SU1801102A3

SU1801102A3 - Teплoизoляциohhый лeгkobechый oгheупop

Info

Publication number: SU1801102A3
Application number: SU904817981A
Authority: SU
Inventors: Nelli M Permikina; Elena A Gerasimova; Elena A Kucharova; Yurij V Zabelin; Viktor F Degtyarev; Nikolaj F Uzhakov
Original assignee: Boctoчhый Haучho-Иccлeдobateльckий И Пpoekthый Иhctиtуt Oгheупophoй Пpomышлehhoctи
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1993-03-07

Description

Изобретение относится к. огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления огнеупорных изделий, применяемых в футеровке тепловых агрегатов при температуре до 1600°С.

Целью заявляемого технического решения является увеличение термостойкости и снижение газопроницаемости при сохранении высокой прочности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном огнеупоре, содержащем аAI2O3 в виде полых сфер и тонкодисперсную связку, связка содержит а -АЦОз оксинитрид кремния и кремний элементарный при следующем соотношении компонентов (мас.%):

а-АЦОз в виде полых

сфер	Основа
а-АЦОз тон ко дис-
персный	0,1-20,0
Оксинитрид
кремния	5-10
кремний элемен-
тарный	з-ю

Предлагаемый огнеупор представляет из себя а -АЦОз в виде полых сфер, пустоты между сферами заполнены тонкодисперс- | ной пористой связкой. Пористая связка имеет вид зерен размером менее 0,063 мм и представлена минеральным составом: аАЦОз, кремний элементарный и кристаллический оксинитрид кремния, локализованный по границам сфер и поверхности пор, образованных пространствами между частицами. i

Данные изделия получают формовани- ем из масс, содержащих пустотелые корундовые сферы и элементарный кремний. Оксинитрид кремния образуется в процессе обжига изделий в атмосфере азота при тем- j пературе 1400°С. ;

Наличие в составе огнеупора крупных сфер и тонкодисперсной связки из указанных компонентов, взятых в заявленных соотношениях, обеспечивают изделиям повышение термостойкости и уменьшение газопроницаемости. На повышение термостойкости оказывает влияние тот факт, что

1801102 АЗ данная композиция имеет более низкий т.к.л.р. по сравнению с чистым AI2O3.

Понижение коэффициента газопроницаемости определяется образованием замкнутых пор меньшего диаметра, которое обусловлено процессом реакционного спекания за счет взаимодействия компонентов шихты с газообразным азотом, в частности, оксинитрид кремния, образовавшийся в результате взаимодействия с газовой средой, локализуется по поверхности пор, соответственно снижая их размер. Уменьшение размер пор приводит к снижению газопроницаемости огнеупора в целом, что повышает его устойчивость к агрессивным средам.

Присутствие в составе огнеупора оксинитрида кремния в количестве менее 5% не дает эффекта по термостойкости и газопроницаемости из-за незначительного количества добавки.

Наличие в огнеупоре оксинитрида кремния более 10% усложняет технологический процесс: возникает необходимость менять режим обжига (увеличивать выдержку), что повышает расход электроэнергии и азота. Кроме того, образующийся в большом количестве оксинитрид кремния перекрывает поры, что затрудняет дальнейшее реакционное спекание, а, следовательно, остается непрореагировавшей часть Si, что ухудшает эксплуатационные свойства огнеупора.

Содержание элементарного кремния менее 3% также не дает эффекта из-за малого количества добавки и возникает необходимость повышения температуры обжига до 1600°С.

При содержании Si элементарного более 10% ухудшаются эксплуатационные свойства огнеупора, из-за наличия большого количества легкоплавкой фазы (ΐ плавления Si = 1410°С).

Содержание тонкодисперсного аAI2O3 в связке менее 0,1 % снижает прочность изделий, а содержание более 20% затрудняет процесс образования оксинитрида кремния, т.к. наблюдается эффект экранирования частиц элементарного кремния.

Нами установлено, что сочетание аAI2O3 в виде полых сфер и тонкодисперсной связки, представленной а -AI2O3, оксинитридом кремния и кремнием элементарным, позволяет получить структуру огнеупора, обладающую значительной термостойкостью и низкой газопроницаемостью при сохранении остальных эксплуатационных характеристик, а также снизить температуру спекания для получения данной структуры. Указанная структура огнеупора в составе известных огнеупоров отсутствует. Это позволяет сделать вывод о существенности отличий.

Пример выполнения.

Для изготовления предлагаемого легковесного теплоизоляционного огнеупора использовали технические материалы: пустотелые корундовые сферы, тонкомолотый глинозем с размером зерна < 0,063 мм, например, марки ГК и вибромолотый кремний элементарный марки КР-О. Составы шихт представлены в табл. 1.

Компонент шихты - пустотелые корундовые сферы размером 5,0-0,1 мм смешивают со связкой - лигносульфонатом техническим плотностью 1,20 г/см³ и температурой 35-40°С. Различие в примерах конкретного исполнения заключается в том, что в одном случае в качестве тонкомолотой составляющей применяется кремний элементарный, а в другом - смесь из порошков глинозема и кремния элементарного. На предварительно увлажненные связкой пустотелые корундовые сферы вводят тонкомолотую составляющую: либо кремний элементарный, либо смесь его с глиноземом, массу хорошо перемешивают. Прессование ведут при давлении, обеспечивающем сохранность сфер. Изделия сушат при температуре не более 100°С в течение суток. Обжиг проводят в газонаполнительной печи в среде особо чистого азота по режиму, обеспечивающему получение оксинитрида кремния. Минеральный состав и свойства огнеупора приведены в табл. 2 и 3.

Как видно из таблиц, полученный согласно изобретению огнеупор характеризуется таким же значением плотности, что и прототип, но превосходит последний по прочности и термостойкости. Кроме того, температура спекания заявляемых огнеупоров значительно ниже и составляет 1450°С.

Снижение таких структурных характеристик заявляемого огнеупора,как газопроницаемость, капельная пористость, средний диаметр пор позволяет сделать вывод о большей его устойчивости к агрессивным условиям службы.

При равных значениях кажущейся плотности, заявляемый огнеупор имеет в своем составе более мелкие поры, чем прототип, а это обусловливает создание мелкотрещиноватой структуры огнеупора, которая, согласно литературным данным, является наиболее термически устойчивой.

Claims

Формула изобретения

Теплоизоляционный легковесный огнеупор, содержащий а-АЦОз в виде полых сфер и тонкодисперсную связку, отличающийся тем, что, с целью увеличения термостойкости и снижения газопроницаемости при сохранении высокой прочности, связка содержит a -AI2O3, оксинитрид кремния и кремний элементарный при следующем соотношении компонентов, мас.%: а-АЦОз в виде полых сфер Основа

5 Тонкодисперсная связка а -АЦОз 0,1-20,0

Оксинитрид кремния 5-10

Кремний элементарный 3-10

Таблица 1

Состав шихт заявляемого и известного теплоизоляционного легкоплавкого огнеупора

Компоненты шихты Содержание, мае. %, по примерам

1 2 3 4- 5

Пустотелые корундовые сферы, фр. 5,0 0,1 мм 58 63,5 67 84,9 79,9

Кремний элементарный 20 21,5 23 15,0 18

Тонкодисперсный аAI2O3 . 22 15 10 0,1 0,1

Лигносульфонат технический * 9 9 9 9 9 * Лигносульфонат технический сверх 100%.

Таблица 2 ·

Минеральный состав заявляемого и известного теплоизоляционного легковесного огнеупора

Минеральные фазы Содержание, мае. % по примерам

1 2 3 4 5 а - AI2O3 в виде полых сфер 65 71 77 89,9 86,9

Тонкодисперсная связка: a -AI2O3 20 15 10 0,1 0,1 оксинитрид кремния 5 7,5 10 5 5 кремний элементарный 10 6,5 3 5 8

Таблиц а 3

Физико-химические свойства заявляемого и известного теплоизоляционного легковесного огнеупора

Свойства Примеры

1 2 3 4 5

Плотность кажущаяся, г/см³ 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5

Температура спекания, °C 1450 1450 1450 1450 1450

Ί

Продолжение табл. 3

Свойства Примеры

1 2 3 4 5

Предел прочности при сжатии, Н/мм² 15,0 15,3 13,2 12,6 12,0

Дополнительная усалка при 1650°С,%, не более 1,0 1,0 1,0 0,5 0,5

Термостойкость, т/смен, 1300°С - воздух 50 50 30 45 47

Канальная пористость, % 10,7 10,4 10,2 10,6 10,0

Газопроницаемость, мкм² 0,21 0,54 0,48 0,37 0,25

Средний диаметр, пор, мкм 1,54 3,93 3,47 2,68 1,82

Составитель Н.Соболева

Редактор Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 1185 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101