственно к снижению срока службы футеровочного материала.The disadvantage of this method of production of fused cast material is that as a mixture using potash with a potassium oxide content of 15.2-16.8 mass. % The increased content of alkali metal oxides, in particular potassium oxide, more than 10 wt. % affects the amount and composition of the free glassy phase in the castings, as well as the composition of the main crystalline aggregate of the material, since the residual potassium-containing glassy phase becomes more fusible. As shown by pilot tests of castings prepared from fused-cast material of the specified composition, at a temperature above 900 ° C, the glassy phase evaporates from the bulk of the crystalline material. Correspondingly, an aggressive melt of chlorides of alkali and alkaline earth metals begins to flow into the resulting pores, which leads to intensive destruction of castings and to a decrease in the strength properties of the material. In addition, in said patent a fused-cast material with crystals in the form of spherulites with a diameter of 5-10 mm is obtained. The large size of the crystals leads to a decrease in the corrosion properties of the material by 40%. This does not allow the use of the obtained fluorophlogopite in aggressive environments of thermal apparatus due to the penetration of molten metal chlorides into the pores of the fluorophlogopite. All this leads to a decrease in the strength properties of the material and, accordingly, to a decrease in the service life of the lining material.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет получить отливки с гладкой, ровной поверхностью. Наружная литейная поверхность, образованная очень мелкими различно ориентированными кристаллами фторфлогопита, скрепленными стеклофазой, является наиболее плотной и прочной частью отливок, определяющей их коррозионную стойкость в условиях воздействия высокотемпературной агрессивной среды. Для получения слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита использован оптимально подобранный состав и соотношение шихтовых материалов и оптимальные условия проведения процесса его производства. Это позволяет при последующей операции плавления и получения расплава слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита избежать потерь фтористых соединений за счет снижения образования газообразного фторида водорода, фторидных и оксифторидных соединений и исключить образование побочных нежелательных кристаллических фаз. На поверхности (верхний слой) отливок отсутствуют трещины, раковины, механические повреждения. Содержание основной минеральной фазы - фторфлогопита - колеблется от 75 до 92% масс., а содержание стеклофазы не превышает 2-3%. Величина кристаллов в поверхностной зоне отливки не превышает 0,2-0,3 мм, пористость материала - 0,5-1%.The technical result is aimed at eliminating the disadvantages of the prototype and allows to obtain castings with a smooth, even surface. The outer casting surface, formed by very small differently oriented fluorophlogopite crystals bonded by a glass phase, is the most dense and durable part of the castings, which determines their corrosion resistance under conditions of exposure to high-temperature aggressive environments. To obtain mica-crystalline material based on fluorophlogopite, an optimally selected composition and ratio of charge materials and optimal conditions for the production process were used. This allows the subsequent melting and obtaining a melt of mica-crystalline material based on fluoroflogopite to avoid losses of fluoride compounds by reducing the formation of gaseous hydrogen fluoride, fluoride and oxyfluoride compounds and to eliminate the formation of undesirable crystalline phases. On the surface (top layer) of the castings there are no cracks, sinks, mechanical damage. The content of the main mineral phase, fluorophlogopite, ranges from 75 to 92% by weight, and the glass phase content does not exceed 2-3%. The size of the crystals in the surface zone of the casting does not exceed 0.2-0.3 mm, the porosity of the material is 0.5-1%.

Задачей, на которую направлено изобретение, является получение слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита с улучшенными тепло- и коррозионностойкими свойствами, что позволяет повысить срок службы оборудования, в которых используются отливки, в 2-4 раза. Кроме того, предложенная технология производства слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита позволяет повысить производительность процесса его получения.The objective of the invention is to obtain mica-crystalline material based on fluoroflogopite with improved heat and corrosion-resistant properties, which allows to increase the service life of equipment in which castings are used, 2-4 times. In addition, the proposed technology for the production of mica crystalline material based on fluoroflogopite can improve the productivity of the process of its production.

Поставленная задача решается тем, что предложен слюдокристаллический материал на основе фторфлогопита, включающий оксиды кремния, алюминия, магния, калия и фтор, при этом он содержит указанные ингредиенты при следующем соотношении, масс. %:The problem is solved by the fact that the proposed mica-crystalline material based on fluorophlogopite, including oxides of silicon, aluminum, magnesium, potassium and fluorine, while it contains these ingredients in the following ratio, mass. %:

оксид кремния - 39,0 - 43,0,silicon oxide - 39.0 - 43.0,

оксид алюминия - 9,0 -12,0,aluminum oxide - 9.0 -12.0,

оксид магния - 27,1 - 30,0,magnesium oxide - 27.1 - 30.0,

оксид калия - 7,1 - 9,0,potassium oxide - 7.1 - 9.0,

фтор - 8,0 - 12,0.fluorine - 8.0 - 12.0.

Поставленная задача решается также тем, что предложен способ производства слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита по п. 1, включающий приготовление компонентов шихты, смешивание, добавку в шихту воды с получением пластичной массы, ее формирование, сушку, плавление с получением расплавленного слюдокристаллического материала, заливку его в литейные формы, выдержку с получением отливок, извлечение отливок из литейных форм и их отжиг с постепенным охлаждением, в котором новым является то, что шихту готовят из кварцевого песка, глинозема, периклазового порошка и кремнефторида калия, при следующем соотношении компонентов, масс. %:The problem is also solved by the fact that the proposed method for the production of mica crystalline material based on fluoroflogopite according to claim 1, including preparing the components of the mixture, mixing, adding water to the mixture to obtain a plastic mass, its formation, drying, melting to obtain molten mica-crystalline material, pouring it into casting molds, holding castings, extracting castings from casting molds and annealing them with gradual cooling, in which it is new that the mixture is prepared from quartz dog a, alumina, periclase kremneftorida powder and potassium, with the following component ratio, wt. %:

кварцевый песок - 33,5 - 34,5,quartz sand - 33.5 - 34.5,

глинозем - 9,5 -10,5,alumina - 9.5 -10.5,

периклазовый порошок - 29,5 - 30,5,periclase powder - 29.5 - 30.5,

кремнефторид калия - 25,5 - 26,5,potassium silicofluoride - 25.5 - 26.5,

для получения пластической массы в качестве связующего компонента используют подогретый раствор лигносульфонатов, который подают одновременно с водой в шихту при непрерывном перемешивании в течение 15-20 минут до массового содержания влаги 3-8%, пластическую массу формируют в виде брикетов и сушат ступенчато сначала при температуре 100-200°C, затем при температуре 200-300°C в течение 2-3 часов, брикеты плавят при температуре 1600-1750°C в течение 1,5-3,5 часов, а отливки отжигают при температуре 910-950°C с проведением при этой температуре изотермической выдержки в течение 1-3 часов и с последующей скоростью их охлаждения 30-60°C/час. Кроме того, шихту смешивают в течение 15-30 минут. Кроме того, раствор лигносульфонатов подогревают до температуры 60-80°C.to obtain a plastic mass, a heated solution of lignosulfonates is used as a binder component, which is supplied simultaneously with water to the mixture with continuous stirring for 15-20 minutes to a mass moisture content of 3-8%, the plastic mass is formed in the form of briquettes and dried stepwise at first at a temperature 100-200 ° C, then at a temperature of 200-300 ° C for 2-3 hours, the briquettes are melted at a temperature of 1600-1750 ° C for 1.5-3.5 hours, and the castings are annealed at a temperature of 910-950 ° C with an isothermal discharge at this temperature buckle for 1-3 hours and subsequent cooling rate of 30-60 ° C / hour. In addition, the mixture is mixed for 15-30 minutes. In addition, the lignosulfonate solution is heated to a temperature of 60-80 ° C.

Кроме того, брикеты формируют размером 20×50 мм.In addition, briquettes form a size of 20 × 50 mm.

Кроме того, расплавленный слюдокристаллический материал выдерживают в литейных формах в течение 15-30 минут.In addition, the molten mica-crystalline material is kept in casting molds for 15-30 minutes.

Кроме того, литейные формы перед заливкой расплавленного слюдокристаллического материала подогревают до температуры 150-200°C.In addition, the molds are heated to a temperature of 150-200 ° C before pouring the molten mica-crystalline material.

Кроме того, отливки отжигают в течение 22-24 часа.In addition, the castings are annealed for 22-24 hours.

Кроме того, отливки охлаждают до температуры 50-80°C.In addition, the castings are cooled to a temperature of 50-80 ° C.

Подобранный экспериментальным путем качественный и количественный состав слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита в строго дозированном соотношении ингредиентов позволяет получить слюдокристаллический материал на основе фторфлогопита с высокими прочностными свойствами, с плотным мелкозернистым строением и незначительной пористостью, что позволяет использовать отливки в качестве футеровки и в качестве деталей в агрегатах с агрессивной средой, увеличивая срок службы агрегата. Выбранные опытным путем интервалы ингредиентов слюдокристаллического материала позволяют регулировать состав свободной стеклообразной фазы в отливке и состав основного кристаллического сростка материала. При повышении содержания оксида калия выше 9 мас. % стеклообразная фаза материала становится более легкоплавкой, и при высоких температурах происходит ее испарение из материала, что приводит к интенсивному разрушению отливок и снижению срока их использования. При понижении содержания оксида калия ниже 7% происходит образование новых кристаллов, например цельзиана, что приводит к интенсивному разрушению отливок и снижению срока их использования. Изменение количества оксидов кремния, магния и алюминия выше или ниже указанных пределов связано с появлением в отливках посторонних минеральных фаз и ухудшением их свойств. При увеличении количества оксида алюминия выше 12 мас. % и оксида магния более 30 мас. % в материале появляется примесь в виде шпинели, возрастание содержания оксида кремния выше 43 мас. % вызывает появление кристаллобалита и энстатита. Уменьшение содержания оксидов кремния, алюминия и магния ниже заявленных предельных значений приводит к образованию кристаллов крупного размера и к повышению пористости. Материал крупнокристаллического строения и высокой пористости образуется также и при содержании фтора выше 12 мас. %. При снижении содержания фтора менее 8 мас. % в материале образуется большое количество посторонних соединений в виде кристаллов типа шпинели, энстатита, форстериата, снижающих содержание фторфлогопита в слюдокристаллическом материале и ухудшающих прочностные свойства слюдокристаллического материала.The experimentally selected qualitative and quantitative composition of mica-crystalline material based on fluoroflogopite in a strictly dosed ratio of ingredients allows to obtain mica-crystalline material based on fluorophlogopite with high strength properties, with a dense fine-grained structure and low porosity, which allows castings to be used as a lining and as parts in aggregates with aggressive media, increasing the life of the unit. The empirically selected intervals of the ingredients of the mica crystal material make it possible to control the composition of the free glassy phase in the casting and the composition of the main crystalline aggregate of the material. With an increase in the content of potassium oxide above 9 wt. The% glassy phase of the material becomes more fusible, and at high temperatures it evaporates from the material, which leads to intensive destruction of the castings and a reduction in their useful life. With a decrease in the content of potassium oxide below 7%, the formation of new crystals, for example, Celsian, leads to intensive destruction of the castings and a decrease in their useful life. A change in the amount of silicon, magnesium, and aluminum oxides above or below the specified limits is associated with the appearance of extraneous mineral phases in the castings and the deterioration of their properties. With an increase in the amount of alumina above 12 wt. % and magnesium oxide more than 30 wt. % in the material there is an admixture in the form of spinel, an increase in the content of silicon oxide above 43 wt. % causes the appearance of crystallobalite and enstatite. A decrease in the content of oxides of silicon, aluminum and magnesium below the declared limit values leads to the formation of large crystals and to an increase in porosity. The material of the coarse-grained structure and high porosity is also formed when the fluorine content is above 12 wt. % With a decrease in fluorine content of less than 8 wt. % in the material, a large number of foreign compounds are formed in the form of crystals such as spinel, enstatite, forsterate, which reduce the fluorophlogopite content in mica-crystalline material and impair the strength properties of mica-crystalline material.

Подобранный экспериментальным путем качественный и количественный состав шихты для получения слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита позволяет получить материал с высокими прочностными свойствами. Брикеты, приготовленные из указанных шихтовых материалов, обладают незначительной пористостью, не пропитываются расплавом хлоридов металлов и являются наиболее стойкими при воздействии агрессивных сред. Изменение количества кварцевого песка, глинозема, периклазового порошка выше или ниже указанных пределов связано с появлением в брикетах посторонних минеральных фаз и ухудшением их свойств. При увеличении количества глинозема выше 10,5 мас. % и периклазового порошка более 30,5 мас. % в материале появляется примесь в виде шпинели, возрастание содержания кварцевого песка выше 34,5 мас. % вызывает появление кристаллобалита и энстатита. Уменьшение содержания ниже заявленных предельных значений приводит к образованию кристаллов крупного размера и повышению пористости.Experimentally selected qualitative and quantitative composition of the mixture to obtain mica-crystalline material based on fluoroflogopite allows to obtain a material with high strength properties. Briquettes made from these charge materials have low porosity, are not impregnated with a metal chloride melt, and are the most resistant to aggressive media. A change in the amount of quartz sand, alumina, periclase powder above or below the specified limits is associated with the appearance of extraneous mineral phases in the briquettes and the deterioration of their properties. With an increase in the amount of alumina above 10.5 wt. % and periclase powder more than 30.5 wt. % in the material there is an admixture in the form of spinel, an increase in the content of quartz sand above 34.5 wt. % causes the appearance of crystallobalite and enstatite. A decrease in the content below the declared limit values leads to the formation of large crystals and an increase in porosity.

Применение в качестве связующего компонента подогретого до температуры 60-80°C раствора лигносульфонатов и режимы подготовки пластичной массы при перемешивании позволяют получить брикеты более укрупненной формы и прочного состава. Это позволяет при последующей операции плавления и получения расплава слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита избежать потерь фтористых соединений за счет снижения образования газообразного фторида водорода, фторидных и оксифторидных соединений, и исключить образование побочных нежелательных кристаллических фаз.The use of a lignosulfonate solution heated to a temperature of 60-80 ° C as the binder component and the modes of preparation of the plastic mass with stirring make it possible to obtain briquettes of a more enlarged shape and strong composition. This allows the subsequent melting operation and the production of a melt of mica-crystalline material based on fluorophlogopite to avoid the loss of fluoride compounds by reducing the formation of gaseous hydrogen fluoride, fluoride and oxyfluoride compounds, and to eliminate the formation of side unwanted crystalline phases.

Проведение операции сушки полученных брикетов ступенчато: сначала при температуре 100-200°C, затем при температуре 200-300°C в течение 2-2,5 часов до массового содержания влаги 0,11-0,2% позволяет при последующей операции плавления и получения расплава слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита избежать потерь фтористых соединений за счет снижения образования газообразного фторида водорода, фторидных и оксифторидных соединений и исключить образование побочных нежелательных кристаллических фаз.The drying operation of the obtained briquettes is stepwise: first at a temperature of 100-200 ° C, then at a temperature of 200-300 ° C for 2-2.5 hours to a mass moisture content of 0.11-0.2% allows for the subsequent melting operation and to obtain a melt of mica-crystalline material based on fluorophlogopite to avoid losses of fluoride compounds by reducing the formation of gaseous hydrogen fluoride, fluoride and oxyfluoride compounds and to eliminate the formation of undesirable crystalline phases.

Подобранный режим проведения операции плавления брикетов шихты (температура 1600-1750°C и время плавления 1,5 -3,5 час.) позволяет также избежать образования побочных реакций, загрязняющих слюдокристаллический материал соединениями, отличными по составу от фторфлогопита. Силикатная система для получения слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита содержит неорганические фториды, которые при плавлении шихты в интервале температуре 1300-1500°C становятся летучими. Летучесть их усиливается в случае плавления влажной шихты в результате реакции пирогидролиза фторидов.The selected mode of carrying out the operation of melting the briquettes of the charge (temperature 1600-1750 ° C and a melting time of 1.5-3.5 hours) also avoids the formation of adverse reactions that contaminate mica-crystalline material with compounds that are different in composition from fluorophlogopite. The silicate system for producing mica crystalline material based on fluoroflogopite contains inorganic fluorides, which become volatile when the mixture is melted in the temperature range 1300-1500 ° C. Their volatility is enhanced in the case of melting of the wet mixture as a result of the reaction of pyrohydrolysis of fluorides.

Подобранные экспериментальным путем режимы проведения операций для производства слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита, например время проведения процесса плавки 1,5-3,5 часа, выдержка в формах в течение 15-30 минут, позволяют увеличить производительность процесса и уменьшить образование вредных примесей в материале, устранить дефекты послойных наплывов и образование неслитин на поверхности отливок и тем самым повысить стойкость отливок к воздействию агрессивных сред.Experimentally selected modes of operations for the production of mica-crystalline material based on fluorophlogopite, for example, the duration of the melting process, 1.5-3.5 hours, holding in molds for 15-30 minutes, can increase the productivity of the process and reduce the formation of harmful impurities in the material, eliminate defects of layered flows and the formation of neslitins on the surface of castings and thereby increase the resistance of castings to aggressive environments.

Подобранный режим отжига отливок в печи при температуре 910-950°C и проведение при этой температуре изотермической выдержки в течение 1,5-3,0 часа позволяет повысить плотность материала в отливке за счет усадки, уплотнения и структурообразования, что значительно повышает прочностные свойства материала.The selected mode of annealing of the castings in the furnace at a temperature of 910–950 ° C and the isothermal holding at this temperature for 1.5–3.0 hours allows increasing the density of the material in the casting due to shrinkage, compaction, and structure formation, which significantly increases the strength properties of the material .

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном слюдокристаллическом материале на основе фторфлогопита и способе его производства, изложенных в пунктах формулы изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features that are identical (identical) to all the essential features of the invention. The determination from the list of identified analogues of the prototype as the closest in terms of the totality of the features of the analogue made it possible to establish the combination of the distinguishing features that are essential to the applicant’s technical result in the claimed mica-crystalline material based on fluoroflogopite and the method of its production set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. В заявленном изобретении имеется новая совокупность признаков, выразившаяся в новой последовательности действий во времени, новых дополнительных стадиях процесса и в новых условиях осуществления действий. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed method from the prototype. In the claimed invention there is a new set of features, expressed in a new sequence of actions in time, new additional stages of the process and in new conditions for the implementation of actions. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример осуществления способа производства слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита. Слюдокристаллический материал на основе фторфлогопита, структурной формулы [KMg3(AlSi3O10)F2] является продуктом высокотемпературной переплавки безжелезистого минерального сырья с добавлением в состав шихты кремнефторида калия и состоит из трех структурных составляющих: фторфлогопита (75-92%), акцессорных элементов (5-10%) и стеклофазы (2-3%). В качестве сырья для приготовления шихты для производства слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита используют следующие компоненты:The industrial applicability of the invention is confirmed by the following example of the method for the production of mica-crystalline material based on fluoroflogopite. Mica-crystalline material based on fluorophlogopite, the structural formula [KMg 3 (AlSi 3 O 10 ) F 2 ] is a product of high-temperature smelting of iron-free mineral raw materials with the addition of potassium silicofluoride in the mixture and consists of three structural components: fluorophlogopite (75-92%), accessory elements (5-10%) and glass phase (2-3%). The following components are used as raw materials for the preparation of a mixture for the production of mica-crystalline material based on fluoroflogopite:

кварцевый песок марки ВС-050-1 (ГОСТ 22551-77) в количестве 340 кг (34,0 мас. %),silica sand, grade BC-050-1 (GOST 22551-77) in an amount of 340 kg (34.0 wt.%),

глинозем марки ГО (ГОСТ 30558) в количестве 100 кг (10,0 мас. %),GO brand alumina (GOST 30558) in an amount of 100 kg (10.0 wt.%),

периклазовый порошок марки ППИ-91 или ППТИ-92 (ГОСТ 10360-85) в количестве 300 кг (30.0 мас. %),periclase powder brand PPI-91 or PPTI-92 (GOST 10360-85) in an amount of 300 kg (30.0 wt.%),

кремнефторид калия технический (ТУ 2621-017- 69886968-2013) в количестве 260 кг (26,0 мас. %).technical potassium fluoride fluoride (TU 2621-017- 69886968-2013) in the amount of 260 kg (26.0 wt.%).

Фторфлогопит по своей природе является комплексным соединением переменного состава, и синтез его осуществляется через образование ряда промежуточных соединений. Компоненты шихты загружают в бункеры с вибродозаторами и через узел загрузки подают в кюбель, перемещаемый на тележке с электроприводом под бункерами. Тележка оснащена электронными весами 4D-P-3-2000-A.W/4D, с помощью которых осуществляют дополнительный (к объемному дозированию) весовой контроль компонентов шихты. Кюбель с шихтой устанавливают на приемную воронку смесительной машины типа МС-400М с вращающейся мешалкой с частотой вращения лопастей, равной 55 об/мин. В качестве связки для шихты используют раствор лигносульфонатов (ТУ 2455-028-00279580) в количестве 3,5% масс.(35 кг на 1 тонну шихты), подогретый до температуры 70°C в баке печи сопротивления. В смесительную машину МС-400М загружают сухую шихту и на ее поверхность подают воду и раствор лигносульфонатов, перемешивают в течение 20 минут и получают пластичную массу влажностью 8%. Пластичную массу выгружают в кюбель, который устанавливают на приемную воронку вальцового пресса, который представляет собой два вращающихся навстречу друг другу барабана. В вальцовом прессе производительностью 5 т/час получают брикеты размером 20×50 мм. Брикеты направляют на ступенчатую сушку. Сначала брикеты высыпают на пластинчатый конвейер и загружают в конвейерную печь типа СКОП-9,5.1, 15.31, 7/1,5, где брикеты подсушивают при температуре 150°C. Затем брикеты высыпают в кюбель, который устанавливают в шахтную печь СШО-13.11/5-И2. Брикеты спекают при температуре 250°C в течение 2 часов. Полученные брикеты из шихты подают в расходный бункер плавильной печи. Печь для приготовления фторфлогопита выполнена поворотной, футерованной графитом для защиты расплава от загрязнений примесями, с одним сводовым электродом. Сводовый электрод опускают до подины, и при соприкосновении его с коксом зажигается электрическая дуга. В печь подгружают брикеты порционно по 350 кг. Под воздействием тепла электрической дуги начинается расплавление брикетированной шихты. Расплав, накапливаясь на подине печи, формирует ванну, и при достижении глубины ее 10-15 мм дуговой разряд гаснет, и ток, проходя через образовавшийся расплав, нагревает его за счет сопротивления расплава. По мере проплавления производят подгрузку брикетов, не допуская в печи открытого зеркала расплава. Плавку брикетированной шихты проводят при температуре 1650°C в течение 3 часов при первой плавке и 1,5 часа при последующих плавках. При выпуске расплава из печи производят последующую загрузку брикетов в количестве 300 кг. Плавление брикетированной шихты в печи является циклическим процессом, включающим основные операции: старт, периодическую загрузку брикетированной шихты, ее расплавление и слив расплава в ковш для разливки. С увеличением количества (объема расплава в печи) и повышения его температуры электрод постепенно поднимают вверх, регулируя межэлектродным расстоянием процесс плавления. При этом увеличивают силу тока. В течение всего периода плавки электрод должен быть погружен в расплав. Длительность плавки при полезной мощности 300-310 кВт составит 3 часа. В результате получают расплавленный слюдокристаллический материал на основе фторфлогопита получают следующего состава, масс. %.: 41 оксид кремния, 11 оксид алюминия, 30 оксид магния, 9 оксид калия, 9 фтор. Расплавленный слюдокристаллический материал на основе фторфлогопита выпускают из печи в металлический ковш чайникового типа вместимостью 500 кг и заливают в литейные формы, например в кокили, выполненные из конструкционного графита марки 30ПГ (ТУ 48-20-86-81), или в песчано-глинистые формы. Для устранения послойных наплывов литейные формы перед заливкой расплава подогревают до температуры 200°C. Заливку проводят ровной непрерывной струей при температуре расплава 1450°C. Отливки выдерживают в литейных формах в течение 20 минут, затем извлекают из литейных форм и транспортируют подъемно-транспортным механизмом на отжиг в печь камерную с подвижным подом типа СДО-15.12.19/9-5. Температуру отжига поддерживают 920°C и при этой температуре проводят изотермическую выдержку в течение 2 часов, затем печь отключают и при скорости 50°C/час начинают охлаждение отливок. Отжиг в печи производят в течение 24 часов до температуры отливок 50°C. Затем отливки очищают от наплывов и заусениц и отправляют потребителю в соответствии с техническими условиями на отливки.Fluorophlogopite by its nature is a complex compound of variable composition, and its synthesis is carried out through the formation of a number of intermediate compounds. The components of the charge are loaded into hoppers with vibration dosing units and fed through a loading unit to a cube moved on an electric trolley under the hoppers. The trolley is equipped with 4D-P-3-2000-A.W / 4D electronic scales, with the help of which additional (to volume dosing) weight control of charge components is carried out. The plug with the charge is installed on the receiving funnel of the mixing machine type MS-400M with a rotating mixer with a rotational speed of the blades equal to 55 rpm As a binder for the charge, a solution of lignosulfonates (TU 2455-028-00279580) in the amount of 3.5 wt% (35 kg per 1 ton of charge) is used, heated to a temperature of 70 ° C in the tank of the resistance furnace. A dry mixture is loaded into the MC-400M mixing machine and water and a solution of lignosulfonates are fed onto its surface, mixed for 20 minutes and a plastic mass with a moisture content of 8% is obtained. The plastic mass is discharged into a cube, which is mounted on a receiving funnel of a roller press, which is two drums rotating towards each other. In a roller press with a productivity of 5 t / h, briquettes of size 20 × 50 mm are obtained. Briquettes are sent to step drying. First, the briquettes are poured onto a plate conveyor and loaded into a conveyor furnace of the SKOP-9.5.1, 15.31, 7 / 1.5 type, where the briquettes are dried at a temperature of 150 ° C. Then the briquettes are poured into the cube, which is installed in the shaft furnace SShO-13.11 / 5-I2. Briquettes are sintered at a temperature of 250 ° C for 2 hours. The resulting briquettes from the charge are fed into the consumable hopper of the melting furnace. The furnace for the preparation of fluorophlogopite is made rotary, lined with graphite to protect the melt from impurities, with one arch electrode. The arch electrode is lowered to the bottom, and when it contacts the coke, an electric arc is ignited. 350 kg of briquettes are loaded into the oven. Under the influence of the heat of the electric arc, the melt of the briquetted charge begins. The melt, accumulating on the bottom of the furnace, forms a bath, and when it reaches a depth of 10-15 mm, the arc discharge goes out, and the current passing through the formed melt heats it due to the melt resistance. As the penetration is carried out, briquettes are loaded, not allowing the melt to open in the oven. The briquetted charge is melted at a temperature of 1650 ° C for 3 hours at the first melting and 1.5 hours at subsequent melts. When the melt is released from the furnace, subsequent briquettes are loaded in an amount of 300 kg. Melting the briquetted mixture in the furnace is a cyclic process that includes the main operations: start, periodic loading of the briquetted mixture, its melting and draining the melt into the ladle for casting. With an increase in the quantity (volume of the melt in the furnace) and an increase in its temperature, the electrode is gradually raised up, regulating the interelectrode distance by the melting process. At the same time, the current strength is increased. During the entire melting period, the electrode must be immersed in the melt. The duration of the heat at a useful power of 300-310 kW will be 3 hours. The result is a molten mica crystalline material based on fluoroflogopite receive the following composition, mass. % .: 41 silicon oxide, 11 alumina, 30 magnesium oxide, 9 potassium oxide, 9 fluorine. The molten mica-crystalline material based on fluorophlogopite is discharged from the furnace into a 500 kg kettle-type metal ladle and poured into casting molds, for example, into molds made of structural graphite grade 30PG (TU 48-20-86-81), or in sandy-clay molds . To eliminate layer-by-layer influxes, casting molds are heated to a temperature of 200 ° C before pouring the melt. Pouring is carried out by an even continuous stream at a melt temperature of 1450 ° C. The castings are kept in casting molds for 20 minutes, then removed from the casting molds and transported by a lifting-transport mechanism for annealing in a chamber furnace with a movable hearth type SDO-15.12.19 / 9-5. The annealing temperature is maintained at 920 ° C and at this temperature isothermal exposure is carried out for 2 hours, then the furnace is turned off and the castings begin to cool at a speed of 50 ° C / hour. Annealing in the furnace is carried out for 24 hours to a temperature of castings of 50 ° C. Then the castings are cleaned of sagging and burrs and sent to the consumer in accordance with the technical conditions for the castings.

Таким образом, опытно-промышленные исследования и производственные испытания показали, что при оптимальном варианте состава слюдокристаллического материала благодаря физико-химическим свойствам основного минерала фторфлогопита, плотному мелкозернистому строению (особенно поверхностных слоев) основной минеральной фазы изделия из фторфлогопита получают с гладкой и ровной поверхностью. Наружная литейная поверхность, образованная очень мелкими различно ориентированными кристаллами фторфлогопита, скрепленными стеклофазой, является наиболее плотной и прочной частью изделия, определяющей коррозионную стойкость ее в условиях воздействия высокотемпературной агрессивной среды. На рабочей поверхности отливки отсутствуют трещины, раковины, механические повреждения. Содержание основной минеральной фазы - фторфлогопита - колеблется от 75 до 92%, а содержание стеклофазы не превышает 2-3%. Величина кристаллов не превышает 5 мм, пористость - 0,5-1%.Thus, pilot studies and production tests have shown that, with the optimal composition of mica-crystalline material, due to the physicochemical properties of the main mineral of fluorophlogopite and the dense fine-grained structure (especially surface layers) of the main mineral phase, fluorophlogopite products are obtained with a smooth and even surface. The outer casting surface, formed by very small variously oriented fluorophlogopite crystals bonded by a glass phase, is the most dense and durable part of the product, which determines its corrosion resistance under conditions of exposure to a high-temperature aggressive environment. On the working surface of the casting there are no cracks, sinks, mechanical damage. The content of the main mineral phase - fluorophlogopite - ranges from 75 to 92%, and the content of the glass phase does not exceed 2-3%. The size of the crystals does not exceed 5 mm, the porosity is 0.5-1%.

Изобретение позволяет получить слюдокристаллический материал на основе фторфлогопита с улучшенными тепло- и коррозионностойкими свойствами, что позволяет повысить срок службы оборудования с использованием отливок из слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита в 2-4 раза. Кроме того, предложенный способ производства слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита позволяет повысить производительность работы установки.EFFECT: invention makes it possible to obtain mica-crystalline material based on fluoroflogopite with improved heat and corrosion resistant properties, which allows to increase the service life of equipment using castings from mica-crystalline material based on fluorophlogopite by 2-4 times. In addition, the proposed method for the production of mica crystalline material based on fluoroflogopite can improve the productivity of the installation.

Claims (9)

1. Слюдокристаллический материал на основе фторфлогопита, включающий оксиды кремния, алюминия, магния, калия и фтор, отличающийся тем, что, он содержит указанные ингредиенты при следующем соотношении, масс. %:
Оксид кремния 39,0-43,0 Оксид алюминия 9,0-12,0 Оксид магния 27,1-30,0 Оксид калия 7,1-9,0 Фтор 8,0-12,0
1. Mica crystalline material based on fluorophlogopite, including oxides of silicon, aluminum, magnesium, potassium and fluorine, characterized in that it contains the indicated ingredients in the following ratio, mass. %:
Silica 39.0-43.0 Aluminium oxide 9.0-12.0 Magnesium oxide 27.1-30.0 Potassium oxide 7.1-9.0 Fluorine 8.0-12.0
2. Способ производства слюдокристаллического материала на основе фторфлогопита по п. 1, включающий приготовление компонентов шихты, смешивание, добавку в шихту воды с получением пластичной массы, ее формирование, сушку, плавление с получением расплавленного слюдокристаллического материала, заливку его в литейные формы, выдержку с получением отливок, извлечение отливок из литейных форм и их отжиг с постепенным охлаждением, отличающийся тем, что шихту готовят из кварцевого песка, глинозема, периклазового порошка и кремнефторида калия, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Кварцевый песок 33,5-34,5 Глинозем 9,5-10,5 Периклазовый порошок 29,5-30,5 Кремнефторид калия 25,5-26,5

для получения пластической массы в качестве связующего компонента используют подогретый раствор лигносульфонатов, который подают одновременно с водой в шихту при непрерывном перемешивании в течение 15-20 минут до массового содержания влаги 3-8%, пластическую массу формируют в виде брикетов и сушат ступенчато сначала при температуре 100-200°C, затем при температуре 200-300°C в течение 2- 3 часов, брикеты плавят при температуре 1600-1750°C в течение 1,5-3,5 часов, отливки отжигают при температуре 910-950°C с проведением при этой температуре изотермической выдержки в течение 1-3 часов и с последующей скоростью их охлаждения 30-60°C/час.
2. A method for the production of mica-crystalline material based on fluorophlogopite according to claim 1, including preparing the charge components, mixing, adding water to the mixture to obtain a plastic mass, its formation, drying, melting to obtain molten mica-crystalline material, pouring it into casting molds, holding for the production of castings, the extraction of castings from the molds and their annealing with gradual cooling, characterized in that the mixture is prepared from quartz sand, alumina, periclase powder and potassium silicofluoride, with the following ratio of components, mass. %:
Quartz sand 33.5-34.5 Alumina 9.5-10.5 Periclase powder 29.5-30.5 Potassium Silicon Fluoride 25.5-26.5

to obtain a plastic mass, a heated solution of lignosulfonates is used as a binder component, which is supplied simultaneously with water to the mixture with continuous stirring for 15-20 minutes to a mass moisture content of 3-8%, the plastic mass is formed in the form of briquettes and dried stepwise at first at a temperature 100-200 ° C, then at a temperature of 200-300 ° C for 2-3 hours, the briquettes are melted at a temperature of 1600-1750 ° C for 1.5-3.5 hours, the castings are annealed at a temperature of 910-950 ° C carrying out isothermal curing at this temperature ki for 1-3 hours and subsequent cooling rate of 30-60 ° C / hour.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что шихту смешивают в течение 15-30 минут.3. The method according to p. 2, characterized in that the mixture is mixed for 15-30 minutes. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что раствор лигносульфонатов подогревают до температуры 60-80°C.4. The method according to p. 2, characterized in that the lignosulfonate solution is heated to a temperature of 60-80 ° C. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что брикеты формируют размером 20×50 мм.5. The method according to p. 2, characterized in that the briquettes form a size of 20 × 50 mm 6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что расплавленный слюдокристаллический материал выдерживают в литейных формах в течение 15-30 минут.6. The method according to p. 2, characterized in that the molten mica-crystalline material is kept in casting molds for 15-30 minutes. 7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что литейные формы перед заливкой расплавленного слюдокристаллического материала подогревают до температуры 150-200°C.7. The method according to p. 2, characterized in that the molds before pouring the molten mica-crystalline material is heated to a temperature of 150-200 ° C. 8. Способ по п. 2, отличающийся тем, что отливки отжигают в течение 22-24 часа.8. The method according to p. 2, characterized in that the castings are annealed for 22-24 hours. 9. Способ по п. 2, отличающийся тем, что отливки охлаждают до температуры 50-80°C. 9. The method according to p. 2, characterized in that the castings are cooled to a temperature of 50-80 ° C.
RU2014124508/03A 2014-06-16 2014-06-16 Fluoroflogopite-based mica crystal material and method of its production RU2559964C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014124508/03A RU2559964C1 (en) 2014-06-16 2014-06-16 Fluoroflogopite-based mica crystal material and method of its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014124508/03A RU2559964C1 (en) 2014-06-16 2014-06-16 Fluoroflogopite-based mica crystal material and method of its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2559964C1 true RU2559964C1 (en) 2015-08-20

Family

ID=53880464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014124508/03A RU2559964C1 (en) 2014-06-16 2014-06-16 Fluoroflogopite-based mica crystal material and method of its production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2559964C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761516C1 (en) * 2021-02-02 2021-12-09 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Charge for producing cast mica crystalline material
RU2764842C1 (en) * 2021-06-09 2022-01-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (АО "НИИ НПО "ЛУЧ") Method for producing crystal micro material based on fluorine floorite
CN117385466A (en) * 2023-10-12 2024-01-12 长春市泰元氟金云母有限公司 Melting method of large-size fluorine crystal mica monocrystal for boiler air-bag water level gauge

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD132332A1 (en) * 1977-05-25 1978-09-20 Roland Ehrt MACHINABLE GLIMMERIC GLASS CERAMICS AND METHOD OF MANUFACTURING THEM
SU883979A1 (en) * 1980-03-24 1981-11-23 Институт проблем литья АН УССР Electric insulation composition
SU1759798A1 (en) * 1989-08-02 1992-09-07 Институт проблем материаловедения АН УССР Glass for producing cast mica-crystalline material
RU2007147031A (en) * 2007-12-17 2009-06-27 Валентин Николаевич Терехов (RU) METHOD FOR PRODUCING PRODUCTS FROM MICA
RU2410349C1 (en) * 2009-09-17 2011-01-27 Закрытое акционерное общество "Союзтеплострой" Method of producing molten-cast comsilite ctc material for lining non-ferrous metallurgy thermal units

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD132332A1 (en) * 1977-05-25 1978-09-20 Roland Ehrt MACHINABLE GLIMMERIC GLASS CERAMICS AND METHOD OF MANUFACTURING THEM
SU883979A1 (en) * 1980-03-24 1981-11-23 Институт проблем литья АН УССР Electric insulation composition
SU1759798A1 (en) * 1989-08-02 1992-09-07 Институт проблем материаловедения АН УССР Glass for producing cast mica-crystalline material
RU2007147031A (en) * 2007-12-17 2009-06-27 Валентин Николаевич Терехов (RU) METHOD FOR PRODUCING PRODUCTS FROM MICA
RU2410349C1 (en) * 2009-09-17 2011-01-27 Закрытое акционерное общество "Союзтеплострой" Method of producing molten-cast comsilite ctc material for lining non-ferrous metallurgy thermal units

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761516C1 (en) * 2021-02-02 2021-12-09 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Charge for producing cast mica crystalline material
RU2764842C1 (en) * 2021-06-09 2022-01-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (АО "НИИ НПО "ЛУЧ") Method for producing crystal micro material based on fluorine floorite
CN117385466A (en) * 2023-10-12 2024-01-12 长春市泰元氟金云母有限公司 Melting method of large-size fluorine crystal mica monocrystal for boiler air-bag water level gauge
CN117385466B (en) * 2023-10-12 2024-03-26 长春市泰元氟金云母有限公司 Melting method of large-size fluorine crystal mica monocrystal for boiler air-bag water level gauge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cao et al. Sinterability, microstructure and compressive strength of porous glass-ceramics from metallurgical silicon slag and waste glass
CN105174974B (en) Alumina fused cast refractory and method for producing same
US20110021340A1 (en) Refractory
RU2559964C1 (en) Fluoroflogopite-based mica crystal material and method of its production
CN104193370B (en) A kind of preparation method of ladle carbon free precast block
JP6427456B2 (en) Unshaped refractory composition and unshaped refractory
Li et al. Restructuring-diffusion mechanism of calcium alumino-titanate in CaAl12O19–MgAl2O4–Al2O3 castables
JP2012072051A (en) Powder composition for fireproof castable, and fireproof castable using the same
BR112018067830B1 (en) DEPHOSPHORUS DEVICE AND PROCESS FOR MANUFACTURING A COATING OF A DEVICE
JP7052664B2 (en) Castable refractory
RU2410349C1 (en) Method of producing molten-cast comsilite ctc material for lining non-ferrous metallurgy thermal units
RU2550626C1 (en) Fire-proof concrete composition
CN101786890A (en) Method for producing electro-fused zirconia-corundum ramming material by utilizing waste bricks of glass kiln
BR112015002324B1 (en) method for processing steel slag to produce a hydraulic mineral binder and for recovering iron
Aigbodion et al. Production of alumino-silicate clay-bonded bagasse ash composite crucible by slip casting
JP6926717B2 (en) Alumina-Magnesian Castable Refractory
US1954552A (en) Basic refractory amd method of
EP3315475B1 (en) Brick for hearth section of molten pig iron production furnace
Pilli Study on the alumina-silicon carbide-carbon based trough castable
Wu et al. Preparation and properties of the glass‐ceramics from low Ti‐bearing blast furnace slag and waste glass
TW202413307A (en) Magnesia-alumina based castable and refractory brick
JP2014084269A (en) Castable refractory for nonferrous metal refining vessel and precast block using the same
SU927781A1 (en) Batch for making refractory products
JP7095674B2 (en) How to make concrete
JP2018015763A (en) Lining refractory material for continuous casting tundish