RU2786052C1 - Способ изготовления изделий методом синтетического каменного литья - Google Patents

Способ изготовления изделий методом синтетического каменного литья Download PDF

Info

Publication number
RU2786052C1
RU2786052C1 RU2022109545A RU2022109545A RU2786052C1 RU 2786052 C1 RU2786052 C1 RU 2786052C1 RU 2022109545 A RU2022109545 A RU 2022109545A RU 2022109545 A RU2022109545 A RU 2022109545A RU 2786052 C1 RU2786052 C1 RU 2786052C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
melt
mixture
furnace slag
sio
Prior art date
Application number
RU2022109545A
Other languages
English (en)
Inventor
Руслан Рафкатович Адигамов
Сергей Вадимович Волохов
Антон Витальевич Маевский
Денис Валерьевич Кузнецов
Игорь Николаевич Бурмистров
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь")
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") filed Critical Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь")
Application granted granted Critical
Publication of RU2786052C1 publication Critical patent/RU2786052C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к производству напольной износоустойчивой плитки, футеровки оборудования, эксплуатируемых с высокими абразивными нагрузками, и может быть использовано в строительной, металлургической, горнодобывающей и химической промышленности. Технический результат изобретения - снижение энергозатрат и «углеродного следа» получаемой продукции. Сырьевая смесь для изготовления изделий методом синтетического каменного литья включает огненно-жидкий доменный шлак и природный песок и содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: доменный шлак – 60-90,0; природный песок – 10-40; при этом суммарное содержание SiO2 и Al2O3 в смеси составляет, мас.%: 35-65 и 5-15 соответственно. Сырьевая смесь может содержать модификатор скорости кристаллизации в количестве 0,5-5 мас.%. Способ включает заливку в печь огненно-жидкого доменного шлака с температурой 1200-1400°С, ввод песка с содержанием SiO2 не менее 85 мас.%, нагрев полученной смеси до температуры 1410-1500°С, выдержку полученного расплава при указанной температуре в течение 20–90 минут и последующую разливку расплава в формы. Разливку расплава осуществляют в формы, предварительно подогретые до температуры 300–550°С. Формы с расплавом охлаждают до температуры менее 300°С со скоростью не более 0,5 градусов в минуту. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к производству изделий (напольной износоустойчивой плитки, футеровки оборудования) эксплуатируемых с высокими абразивными нагрузками, методом синтетического каменного литья и может быть использовано в строительной, металлургической, горнодобывающей и химической промышленности.
Известен состав шлакоситалла (Патент SU №1123996, МПК С03С3/22, 1984), содержащий следующие компоненты, % масс.: SiO2 – 38,0-39,5; Al2O3 – 11,0-12,5; CaO – 33,0-36,0; MgO – 13,5-15,0; S2 – 0,3-0,5; Fе2O3 – 0,20-0,65; MnO – 0,20-0,65.
Недостатком указанного состава шлакоситалла является низкое количество инициатора кристаллизации, вследствие чего увеличение химической стойкости и износостойкости сравнительно низкое.
Известен также шлакоситалл, содержащий следующие компоненты, % масс.: SiO2 – 50,0-60,0; Al2O3 – 5,0-10,0; СаО – 15,0-20,0; MgO – 10,0-15,0; Fe2O3 – 2,0-6,0; Na2O – 2,0-6,0; Cr2O3 – 0,5-2,0 [Патент SU 391073, МПК С03С3/04, 1973].
Недостатком указанного состава шлакоситалла является высокое содержание оксида натрия, вследствие чего не удается достичь высоких значений химической стойкости.
Известен золошлакоситалл [Патент SU № 1813076, С03С10/06, 1993], содержащий в своем составе следующие компоненты, % масс.: SiO2 – 36,68-44,52; Al2O3 – 13,54-16,19; CaO – 20,74-27,69; MgO – 1,28-3,39; TiO2 – 0,64-0,73; S2 – 0,23-1,50; Fе2О3 – 5,73-6,41; FeO – 0,70-0,84; Na2O – 2,60-4,12 K2O – 0,69-1,93; P2O5 – 0,98-5,74; F – 0,60-1,26.
Недостатками данного изобретения является повышенное содержание токсичного фтора и оксидов фосфора.
Известен шлакоситалл, получаемый из следующих компонентов, % мас.: природный песок 60-80; доменный шлак 0-40; сталеплавильный шлак 0-40; растворимое стекло 0-5 [патент RU 2374206, МПК C04B35/16, 2009]. Достигаемым техническим результатом является повышение прочности на сжатие и морозостойкости материала, использование в качестве основного компонента сырьевой смеси - природного песка и утилизация различных отходов производства (доменных и сталеплавильных шлаков).
Недостатком данного технического решения является высокое содержание природного песка, характеризующегося существенной зависимостью состава от месторождения и содержание растворимого стекла до 5 % мас., что приводит к снижению устойчивости к агрессивным средам.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения изделий из синтетического каменного литья, включающий совместное плавление корректирующих добавок, содержащих кварцевый песок и другие компоненты, смешивание доменного шлака с полученной смесью и их последующее плавление при температуре 1470 – 1500 °С [CN107879631, МПК С03С10/00, опубл. 2018].
Недостатком данного способа, как и ранее описанных, является использование холодных шлаков или ископаемых горных пород, что приводит к значительным энергозатратам на процесс разогрева и плавления сырья и значительной эмиссии углекислого газа при сжигании ископаемого топлива для плавления шихты. Применение шлаков, взятых из отвалов или ископаемых горных пород также требует проведения дробления и смешения с пошихтовочными компонентами.
Задачей настоящего изобретения является разработка состава исходной сырьевой смеси и способа производства из нее изделий методом синтетического каменного литья, позволяющего существенно снизить энергозатраты и «углеродный след» получаемой продукции.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления изделий методом синтетического каменного литья из смеси содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%:
огненно-жидкий доменный шлак 60-90,0
природный песок 10-40,
при суммарном содержании SiO2 и Al2O3 в смеси 35-65 % и 5-15 % соответственно, включает заливку в печь огненно-жидкого доменного шлака с температурой 1200-1400 °С, ввод песка с содержанием SiO2 не менее 85 % мас., нагрев полученной смеси до температуры 1410-1500°С, выдержку полученного расплава при указанной температуре в течение 20-90 минут и последующую разливку расплава в формы.
Осуществляют введение в огненно-жидкий доменный шлак модификатора скорости кристаллизации в количестве 0,5-5,0 мас.% смеси. Выполняют подогрев форм до температуры 300–550 °С перед разливкой в них расплава. Производят охлаждение форм с расплавом до температуры менее 300 °С со скоростью не более 0,5 град. в минуту.
Сущность изобретения.
Выбранное соотношение компонентов обеспечивает оптимальное содержание SiO2 и Al2O3 в смеси, необходимое для формирования цепочечных полисиликатных структур и режима зародышеобразования. Это придает высокие механические свойства готовым изделиям (в частности, твердость по Викерсу не менее 150 НV; модуль упругости более 10 ГПа).
Выбор огненно-жидкого доменного шлака в заявленном количестве в качестве одного из компонентов смеси, обусловлен его высоким теплосодержанием, а также близостью его состава к конченым продуктам, получаемым методом синтетического каменного литья.
Повышение содержания песка в сырьевой смеси в количестве более 40% увеличивает расходы на подогрев смеси и повышает вязкость расплава. Снижение содержания песка менее 10% повышает склонность конечных продуктов к растрескиванию и ограничивает размеры отливок.
Сырьевая смесь может содержать модификаторы скорости кристаллизации в количестве 0,5-5,0 мас.%. В качестве модификаторов скорости кристаллизации могут использоваться хромитовая руда или отходы, содержащие не менее 20% оксида хрома Сr2О3.
Уменьшение содержания модификаторов скорости кристаллизации менее 0,5 % (при выполнении условия по содержанию не менее 20% оксида хрома Сr2О3) приводит к снижению твердости и износостойкости конечных продуктов. Увеличение содержания модификаторов скорости кристаллизации в количестве более 5,0 % экономически не целесообразно.
Подогрев огненно-жидкого доменного шлака совместно с песком до температуры 1410-1500 °С и последующая выдержка, обеспечивают гомогенизацию получаемого расплава и оптимальную его вязкость, требуемую для разливки в формы. Выдержка в печи полученного расплава в течение менее 20 минут приводит к неравномерности температурного поля расплава.
Для обеспечения равномерности режима охлаждения и снятия внутренних напряжений в изделиях, разливку расплава осуществляют в формы, предварительно подогретые до температуры 300 – 550 °С.
Формы с расплавам охлаждают до температуры менее 300 °С со скоростью не более 0,5 град. в минуту. Извлечение конечных продуктов из форм при температуре более 300 °С, а также охлаждение с большей скоростью, приводит к бракам и дефектам структуры конечных продуктов.
Согласно заявленной технологии, шлак вводится в печь в огненно-жидком виде при температуре 1200–1400 °С непосредственно после слива из доменной печи, исключая стадию охлаждения и размещения на полигоне.
Также, исключение стадии дробления шлака обеспечивает дополнительное снижение себестоимости процесса получения изделий методом синтетического каменного литья.
Достижение заявляемого технического результата подтверждается следующими примерами.
Во всех экспериментах применяли огненно-жидкий доменный шлак с составом, указанным в таблице 1.
Пример 1
Для приготовления сырьевой смеси использовали доменный шлак (температура 1200–1400 °С), карьерный песок с содержанием SiO2 93 % мас. Соотношение компонентов доменный шлак / песок составляло 70/30.
Таблица 1
Состав доменного шлака
Компонент шлака % мас.
SiO2 36-38
Al2O3 12-14
Fe3O4 0,3-0,6
CaO 35-37
MgO 10-12
Прочие примеси 1-4
Совмещение компонентов осуществлялось введением песка в огненно-жидкий доменный шлак. Полученную смесь нагрели до температуры 1470 °С и выдержали в течение 63 минут. Полученный таким способом расплав разлили по формам, предварительно подогретым до температуры 400 °С и далее охладили со скоростью 0,4 град. в минуту до температуры извлечения 245 °С.
Конечным продуктом являлся шлакоситалл, преимущественно состоящий из мелкокристаллических силикатов кальция-алюминия и кальция-магния (фазы анорита и акерманита) и характеризующийся твердостью по Викерсу 153 НV и модулем упругости 11 ГПа.
Пример 2
Для приготовления сырьевой смеси использовали доменный шлак (температура 1200–1400 °С), карьерный песок с содержанием SiO2 93 % мас. и хромитовую руду. Соотношение компонентов доменный шлак / песок / хромитовая руда составляло 60/37/3.
Совмещение компонентов осуществлялось введением песка и хромитовой руды в огненно-жидкий доменный шлак. Полученную смесь нагрели до температуры 1450 °С и выдержали в течение 35 минут. Полученный таким способом расплав разлили по формам, предварительно подогретым до температуры 310 °С и далее охладили со скоростью 0,4 град. в минуту до температуры извлечения 265 °С.
Конечным продуктом являлся шлакоситалл, преимущественно состоящий из мелкокристаллических силикатов кальция-алюминия и кальция-магния (фазы анорита и акерманита) и характеризующийся твердостью по Викерсу 157 НV и модулем упругости 12 ГПа.
Проведенные расчеты показали, что изготовление изделий методом синтетического каменного литья по заявленной технологии, позволяет снизить энергозатраты на производство шлакоситалла до 50 %, по сравнению с технологиями, использующими в качестве шихтовых материалы с температурой окружающей среды.

Claims (6)

1. Способ изготовления изделий методом синтетического каменного литья из смеси, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%:
огненно-жидкий доменный шлак 60-90,0 природный песок 10-40,
при суммарном содержании SiO2 и Al2O3 в смеси 35-65% и 5-15% соответственно, включающий заливку в печь огненно-жидкого доменного шлака с температурой 1200-1400°С, ввод песка с содержанием SiO2 не менее 85 мас.%, нагрев полученной смеси до температуры 1410-1500°С, выдержку полученного расплава при указанной температуре в течение 20–90 минут и последующую разливку расплава в формы.
2. Способ по п. 1, включающий введение в огненно-жидкий доменный шлак модификатора скорости кристаллизации в количестве 0,5-5,0 мас.% смеси.
3. Способ по п. 1, включающий, подогрев форм до температуры 300–550°С перед разливкой в них расплава.
4. Способ по п. 1, включающий охлаждение форм с расплавом до температуры менее 300°С со скоростью не более 0,5 град. в минуту.
RU2022109545A 2022-04-11 Способ изготовления изделий методом синтетического каменного литья RU2786052C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786052C1 true RU2786052C1 (ru) 2022-12-16

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU108042A1 (ru) * 1956-08-25 1956-11-30 Г.Ф. Тобольский Способ изготовлени крупноразмерных изделий и несущих конструкций из огненно-жидкого доменного шлака
SU460257A1 (ru) * 1973-06-15 1975-02-15 Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова Шлакоситалл
RU2290381C1 (ru) * 2005-05-30 2006-12-27 Пензенский государственный университет (ПГУ) Способ получения искусственного камня
CN101259987A (zh) * 2007-03-05 2008-09-10 郑州大学 利用高炉渣制备微晶玻璃的方法
RU2374206C1 (ru) * 2008-11-25 2009-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Вавилон" Сырьевая смесь и способ изготовления керамических изделий
CN106587634A (zh) * 2016-12-16 2017-04-26 武汉理工大学 一种直接利用熔融高炉渣的斑纹微晶玻璃及其制备方法
CN107879631A (zh) * 2017-11-07 2018-04-06 武汉理工大学 适合高炉熔渣微晶玻璃的成分调质料及其调质方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU108042A1 (ru) * 1956-08-25 1956-11-30 Г.Ф. Тобольский Способ изготовлени крупноразмерных изделий и несущих конструкций из огненно-жидкого доменного шлака
SU460257A1 (ru) * 1973-06-15 1975-02-15 Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова Шлакоситалл
RU2290381C1 (ru) * 2005-05-30 2006-12-27 Пензенский государственный университет (ПГУ) Способ получения искусственного камня
CN101259987A (zh) * 2007-03-05 2008-09-10 郑州大学 利用高炉渣制备微晶玻璃的方法
RU2374206C1 (ru) * 2008-11-25 2009-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Вавилон" Сырьевая смесь и способ изготовления керамических изделий
CN106587634A (zh) * 2016-12-16 2017-04-26 武汉理工大学 一种直接利用熔融高炉渣的斑纹微晶玻璃及其制备方法
CN107879631A (zh) * 2017-11-07 2018-04-06 武汉理工大学 适合高炉熔渣微晶玻璃的成分调质料及其调质方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
El-Mahllawy Characteristics of acid resisting bricks made from quarry residues and waste steel slag
CN102942303A (zh) 一种利用花岗石废料制备的高强耐磨工程微晶玻璃及制备方法
RU2521980C1 (ru) Композиция для изготовления жаростойких композитов
KR100932590B1 (ko) 고온 용융상태의 슬래그를 이용한 무기시멘트 클링커와 그제조방법 및 상기 클링커를 함유하는 무기시멘트
CN110304910A (zh) 一种高性能熔铸耐磨砖及其熔铸方法
RU2786052C1 (ru) Способ изготовления изделий методом синтетического каменного литья
Bernardo et al. Double-life sustainable construction materials from alkali activation of volcanic ash/discarded glass mixture
EP1919839B1 (en) A process for conversion of basic oxygen furnace slag into construction materials
CN103159487A (zh) 一种以高炉重矿渣为主要原料的耐火浇注料
RU2580536C1 (ru) Композиция для изготовления жаростойких бетонов
RU2592927C1 (ru) Композиция для изготовления жаростойких бетонов
CN112851123A (zh) 一种用镍铁渣制备顽火辉石/尖晶石复相微晶玻璃的方法
RU2602542C1 (ru) Композиция для изготовления жаростойких композитов
KR102073284B1 (ko) 제련 부산물과 광산 폐기물을 이용한 용융 주조물의 제조방법
CN104370560A (zh) 一种中间包浇注料的制备方法
KR20000042142A (ko) 폐내화물을 이용한 글래스 세라믹 소재의 제조방법
JPS6124074B2 (ru)
SU1735004A1 (ru) Способ получени каменного лить
Ding et al. Preparation of micro‐crystal stones from molten titanium slag by “one‐step” cooling method
KR100302235B1 (ko) 글래스세라믹제조방법
CN114713774B (zh) 高强度耐热灰铸铁炉门框生产方法
CN107200478B (zh) 利用铁镍合金水淬渣制备颜色可调的玻璃陶瓷的方法及其产品和应用
Perepelitsyn et al. Composition and properties of the main types of aluminothermic slag at the Klyuchi Ferroalloy Works
RU2740956C1 (ru) Шихта для стеклокристаллического материала и стеклокристаллический материал
CN100410208C (zh) 抗水泥熟料浸蚀高铝砖及其制造方法