RU2806273C1 - Method for producing forsterite material - Google Patents
Method for producing forsterite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2806273C1 RU2806273C1 RU2022135235A RU2022135235A RU2806273C1 RU 2806273 C1 RU2806273 C1 RU 2806273C1 RU 2022135235 A RU2022135235 A RU 2022135235A RU 2022135235 A RU2022135235 A RU 2022135235A RU 2806273 C1 RU2806273 C1 RU 2806273C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- forsterite
- temperature
- charge
- melt
- microns
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к производству форстеритовых керамических и огнеупорных материалов, используемых в футеровках конвертеров, агрегатах внепечной обработки стали, сталеразливочных ковшах и печах цветной металлургии, а так же для керамических диэлектриков.The invention relates to the ceramic industry, namely to the production of forsterite ceramic and refractory materials used in converter linings, out-of-furnace steel processing units, steel-pouring ladles and non-ferrous metallurgy furnaces, as well as for ceramic dielectrics.
Наиболее близким по технической сути (прототип) является плавленый форстеритосодержащий материал и огнеупор на его основе (варианты) (патент №2149856 опубл.27.05.2000), включающий форстерит, периклаз и стеклофазу при следующем соотношении компонентов, мас.%: форстерит 35-97; периклаз 1-55 и стеклофаза 2-10 при размере кристаллов форстерита в виде призм не менее 100 мкм, получаемый за счет дополнительного измельчения Соловьевогорского дунита (магнезиальносиликатный материал) до фракции менее 25 мм, смешивали со спеченным периклазовым порошком фракции менее 6 мм. Шихту плавили в электропечи при силе тока 8-8,5 кА и напряжении 225 В при удельном расходе электроэнергии 2200 кВт⋅ч на 1 т в течение 3,5-4,0 час. Затем расплав выливали в изложницы, где он кристаллизовался и охлаждался со скоростью 3°С/мин в течение 30-50 ч.The closest in technical essence (prototype) is a fused forsterite-containing material and a refractory based on it (variants) (patent No. 2149856 publ. 05/27/2000), including forsterite, periclase and glass phase in the following ratio of components, wt.%: forsterite 35-97 ; periclase 1-55 and glass phase 2-10 with a size of forsterite crystals in the form of prisms of at least 100 microns, obtained by additional grinding of Solovyovgorsk dunite (magnesial silicate material) to a fraction of less than 25 mm, was mixed with sintered periclase powder of a fraction of less than 6 mm. The charge was melted in an electric furnace at a current of 8-8.5 kA and a voltage of 225 V with a specific electricity consumption of 2200 kWh per 1 ton for 3.5-4.0 hours. Then the melt was poured into molds, where it crystallized and cooled at a rate of 3°C/min for 30-50 hours.
Существенными недостатками известного способа являются плавление подготовленной шихты в условиях градиентного нагрева в электропечи, что приводит к формированию неоднородной структуры и снижению физико-механических характеристик материала, а так же содержание примесных элементов в составе материала, так как температурный диапазон в электропечи не позволят сформировать необходимую температуру для их испарения.Significant disadvantages of the known method are the melting of the prepared charge under conditions of gradient heating in an electric furnace, which leads to the formation of a heterogeneous structure and a decrease in the physical and mechanical characteristics of the material, as well as the content of impurity elements in the composition of the material, since the temperature range in the electric furnace will not allow the formation of the required temperature for their evaporation.
Задачей предлагаемого изобретения является получение качественного форстеритового материала из распространенных природных и некондиционных материалов магнезиально-силикатной группы методом плазменной плавки, устраняющего недостатки аналогов.The objective of the present invention is to obtain high-quality forsterite material from common natural and substandard materials of the magnesia-silicate group by plasma melting, eliminating the disadvantages of analogues.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата способ получения форстеритового материала методом плазменной плавки, включающий предварительную подготовку шихты и ее плавление, согласно предложенному решению, сырьевые материалы на основе магнезиально-силикатной группы предварительно подвергают изотермической выдержке. Затем их смешивают в стехиометрическом соотношении, получая композиционную шихту. Следующим этапом шихту измельчают, а потом гранулируют. Подготовленную шихту засыпают в предварительно разогретый плазмохимический реактор, где осуществляется ее плавление. Процесс плавления проводится при температуре 3500-4000°С, это способствует полному расплавлению и гомогенизации расплава. При осуществлении процесса плавления в заданном температурном режиме происходит испарение примесных элементов, не вступающих в основную реакцию формирования форстеритового материала. Расплав сливается при температуре не менее 2150°С, далее происходит его кристаллизация со скоростью 7°С/с с формированием плотной упаковкой ромбо-додекаэдрических кристаллов размером 180-240 мкм.To solve the problem and achieve the specified technical result, a method for producing forsterite material by plasma melting, including preliminary preparation of the charge and its melting, according to the proposed solution, raw materials based on the magnesia-silicate group are first subjected to isothermal exposure. Then they are mixed in a stoichiometric ratio, obtaining a composite mixture. The next step is to crush the mixture and then granulate it. The prepared mixture is poured into a preheated plasma-chemical reactor, where it is melted. The melting process is carried out at a temperature of 3500-4000°C, this promotes complete melting and homogenization of the melt. When the melting process is carried out at a given temperature, evaporation of impurity elements occurs that do not enter into the main reaction of the formation of forsterite material. The melt merges at a temperature of at least 2150°C, then it crystallizes at a rate of 7°C/s with the formation of a dense pack of rhombic-dodecahedral crystals with a size of 180-240 microns.
Способ получения форстеритового материала осуществляется следующим образом. Сырьевые материалы на основе магнезиально-силикатной группы предварительно подвергают изотермической выдержке. Затем их смешивают в стехиометрическом соотношении, получая композиционную шихту. Следующим этапом, для получения порошка, шихту измельчают до фракции ≤100 мкм и проводят влажное гранулирование до фракции 2-3 мм. Полученный агломерированный порошок засыпают в плазмохимический реактор предварительно разогретый до температуры не менее 2050°С где осуществляется его плавление. Процесс плавления проводится при температуре 3500-4000°С, это способствует полному плавлению и гомогенизации расплава. При осуществлении процесса плавления в заданном температурном режиме происходит испарение примесных элементов, не вступающих в основную реакцию формирования форстеритового материала. Расплав сливается при температуре не менее 2150°С далее происходит его кристаллизация со скоростью 7°С/с с формированием плотной упаковкой ромбо-додекаэдрических кристаллов размером 180-240 мкм (фиг. 1).The method of obtaining forsterite material is carried out as follows. Raw materials based on the magnesium silicate group are preliminarily subjected to isothermal exposure. Then they are mixed in a stoichiometric ratio, obtaining a composite mixture. The next step, to obtain a powder, is to grind the mixture to a fraction of ≤100 microns and carry out wet granulation to a fraction of 2-3 mm. The resulting agglomerated powder is poured into a plasma-chemical reactor preheated to a temperature of at least 2050°C, where it is melted. The melting process is carried out at a temperature of 3500-4000°C, this promotes complete melting and homogenization of the melt. When the melting process is carried out at a given temperature, evaporation of impurity elements occurs that do not enter into the main reaction of the formation of forsterite material. The melt merges at a temperature of at least 2150°C, then it crystallizes at a rate of 7°C/s with the formation of a dense packing of rhombic-dodecahedral crystals with a size of 180-240 μm (Fig. 1).
В результате синтеза методом плазменной плавки получен форстеритовый материал с содержанием стеклофазы не более 5%, плотностью 3.56 г/см3 и микротвердостью до 15 ГПа с элементным составом, мас.%: О=38.28; Mg=32.49; Si=29.23 (табл. 1, 2) характеризуется плотной упаковкой ромбо-додекаэдрических кристаллов размером 180-240 мкм.As a result of synthesis by plasma melting, a forsterite material was obtained with a glass phase content of no more than 5%, a density of 3.56 g/cm 3 and a microhardness of up to 15 GPa with an elemental composition, wt.%: O = 38.28; Mg=32.49; Si=29.23 (Tables 1, 2) is characterized by dense packing of rhombic-dodecahedral crystals with a size of 180-240 microns.
Пример.Example.
Для получения форстеритового материала используют магнезит MgCO3 и кварцевый песок SiO2. С целью разложения MgCO3 на MgO и СО2 проводят изотермическую выдержку магнезита при 1000°С в течение 3 ч. После этого материалы смешивают в стехиометрическом соотношении MgO/SiO2~1.34, что соответствует теоретическому составу форстеритовой керамики Mg2SiO4, получая композиционную шихту. Затем подготовленную шихту измельчают в планетарной шаровой мельнице до фракции менее 100 мкм и проводят влажное гранулирование, для исключения выдувания ее из зоны плазменного воздействия, через лабораторное сито с размером ячейки 2 мм. В качестве связующего используют поливиниловый спирт марки 6/1. Готовый агломерированный порошок массой 100 г засыпают в плазмохимический реактор предварительно разогретый до температуры не менее 2050°С и осуществляют процесс плавления при температуре 3500-4000°С. Затем расплав охлаждают и сливают самотеком в графитовую форму, где происходит его кристаллизация со скоростью 7°С/с.To obtain forsterite material, magnesite MgCO 3 and quartz sand SiO 2 are used. In order to decompose MgCO 3 into MgO and CO 2 , magnesite is kept isothermally at 1000°C for 3 hours. After this, the materials are mixed in a stoichiometric ratio of MgO/SiO 2 ~1.34, which corresponds to the theoretical composition of forsterite ceramics Mg 2 SiO 4 , obtaining a composite charge. Then the prepared mixture is crushed in a planetary ball mill to a fraction of less than 100 microns and wet granulation is carried out, to prevent it from being blown out of the plasma exposure zone, through a laboratory sieve with a mesh size of 2 mm. Polyvinyl alcohol grade 6/1 is used as a binder. The finished agglomerated powder weighing 100 g is poured into a plasma-chemical reactor preheated to a temperature of at least 2050°C and the melting process is carried out at a temperature of 3500-4000°C. Then the melt is cooled and poured by gravity into a graphite mold, where it crystallizes at a rate of 7°C/s.
На выходе, согласно данным электронной микроскопии, получается форстеритовый материал из химически однородного расплава с плотной упаковкой ромбо-додекаэдрических кристаллов размером 180-240 мкм и с минимальным уровнем примесных элементов, и физическими свойствами: количество стеклофазы не более 5%, плотность 3.56 г/см3, микротвердость до 15 ГПа, пористость менее 1% (табл. 2). The output, according to electron microscopy data, is a forsterite material from a chemically homogeneous melt with a dense packing of rhombic-dodecahedral crystals 180-240 microns in size and with a minimum level of impurity elements, and physical properties: the amount of glass phase is no more than 5%, density 3.56 g/cm 3 , microhardness up to 15 GPa, porosity less than 1% (Table 2).
Таблица 1. Элементный составTable 1. Elemental composition
Таблица 2. Характеристики форстеритового материалаTable 2. Characteristics of forsterite material
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2806273C1 true RU2806273C1 (en) | 2023-10-30 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1100272A1 (en) * | 1981-09-18 | 1984-06-30 | Алма-Атинский Энергетический Институт | Charge for making smelting refractory products |
FR2481692B1 (en) * | 1980-04-30 | 1986-10-10 | Vysoka Skola Chem Tech | SPRAY COATING MATERIAL FOR INCANDESCENT OR PLASMA SPRAYING AND PROCESS FOR THE PREPARATION OF SUCH MATERIAL |
RU2149856C1 (en) * | 1999-02-22 | 2000-05-27 | Акционерное общество открытого типа "Восточный институт огнеупоров" | Melted forsterite-containing material and refractory material based thereof (variants) |
RU2369581C2 (en) * | 2007-09-26 | 2009-10-10 | СПЕЦИАЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ БЮРО "НАУКА" КРАСНОЯРСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (СКТБ "Наука" КНЦ СО РАН) | Method of obtaining forsterite material based on dunites |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2481692B1 (en) * | 1980-04-30 | 1986-10-10 | Vysoka Skola Chem Tech | SPRAY COATING MATERIAL FOR INCANDESCENT OR PLASMA SPRAYING AND PROCESS FOR THE PREPARATION OF SUCH MATERIAL |
SU1100272A1 (en) * | 1981-09-18 | 1984-06-30 | Алма-Атинский Энергетический Институт | Charge for making smelting refractory products |
RU2149856C1 (en) * | 1999-02-22 | 2000-05-27 | Акционерное общество открытого типа "Восточный институт огнеупоров" | Melted forsterite-containing material and refractory material based thereof (variants) |
RU2369581C2 (en) * | 2007-09-26 | 2009-10-10 | СПЕЦИАЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ БЮРО "НАУКА" КРАСНОЯРСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (СКТБ "Наука" КНЦ СО РАН) | Method of obtaining forsterite material based on dunites |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Romero et al. | Surface and bulk crystallization of glass‐ceramic in the Na2O‐CaO‐ZnO‐PbO‐Fe2O3‐Al2O3‐SiO2 system derived from a goethite waste | |
CN112794708A (en) | Alumina-based fused mullite and preparation method thereof | |
CN110156333A (en) | The preparation method of the devitrified glass of crystal ordering growth | |
CN1180672A (en) | Recipe of glass ceramics and manufacturing technology thereof | |
RU2806273C1 (en) | Method for producing forsterite material | |
CN100453502C (en) | Production method of electric melting magnesium-aluminium-zirconium synthetic material | |
CN101492297A (en) | Bottom blowing orienting stephanoporate air brick body for electric furnace and method of producing the same | |
CN112028651A (en) | Chromium corundum material and production method thereof | |
CN1225432C (en) | Finegrained aluminium-chromium composite fireproof materials | |
CN101786890A (en) | Method for producing electro-fused zirconia-corundum ramming material by utilizing waste bricks of glass kiln | |
US2636827A (en) | Refractory material and process | |
CN113860896A (en) | High-temperature precision casting low-creep corundum mullite and manufacturing method thereof | |
CN110117815B (en) | Method and device for artificially synthesizing large-size fluorophlogopite | |
CN108395103B (en) | Cubic-crystallization alpha cordierite glass ceramic prepared from bayan obo tailings and fly ash and preparation method thereof | |
KR101343808B1 (en) | Composite for low temperature sinterable porcelain and manufacturing method of low temperature sinterable porcelain | |
CN113636581A (en) | Method for synthesizing calcium aluminate composite powder by microwave induction heating | |
CN1456532A (en) | Calcium stabilizing zircon alba and electric melting producing method thereof | |
CN107759236A (en) | The production technology of fused cast mullite brick | |
US3677781A (en) | Method of making cement clinkers | |
RU2764842C1 (en) | Method for producing crystal micro material based on fluorine floorite | |
CN117248140B (en) | Aluminum-molybdenum intermediate alloy for aerospace-grade titanium alloy and preparation method thereof | |
CN115677226B (en) | Method for preparing microcrystalline glass by sintering method | |
CN115093120B (en) | Nucleating agent for single directional induction of precipitation of gehlenite crystals and preparation method and application thereof | |
Wu et al. | Preparation and properties of the glass‐ceramics from low Ti‐bearing blast furnace slag and waste glass | |
KR101964114B1 (en) | Ceramic fiber using slag and rock method of fabricating of the same |