Шпинельсодержащий карбонированный огнеупор

 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству углеродсодержащих огнеупоров на основе периклаза и алюмомагниевой шпинели для футеровки сталеплавильных, сталеразливочных и других металлургических агрегатов. Шпинельсодержащий карбонированный огнеупор содержит плавленую алюмомагниевую шпинель с максимальной крупностью зерен 6 мм и модулем крупности 1,75-2,50, в качестве периклазсодержащего компонента плавленый либо спеченный периклаз класса -1,5 и дисперсный, взятые в соотношении 1,2-4,5, при следующем соотношении компонентов, мас.%: плавленая алюмомагниевая шпинель 5-45, графит 5-25, органическое связующее 2-8, периклазсодержащий компонент – остальное. Использование указанного соотношения компонентов и их размеров обусловливает формирование термостойкой микропористой структуры, устойчивой к воздействию металлошлакового расплава. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству углеродсодержащих огнеупоров на основе периклаза и алюмомагниевой шпинели для футеровки сталеплавильных, сталеразливочных и других металлургических агрегатов.

Известен углеродсодержащий огнеупор, который готовят из шихты следующего состава, мас.%:

Алюмомагниевая шпинель 65-75

Периклаз 15-25

Графит 10-15

Органическое связующее 4-7

при этом алюмомагниевую шпинель используют в виде плавленого материала фр.<3 мм, а периклаз в виде смеси спеченного и плавленого материала в соотношении 10:90-90:10 фракции менее 0,063 мм (Патент РФ № 2040507, кл. С 04 В 35/04, заявл. 22.06.92).

Недостатком данного технического решения является то, что огнеупор имеет невысокую стойкость к окислению и разъеданию металлургическим шлаком, при указанном соотношении компонентов образуется слаборазвитый керамический каркас с низким коэффициентом термического расширения, в результате чего в процессе эксплуатации огнеупора в рабочей зоне после обезуглероживания изделия скалываются при термоциклировании, а также пропитываются металлом и шлаком и вымываются.

Известен огнеупор, содержащий, мас.%:

Шпинельсодержащий материал 42-75

Периклазсодержащий компонент 15-40

Углеродсодержащий материал

(предпочтительно графит) 10-18

Органическое связующее 4-8

(Патент РФ № 2068823, кл. С 04 В 35/04, заявл. 15.02.96).

При этом в качестве шпинельсодержащего материала используют алюмомагниевую шпинель, полученную из смеси глинозема и периклаза плавкой "на слив" с нестехиометрией по кислороду. Последнее способствует спеканию и, соответственно, упрочнению рабочего слоя огнеупора после его обезуглероживания.

Однако стойкость указанного огнеупора к окислению недостаточна, он легко пропитывается металлом и шлаком, смывается или скалывается из-за разницы в коэффициентах термического расширения реакционного слоя и основы.

Наиболее близким по составу к предлагаемому шпинельсодержащему карбонированному огнеупору является огнеупор, полученный из массы, включающей, мас.%:

Алюмомагниевая шпинель фр.<3мм 10-70

Окатанные зерна периклаза фр.<2мм 15-50

Дисперсный периклаз 10-25

Графит 5-15

Углеродистое связующее (сверх 100%) 1-8

(Патент РФ № 2076849, кл. С 04 В 35/43, заявл. 22.07.96).

При этом алюмомагниевая шпинель содержит не менее 25 мас.% кристаллов шпинели с разноосностью не менее 2, а спеченный периклаз представляет собой окатанные зерна фр. < 2 мм с модулем крупности от 1,17 до 2,24.

Недостатком данного технического решения является то, что огнеупор недостаточно устойчив к реакционному воздействию металла и шлака, характеризуется невысокой прочностью при температурах > 900°С из-за снижения модуля упругости и, как следствие, теряет огнеупорность и смывается металлом в процессе эксплуатации.

В связи с этим указанный огнеупор не вполне удовлетворяет современным требованиям службы металлургических агрегатов.

Задача предлагаемого технического решения - повышение высокотемпературной прочности шпинельсодержащих карбонированных огнеупоров, повышение стойкости к окислению и разъеданию металлургическим шлаком.

Для достижения указанного технического эффекта предлагаемый шпинельсодержащий карбонированный огнеупор, включающий алюмомагниевую шпинель, периклазсодержащий компонент, углеродсодержащий материал и органическое связующее, содержит плавленую алюмомагниевую шпинель с максимальной крупностью зерен 6 мм и модулем крупности 1,75-2,50, в качестве периклазсодержащего компонента плавленый либо спеченный периклаз класса -1,5 и дисперсный, взятые в соотношении 1,2-4,5, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Периклазсодержащий компонент Основа

Плавленая алюмомагниевая шпинель 5-45

Графит 5-25

Органическое связующее 2-8

Использование указанного соотношения компонентов обусловливает формирование термостойкой микропористой структуры, устойчивой к воздействию металлошлакового расплава.

Оптимальное количество плавленой алюмомагниевой шпинели с максимальной крупностью зерен 6 мм и модулем крупности 1,75-2,50 обеспечивает высокотемпературную прочность огнеупора и препятствует трещинообразованию при термоциклировании.

Периклазсодержащий компонент - плавленый либо спеченный периклаз класса -1,5 при указанном соотношении класса -1,5 мм и дисперсного позволяет получить мелкопористую структуру, предотвращающую проникновение металлошлакового расплава в поры.

Углеродсодержащий материал - графит и органическое связующее в оптимальном соотношении в процессе эксплуатации под воздействием высоких температур в отсутствие кислорода образуют углеродистый каркас, компенсирующий объемные изменения огнеупора при термоциклировании и заполняющий пространство между частицами заполнителя. Из-за большого угла смачивания графита металлошлаковым расплавом последний не может проникнуть вглубь огнеупора.

Кроме того, при указанном соотношении компонентов и вещественном составе в процессе эксплуатации огнеупора образуется развитая керамическая связка с низким коэффициентом термического расширения (9,0-12,010^-6, 1/К). Вследствие чего в процессе службы в рабочей зоне после выгорания углерода изделия не скалываются и не вымываются металлом. Эрозионная устойчивость при этом максимальна.

Плавленую алюмомагниевую шпинель с указанным модулем крупности и предельным размером зерен получают путем плавки “на слив” смеси периклаза и глинозема, охлаждением слитков, дроблением и последующим высевом из полученного материала фракции менее 6 мм. В случае несоответствия модуля крупности установленным требованиям (1,75-2,50) порошок подвергают повторной классификации или добавляют определенные классы зерен.

Дисперсный периклаз с заданной удельной поверхностью (0,8-2,0 м²/г) получают в помольных агрегатах при определенном технологическом режиме.

Периклазсодержащий компонент - плавленый либо спеченный периклаз нужного класса (-1,5) получают путем высева из материала, полученного при дроблении кускового плавленого периклаза, либо обожженного во вращающейся печи порошка.

Примеры.

Заявляемое техническое решение реализуется при использовании следующих материалов:

- в качестве периклазсодержащего компонента - плавленого периклаза с содержанием МgО 95% по ТУ 14-8-448-83 либо спеченного периклаза с содержанием МgО 95% класса -1,5 и дисперсного с удельной поверхностью 0,8-2,0 м²/г;

- графита по ГОСТ 4596-76;

- плавленой алюмомагниевой шпинели, полученной плавкой “на слив”, с максимальной крупностью зерен 6 мм и модулем крупности 1,75-2,50;

- в качестве органического связующего - связующего фенольного порошкообразного (ОСТ 6-05-141-78) в сочетании с этиленгликолем (ГОСТ 19710-83).

Модуль крупности алюмомагниевой шпинели с максимальной крупностью зерен 6 мм определяют как частное от деления на 100 суммы полных остатков на всех ситах (Воробьев В.А., Комар А.Г. Строительные материалы. - М.: Стройиздат, 1976):

Мк=А/100,

где А - полный остаток на каждом сите, определяется как сумма частных остатков на всех ситах с большим размером отверстий плюс остаток на данном сите А_i:

А=А₆+А₃+А₁ + ... +А_i

а_i - частный остаток на каждом сите, определяется как отношение массы остатков на данном сите (m_i) к массе просеиваемой навески (m):

А_i=m_i/m100.

Модуль крупности плавленой алюмомагниевой шпинели должен находиться в пределах 1,75-2,50. При использовании порошка с модулем крупности <1,75 или >2,50 формируется структура огнеупора с повышенной открытой пористостью, а следовательно, с повышенной газопроницаемостью, что влияет на стойкость огнеупоров к окислению.

Приготовление масс состава, приведенного в табл.1, производили следующим образом.

Зернистые порошки шпинели загружали в лабораторный смеситель, перемешивали их с 1/3 частями этиленгликоля, добавляли графит, периклаз и оставшуюся часть (2/3) этиленгликоля и перемешивали, затем вводили дисперсный периклаз и связующее фенольное порошкообразное. Перемешивание продолжали до получения гомогенной смеси.

Приготовление массы известного состава производили аналогично.

Из приготовленных масс прессовали образцы при удельном давлении 150 Н/мм² и термообрабатывали при 200°С.

Термообработанные образцы подвергали обжигу в коксовой засыпке при 1000°С.

Термический коэффициент линейного расширения скоксованных образцов определяли при 1400°С в окислительной среде.

Предел прочности при изгибе скоксованных образцов определяли при 1400°С в нейтральной среде.

Стойкость к окислению скоксованных образцов оценивали по глубине обезуглероженной зоны после нагревания в воздухе до 1300°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 2 часов.

Эрозионную устойчивость оценивали по величине потери массы образцов после вращения их в расплаве металлургического шлака с основностью (CaO/SiO₂) 2,8 при 1600°С.

Свойства образцов заявленных составов и прототипа приведены в табл.2, из которой видно, что предлагаемые составы (1-5) имеют более высокие показатели свойств. При запредельных значениях массовых долей исходных материалов резко снижаются свойства огнеупоров: стойкость к окислению, эрозионная устойчивость и термический коэффициент линейного расширения, предопределяющие стойкость изделий в футеровке металлургических агрегатов.

Применение предлагаемых шпинельсодержащих карбонированных огнеупоров позволит увеличить стойкость футеровок и продолжительность кампании, в частности, сталеразливочных ковшей, а также интенсифицировать технологические процессы в агрегатах черной металлургии, т.к. при их использовании снижаются удельный расход огнеупоров и затраты на ремонт.

Формула изобретения

1. Шпинельсодержащий карбонированный огнеупор, включающий алюмомагниевую шпинель, периклазсодержащий компонент, углеродсодержащий материал и органическое связующее, отличающийся тем, что содержит плавленую алюмомагниевую шпинель с максимальной крупностью зерен 6 мм и модулем крупности 1,75-2,50, а в качестве периклазсодержащего компонента плавленый либо спеченный периклаз класса -1,5 и дисперсный, взятые в соотношении 1,2-4,5, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Периклазсодержащий компонент Основа

Плавленая алюмомагниевая шпинель 5 - 45

Графит 5 - 25

Органическое связующее 2 - 8

2. Шпинельсодержащий карбонированный огнеупор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дисперсного периклазсодержащего компонента включает плавленый либо спеченный периклаз с удельной поверхностью 0,8-2,0 м²/г.