Способ изготовления циркониевых изделий

 

Использование: для изготовления цирконистых огнеупорных изделий повышенной термической стойкости. Сущность изобретения: ведут электроплавку диоксида циркония со смесью стабилизаторов - У20з и Се02, взятых при соотношении от 1:23 до 10:17, покрывают зерна изготовленного электроплавленного наполнителя смесью технического лигносульфоната и метилцеллюлозы при их соотношении от 1,5:1 до 2,2:1,8; приготовляют гранулированный наполнитель из зерен электроплавленного периклаза путем увлажнения его суспензией поверхностно-активной пасты на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне при их соотношении от 1:160 до 4:300 к накатки на его поверхность оболочки из сырого тонкомолотого диоксида циркония при соотношении зерна и оболочки от 4,9:1,4 до 4,05:1, смешивают циркониевого и гранулированного наполнителей, взятых при их определенном соотношении; формуют и обжигают изделия, причем компоненты в смеси берут в следующем соотношении, мас.% - 40,79-48,86 диоксида циркония, 3,5-7,3 указанной смеси стабилизаторов, 1,61-3,04 указанной суспензии поверхностно-активной пасты, 5,8-9,0 указанной смеси технического лигносульфоната и метилцеллюлозы и 35,5-44,5 гранулированного наполнителя . Характеристика изделий: термостойкость 35 теплосмен (1300°С, вода ). Кажущаяся плотность 5,51-5,56 г/см3. 1 табл. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 04 В 35/04, 35/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 у ос ,Ql

1С (21) 4840267/33 (22) 21,06,90 (46) 30,09.92. Бюл. N 36 (71) Украинский научно-исследовательский институт огнеупоров (72) И.Ф.Усатиков, Т,Г,Гальченко, И.Г.Шулик и Н,M,×óäèoâà (56) Патент Японии К 60-81061, кл. С 04 В 35/48, 1985.

Патент Японии К. 60-141673, кл, С 04 В 35/48, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 1655954, кл, С 04 В 35/48, 1990. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИРКОНИЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: для изготовления цирконистых огнеупорных изделий повышенной термической стойкости. Сущность изобретения: ведут электроплавку диоксида циркония со смесью стабилизаторов — У20з и CeOz, взятых при соотношении от 1:23 до

10:17, покрывают зерна изготовленного электроплавленного наполнителя смесью технического лигносульфоната и метилцелИзобретение относится к изготовлению циркониевых изделий, используемых для футеровки различных тепловых агрегатов, подвергающейся в службе воздействию резких температурных колебаний и в качестве конструкционного материала, Известен состав и способ изготовления циркониевых керамических изделий, включающий предварительное приготовление смеси Zr02 с твердым раствором одного из стабилизаторов; оксидов иттрия, кальция,,. ЯЛ„„176514О А1 люлозы при их соотношении от 1,5:1 до

2,2;1,8; приготовляют гранулированный наполнитель из зерен электроплавленного периклаза путем увлажнения его суспензией поверхностно-активной пасты на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне при их соотношении от 1:160 до

4:300 и накатки на era поверхность оболочки из сырого тонкомолотого диоксида циркония при соотношении зерна и оболочки от

4,9:1,4 до 4,05;1, смешивают циркониевого и гранулированного наполнителей, взятых при их определенном соотношении; формуют и обжигают изделия, причем компоненты в смеси берут в следующем соотношении, мас.% — 40,79--48,86 диоксида циркония, 3,5-7,3 указанной смеси стабилизаторов, 1,61 — 3,04 указанной суспензии поверхностно-активной пасты, 5,8 — 9,0 указанной смеси технического лигносульфоната и метилцеллюлозы и 35,5 — 44,5 гранулированного наполнителя. Характеристика изделий; термостойкость 35 теплосмен (1300 С, вода), Кажущаяся плотность 5,51-5,56 г/см . 1 табл. магния, церия, самария и порошка диоксида циркония, смешение, формование и спекание на воздухе. При приготовлении порошка диоксида циркония с твердым раствором стабилизатора при использовании оксида иттрия, концентрация последнего в порошке составляет 6 — 80 мол,% в случае использования одного из оксидов; кальция, магния, иттербия их концентрация составляет 15-80 мол.% Се΄— 20 — 80 мол.% и

Ят2ОБ 10 — 80 мол.%. Изготовление изделий

1765140

1,61 — 3,04 по этому способу обеспечивает значительное снижение температуры спекания керамики из диоксида циркония при сохранении ее прочности. Эти керамические изделия предназначены для производства подшипников и режущего инструмента.

Однако такие циркониевые керамические изделия характеризуются низкой термической стойкостью и не обеспечивают сохранения целостности огнеупорной футеровки, Этот недостаток в значительной мере устраняется путем формования изделий из порошковой смеси монофракционного гранулометрического состава с диаметром частиц менее 1,5 мкм, предварительно полученной тонким измельчением диоксида циркония в вибромельнице, смешанной со стабилизирующими добавками оксидов иттрия, церия, затем подвергнутой воздушной классификации и последующего обжига изделий при 1100 — 1700 С, Получение термостабильной высокопрочной керамики сохраняющей свою форму и прочность в течение длительного времени эксплуатации обеспечивается также составом, слагающимся диоксидом циркония с добавками оксидов иттрия и церия, взятых соответственно в количестве (мол,%); 1,5 — 5 и 1 — 5,5, однако авторы отдают предпочтение введению

2 — 3 мол,% У20з и 2 — 4 мол,% Се02, при этом средний размер зерен диоксида циркония составляет 10 мкм (предпочтительнее

< 2 мкм).

Указанные керамические изделия предпочтительны для изготовления деталей двигателей, насосов, ножей и пр, Но и в этом случае не достигается достаточно высокая термическая стойкость огнеупорных изделий, а также вследствие этого сохранение целостности огнеупорной футеровки.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления огнеупорных циркониевых изделий, включающий двухстадийное измельчение частично стабилизированного оксидом иттрия

ZrOz вначале по сухому, а затем мокрому способам (причем для мокрого измельчения мелющие тела изготавливают с открытой пористостью 0,7 — 10% иэ материала спекающей или стабилизирующей добавки — корунд, периклаз, алюмомагниевая шпинель), последовательные: сушку изготовленного шликера, его измельчение на валках и гранулирование с одновременным покрытием образованных гранул слоем комбинированной суспензии, слагающейся техническим лигносульфонатом (8 — 10%), метилцеллюлозой (2,5 — 5), полиакриламидом (2,5 — 5,0) и во10

50 дой (остальное), гидростатическое прессование изделий, их сушку и двухступенчатый обжиг при температуре 1200 и 1580 С и парциальном давлении кислорода 2 10з — 2 10

Ila.

Но и в этом случае циркониевые изделия, изготовленные по указанному способу и их шихты известного состава не обладают достаточно высокой термической стойкостью, Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления цирконистых изделий путем получения стабилизированного диоксида циркония, измельчение его, покрытие зерен полученного циркониевого наполнителя смесью технического лигносульфоната и метилцеллюлозы, прессования заготовок и их обжига, стабилизированный диоксид циркония получают плавлением последнего со смесью стабилизаторов

УгОз и СеО в соотношении от 1:23 до 10:1,7, для покрытия зерен стабилизированного циркониевого наполнителя используют смесь с соотношением технического лигносульфоната и метилцеллюлозы от 1,5:1 до

2,2:1,8, готовят гранулированный наполнитель из зерен электроплавленного периклаза увлажнением его суспензией поверхностно-активной пасты на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне при их соотношении от 1:160 до

4:300 и накатной на его поверхность оболочки из сырого тонкомолотого диоксида циркония при соотношении зерна и оболочки от

4,9:1,4 до 4,05:1, а затем смешивают циркониевый и гранулированный наполнители, при этом компоненты в смеси берут в следующем соотношении, мас.%; диоксид циркония 40,79-48,86 указанная смесь стабилизаторов 3,5-7,3 указанная суспензия поверхностно-активной пасты указанная смесь технического лигносульфоната и метил целлюлозы, 5,8 — 9,1 указанный гранулированный наполнитель 35,5 — 44,5

Цирконистые изделия изготавливают следующим образом: исходный Zr02 подвергают электроплавке в дуговой печи совместно с предварительно приготовленной смесью стабилизатора, слагающегося оксидами иттрия и церия. Сплавленный блок охлаждают, дробят, измельчают, рассеивают до получения требуемых фракций, после чего подвергают магнитной сепарации, Изготовленный электроплавленный цирконистый наполнитель увлажняют предвари1765140 тельно приготовленной смесью технического лигносульфоната с метилцеллюлозой, из расчета достижения влажности формовочной массы 2,5 — 3 .

Гранулированную составляющую с размером гранул 0,2 — 0,5 мм готовят путем накатки в чашечном грануляторе на предварительно увлажненные суспензией поверхностно-активной пасты на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне зерна элекроплавленного периклаза с размером не более 0,2 мм тонкомолотого сырого диоксида циркония.

Затем увлажненный электроплавленный наполнитель смешивают с приготовленной гранулированной составляющей в двухлопастном смесителе в течение 5-10 мин, Из полученной формовочной массы формуют при давлении 100 Н/мм изделия, которые подвергают последовательно сушке и высокотемпературному обжигу при

1700 — 1750 С, На опытном заводе УкрНИИО изготовлена опытная партия цирконистых изделий согласно заявляемого и известного технических решений, Примеры выполнения способа, состав и свойства изделий приведены в таблице, Анализ данных, приведенных в таблице, свидетельствует о том, что проведенными испытаниями установлено повышение термической стойкости в 3 раза цирконистых изделий по сравнению с изделиями, изготовленными по известному способу.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа обеспечат повышение срока службы футеровки теплового агрегата в 2 раза, 3,5 — 7,3;

35,5 — 44,5

Формула изобретения

Способ изготовления циркониевых изделий путем получения стабилизированного диоксида циркония, измельчения его, 5 покрытия зерен полученного циркониевого наполнителя смесью технического лигносульфоната и метилцеллюлозы, прессования заготовок и их обжига, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

10 термостойкости, стабилизированный диоксид циркония получают плавлением последнего со смесью стабилизатора УгОз и CeOz в соотношении от 1:23 до 10:1,7, для покрытия зерен стабилизированного циркониево15 ro наполнителя используют смесь с соотношением технического лигносульфоната и метилцеллюлозы от 1,5;1 до 2,2:1,8, готовят гранулированный наполнитель из зерен -электроплавленного периклаза ув20 лажнением его суспензией поверхностноактивной пасты на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне при их соотношении от 1;160 до 4:300 и накаткой на его поверхность оболочки из

25 сырьевого тонкомолотого диоксида циркония при соотношении зерна и оболочки от

4,9:1,4 до 4,5:1, а затем смешивают циркониевый и гранулированный наполнители, при этом компоненты в смеси берут в следу30 ющем соотношении, мас. : диоксид циркония 40,79-48,86; указанная смесь стабилизаторов указанная суспензия

35 поверхностно-активной пасты 1,61 — 3,04; указанная смесь технического лигносульфоната и метилцеллюлозы 5,8 — 9,1;

40 указанный гранулированный наполнитель

1765140

Наименование й4" п/и

Примеры

По изобретению

По прототипу

I Состав:

1 . Диоксид циркония

40, 79 44, 82 48, 86

2, Стабилизирующая добавка в виде смеси из оксидов иттрия и церия

7,3 5,4 3,5

1:23 5,5:12,5 10:1,7 при соотношении

Суспензия поверхностно-активной пасты на основе оксизтилированных спиртов в глицериновом гудроне

3,04

1,61 2,35

4. Смесь технического лигносульфоната и метилцеллюлозы

5,8 7,45

5. Гранулированная составляющая: злектроплавленный периклаз

28,5

34,5 31,5 сырой диоксид циркония

10 8,5

4,9:1,4 4,5:1,2

4,05.1 при соотношении

II Способ изготовления:

1, Приготовление смеси стабилизаторов из оксидов иттрия и церия

2. Электроплавка исходного со смесью стабилизатора +

3. Приготовление смеси

Лст и МЦ

1,5:1 1,8:1,4 2,2:1,8 при соотношении

4. Приготовление суспензии ПАВ на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне при соотношении

4:300

+ +

1:160 3:230

Конкретные примеры составов, способа изготовления и свойства циркониевых изделий

1765140

Продолжение таблицы

1 2

3 !

5. Увлажнение электроплавленного наполнителя приготовленной смесью ЛСТ с ИЦ

6. Увлажнение зерен электроплавленого периклаза приготовленной суспензией

ПАВ на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне

7. Гранулирование путем накатки тонкомолотого сырого диоксида циркония на увлажненные зерна электроплавленного периклаза

Смешение компонентов шихты: увлажненных наполнителя и гранулированной составляющей

9. Формование изделий +

10. Сушка и обжиг изде- + + лий при температуре, С 1750 1750

1750

III Свойства изделий

1. Кажущаяся плотность, г/с 3

4,49

5,56

5,51

5,53

2. Термическая стойкост ь, теплосмен (1300 С, вода) 35

35

Составитель Л.Булгакова

Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп

Редактор

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

Заказ 3351 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета llo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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