RU2732369C1 - Method of producing cast glassceramic material - Google Patents
Method of producing cast glassceramic material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732369C1 RU2732369C1 RU2020103835A RU2020103835A RU2732369C1 RU 2732369 C1 RU2732369 C1 RU 2732369C1 RU 2020103835 A RU2020103835 A RU 2020103835A RU 2020103835 A RU2020103835 A RU 2020103835A RU 2732369 C1 RU2732369 C1 RU 2732369C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hours
- amount
- rate
- charge
- cooling
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической и ресурсосберегающей технологиям и может быть использовано для получения литого стеклокристаллического материала шпинелид-пироксенового состава и изделий из него, применяемых в промышленном, гражданском и дорожном строительстве, транспортной защите.The invention relates to chemical and resource-saving technologies and can be used to obtain a cast glass-crystalline material of spinel-pyroxene composition and products from it, used in industrial, civil and road construction, transport protection.
Известен способ получения искусственного камня (патент RU №2290381), включающий плавку ваграночного шлака, в расплав ваграночного шлака с основностью 0,8 при температуре 1420°С вводят раздробленное цветное бутылочное стекло и блестящие неокисленные стальные опилки, например опилки нержавеющей стали, в количестве от 2 до 40% от массы расплава, причем так, чтобы стальные опилки были центрами кристаллизации, а частицы цветного стекла размещались в виде вкраплений между металлическими опилками. Смесь перегревают до температуры 1430-1470°С и заливают в формы.There is a known method of producing an artificial stone (patent RU No. 2290381), including melting cupola slag, crushed colored bottle glass and shiny unoxidized steel filings, such as stainless steel sawdust, are introduced into the cupola slag melt with a basicity of 0.8 at a temperature of 1420 ° C. 2 to 40% of the mass of the melt, and so that the steel filings are the centers of crystallization, and the colored glass particles are placed in the form of inclusions between the metal filings. The mixture is superheated to a temperature of 1430-1470 ° C and poured into molds.
Недостатком известного способа получения материала является необходимость использования дополнительных компонентов, таких как металлические опилки и стекло-бой, что приводит к удорожанию изделий. Кроме того, ограничения по основности шлака сужают возможную номенклатуру сырья, а отсутствие термической обработки не гарантирует обеспечения необходимого уровня кристалличности.The disadvantage of the known method of obtaining the material is the need to use additional components, such as metal filings and broken glass, which leads to an increase in the cost of products. In addition, restrictions on the basicity of the slag narrow the possible range of raw materials, and the absence of heat treatment does not guarantee the required level of crystallinity.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков и достигаемому техническому результату является способ получения стеклокристаллического материала (патент RU №2477712 от 20.03.13), при котором для приготовления шихты сырьевые материалы: шлак ТЭС, стеклобой, фторид натрия, диоксид титана измельчают, просеивают и смешивают в необходимых соотношениях. Варку составов производят в шамотных тиглях в электрической печи с выдержкой в течение 30-40 минут при максимальной температуре 1500°С. Термообработку проводят в муфельной печи при температуре 950°С и времени выдержки 60 мин. Данный способ принят за прототип.The closest method for the same purpose to the claimed invention in terms of the combination of features and the achieved technical result is a method for producing glass-crystalline material (patent RU No. 2477712 dated 03/20/13), in which raw materials for preparing the charge are: TPP slag, cullet, sodium fluoride, titanium dioxide crushed, sieved and mixed in the required proportions. Compositions are cooked in fireclay crucibles in an electric furnace with exposure for 30-40 minutes at a maximum temperature of 1500 ° C. Heat treatment is carried out in a muffle furnace at a temperature of 950 ° C and a holding time of 60 minutes. This method is taken as a prototype.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, - приготовление массы из шихты; плавление шихты в электродуговой печи; заливка полученного расплава в формы; термическая обработка.Signs of the prototype, which coincide with the features of the claimed invention, - preparation of the mass from the charge; melting the charge in an electric arc furnace; pouring the resulting melt into molds; heat treatment.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что полученный материал не способен поглощать кинетическую энергию удара и содержит повышенное содержание оксида фосфора, что не позволяет получать сферолитную структуру материала. Кроме того, материал, полученный известным способом, сочетает химическую стойкость с низкими прочностными характеристиками, что сужает сферу применения материала.The disadvantage of the known method, taken as a prototype, is that the resulting material is not able to absorb the kinetic energy of impact and contains an increased content of phosphorus oxide, which does not allow obtaining the spherulite structure of the material. In addition, the material obtained by a known method combines chemical resistance with low strength characteristics, which narrows the scope of the material.
Техническим результатом изобретения является создание способа получения литых стеклокристаллических материалов пшинелид-пироксенового состава и изделий из них с износостойкостью в диапазоне 0,01-0,02 кг/м3, поглощающей способностью кинетической энергии удара в диапазоне 53-55 Дж/см3, степенью кристалличности 93-96%, расширение области применения материалов.The technical result of the invention is the creation of a method for producing cast glass-crystalline materials of pshinelide-pyroxene composition and products from them with wear resistance in the range of 0.01-0.02 kg / m 3 , the absorbing capacity of the kinetic energy of impact in the range of 53-55 J / cm 3 , the degree crystallinity 93-96%, expanding the scope of materials.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения литого стеклокристаллического материала, включающем приготовление массы из шихты, плавление шихты в электродуговой печи, заливку полученного расплава в формы, термическую обработку, согласно изобретению используют шихту, включающую габбродолерит в количестве 92-95 мас. % и отходы обогащения хромитовых руд в количестве 5-8 мас. %, содержащие оксид хрома в количестве 2-10%, шихту расплавляют в электродуговых плавильных печах с водоохлаждаемым корпусом в течение 1-1,5 часов при температуре 1420-1480°С, после заливки формы с отливками охлаждают со скоростью 120-300°С/мин в течение 1,5-2 часов, а термическую обработку осуществляют в два этапа: на первом этапе проводят охлаждение со скоростью 90-110°С/час в течение 4-6 часов, на втором этапе проводят охлаждение со скоростью 35-55°С/час в течение 12-15 часов.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method for producing cast glass-crystalline material, including preparing a mass from a charge, melting a charge in an electric arc furnace, pouring the resulting melt into molds, heat treatment, according to the invention, a charge is used that includes gabbrodolerite in an amount of 92-95 wt. % and wastes of chromite ore dressing in the amount of 5-8 wt. %, containing chromium oxide in an amount of 2-10%, the charge is melted in electric arc melting furnaces with a water-cooled body for 1-1.5 hours at a temperature of 1420-1480 ° C, after casting the mold with castings, it is cooled at a rate of 120-300 ° C / min for 1.5-2 hours, and heat treatment is carried out in two stages: at the first stage, cooling is carried out at a rate of 90-110 ° C / hour for 4-6 hours, at the second stage, cooling is carried out at a rate of 35-55 ° С / hour for 12-15 hours.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - используют шихту, включающую габбродолерит в количестве 92-95 мас. % и отходы обогащения хромитовых руд в количестве 5-8 мас. %, содержащие оксид хрома в количестве 2-10%; расплавляют шихту в электродуговых плавильных печах с водоохлаждаемым корпусом в течение 1-1,5 часов при температуре 1420-1480°С; после заливки формы с отливками охлаждают со скоростью 120-300°С/мин в течение 1,5-2 часов; термическую обработку осуществляют в два этапа: на первом этапе проводят охлаждение со скоростью 90-110°С/час в течение 4-6 часов, на втором этапе проводят охлаждение со скоростью 35-55°С/час в течение 12-15 часов.Signs of the proposed technical solution, distinctive from the prototype, - use a charge, including gabbrodolerite in the amount of 92-95 wt. % and wastes of chromite ore dressing in the amount of 5-8 wt. % containing chromium oxide in an amount of 2-10%; the charge is melted in electric arc melting furnaces with a water-cooled body for 1-1.5 hours at a temperature of 1420-1480 ° C; after casting, the molds with castings are cooled at a rate of 120-300 ° C / min for 1.5-2 hours; heat treatment is carried out in two stages: at the first stage, cooling is carried out at a rate of 90-110 ° C / hour for 4-6 hours, at the second stage, cooling is carried out at a rate of 35-55 ° C / hour for 12-15 hours.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят получить литые стеклокристаллические материалы шпинелид-пироксенового состава и изделия из них с износостойкостью в диапазоне 0,01-0,02 кг/м, поглощающей способностью кинетической энергии удара в диапазоне 53-55 Дж/см, степенью кристалличности 93-96%. Благодаря этому расширяется область применения материалов.Distinctive features in combination with known ones will make it possible to obtain cast glass-crystalline materials of spinel-pyroxene composition and products from them with wear resistance in the range of 0.01-0.02 kg / m, absorbing ability of kinetic energy of impact in the range of 53-55 J / cm, degree of crystallinity 93-96%. This expands the scope of the materials.
Для достижения заявленного результата, используют шихту состава, мас. %:To achieve the claimed result, use a mixture of composition, wt. %:
Габбродолерит имеет следующий состав, мас. %: оксид кремния 47-55; оксид титана 1-3; оксид алюминия 12-18; оксид железа 5-6; оксид марганца 1-2; оксид магния 16-20; оксид кальция 15-20; оксид калия 1-2; оксид натрия 1-2; сульфиды железа 1-2.Gabbrodolerite has the following composition, wt. %: silicon oxide 47-55; titanium oxide 1-3; aluminum oxide 12-18; iron oxide 5-6; manganese oxide 1-2; magnesium oxide 16-20; calcium oxide 15-20; potassium oxide 1-2; sodium oxide 1-2; iron sulfides 1-2.
Отходы обогащения хромитовых руд имеют следующий состав, мас. %: SiO2 - 45-50; TiO2 - 0,5-2; Al2O3 - 14-17; Cr2O3 - 50-75; FeO - 6-10; Fe2O3 - 3-4; MnO - 0,6-1; CaO - 13-17; MgO - 15-20; Na2O - 0,5-2; K2O - 0,4-2; Cr2O3 - 2-10.Waste of chromite ore dressing has the following composition, wt. %: SiO 2 - 45-50; TiO 2 - 0.5-2; Al 2 O 3 - 14-17; Cr 2 O 3 - 50-75; FeO - 6-10; Fe 2 O 3 - 3-4; MnO 0.6-1; CaO 13-17; MgO - 15-20; Na 2 O - 0.5-2; K 2 O - 0.4-2; Cr 2 O 3 - 2-10.
Сырьевые материалы измельчают, просеивают до фракции размером 1-8 мм и смешивают в соотношениях 92-95 и 5-8% соответственно. Плавку производят в электродуговых печах с графитовыми электродами в течение 1-1,5 часов при температуре 1420-1480°С. Источником нагрева плавильной установки является угольная дуга, зажигаемая между подовым и верхним электродом/электродами. Корпус плавильной установки при этом является водоохлаждаемым, что обеспечивает образование гарнисажа, выполняющего функцию футеровки и защиты от попадания примесей в расплав. Заливку расплава проводят в разовые песчано-глинистые формы или металлические/графитовые формы многократного использования.Raw materials are crushed, sieved to a fraction of 1-8 mm and mixed in proportions of 92-95 and 5-8%, respectively. Melting is performed in electric arc furnaces with graphite electrodes for 1-1.5 hours at a temperature of 1420-1480 ° C. The source of heating for the smelter is a carbon arc ignited between the bottom and top electrode / electrodes. In this case, the body of the melting plant is water-cooled, which ensures the formation of a skull, which serves as a lining and protects against the ingress of impurities into the melt. The melt is poured into single-use sandy-clay molds or reusable metal / graphite molds.
После заливки формы с отливками охлаждают со скоростью 120-300°С/мин в течение 1,5-2 часов с целью обеспечения скорости перехода расплава в кристаллическое состояние в диапазоне температур 1360-1230°С количество жидкой фазы, кристаллизующийся при снижении температуры на 1°С составляет 0,12-0,25%, в диапазоне температур 1230-1170°С количество жидкой фазы, кристаллизующийся при снижении температуры на 1°С, составляет 1,60-2,30%). Стекло-фаза в таких условиях кристаллизуется при температуре 1190-1220°С.After pouring, the molds with castings are cooled at a rate of 120-300 ° C / min for 1.5-2 hours in order to ensure the rate of transition of the melt to a crystalline state in the temperature range of 1360-1230 ° C, the amount of liquid phase crystallizing when the temperature drops by 1 ° C is 0.12-0.25%, in the temperature range 1230-1170 ° C, the amount of the liquid phase crystallizing with a decrease in temperature by 1 ° C is 1.60-2.30%). The glass phase crystallizes under such conditions at a temperature of 1190-1220 ° C.
Термообработку проводят в камерных печах или туннельных печах непрерывного действия по следующей схеме: 1 этап продолжительностью 4-6 часов - охлаждение со скоростью 90-110°С/час и 2 этап продолжительностью 12-15 часов - охлаждение со скоростью 35-55°С/час.Heat treatment is carried out in chamber furnaces or continuous tunnel kilns according to the following scheme: Stage 1, duration 4-6 hours - cooling at a rate of 90-110 ° C / hour and stage 2, duration 12-15 hours - cooling at a rate of 35-55 ° C / hour.
В совокупности указанные условия предварительного охлаждения форм после заливки обеспечивают протекание реакций шпинелидообразования при неравновесных условиях, что способствует формированию сферолитной структуры. Наличие оксида хрома в шихте, в сочетании с габбродолеритами, обеспечивает в расплаве условия для кристаллизации именно двухслойных сферолитов, в которых ядром является шпинелид, а оболочкой пироксен. Режимы охлаждения и кристаллизации обеспечивают сохранение сферолитной структуры в готовом материале или изделии и позволяют добиться степени кристалличности 93-96%.Taken together, these conditions for pre-cooling the molds after pouring ensure the occurrence of spinel formation reactions under nonequilibrium conditions, which contributes to the formation of a spherulite structure. The presence of chromium oxide in the charge, in combination with gabbrodolerites, provides conditions in the melt for the crystallization of precisely two-layer spherulites, in which the core is spinel and the shell is pyroxene. The modes of cooling and crystallization ensure the preservation of the spherulite structure in the finished material or product and allow achieving a degree of crystallinity of 93-96%.
Особенности структуры придают литому стеклокристаллическому материалу способность к поглощению кинетической энергии за счет диссипативных процессов при его динамической деформации, а также обеспечивают ему повышенную износостойкость за счет снижения режущего действия абразивных частиц при взаимодействии с ними.Features of the structure give the cast glass-crystalline material the ability to absorb kinetic energy due to dissipative processes during its dynamic deformation, and also provide it with increased wear resistance by reducing the cutting action of abrasive particles when interacting with them.
Примеры составов шихты и технологических параметров электродугового способа получения литых стеклокристаллических материалов со способностью к поглощению кинетической энергии удара и повышенной износостойкостью, с режимами термической обработки и свойствами, представлены в таблице. Examples of charge compositions and technological parameters of the electric arc method for producing cast glass-crystalline materials with the ability to absorb kinetic impact energy and increased wear resistance, with heat treatment modes and properties, are presented in the table.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить литые стеклокристаллические материалы и изделия из них со сферолитной структурой, обладающие повышенной износостойкостью в диапазоне 0,01-0,02 кг/м3, поглощающей способностью кинетической энергии удара в диапазоне 53-55 Дж/см3, и степенью кристалличности 93-96%, что значительно расширяет область применения материалов.Thus, the proposed method makes it possible to obtain cast glass-crystalline materials and products from them with a spherulite structure, having increased wear resistance in the range of 0.01-0.02 kg / m 3 , the absorbing capacity of kinetic energy of impact in the range of 53-55 J / cm 3 , and a degree of crystallinity of 93-96%, which significantly expands the scope of materials.
Предлагаемый состав шихты позволяет использовать в составе техногенное сырье, что позволяет рассматривать применимость изобретения в сфере ресурсосберегающих технологий, в области добычи и переработки полезных ископаемых.The proposed composition of the charge allows the use of technogenic raw materials in the composition, which allows us to consider the applicability of the invention in the field of resource-saving technologies, in the field of mining and processing of minerals.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103835A RU2732369C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Method of producing cast glassceramic material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103835A RU2732369C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Method of producing cast glassceramic material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2732369C1 true RU2732369C1 (en) | 2020-09-16 |
Family
ID=72516539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020103835A RU2732369C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Method of producing cast glassceramic material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2732369C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114702243A (en) * | 2022-04-11 | 2022-07-05 | 内蒙古科技大学 | Method for cooperatively curing heavy metal Cr-Ni-Mn in stainless steel slag |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1404481A1 (en) * | 1986-12-15 | 1988-06-23 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Glass composition for decorative crystalline glass material |
US4970195A (en) * | 1988-09-27 | 1990-11-13 | Alfred University | Process of making a superconducting glass-ceramic composition |
US6627565B1 (en) * | 1999-07-27 | 2003-09-30 | Hoya Corporation | Crystallized glass substrate for information recording medium |
RU2290381C1 (en) * | 2005-05-30 | 2006-12-27 | Пензенский государственный университет (ПГУ) | Method of production of the artificial stone |
RU2477712C2 (en) * | 2011-05-03 | 2013-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Glass-ceramic material based on thermal power plant slag wastes |
-
2020
- 2020-01-28 RU RU2020103835A patent/RU2732369C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1404481A1 (en) * | 1986-12-15 | 1988-06-23 | Ленинградский Технологический Институт Им.Ленсовета | Glass composition for decorative crystalline glass material |
US4970195A (en) * | 1988-09-27 | 1990-11-13 | Alfred University | Process of making a superconducting glass-ceramic composition |
US6627565B1 (en) * | 1999-07-27 | 2003-09-30 | Hoya Corporation | Crystallized glass substrate for information recording medium |
RU2290381C1 (en) * | 2005-05-30 | 2006-12-27 | Пензенский государственный университет (ПГУ) | Method of production of the artificial stone |
RU2477712C2 (en) * | 2011-05-03 | 2013-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Glass-ceramic material based on thermal power plant slag wastes |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114702243A (en) * | 2022-04-11 | 2022-07-05 | 内蒙古科技大学 | Method for cooperatively curing heavy metal Cr-Ni-Mn in stainless steel slag |
CN114702243B (en) * | 2022-04-11 | 2023-09-05 | 内蒙古科技大学 | Method for cooperatively solidifying heavy metal Cr-Ni-Mn in stainless steel slag |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20100193733A1 (en) | Regenerated calcium aluminate product and process of manufacture | |
EA011910B1 (en) | Method of proppant fabrication from glass spheres | |
RU2732369C1 (en) | Method of producing cast glassceramic material | |
JP6230531B2 (en) | Method for producing metallic chromium | |
GB986289A (en) | A material produced by devitrification of a glass made from a metallurgical slag | |
RU2329322C2 (en) | Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite | |
CN1238531C (en) | Outside of furnace refining agent and its manufacturing method | |
CN101016578B (en) | Molten steel purifying slag agent produced by blast furnace fusion method | |
EP0131388B1 (en) | Fused cast high chrome refractory and production thereof | |
CN107385150A (en) | A kind of production method of middle silicon low-carbon low-phosphor manganese block ferroalloy | |
Ghorai et al. | Treatment of LF slag to prevent powdering during cooling | |
RU2527408C2 (en) | Stone casting | |
RU2487173C1 (en) | Flux for electroslag remelting | |
JP2021146347A (en) | Sintering raw material, mold powder and method for producing sintering raw material | |
EP3137638B1 (en) | Method for manufacturing of calcium aluminate from black dross | |
KR102073284B1 (en) | Manufacturing method of fused cast using smelting by-product and mine waste | |
RU2713170C1 (en) | Cast glassceramic material | |
RU2563612C1 (en) | Method of silver extraction from scrap of silver-zinc batteries containing lead | |
US2330307A (en) | Process of smelting antimony ore | |
RU2304501C2 (en) | Welding flux used for the electric-arc welding | |
RU2200707C1 (en) | Process of producing alumina from ash-and-slag wastes | |
CN102443684A (en) | Cinder modifier composition for casting and use method thereof | |
RU1790490C (en) | Method for stone casting production | |
Roshchin et al. | Usage of worked-out metallurgical slag in electroslag remelting processes | |
US1318763A (en) | Margaret hilles johnson |