SU1154241A1 - Огнеупорна масса - Google Patents

Abstract

ОГНЕУПОРНАЯ МАССА, включаюц   иамот, огнеупорную глину и ортофосфорную кислоту, отличающа с  тем, что, с целью повышени  металлоустойчивости в расплавах цинка и его сплавов и механической прочности, она дополнительно содержит синтетический материал следующего состава, мае,ч: Дифторид кальци  48-97 Дифторид магни  3-52 при следующем соотношении компонентов , мае.ч.: Шамот57-78 Огнеупорна  глина 9-24 Ортофосфорна  кислота 8-12 Синтетический материал 1-11 (Л

Description

ел

4ib 1С

iU Изобретение относитс  к огнеупорной промышленности и может быть использовано дл  изготовлени  штучных изделий и набивных футеровок тепловых агрегатов дл  плавки цинка и его сплавов, например, канальных индукционных печей и т.д. Известна огнеупорна  масса, содержаща , мас.%: шамот 60-70j коалин 25-32; глина 5-8 и ортофосфор на  кислота 8-12 l. Недостатком данной массы Явл ет с  ее низка  металлоустойчивость. Наиболее близким техническим ре шением к предлагаемому  вл етс  ог упорна  масса C2j, содержаща , мас.%: Шамот49-70 Гидроокись алюмини  4-8 Огнеупорна  глина 18-29 Фосфатна  св зка 3-t8 В качестве фосфатной св зки используют алюмохромфосфатное, алюмо фосфатное св зующее, ортофосфорную кислоту. Недостатком изделий, изготовлен ных из известной шихты,  вл етс  их невысока  металлоустойчивость в расплавах цинка и его сплавов и ме ханическа  прочность. Цель изобретени  - повышение ме талл оустойчив ости в расплавах цинк и его сплавов и механической прочности . Поставленна  цель достигаетс  тем, что огнеупорна  масса, включающа  шамот,, огнеупорную глину и ортофосфорную кислоту, дополнитель содержит синтетический материал сл дующего состава, мае.ч.: Дифторид кальци 48-97 Дифторид магни 3-52 при следующем соотношении компонен тов, мае.ч.: Шамот57-78 Огнеупорна  глина 9-24 Ортофосфорна  кислота 8-12 Синтетический материал 1-11 Сущность изобретени  заключаетс в использовании термодинамической стабильности синтетического матери ала на основе дифторидов кальци  и магни  в расплавах цинка, а также его спекающего действи  при темпер турах ниже ЮООС и минерализующег воздействи  на процесс образовани  вторичного муллита. 2 При нагреве огнеупорной массы в начальный момент все изменени  происход т в огнеупорной глине. Наблюдаетс  огнева  усадка, измен етс  минералогический состав. В интервале температур 150-200С из сырца выдел етс  остаточна  влага (вода затворени , гигроскопическа  вода). При 400 С удал етс  слабосв занна  вода. В интервале температур 450-600°С из кристаллической решетки каолинита удал етс  химически св занна  вода. В интервале 600-900°С происходит окисление углеродистых примесей и сульфидов, разложение карбонатов кальци  и магни , некоторых Других примесей. По вл етс  жидка  фаза в результате плавлени  примесей, начинаетс  спекание издели . Идет процесс образовани  вторичного муллита, который в присутствии дифторидов кальци  и магйи  наступает при более низких температурах - примерно 700ЮОО С (в обычных алюмосиликатных шихтах без добавлени  дифторидов кальци  и магни  этот процесс идет при 1200-1400 С в зависимости от химического состава глин). Сильное флюсующее действие синтетического материала на основе дифторидов кальци  и магни  обусловлено образованием эвтектического расплава значительно меньшей в зкости, чем в зкость примесной жидкой фазы при отсутстВИИ синтетического материала. Ион фтора существенно ускор ет образование муллита. Муллит образуетс  без трещин и сколов. Одновременно с муллитом образуетс  кристобалит. При охлаждении материала эвтектическа  смесь дифторидов кальци  и магни  дает усадку, достигающую 2,5-3,6%, что позвол ет пло.но экранировать зерна шамота мелкой фракции от контакта с расплавом цинка или его парами в службе, при этом открыта  пористость материала существенно не возрастает. Тем самым, исключаетс  разложение муллита на его составл к цие - глинозем и кремнезем, которые активно взаимодействуют с оксидом цинка, разрьпсл   футеровку, снижа  ее металлоустойчивость. При содержании шамота в огнеупорной массе менее 57 мае.ч. в процессе нагрева изделий происходит чрезмерна  их усадка. В случае применени  массы в набивных футеровках 3 тепловых агрегатов требуетс  специальный длительный режим термообработки , тем не менее избежать образовани  трещин при наличии температурного градиента, как правило , не удаетс . Футеровка не  вл е с  металлоустойчивой к расплавам. Более 78 мае.ч. шамота в массе снижают ее пластичность, по вл ютс  трудности при формовании, качество изделий становитс  низким. Возникающа  дефектность структуры уменьшает стойкость футеровок. Содержание менее 9 мае.ч. огнеупорной глины в массе нетехнологично, так как возникают трудности с процессом спекани  изделий, повышаетс  температура обжига. Если - в маесе огнеупорной глины более 24 масч в изделии образуетс  повьппенное количество стекловидной фазы в результате плавлени  примесей и частичного растворени  кристобалит ) Такие издели  на контакте с расплавом быстро разрушаютс  в результате химического взаимодействи  расплава и стеклофазы, т.е. металлоустойчивость их очень низка . Повышенное содержание св зующего ортофосфорной кислоты ( 12 мае.ч. снижает огнеупорность и термомеханические свойства изделий, в процессе термообработки возрастает открыта  пористость издели , испар юща с  влага повышает процент канальной Пористости. Следовательно , в службе происходит инфильтраци  расплава в футеровку и ее разр шение. Снижение содержани  св зующего 8 мае.ч. вызывает трудности в формовке изделий и в проведении дальнейших технологических операци вследствие недостаточной механичес кой прочности. С увеличением синтетического материала на основе дифторидов кал ци  и магни  в массе 11 мае.ч. снижаютс  термопрочноетные свойств издели  из-за повьппенного количест ва образующейс  жидкой фазы. Кроме этого, возникает опасность взаимодействи  с покровным флюсом (хлористым аммонием). Реакци  сопровож даетс  разрыхленкем структуры мате риала вследствие выделени  газообр ной составл ющей. При содержании . дифторидов калъци  и магни  в массе 1 мае.ч. эффективность мине14 рализующего действи  добавки на образование муллита падает, возрастает температура обжига издели  и длительность режима. На контакте с расплавом цинка или его парами происходит разложение муллита, шамота или вторичного муллита, образовавшегос  из огнеупорной глины вследствие отсутстви  экранирующей пленки из дифторидов кальци  и магни . Вторичный муллит образуетс  в короткопризматической форме, имеет трен1и ны и сколы. Отсюда низка  металлоустойчивость издели  в службе. На процессы, происход щие в огнеупорной массе при нагреве, существенное вли ние оказывает соотношение компонентов в синтетическом материале на основе дифторидов кальци  и магни . Огнеупорность чистых СаРг И MgFj соответственно 1420 и 1370С. Смесь эт,их компонентов JweeT огнеупорность 1360-1050°С, в зависимости от содержани  дифторида магни  Щщка  фаза в. смеси по вл етс  при более низких температурах (900980 С ). Расплав, образух щйс  за счет плавлени  примесей огнеупорной глины, и смесь дифторидов кальци  и магни  снижают температуру начала образовани  муллита, измен ют химический и термодинамический потенциал этой реакции, что повышает скорость реакционного спекани . При содержании дифторида магни  в синтетическом материале .3 мае.ч. огнеупорность смеси повьш1аетс  до , снижаетс  количество-образующейс  жидкой фазы, а следовательно , и интенсивность спекани . Аналогичное  вление проиеходит, еели в еинтетичееком материале присутствует 52 мае.ч. дифторида магни . Повьш1аетс  температура образовани  7КИДКОЙ фазы. Минерализующее действие синтетического материала на основе дифторидов кальци  и магни  становитс  менее эффективным. В стекловидной фазе алюмосиликатного материала повышаетс  количество кремнезема, который при наличии оксида цинка интенсивно взаимодействует с образованием виллемита. Свободный корунд образует с оксидом цинка соединени  типа шпинели, что  вл етс  причиной возникновени  микротрещин и снижени  металлоустойчивости футеровки. J Синтетический материал с раэличным соотношением дифторидов кальци  и магни  .получают следующим образом . Берут синтетический материал сос тава, мае. ч. : CaF 92,2; MgFj 4,85 SiOj 1,2; OfU 0,08; 0,14; 0,16; п.п.п. - 0,04 который выпускаетс  проьй.шшенностью по ТУ 14-1-165-72 и используетс  в качестве рафинировочного флюса, прокаливают при 500°С в течение 4 ч дл  удалени  адсорбционной и химически св занной влаги, так как наличие повышенного количества влаги во флюсе  вл етс  причиной изменени  химического состава флюса в результате чрезмерного улета фтора в процессе расплавлени  данного материала. Далее прокаленный флюс смешивают с дифторидом магни  (МРТУ 6-09-2568-65) или дифторидом кальци  (ГОСТ 7167-68) дл  получени  предлагаемого соотношени  компо нентов: CaFo 48-97%, MgFj 3-52% и плав т при с изотермической выдержкой 2 ч. Плавйи ведут в силитовой печи с использованием корундовых тиглей. Охлажденный вместе с печью материал извлекают из тиглей и подвергают мелкому помолу в вибромельниЦе. При изготовлении массы используют шамот двух фракций: крупной 0,5-3 мм - 35 мае.ч. и мелкой 0,5-0,088 мм - 25 мае.ч. Огнеупорную глину используют вибромолотой, фракции 0,088 мн. 416 Синтетический материал на основе дифторидов кальци  и магни  ввод т после совместного вибромола с шамотом фракции 0,088 мм. Содержание фракции 0,088 мм в массе составл ет 40 мае.ч. Часть глины (8-12 мае.%) можно вводить в массу в виде ншикера влажностью 63% и кажзщейс  плотноетью 1,30 г/см. Шликер получают путем увлажнени  глины водой до требуемой влажности и стабилизации 1,0 мае.ч. сульфитно-спиртовой бражки и 0,15 мае.ч. соды. Перед введением в iuHXTy шликер подогревают до . Массу готов т следуюпщм образом. Шамоткрупной и мелкой фракций смешивают с сухой вибромолотой смесью, содержащей шамот, материал на основе дифторндов кальци  и магни  и огнеупорную глину, в течение 2 мин. Затем добавл ют ортофсефорную кислоту и тщательно перемегтавают все в течение 4 мин. Готовую массу помещают в эксикатор и вьщерживают при комнатной температуре 72 ч. Затем при давлении 60 Ша прессуют образвдл,: сушат их при в течение 2 ч и обжигают при . Скорость подъема температуры в процессе обжига составл ет 4 С/мин, изотермическа  выдержка при конечной температуре составл ет 4 ч. Свойства синтетического материала на основе дифторидов кальци  и магни  в зависимости от содержани  в нем дифторнда магни  приведены в табл. 1. Таблица 1

Дифтррид кальци 

Дифторид магни 

Дифторид кальци  Дифторид магни 

Дифторид кальци  Дифторид магни 

1420

Не определ лась 1370 1390

1110

1360

1000

Дифторид Дифторид Дифторид Дифторид Дифторид Дифторид Дифторид Дифторид

Как видно из табл. 1, при массовой доле дифторида магни  в синтетическом материале 3% и 52% (соответственно при массовой доле дифторида кальци  97% и 48%) повышаетс  температура по влени  жидкой фазы, следовательно, при температуре обжига изделий 900°С минерализую- щее действие синтетического материала и экранирование зерен шамота

Продолжение табл. I

5 980

990 940 1000

от реакционного расплава, содержащего цинк, менее эффективно вследствие незначительного количества жидкой фазы. В этом случае металлоустойчивость материала снижаетс , как и его термопрочностные свойства .

Составы масс и свойства образцов приведены в табл. 2.

n

tr s

t;.

Ю

te

H

CO M

-4«Л

о о

fO чО

ГО

tn

ш

см

«N

yi

A

vO

о см

t0 )

tc

vO

CM

en

J1П r

N

to

CM

го

R

ю

4

s

X

u

о

eri

ОС

n

in

-:f

CM

Ч

r

« о

и ь z

s о

оси

о rt

in

cr.

со 1

ON

fr«

1154241

J4

о in

о

CN

00 Csl

о

g. s e к

X

к (U

« ( t) Ь

и о n

о nf

S

«ё

 

о S

о

t

ю

VD

Оvt

ш

см

Коррозионное разрушение и глубину реакционной зоны определ ют на безобжиговых образцах, а пористость прочность, температуру начала деформации - на образцах, тёрморбработанных при ..

Термомеханические свойства определ ют гостированными метода ш.

Открытую пористость определ ют по ГОСТ 2409-80, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071-80, температуру начала деформации по ГОСТ 4070-48:

Металлоустойчивость определ ют стационарным тигельным методом.

Из предлагаемой и известной масс формуют тигли емкостью 25 см по технологии, идентичной технологии изготовлени  образцов.

В подготовленные тигли засыпают гранулированный металлический цинк Дл  восстановлени  цинка из оксидной пленки, покрьгаающей гранулу, примен ют хлористый аммоний. HCIH Iтани  провод т при (т. пл. цинка ). Скорость подъема температуры 4С/мин, изотермическа  выдержка при конечной температре составл ет 96 ч. После этого тигли охлаждают вместе с печью. 0стывшие тигли распиливают вдоль вертикальной оси строго по центру, Металлоустойчивость оценивают вычислением площади, подвергшейс  разрушению расплавом, в испытуемом тигле. Площадь перенос т на кальку и измер ют планиметром. Коррозионное разрушение оценивают в процентах как отношение первоначальной площади тигл  к площади, разъеденной расплавом .

Как видно из табл. 2; образцы из предлагаемой огнеупорной массы имеют более низкую открытую пористость . В службе издели  из предлагаемой массы будут более металлоустойчивыми вследствие меньшей пропитки расплавом. Коррозионное разрушение тиглей из предлагаемой огнеупорной массы более, чем в 4 раза меньше коррозионного разрушени  тиглей из известной массы.

Таким образом, издели  из предлагаемой огнеупорной массы в службе будут иметь высокую Металлоустойчивость в расплавах цинка и его сплавов, что позволит увеличить стойкость футеровок тепловых агрегатов .

Claims (1)

1. ОГНЕУПОРНАЯ МАССА, включающая шамот, огнеупорную глину и ортофосфорную кислоту, отличающаяся тем, что, с целью повышения металлоустойчивости в распла вах цинка и его сплавов и механической прочности, она дополнительно содержит синтетический материал сле дующего состава, мас.ч:

   Дифторид кальция48-97

   Дифторид магния3-52 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

   Шамот57-78

   Огнеупорная глина9-24

   Ортофосфорная кислота8-12

   Синтетический материал1-11 >