Магнезиально-шпинелидный огнеупор

 

Изобретение предназначено для изготовления магнезиально-шпинелидных огнеупоров , применяемых для изготовления футеровок наиболее изнашиваемых участков тепловых агрегатов металлургической промышленности , в частности в установках вакуумирования стали. Цель изобретения - повышение термостойкости в температурном интервале 1750-1900°С. Магнезиально-шпинелидный огнеупор включает, мас.%: магноалюмохромит (состава, мас.%: МдО 50-60; 14-22; Сг20з 10-20; СаО 0,5-1,5; РедОз + FeO 4-10; SiOa 1.0-2,0) 31,5-63,5; периклаз 23-31; хромшпинелид 9-27, феррит магния 3-6, монтичеллит 1,5- 4,5. Огнеупор имеет открытую пористость 10,7-12,0%, предел прочности при сжатии при 1400°С 18,7-23 Н/мм2, термическую стойкость (1300-20°С) 68-84 теплосмен.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 04 В 35/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

5 — 20 (21) 4795785/33 (22) 10.01.90 (46) 15.04.92. Бюл. М 14 (71) Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности и Комбинат "Магнезит" (72) В.П. Семянников, Ю.И, Савченко, С.Л, Подшивалов и В.Н. Коптелов (53) 666.764.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1542935, кл, С 04 В 35/04, 1988.

Авторское свидетельство СССР

М 1036709, кл. С 04 В 35/04, 1983. (54) МАГНЕЗИАЛЬНО-ШПИНЕЛИДНЫЙ

ОГНЕУПОР (57) Изобретение предназначено для изготовления магнезиально-шпинелидных огнеИзобретение относится к области производства высокостойких огнеупоров для футеровки наиболее изнашиваемых участков металлургических агрегатов, в частности, для установки вакуумирования стали.

Известен магнезиально-шпинелидный огнеупор следующего минерального состава, массовая доля, % .

Пери клаз Основа

Хромшпинелид 25 — 45

Феррит магния 9 — 19

Монтичеллит 1,5 — 3,5

Указанный огнеупор обладает высокой термической стойкостью в температурном интервале 1500 — 1700 С вследствие высокой скорости пластической деформации.

Однако при температурах службы выше

1750 С скорость деформации резко возра„„Я2„„1726446 А1 упоров, применяемых для изготовления футеровок наиболее изнашиваемых участков тепловых агрегатов металлургической промышленности, в частности в установках вакуумирования стали. Цель изобретения— повышение термостойкости в температурном интервале 1750 — 1900 С. Магнезиально-шпинелидный огнеупор включает, мас. : магноалюмохромит (состава, мас.%:

MgO 50-60; А!2ОЗ 14-22; СюОз 10-20; СаО

0,5 — 1,5; Ре20з + FeO 4-10; Si02 1,0 — 2,0)

31,5 — 63,5; периклаз 23-31; хромшпинелид

9-27, феррит магния 3-6, монтичеллит 1,5—

4,5. Огнеупор имеет открытую пористость

10,7 — 12,0%, предел прочности при сжатии при 1400 С 18,7 — 23 Н/мм2, термическую стойкость (1300-20 С) 68 — 84 теплосмен. стает и достигает порогового значения, при котором огнеупор оплавляется.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предложенному является магнезиально-шпинелидный огнеупор, изготовленный из шихты, содержащей, массовая доля, %:

Зернистый спеченный магнезит 40 — 75

Зернистая хромовая руда

Дисперсный плавленый периклазоалюмохромит с содержанием

А120з 4,8 — 12,3% и

Сг203 8 — 18% 20-40

1726446

Минеральный (фазовый) состав данного огнеупора следующий, массовая доля, ;

Периклаз 32,0 — 71,5

Магноалюмохромит 17-37

Хромшпинелид 4,5 — 18,0 5

Феррит магния 2 — 5

Монтичеллит 4,5-6,5

Форстерит 0,5 — 1,5

При этом магноалюмохромит включает, массовая доля, : AI203 4,8 — 12,3 и СггОэ 10

8 — 18.

Указанный огнеупор имеет повышенную термостойкость в температурном интервале (20 — 1300 С). Однако при температуре службы выше 1750 С образу- 15 ется значительное количество жидкой фазы, вследствие чего скорость деформации быстро достигает порогового значения. и огнеупор разрушается оплавлением.

Целью изобретения является повыше- 20 ние термостойкости в температурном интервале 1750-1900 С за счет увеличения скорости пластической деформации при сохранении целостности огнеупора.

Поставленная цель достигается тем, что 25 магнезиально-шпинелидный огнеупор, включающий магноалюмохромит, периклаз, хромшпинелид, феррит магния и монтичеллит, содержит магноалюмохромит состава, массовая доля, ; MgO 50 — 60; 30

А!20з 14 — 22; СггОз 10-20; СаО 0,5-1,5; Ре20з

+ FeO 4 — 10; $!Ог 1,0 — 2,0, при следующем соотношении компонентов в огнеупоре, массовая доля, :

Магноалюмохромит 31,5 — 63,5 35

Периклаз 23 — 31

Хромшпинелид 9 — 27

Феррит магния 3 — 6

Монтичеллит 1,5 — 4,5

Изобретение решает задачу повыше- 40 ния износоустойчивости наиболее термонапряженных участков футеровки высокотемпературных металлургических агрегатов.

Сущность технического решения за- 45 ключается в следующем.

В композиции наличие магноалюмохромита состава, массовая доля, : М90 50 — 60;

AlzOg 14 — 22; Сг Оэ 10 — 20; СаО 0,5 — 1,5; РегОэ

+ FeO 4 — 10; $ Ог 1,0 — 2,0, интенсифицирует процесс диффузионного массопереноса катионов магния, алюминия, хрома и железа между основными фазами, обусловливая повышение скорости пластической дефор- 5 мации при параллельном формировании пиропластической структуры огнеупора и развитого высокоогнеупорного сростка, В температурном интервале 1750 — 1900 С пиропластичность структуры релаксирует тер- 10 мические напряжения, а высокотемпературный каркас не позволяет достигнуть скорости пластической деформации порогового значения (разрушения), что приводит к снижению скорости износа огнеупора термическим скалыванием и оплавлением.

Кроме того, в связи с более низкими значениями коэффициента термического расширения магноалюмохромита указанного состава по сравнению с периклазом его повышенное содержание снижает абсолютное значение термонапряжений, возникающих в структуре огнеупора.

При содержании магноалюмохромита состава, массовая доля, : MgO 50-60;

AizOg 14 — 22; СггОэ 10-20; СаО 0,5-1,5; РегОэ

+ FeO 4 — 10; SiOz 10 — 2,0, более 63,5 не обеспечивается достаточная прочность формирующегося высокоогнеупорного сростка, который препятствует критическому развитию пластической деформации. При содержании магноалюмохромита менее

3 1,5 не создается пиропластическая структура, релаксирующая термические напряжения, что приводит к снижению термостойкости.

Если содержание оксидов алюминия, хрома, кальция, железа и кремния в магноалюмохромите при данном составе огнеупора превышает заданные пределы (23,21,2,11 и З соответственно), то происходит оплавление огнеупора при температуре более

1750 С ввиду достижения скорости пластической деформации порогового значения.

Если содержание оксидов алюминия, хрома, кальция, железа и кремния в магноалюмохромите при заданном составе огнеупора менее заявляемых нижних пределов (13;9;0,3;3 и 0,5 соответственно),образуется жесткий кристаллический каркас огнеупора, понижающий релаксацию термонапряжений.

При содержании хромшпинелида более

27 резко снижается плотность огнеупора в связи с ингибирующим воздействием большого количества минерала на формирование керамической структуры. При содержании хромшпинелида менее 9 резко уменьшается коррозионная устойчивость огнеупора к агрессивным реагентам плавки, Если содержание периклаза, феррита магния и монтичеллита превышает заданные пределы (31;6 и 4,5 соответственно), то происходит снижение высокотемпературной прочности ввиду значительного образования жидкой фазы.

При содержании в огнеупоре периклаза, феррита магния и монтичеллита менее заявляемых нижних пределов (23 3 и 1,5 соответственно) при высоких температурах

1726446

31,5 — 63,5

23 — 31

9 — 27

3 — 6

1,5 — 4,5

45

55 возникает кристаллизационное давление на границе основных минеральных фаэ, приводящее к нарушению(разрыву) прямых связей между ними, Для изготовления предложенного и известного магнезиально-шпинелидных огнеупоров использовали следующие исходные материалы: магноалюмохромит, периклаз, хромовый концентрат, периклазоалюмохромит и хромовую руду. Магноалюмохромит получали плавлением в электропечи "Кристалл-402" шихты, состоящей из спеченного периклаза, технического глинозема и хромового концентрата, с последующей классификацией на фракции 3 — 1 и 1-0 мм.

Аналогичным образом получали плавленый периклазоалюмохромит с массовой долей, : А!20э 8,3; СггОэ 13,8; MgO 65,4; СаО 2,0

Ге20э + FeO 8,0; $10г 2,5 и измельчали его до фракции менее 0,063 мм.

Искусственные хромитовые зерна размером 3-1 мм изготовляли из суперхромконцентратов, имеющих следующий химический состав, массовая доля, : Si02

0,5 — 1,0; ЕегОз + FeO 13-25: А!гОз 9-16;

СггОз 40-60; СаО 0,5 — 1,0; MgO 14 — 22.

Для изготовления опытных образцов изделий полифракционные смеси порошков (фракции 3 — 1, 1 — 0 и менее 0,063 мм) исходных материалов увлажняли раствором лигносульфоната плотностью 1,22 — 1,24 г/см массовой долей 6 от массы шихты. Формование изделий осуществляли при удельном давлении 120 — 150 Н/мм . Обжиг образцов проводили в туннельной печи при

1850 С с выдержкой 4 ч, Минеральный состав и свойства магнеэиально-шпинелидных огнеупоров приведены в таблице, иэ данных которой видны преимущества предлагаемого огнеупора в сравнении с известным.

Испытания на термостойкость, которую определяли по режиму: резкий нагрев до

1750,1830 и 1900 С вЂ” быстрое воздушное охлаждение, показали, что предлагаемый огнеупор сохраняет внешний вид (имеет посечки), в то время как прототип разрушает5 ся. Скорость пластической деформации под нагрузкой 0,2 Н/мм в аналогичном температурном интервале достигает порогового значения (7 /ч), и он разрушается оплавлением; предлагаемый огнеупор сохраняет

10 структурный каркас при предельной скорости деформации от 2,90 до 6,10 /ч. Другие свойства сравниваемых огнеупоров, а именно пористость и термическая стойкость, оцениваемая по режиму: резкий нагрев до

15 1300 С вЂ” естественное воздушное охлаждение, — равнозначные; предел прочности при сжатии достаточен для службы огнеупора в установках вакуумирования стали.

Использование предлагаемого огнеупо20 ра позволит увеличить стойкость футеровки в установках вакуумирования стали, продолжительность кампаний и производительность плавильных металлургических агрегатов с сокращением расхода огнеупор25 ных изделий и затрат на ремонт.

Формула изобретения

Магнезиально-шпинелидный огнеупор, включающий магноалюмохромит, периклаз, хромшпинелид, феррит магния и монтичел30 лит, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости в температурном интервале 1750 — 1900 С, он содержит магноалюмохромит состава, мас. : MgO

50 — 60; AI203 14-22;Сг Оэ 10-20; СаО 0,535 1,5; Ее20э+ FeO 4 — 10; $102 1,0 — 2,0 при следующем соотношении компонентов в огнеупоре, мас. :

Магноал юмохромит

Пери клаз

Хромшпинелид

Феррит магния

Монтичеллит

1726446

Предлагаемый состав

Известный

Показатели

Компоненты,мас.2

Магноалюмохромит 31 5

63,5 27,0

23,0 51,7

31,0

Периклаэ

Хромшпинелид 27,0

Феррит магния 6,0

Монтичеллит 4,5

3,5 1,5

Форстерит

Массовая доля оксида в магноалюмохромите,а:

57,5 60,0

18,0 14,0

15,0 20,0

57,5 55,5 50,0

18,0 22,0 22,0 15,0 10,0 14,5

Mg0

A1àО

" з э

СаО

1«0 1>5 1>5

1,0 0,5

7 0 4,0

4,0

1>5

7,0 10,0 10,0

1,5 1,0 2,0

10,0

1,0

1,5 1,5

1 1,6

10,9 11,6 11,5 12,0 11,7 12,0

12,0 10,7 11,3

Предел прочности при сжатии при

1400 С, М/ммэ 23,0

19,1 22,3 21,4

20,5 22,7 18,7.. 19>7 23>0 28>5

Термическая стойкость, 1300"20 С, воздушные теплосмены 70

84 81 73

68 90 79 82 75 73

1,06

2,90

5,64

1,14 1,06

1,08 1,06 1,09

2,95 3.00 3,10

5,70 5,76 5,80

1,14

3,87

5,90

1,10 1,30

3,20 3,52

6,10 6 ° 00

1 >15

3,80

5,87

3,90 ш7,0

5,92 ъ7,0

Вяэкопластическое разрушение

Посечки

Посечки

Система мелких трещин с посечками

ll p и м е ч а н и е. При пороговом значении скорости пластической деформации (ь 72/ч) диф> фузионный механизм ползучести переходит в дислокационный с последующим оплавлением огнеупора.

Составитель В.Семянников

Техред М.Моргентал Корректор В.Данко

Редактор О.Спесивых

Заказ 1246 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Ге,О + FeO

> э

Si0

Открытая лорис" тость,g

Скорость пластической деформации,ь/ч, под нагрузкой

0,2 Н/ммэ при

1650-1700 С

1750-1800 С

1850-1900 С

Степень термического разрушения по режиму: резкий нагрев до 1750 С,быстрое воздушное охлаждение

То жедо 1830 С о

То жедо 1900 С

60,0

14,0

20,0

0,5

31,5 31,5 31,5

31,0 31,0 31,0

27,0 27,0 27,0

6,0 6,0 6,0

4,5 4,5 4,5

47,0

27,0

18,0

4,5

63 ° 5 .

23,0

9,0

3,0

63,5

23,0

9 0

3,0

1>5

57,5

18,0

15,0

1,0

7,0

1,5

63,5

23,0

9>0

3,0

1 5

55,5

22,0

10,0

1,5

9 0 11,3

3,0 3,5

1,5 5,5

1,0

50 ° 0 65,4

22,0 8,3

14,5 13 ° 8

1,5 2 0

10,0 8,0

2,0 2,5