SU992446A1

SU992446A1 - Stone casting

Info

Publication number: SU992446A1
Application number: SU813326243A
Authority: SU
Inventors: Борис Хононович Хан; Алина Васильевна Косинская; Анатолий Григорьевич Малявин; Майя Константиновна Малявина; Юлия Павловна Булах
Original assignee: Институт проблем литья АН УССР
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1983-01-30

Description

' Изобретение относится к камнелитейному производству и может быть использовано при синтезе новых видов каменного литья для огнеупорных изделий , в литейном производстве и цветной металлургии.'The invention relates to stone production and can be used in the synthesis of new types of stone casting for refractory products, in foundry and non-ferrous metallurgy.

Известно каменное литье, содержащее Si0_t, А1_г0_%, МдО, СаО, К^0, ΤϊΟ^, FeO, МпО, Si С, S-i , Fe^0_%, Na^O и цStone casting is known containing Si0 _t , A1 _g 0 _% , MgO, CaO, K ^ 0, ΤϊΟ ^, FeO, MnO, Si C, Si, Fe ^ 0 _% , Na ^ O and c

С 0 0.C 0 0.

Недостатком известного каменного литья является то, что изделия из него имеют сравнительно низкую термостойкость £1]. .A disadvantage of the known stone casting is that products from it have a relatively low heat resistance of £ 1]. .

Наиболее близким к изобретению является каменное литье из осадочных горных пород и технического сырья для изготовления литого слюдокристаллического материала, содержащее, вес.%: _ Si0_t 36.9А-41,7; TiΟι 0,06-0,09; ² Closest to the invention is stone casting from sedimentary rocks and technical raw materials for the manufacture of cast mica-crystalline material, containing, wt.%: _ Si0 _t 36.9A-41.7; TiΟι 0.06-0.09; ²

A110¾ 11,37-14,96; MgO>26,97-28,8 3; СаО 0,68-1,42; Κ_χ0 8,56-8,79; Fg, 9,9210,26. Основной кристаллической фазой литья этого состава является калиевый фторфлогопит, который сообщает 2 материалу высокую стойкость к разрушающему действию расплавов цветных металлов, высокую термическую устойчивость в условиях работы частой и резкой смены температур печного про- 3ι странства. Благодаря этим свойствам изделия фторфлогопитового литья находят широкое применение в цветной металлургии в качестве металлопроводов, футеровочных элементов различных плавильных печей и устройств, транспортирующих жйдкие металлы (2].A110¾ 11.37-14.96; MgO> 26.97-28.8 3; CaO 0.68-1.42; Κ _χ 0 8.56-8.79; Fg, 9.9210.26. The main crystalline phase of casting of this composition is potassium fluorophlogopite, which gives 2 materials high resistance to the destructive action of non-ferrous metal melts, high thermal stability under conditions of frequent and abrupt changes in furnace temperature. Due to these properties, fluorophlogopite castings are widely used in non-ferrous metallurgy as metal wires, lining elements of various smelting furnaces and devices transporting liquid metals (2].

Однако отливка фторфлогопитового состава имеет зональное строение в силу кристаллизационных особенностей расплава указанного состава. Литой материал обладает сравнительно низкой прочностью, и поэтому изделия имеют недостаточную долговечность при работе в промышленных агрегатах, где они подвержены сжимающим и изгибающим нагрузкам.However, the casting of the fluorophlogopite composition has a zonal structure due to the crystallization features of the melt of the specified composition. Cast material has a relatively low strength, and therefore the products have insufficient durability when working in industrial units, where they are subject to compressive and bending loads.

Цель изобретения - обеспечение получения материала мелкокристаллического однородного строения с повышенной прочностью.The purpose of the invention is the provision of obtaining material of crystalline uniform structure with high strength.

Поставленная цель достигается тем, что каменное литье для изготовления литого материала, содержащее окислы кремния, алюмйния, магния, калия и фтор, дополнительно содержит карбид кремния при следующем соотно<шении компонентов, вес.%:This goal is achieved by the fact that stone casting for the manufacture of cast material containing oxides of silicon, aluminum, magnesium, potassium and fluorine additionally contains silicon carbide in the following ratio of components, wt.%:

SI0* 41,4-44,0SI0 * 41.4-44.0

А110_э 8,3-9,8 .992446A110 _e 8.3-9.8 .992446

МдО MDO 25,0-26,3 25.0-26.3 М M 7,9-8,7 7.9-8.7 9,0-9,5 9.0-9.5 SiC SiC 3,0-7,0 3.0-7.0

Кроме того, карбид кремния используют в виде порошка фракции 1050 мкм.In addition, silicon carbide is used in the form of a powder fraction of 1050 microns.

Карбид кремния является тугоплавким веществом. Температура его 10 плавления выше 1800°,С. Частицы SiC не растворяются в силикатных расплавах и не ъзаимодействуют с его компонентами .Silicon carbide is a refractory substance. Its 10 melting temperature is above 1800 ° C. SiC particles do not dissolve in silicate melts and do not interact with its components.

Добавка карбида кремния к исход- (5 [ному составу измёняет кристаллизационные свойства расплава. Равномерно распределенные в массе отливки частицы карбида являются центрами, вокруг которых растут кристаллы ос- jo новного минерала - фторфлогопита. Поэтому материал с добавкой S i С име ет равномерно-кристаллитескую и однородную структуру по сечению отливки, а не зональную, как в случае кристаллизации расплава без добавки.The addition of silicon carbide to the initial (5 [composition] changes the crystallization properties of the melt. Carbide particles uniformly distributed in the casting mass are the centers around which crystals of the main mineral, fluorophlogopite, grow. Therefore, the material with the addition of S i C has a uniform crystalline and a homogeneous structure over the cross section of the casting, and not zonal, as in the case of crystallization of the melt without additives.

Боли количество вводимого SiC равно 3-7 вес.%, а величина частиц находится в пределах 10-50 мкм, формируемый материал имеет мелкокрис- __ таллическое строение и повышенную прочность: размер кристаллов фторфлогопита уменьшается до 50-90 мкм, зональность в материале исчезает.Pain, the amount of introduced SiC is 3–7 wt.%, And the particle size is in the range of 10–50 μm, the formed material has a finely crystalline structure and increased strength: the size of fluorophlogopite crystals decreases to 50–90 μm, the zoning in the material disappears.

При введении карбида кремния менее 3 вес.% структура материала ста- 35 новится неравномерной и приближается к обычной зональной. Такое же явление наблюдается в случае уменьшения размера вводимых частиц ниже ,1.0 мкм. 40With the introduction of silicon carbide of less than 3 wt.%, The structure of the material 35 becomes uneven and approaches the usual zonal one. The same phenomenon is observed in the case of a decrease in the size of the introduced particles below 1.0 μm. 40

Если качество добавки SiC превышает 7 вес.%, происходит дифференциация частиц, так как плотность карбида кремния выше плотности исход- 45 ного расплава, и в отливке также наблюдается образование зон. Такая зональность связана с наличием различного количества добавки по толщине изделия, что неблагоприятно сказы-jq ваётся на прочностных свойствах материала. Зоны материала, обогащаемые карбидом, обладают большей проч'ностью, зоны, содержащие меньшее количество частиц, имеют низкую прочность, а изделие в целом характери зуется невысокой долговечностью. Явление дифференциации частиц в расплаве имеет место и в случае увеличения размера вводимой добавки выше 50 мкм.If the quality of the SiC additive exceeds 7 wt.%, Differentiation of the particles occurs, since the density of silicon carbide is higher than the density of the initial melt, and formation of zones is also observed in the casting. Such zoning is associated with the presence of a different amount of additive over the thickness of the product, which adversely affects the strength properties of the material. The zones of the material enriched in carbide have greater strength, the zones containing fewer particles have low strength, and the product as a whole is characterized by low durability. The phenomenon of differentiation of particles in the melt also occurs in the case of an increase in the size of the introduced additive above 50 μm.

Содержание основных компонентов каменного литья (окислов кремния, алюминия, магния, калия и фтора) определяет формирование кристаллической фазы материала - калиевого фторфлогопита. Изменение количества этих компонентов выше и ниже указанных пределов связано с появлением посторонних минералов и ухудшением свойств формирующего материала.The content of the main components of stone casting (oxides of silicon, aluminum, magnesium, potassium and fluorine) determines the formation of the crystalline phase of the material - potassium fluorophlogopite. The change in the amount of these components above and below the specified limits is associated with the appearance of foreign minerals and the deterioration of the properties of the forming material.

При увеличении количества А1^0^> 9,8 вес.% и Мдр7 26,3 вес.% дополнительно к фторфлогопиту в каменном литье появляется шпинель, возрастание количества S i 0^7 44 вес.% и .К^О 7 8,7 вес.% вызывает появление |нового минерала - кристобалита - и свободного стекла. Такое каменное литье имеет пониженную прочность. Соответственное уменьшение окислов кремния, калия, алюминия и магния ниже приведенных предельных значений вызывает укрупнение структуры материала, исчезновение стеклообразной прослойки, играющей роль частичного поглотителя возникающих напряжений. В этом случае ухудшаются как проч- . костные, так и другие важные свойства материала (например термостой-.¹кость ). - ιWith an increase in the amount of A1 ^ 0 ^> 9.8 wt.% And MDr7 of 26.3 wt.%, Spinel appears in addition to fluorophlogopite in stone casting, an increase in the amount of S i 0 ^ 7 44 wt.% And. К ^ О 7 8, 7 wt.% Causes the appearance of | a new mineral - cristobalite - and free glass. Such stone casting has a reduced strength. A corresponding decrease in the oxides of silicon, potassium, aluminum, and magnesium below the limiting values leads to an enlargement of the structure of the material, the disappearance of the glassy layer, which plays the role of a partial absorber of emerging stresses. In this case, they deteriorate like others. bone and other important properties of the material (for example, heat-resistant. ¹ bone). - ι

Материал крупнокристаллического строения образуется также в случае возрастания количества вводимого фтора выше 9,5 вес.%. При наличии F^ < 9 вес.% не формируется в достаточном количестве фторфлогопит, который обеспечивает высокие прочностные, термические и химические характеристики литья. Изделия становятся нестойкими при работе в расплавах цветных металлов.The material of the coarse-grained structure is also formed in the case of an increase in the amount of introduced fluorine above 9.5 wt.%. In the presence of F ^ <9 wt.%, Fluorophlogopite is not formed in a sufficient amount, which provides high strength, thermal and chemical characteristics of casting. Products become unstable when working in non-ferrous metal melts.

Камейное литье получают следующим образом.Cameo casting is prepared as follows.

Шихту на основе песка, глинозема, периклаза, кремнефтористого калия и карбида кремния плавят в электродуговых печах.'Расплав заливают в формы, где при одновременном затвердевании происходит его кристаллизация.A mixture based on sand, alumina, periclase, potassium silicofluoride, and silicon carbide is melted in electric arc furnaces. The melt is poured into molds, where it crystallizes at the same time as solidification.

В табл. 1 дано содержание компонентов в составах каменного литья;In the table. 1 shows the content of the components in the compositions of stone casting;

в табл. 2 - свойства составов.in table 2 - properties of the compositions.

Таблица 1Table 1

8,2 9,5 3,08.2 9.5 3.0

Предлагаемый 1 43,2Offered 1 43,2

9,8 26,39.8 26.3

2 2 44,0 44.0 8,3 8.3 25,0 25.0 - - 8,7 8.7 9,0 9.0 5,0 5,0 3 3 41,4 41,4 9,3 9.3 25,2 25,2 - - 7,9 7.9 9,2 9.2 7,0 7.0 4 4 45,7 45.7 10,5 10.5 24,3 24.3 - - 10,0 10.0 9,0 9.0 0,5 0.5 5 5 40,2 40,2 8,0 8.0 27,0 27.0 - - 7,0 7.0 10,0 10.0 7,8 7.8 Известный ( прототип) Famous (prototype) 41,07 0,09 41.07 0.09 11,40 11.40 26,97 26.97 1,42 1.42 8,79 8.79 10,26 10.26

1 1 Таблица 2 table 2 Состав Composition Свойства The properties Структура Structure Размер кристаллов. Crystal size. Предел Limit Предел Limit мкм μm прочности strength прочности strength при ежа- with hedgehog при изги- when bending тии, tii 1 зона 1 zone • t1 зона • t1 zone кгс/см kgf / cm кгс/см kgf / cm Предлагав- Offering мый 1 May 1 Равномерно- Evenly- кристаллическая crystalline 80-90 80-90 80-90 80-90 740 740 200 200 2 2 Равномерно- Evenly- кристаллическая crystalline 70-80 70-80 70-80 70-80 780 780 230 230 3 3 Равномерно- Evenly- кристаллическая crystalline 50-90 50-90 50-90 50-90 830 830 25® 25® 4 4 Зональная Zonal 100-500 100-500 300-1100 300-1100 560 560 140 140 5 5 50-1200 50-1200 50-1200 50-1200 500-700 500-700 100-150 100-150 Известный Famous (прототип) (prototype) 100-500 100-500 500-1200 500-1200 490-560 490-560 150-160 150-160

Из приведенных в таблицах дан- материалы равномерно-кристалличесных следует, что из расплавов опти- кого однородного строения, сложенмальных составов (1-3) формируются 65 1ные частицами карбида кремния и кристаллами калиевого фторфлогопита. Размер кристаллов фторфлогопита не превышает 50-90 мкм, что сообщает материалу повышенную прочность. При введении карбида кремния зональность в литом материале исчезает полностью, размер кристаллов основного материалообразующего минерала уменьшается в 2-10 раз, прочность.при сжатии возрастает на 220-300 кг/см^л, а при изгибе - на 50-100 кг/см* по сравнению с каменным литьем состава по прототипу..From the tables given, the materials are uniformly crystalline, it follows that from the melts of an optically homogeneous structure, complex compositions (1-3) 65 single particles of silicon carbide and crystals of potassium fluorophlogopite are formed. The size of the crystals of fluorophlogopite does not exceed 50-90 microns, which gives the material increased strength. With the introduction of silicon carbide, the zoning in the cast material completely disappears, the crystal size of the main material-forming mineral decreases by 2-10 times, the strength increases by 220-300 kg / cm ^l during compression, and by 50-100 kg / cm * by bending compared with stone casting of the composition of the prototype ..

Отливки из материала предлагаемого состава найдут широкое применение в цветной металлургии, так как их использование в качестве конструкционных и футеровочных элементов позволяет в 1,5-2 раза увеличить срок службы агрегатов и снизить затраты, связанные с их ремонтом.Castings from the material of the proposed composition will be widely used in non-ferrous metallurgy, since their use as structural and lining elements allows 1.5-2 times to increase the service life of the units and reduce the costs associated with their repair.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения.изобретения составляет 300 тыс. руб. на одной.единице оборудования.The expected annual economic benefit from the implementation of the invention is 300 thousand rubles. on one piece of equipment.

Claims

25.0-26.3 7.9-8.7 9.0-9.5 3.0-7.0 In addition, silicon carbide is used in the form of a powder with a fraction of 1050 µm. Silicon carbide is a refractory substance. Its melting point is higher. C, SiC particles do not dissolve in silicate melts and do not interact with its components. The addition of silicon carbide to the initial composition changes the crystallization properties of the melt. The carbide particles, uniformly distributed in the casting mass, are centers around which crystals of the basic mineral, fluoroflogopite, grow. Therefore, the material with the addition of S i C has a uniformly crystalline and homogeneous structure over the cross section of the reflux kk, and not the zonal, as in the case. melt crystallization without additives. If the amount of SiC injected is 3–7 wt.%, and the particle size is in the range of 10–50 µm, the Formama material has a fine-crystalline structure and increased strength; The size of fluoroflogopite crystals is reduced to 50-90 microns, the zonality in the material disappears. With the introduction of silicon carbide less than 3 wt.%, The structure of the material becomes uneven and approaches the usual zonal. The same phenomenon is observed in the case of reducing the size of the injected particles below 1.0 µm. If the quality of the SiC additive exceeds 7 wt.%, The particles differentiate, since the density of silicon carbide is higher than the density of the original melt, and zone formation is also observed in the casting. Such a zonality is associated with the presence of a different amount of additive in the thickness of the product, which adversely affects the durability of the material. The carbide-rich material zones are more durable, zones containing fewer particles, have low strength, and the product as a whole is characterized by low durability. The phenomenon of differentiation of particles in the melt also occurs in the case of an increase in the size of the added additive above 50 microns. The content of the main components of stone casting (silicon oxides, aluminum, magnesium, potassium, and fluorine) determines the formation of the crystalline phase of the material, potassium fluoroplogopite. The change in the amount of these components above and below these limits is associated with the appearance of foreign minerals and the deterioration of the properties of the forming material. With an increase in the amount of A1, 0.9.8 wt.%, And Md726.3 wt.%, Spinel appears additionally to fluoroflogopite in stone casting, the increase in the amount of Si i 0, 44 wt.% And K, 0.8.7 wt. % causes the appearance of a new mineral, cristobalite, and free glass. Such stone casting has a reduced strength. The corresponding decrease in the oxides of silicon, potassium, aluminum and magnesium below the specified limit values causes the enlargement of the structure of the material, the disappearance of the glassy layer, which plays the role of a partial absorber of the resulting stresses. In this case, worsen as proc. Bone as well as other important material properties (e.g., heat resistance), the coarse-grained material is also formed in case of an increase in the amount of fluorine injected above 9.5 wt.%. In the presence of F, 9 wt.%, Fluoroflogopite, which provides high strength, thermal, and chemical characteristics of the casting, is not formed in sufficient quantity. Products become unstable when working in non-ferrous metal melts. Cameo casting is obtained as follows. The mixture based on sand, alumina, periclase, potassium silicofluoride and silicon carbide is melted in electric arc furnaces. The melt is poured into molds, where it solidifies and crystallizes. In tab. 1 given the content of the components in the compositions of stone cast J in the table. 2 - composition properties. From the data presented in the tables, it follows that melts of optical compositions (1–3) form materials of uniformly crystalline homogeneous structure composed of silicon carbide particles and potassium fluorofogopite crystals. The size of fluorophophite crystals does not exceed 50–90 µm, which informs the material increased strength. With the introduction of silicon carbide, the zonality in the cast material completely disappears the size of the crystals of the main material-forming mineral decreases by a factor of 2-10, while compressive strength increases by 220-300 kg / cm / and during bending - by 50-100 kg / cm compared to stone casting of the prototype composition. Castings from the material of the proposed composition will be widely used in non-ferrous metallurgy, since their use as structural and lining elements allows a 1.5-2 times increase in the service life of the aggregates and reduce the costs associated with their repair. The expected annual economic effect from the introduction of the invention is 300 thousand rubles. on one. unit of equipment. Claim 1. Stone casting for the manufacture of cast material containing oxides of silicon, aluminum, magnesium, potassium and fluorine, characterized in that, in order to ensure obtaining a material of fine crystalline uniform structure with increased strength, it additionally contains silicon carbide at the following component ratio, wt.%: 41.4-44.0 8.3-9.8 25.0-26.3 7.9-8.7 9 -9.5 3 -7 2. Stone casting according to nl, characterized by that silicon carbide is used in the form of a powder fraction of 10-50 microns. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 787381, cl. C 03 C 3/22, 1979.

2. Mal vin AG, Ruzhentseva M.K. Study of the structure and physicomechanical properties of molten mica-crystalline material. Stone casting problems, vol. 3, Kiev, Naukova Dumka, .197.5, p. 158-166 (prototype).