[go: up one dir, main page]

RU2101263C1 - Mullite material for fabrication of refractory products, method of manufacturing such mullite material, and refractory laminated article - Google Patents

Mullite material for fabrication of refractory products, method of manufacturing such mullite material, and refractory laminated article Download PDF

Info

Publication number
RU2101263C1
RU2101263C1 RU96104130A RU96104130A RU2101263C1 RU 2101263 C1 RU2101263 C1 RU 2101263C1 RU 96104130 A RU96104130 A RU 96104130A RU 96104130 A RU96104130 A RU 96104130A RU 2101263 C1 RU2101263 C1 RU 2101263C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mullite
mixture
refractory
aluminum
composition
Prior art date
Application number
RU96104130A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96104130A (en
Inventor
В.М. Мальцев
Г.П. Гафиятуллина
Л.А. Уваров
В.Т. Волков
Н.И. Жуков
Н.К. Егоров
Original Assignee
Акционерное общество закрытого типа "Диагностика аварийных ситуаций"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество закрытого типа "Диагностика аварийных ситуаций" filed Critical Акционерное общество закрытого типа "Диагностика аварийных ситуаций"
Priority to RU96104130A priority Critical patent/RU2101263C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2101263C1 publication Critical patent/RU2101263C1/en
Publication of RU96104130A publication Critical patent/RU96104130A/en

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

FIELD: refractory materials. SUBSTANCE: invention relates to refractory mullite materials containing aluminum and silicon oxides in stoichiometric proportion and also to high-silica sillimanite and mullite materials composed according to the following formula: xAl2O3•ySiO2(45<x<62; 62<y72) and used in refractory industry for manufacturing linings and protective, erosion-resistant materials. Known methods for manufacturing refractory materials based on chemical or thermochemical interaction of components do not provide required indexes regarding physical- mechanical and thermophysical characteristics of special-destination products. Invention provides modifying non-exothermic mixtures containing aluminum and silicon oxides via introducing powdered superfine reducing agent - aluminum. Mullite synthesis rate (when producing products with high fire-immunity, minimum porosity, minimum loss of mass when affected by high-velocity streams of media), reaction initiation and propagation temperatures are determined by varying composition, adjusting components' ratio, and their introduction order. EFFECT: improved performance characteristics. 5 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к огнеупорным алюмосиликатным материалам, содержащим оксиды алюминия и диоксид кремния, а именно к огнеупорным муллитовым материалам со стехиометрическим соотношением указанных оксидов, соответствующих химической формуле 3Al2O3•2SiO2, и составам (в) xAl2O3•ySiO2, а также к высокоглиноземистым, точнее, муллитокремнеземистым или силлиманитовым (45 <x <62) и муллитовым (62 <x <72) огнеупорным материалам, и может быть широко использовано в промышленности для изготовления массовых огнеупоров.The invention relates to refractory aluminosilicate materials containing aluminum oxides and silicon dioxide, namely to refractory mullite materials with a stoichiometric ratio of these oxides corresponding to the chemical formula 3Al 2 O 3 • 2SiO 2 , and compositions (c) xAl 2 O 3 • ySiO 2 , as well as high alumina, more precisely, mullite-siliceous or sillimanite (45 <x <62) and mullite (62 <x <72) refractory materials, and can be widely used in industry for the manufacture of mass refractories.

Изобретение относится также к технологии изготовления огнеупорных материалов и изделий, получаемых химическими способами, в частности посредством реакций химикотермического взаимодействия компонентов составов, содержащих свободный металл. The invention also relates to the manufacturing technology of refractory materials and products obtained by chemical methods, in particular through reactions of chemical-thermal interaction of components of compositions containing free metal.

Известно, что для упрочнения поверхностного рабочего слоя материала или изделия на его основе в случае использования его в качестве огнеупорной или лучепоглощающей футеровки (футеровочной плитки) в исходный состав для получения огнеупора с упрочненным поверхностным слоем (или с износостойким покрытием) композиционного или слоистого огнеупорного материала могут быть введены дополнительные компоненты, например карбид кремния (карборунд) [Демиденко Л. М. Высокоогнеупорные композиционные покрытия. М. Металлургия, 1979]
Известны и широко используются в различных областях промышленности алюмосиликатные, в том числе высокоглиноземистые, в частности, муллитовые и муллитокорундовые огнеупорные материалы, полученные спеканием технического глинозема (для синтеза муллита), которые приняты в качестве прототипа [Стрелов К.К. и др. Технология огнеупоров. М. Металлургия, 4-е изд. перераб. и доп. 1988, с.296-307] Однако их физико-механические и теплофизические характеристики недостаточно высоки для работы во многих агрессивных высокотемпературных средах.
It is known that for hardening the surface working layer of a material or product based on it, if it is used as a refractory or ray-absorbing lining (lining tile) in the initial composition to obtain a refractory with a hardened surface layer (or with a wear-resistant coating) of a composite or layered refractory material additional components, for example silicon carbide (carborundum), [Demidenko L. M. Highly refractory composite coatings. M. Metallurgy, 1979]
Aluminosilicate, including high-alumina, in particular, mullite and mullite-corundum refractory materials obtained by sintering of technical alumina (for the synthesis of mullite), which are adopted as a prototype, are known and widely used in various fields of industry [Strelov K.K. et al. Refractory technology. M. Metallurgy, 4th ed. reslave. and add. 1988, p.296-307] However, their physico-mechanical and thermophysical characteristics are not high enough to work in many aggressive high-temperature environments.

Наиболее близким аналогом является муллитовый материал для изготовления огнеупорных изделий, содержащий муллит состава 3Al2O3•2SiO2, что соответствует содержанию 72 мас. Al2O3 и 28 мас. SiO2, полученный экзотермическим синтезом из исходной смеси шихты, содержащей оксид кремния и алюминий, с 2-3% -ным раствором жидкого стекла, при составе смеси (в мас.): оксид кремния 25, алюминий 15, жидкое стекло остальное (Патент РФ N 2049763, кл. C 04 B 41/87, 1995).The closest analogue is mullite material for the manufacture of refractory products containing mullite composition 3Al 2 O 3 • 2SiO 2 , which corresponds to a content of 72 wt. Al 2 O 3 and 28 wt. SiO 2 obtained by exothermic synthesis from an initial mixture of a mixture containing silicon oxide and aluminum, with a 2-3% solution of water glass, with the mixture (in wt.): Silicon oxide 25, aluminum 15, liquid glass, the rest (RF Patent N 2049763, class C 04 B 41/87, 1995).

Наиболее близким аналогом является способ изготовления муллитового материала для производства огнеупорных изделий, включающий приготовление шликерного состава путем смешения шихты, содержащий диоксид кремния и алюминий, с 2-3%-ным раствором жидкого стекла при содержании (в мас.): диоксид кремния 25, алюминий 15, жидкое стекло остальное, формование, сушку, нагрев до температуры 650-750oC для инициирования синтеза муллита (Патент РФ N 2049753, кл. C 04 B 41/87, 1995).The closest analogue is a method of manufacturing a mullite material for the production of refractory products, including the preparation of a slip composition by mixing a mixture containing silicon dioxide and aluminum, with a 2-3% solution of liquid glass at a content (in wt.): Silicon dioxide 25, aluminum 15, the rest of the glass, molding, drying, heating to a temperature of 650-750 o C to initiate the synthesis of mullite (RF Patent N 2049753, CL C 04 B 41/87, 1995).

Наиболее близким аналогом также является огнеупорное слоистое изделие, содержащее основной слой выполненный из шамота и покровный слой, выполненный из муллитового материала, содержащего муллит состава 3Al2O3•2SiO2, что соответствует содержанию 72 мас. Al2O3 и 28 мас. SiO2 и полученный экзотермическим синтезом из исходной шихты, содержащей диоксид кремния и алюминий, в смеси с 2-3%-ным раствором жидкого стекла при составе смеси (в мас.): диоксид кремния 25, алюминий 15, жидкое стекло остальное (Патент РФ N 2049763, кл. C 04 B 41/87, 1995).The closest analogue is also a refractory layered product containing a base layer made of fireclay and a coating layer made of mullite material containing mullite composition 3Al 2 O 3 • 2SiO 2 , which corresponds to a content of 72 wt. Al 2 O 3 and 28 wt. SiO 2 and obtained by exothermic synthesis from the initial mixture containing silicon dioxide and aluminum, in a mixture with a 2-3% solution of water glass with the mixture (in wt.): Silicon dioxide 25, aluminum 15, liquid glass, the rest (RF Patent N 2049763, class C 04 B 41/87, 1995).

Задачей изобретения является разработка многоцелевого муллитового материала для производства огнеупорных изделий, способа производства муллитового материала и огнеупорного слоистого изделия, преимущественно футеровочных плит, с повышенной огнеупорностью и улучшенными механическими характеристиками, пригодных для эксплуатации в условиях эрозионного воздействия высокотемпературной (до 1800oC) агрессивной среды, в частности, для использования их в тепловых установках и агрегатах кремационных печей.The objective of the invention is to develop a multipurpose mullite material for the production of refractory products, a method for the production of mullite material and a refractory laminated product, mainly lining plates, with high refractoriness and improved mechanical characteristics, suitable for operation under erosive conditions of high temperature (up to 1800 o C) aggressive environment, in particular, for use in thermal installations and units of cremation furnaces.

Задача решается тем, что разработан муллитовый материал для производства изделий, содержащий муллит состава X•Al2O3 Y•SiO2полученный экзотермическим синтезом исходной смеси шихты, содержащий диоксид кремния и алюминий, с раствором жидкого стекла, содержащий: 61-72 мас. муллита с содержанием в нем "X", равным 68-70 мас. и "Y", равным 33 мас. при следующем составе исходной смеси (мас.): диоксид кремния 70-80, алюминий 20-30 и 35%-ный раствор жидкого стекла в количестве 16-18 от массы шихты.The problem is solved in that a mullite material is developed for the manufacture of products containing mullite of the composition X • Al 2 O 3 Y • SiO 2 obtained by exothermic synthesis of the initial mixture of a mixture containing silicon dioxide and aluminum, with a solution of liquid glass, containing: 61-72 wt. mullite with a content of "X" equal to 68-70 wt. and "Y" equal to 33 wt. in the following composition of the initial mixture (wt.): silicon dioxide 70-80, aluminum 20-30 and a 35% solution of water glass in an amount of 16-18 by weight of the mixture.

При этом исходная смесь может дополнительно содержать карбид кремния в количестве 10-40% от массы шихты. In this case, the initial mixture may additionally contain silicon carbide in an amount of 10-40% by weight of the mixture.

Кроме того, разработан способ изготовления муллитового материала для производства огнеупорных изделий, включающий приготовление шликерного состава путем смешения шихты, содержащей диоксид кремния и алюминия с раствором жидкого стекла, формирования, сушку и нагрев до температуры инициирования экзотермического синтеза и последующей синтез муллита, при этом используют шихту, содержащую (мас.): диоксид кремния 70-80, алюминий 20-30 и 30-50%-ный раствор жидкого стекла в количестве 16-18% от массы шихты, осуществляют нагрев заготовки до температуры инициирования синтеза муллита, равной 700-800oC, а синтез при температуре 1400-1700oC.In addition, a method has been developed for the manufacture of mullite material for the production of refractory products, including the preparation of a slip composition by mixing a mixture containing silicon dioxide and aluminum with a solution of liquid glass, forming, drying and heating to the initiation temperature of exothermic synthesis and subsequent synthesis of mullite, using a charge containing (wt.): silicon dioxide 70-80, aluminum 20-30 and 30-50% solution of water glass in the amount of 16-18% of the mass of the charge, the workpiece is heated to a temperature of tsiirovaniya synthetic mullite, equal to 700-800 o C, and synthesis at 1400-1700 o C.

При этом шликерный состав может дополнительно содержать карбид кремния в количестве 10-40% от массы шихты. Moreover, the slip composition may additionally contain silicon carbide in an amount of 10-40% by weight of the mixture.

Кроме того, разработано огнеупорное слоистое изделие, содержащее основной слой, выполненный из алюмосиликатного материала, содержащего муллит состава X•Al2O3•Y•SiO2, и полученного экзотермическим синтезом исходной смеси шихты, содержащей диоксид кремния и алюминия, с раствором жидкого стекла, при этом основной слой выполнен из материала, содержащего 61-72 мас. состава X•Al2O3 и Y•SiO2 с содержанием в нем "X", равным 68-70 мас. и "Y", равным 30-32 мас. и полученного экзотермическим синтезом исходной смеси шихты, содержащей (в мас.): диоксид кремния 70-80 и алюминий 20-30, с 30-50%-ным раствором жидкого стекла в количестве 16-18% от массы шихты, покровный слой выполнен из материала, содержащего 61-72 мас. муллита состава X•Al2O3 и Y•SiO2 с содержанием в нем X, равным 68-70 мас. и Y, равным 30-32 мас. причем исходная смесь дополнительно содержит карбид кремния при следующем соотношении компонентов (мас. ): диоксид кремния 70-80, алюминий 20-30, карбид кремния 10-40, 30-50%-ный раствор жидкого стекла в количестве 16-18 от массы шихты.In addition, a refractory layered product was developed containing a base layer made of aluminosilicate material containing mullite of the composition X • Al 2 O 3 • Y • SiO 2 and obtained by exothermic synthesis of the initial mixture of a mixture containing silicon dioxide and aluminum with a solution of liquid glass while the main layer is made of a material containing 61-72 wt. composition of X • Al 2 O 3 and Y • SiO 2 with a content of "X" equal to 68-70 wt. and "Y" equal to 30-32 wt. and obtained by exothermic synthesis of the initial mixture of a mixture containing (in wt.): silicon dioxide 70-80 and aluminum 20-30, with a 30-50% solution of water glass in an amount of 16-18% by weight of the mixture, the coating layer is made of material containing 61-72 wt. mullite composition X • Al 2 O 3 and Y • SiO 2 with a content of X equal to 68-70 wt. and Y, equal to 30-32 wt. moreover, the initial mixture additionally contains silicon carbide in the following ratio of components (wt.): silicon dioxide 70-80, aluminum 20-30, silicon carbide 10-40, 30-50% solution of liquid glass in an amount of 16-18 by weight of the mixture .

Ниже приведены пример конкретного осуществления изобретения, а также предпочтительные варианты изобретения. The following is an example of a specific embodiment of the invention, as well as preferred embodiments of the invention.

В качестве кремнийсодержащего компонента исходной смеси использовали песок С-070-1, содержащий 98,3% SiO2 диоксида кремния, который являлся окислителем системы. В качестве восстанавливающего агента служил порошкообразный металлический алюминий марки АСД-1.As the silicon-containing component of the initial mixture, sand C-070-1 was used, containing 98.3% SiO 2 silicon dioxide, which was the oxidizing agent of the system. Powdered metal aluminum of the ASD-1 brand served as a reducing agent.

Опытным путем обнаружено, что максимальная температура, обеспечивающая возможность протекания процесса синтеза муллита и максимальный выход огнеупорного продукта на основе выбранной системы (nSiO2+mAl), реализуется при следующем соотношении компонентов (мас.): диоксид кремния - 68-70; алюминий 30-32.It was experimentally found that the maximum temperature that allows the mullite synthesis process to proceed and the maximum yield of the refractory product based on the selected system (nSiO 2 + mAl) is realized with the following ratio of components (wt.): Silicon dioxide - 68-70; aluminum 30-32.

Для обеспечения однородности структуры получаемого материала и стабильности его свойств при проведении процесса оказалось необходимым использовать тонкодисперсные порошкообразные компоненты. В частности, песок используется следующего фракционного состава: частицы размером 63-100 мкм - 16% менее 64 мкм 84%
Порошкообразный металлический алюминий использовали без предварительной механической обработки.
To ensure uniformity of the structure of the obtained material and the stability of its properties during the process, it turned out to be necessary to use finely divided powder components. In particular, sand is used in the following fractional composition: particles with a size of 63-100 microns - 16% less than 64 microns 84%
Powdered metal aluminum was used without prior mechanical treatment.

Для получения образцов желаемой формы и размеров в исходную смесь порошкообразных компонентов (шихту) добавляли связующее. В исследованной системе был использован 30-50% -ный раствор промышленного жидкого стекла, который вводили в смесь в количестве 16-18% от массы шихты. Смешение компонентов системы проводилось в смесителях типа "Werner", однако могут быть использованы смесители любой другой конструкции. To obtain samples of the desired shape and size, a binder was added to the initial mixture of powdered components (charge). In the studied system, a 30-50% solution of industrial liquid glass was used, which was introduced into the mixture in an amount of 16-18% by weight of the mixture. Mixing of system components was carried out in Werner type mixers, however mixers of any other design can be used.

Из полученной вязкой массы (шликера) в специальных разборных формах на прессах при давлении 200 кг/см2 формовали образцы заданных размеров и форм. Отформованные образцы сушили сначала при комнатной температуре в течение 2-х суток, затем в сушильном шкафу при температуре 50oC в течение 6-8 ч и оставляли для естественного охлаждения до комнатной температуры.From the obtained viscous mass (slip) in special collapsible forms on the press at a pressure of 200 kg / cm 2 were molded samples of specified sizes and shapes. The formed samples were dried first at room temperature for 2 days, then in an oven at a temperature of 50 o C for 6-8 hours and left to naturally cool to room temperature.

Далее образцы отформованного материала или изделия подвергали нагреву до температуры инициирования окислительно-восстановительной реакции взаимодействия компонентов (система муллита). Опытным путем было найдено, что эта температура составляет 750-800oC. Образцы материала помещали в печь типа СНОЛ на специальные подложки на равном удалении от стенок печи. Равномерный и глубокий прогрев образцов обеспечивался за счет постепенного (линейного) режима подъема температуры печи со скоростью 200oC за 30 мин. Температура среды контролировалась ХА-термопарой, помещенной вблизи образцов, и регистрировалась милливольтметром. Температура образца контролировалась ВР-термопарой, размещенной в образце.Next, the samples of the molded material or product were heated to the initiation temperature of the redox reaction of the interaction of the components (mullite system). Empirically, it was found that this temperature is 750-800 o C. Samples of the material were placed in a furnace type SNOL on special substrates at an equal distance from the walls of the furnace. Uniform and deep heating of the samples was ensured by a gradual (linear) mode of raising the temperature of the furnace at a speed of 200 o C for 30 minutes The temperature of the medium was monitored by an XA thermocouple placed near the samples and recorded by a millivoltmeter. The temperature of the sample was controlled by a VR thermocouple placed in the sample.

Экспериментально было установлено, что химикотермическая реакция взаимодействуя компонентов исследуемой окислительно-восстановительной системы, на основе которой изготавливались образцы, подвергаемые обработке путем постепенного нагрева их в печи (скорость нагрева 7-9oC/мин, время нагрева 100-110 мин), инициируется при температурах, не превышающих 800oC.It was experimentally established that the chemical-thermal reaction of the interacting components of the studied redox system, on the basis of which samples were prepared, processed by gradually heating them in a furnace (heating rate of 7-9 o C / min, heating time of 100-110 min), is initiated when temperatures not exceeding 800 o C.

Опытным путем установлены следующие оптимальные параметры системы 68-70% SiO2•30-32% Al: температура инициирования реакции синтеза муллита 750-800oC; максимальная температура, характеризующая экзотермику процесса синтеза муллита, находится в пределах 1600-1700oC; скорость фронтального распространения процесса 2-3 мм/с.The following optimal parameters of the system 68-70% SiO 2 • 30-32% Al were experimentally established: the temperature of initiation of the mullite synthesis reaction is 750-800 o C; the maximum temperature characterizing the exothermic process of the synthesis of mullite, is in the range of 1600-1700 o C; the frontal propagation rate of the process is 2-3 mm / s.

Согласно результатам термодинамического расчета, проведенного на основании экспериментальных данных, наиболее благоприятные условия образования муллита (с химической формулой 3Al2O3•2SiO2) в муллитовом огнеупорном материале состава (в) mAl2O3•nSiO2, где 68 <m <70, 30 <n <32, соответствуют исходным шихтовым композициям, содержащим 25-35% алюминия.According to the results of a thermodynamic calculation based on experimental data, the most favorable conditions for the formation of mullite (with the chemical formula 3Al 2 O 3 • 2SiO 2 ) in a mullite refractory material of the composition (c) mAl 2 O 3 • nSiO 2 , where 68 <m <70 , 30 <n <32, correspond to the initial charge compositions containing 25-35% aluminum.

Исследования внутренней структуры образцов полученного материала (и изделий на его основе) показали, что образование муллита происходило равномерно во всем объеме. Материал обладает повышенными эксплуатационными характеристиками в сравнении с характеристиками высокоглиноземистых огнеупоров с содержанием Al2O3 свыше 45%
Результаты представлены в таблице.
Studies of the internal structure of samples of the obtained material (and products based on it) showed that the formation of mullite occurred uniformly throughout the volume. The material has improved performance in comparison with the characteristics of high-alumina refractories with an Al 2 O 3 content of more than 45%
The results are presented in the table.

Исследования образцов нового муллитового огнеупорного материала в тепловом цикле (нагрев до 1800oC охлаждение до 20oC) показали, что после 30 циклов структура образцов материала остается неизменной. Это свидетельствует о том, что монолитность, структура поверхности и механическая прочность материала не нарушаются, и, следовательно, при данном режиме он может эксплуатироваться и дальше.Studies of samples of a new mullite refractory material in the thermal cycle (heating to 1800 ° C, cooling to 20 ° C) showed that after 30 cycles the structure of the material samples remains unchanged. This indicates that the monolithicity, surface structure and mechanical strength of the material are not violated, and therefore, in this mode, it can be operated on.

Одним из возможных воплощений предлагаемого муллитового материала является его использование в качестве толстослойного огнеупорного покрытия и изделий из высокоглиноземистой подложки. One of the possible embodiments of the proposed mullite material is its use as a thick-layer refractory coating and products from a high-alumina substrate.

В этом варианте осуществления изобретения исходную смесь компонентов посредством связки (50%-ного раствора жидкого стекла) превращали в шликер, который наносили 2-мм слоем на поверхность шамотных кирпичей. Полученные по шликерной ("мокрой") технологии заготовки после сушки подвергали нагреву в печи до температуры инициирования окислительно-восстановительной реакции взаимодействия компонентов 750-800oC. Образующийся при этом огнеупорный муллитовый материал состава (в) 70Al2O3•30SiO2 в виде толстослойного металлокерамического покрытия обладает прочным сцеплением с поверхностью шамотной основы.In this embodiment of the invention, the initial mixture of the components was converted into a slip by means of a bundle (50% liquid glass solution), which was applied with a 2 mm layer on the surface of fireclay bricks. The billets obtained by slip ("wet") technology after drying were heated in a furnace to a temperature of initiation of the redox reaction of the interaction of components 750-800 o C. The resulting refractory mullite material of composition (c) 70Al 2 O 3 • 30SiO 2 in the form a thick-layer cermet coating has strong adhesion to the surface of the fireclay base.

Как показали проведенные испытания, многократные тепловые циклы (20-30 циклов) при широкоинтервальном изменении температуры среды (1800-2000oC) подтвердили стабильность механических свойств покрытия из предлагаемого огнеупорного муллитового материала и надежность его сцепления с основой из шамота. По сравнению с высокоглиноземистых огнеупором, как показала 50-ч проверка характеристик созданных образцов изделий, на их истираемость, износостойкость рабочего поверхностного слоя (толстослойного покрытия), оказалась в 1,5-2,0 раза выше.As the tests showed, multiple thermal cycles (20-30 cycles) with a wide-interval change in the temperature of the medium (1800-2000 o C) confirmed the stability of the mechanical properties of the coating of the proposed refractory mullite material and the reliability of its adhesion to the basis of chamotte. Compared with high-alumina refractory, as shown in 50 h, checking the characteristics of the created product samples for their abrasion, wear resistance of the working surface layer (thick-layer coating) turned out to be 1.5-2.0 times higher.

Другим воплощением изобретения, обеспечивающим возможность его широкого практического использования, является изготовление на основе разработанного огнеупорного муллитового материала таких изделий, как футеровочные плиты (или плитки). Another embodiment of the invention, providing the possibility of its wide practical use, is the manufacture on the basis of the developed refractory mullite material of such products as lining plates (or tiles).

Производство футеровочных плит по вышеуказанной технологии целесообразно осуществлять на основе оксидной шихтовой композиции состава 70% SiO2+30% Al. Формование плит размером 115x110x8 мм производилось на тяжеловесном автоматическом прессе в специально разработанных для этих целей пресс-формах при давлении 200 кг/см2. После сушки и нагрева заготовок до 750-800oC в результате протекания реакции синтеза получаются футеровочные плиты из огнеупорного муллитового материала. Испытания плит подтвердили приведенные выше показатели механических и теплофизических свойств материала.The production of lining plates according to the above technology is advisable to carry out on the basis of an oxide charge composition of 70% SiO 2 + 30% Al. The molding of plates measuring 115x110x8 mm was carried out on a heavy automatic press in specially designed molds for these purposes at a pressure of 200 kg / cm 2 . After drying and heating the workpieces to 750-800 o C as a result of the synthesis reaction, lining plates of refractory mullite material are obtained. Plate tests confirmed the above indicators of the mechanical and thermophysical properties of the material.

В рамках единого изобретательского замысла была поставлена и решена также задача дополнительного повышения эксплуатационных характеристик предлагаемого муллитового материала и изделий на его основе путем улучшения физико-механических свойств и повышения их сопротивления физической и химической эрозии за счет упрочнения рабочего поверхностного слоя изделия. Within the framework of a single inventive concept, the task was also set and solved to further improve the operational characteristics of the proposed mullite material and products based on it by improving the physicomechanical properties and increasing their resistance to physical and chemical erosion by strengthening the working surface layer of the product.

Для достижения этой цели в исходную шихту либо в шликерную массу, подготовленную для прессования, достаточно ввести карбид кремния (карборунд), обладающий тугоплавкостью, высокой твердостью и огнеупорностью до 2200oC.To achieve this, it is sufficient to introduce silicon carbide (carborundum) having refractory, high hardness and fire resistance up to 2200 o C. into the initial charge or into a slip mass prepared for pressing.

Опытным путем было установлено, что дополнительный компонент в количестве 10-40 мас. от суммы исходных компонентов обеспечивает получение требуемых функциональных характеристик для получения слоистого строения материала и изделия (футеровочной плитки). Для этого подготовленная для формования шликерная заготовка должна быть выполнена по меньшей мере из двух слоев: первый (функциональный) слой с содержанием исходной смеси компонентов диоксид кремния+алюминий 60-90% и дополнительно карбид кремния (карборунд) 10-40% а второй (конструктивно-теплоизоляционный) слой только из исходной смеси компонентов. Empirically, it was found that the additional component in the amount of 10-40 wt. from the sum of the initial components provides the required functional characteristics to obtain a layered structure of the material and product (lining tiles). To do this, the slip blank prepared for molding must be made of at least two layers: the first (functional) layer containing the initial mixture of components silicon dioxide + aluminum 60-90% and additionally silicon carbide (carborundum) 10-40% and the second (structurally -insulation) layer only from the initial mixture of components.

Сущность этого технического решения поясняется тем, что операция формования изделия в данном случае включает следующие этапы:
в разборную форму помещают увлажненную 50%-ным раствором жидкого стекла шихту состава (m%SiO2+n%Al) в количестве, обеспечивающем необходимую толщину конструктивно-теплоизоляционного слоя (6 мм) в готовом изделии; этот слой шликера выравнивают и подпрессовывают;
сверху в форму загружают шликер из той же шихты, но разбавленной карборундом марки М-12 и на 10-40% в количестве, обеспечивающем в готовом изделии необходимую толщину (2 мм) упрочненного поверхностного слоя;
формование плитки производят при тех же условиях, как в основном варианте, в результате получают двухслойную заготовку изделия.
The essence of this technical solution is explained by the fact that the molding operation of the product in this case includes the following steps:
in a collapsible form, a mixture of composition (m% SiO 2 + n% Al) moistened with a 50% solution of liquid glass is placed in an amount that provides the required thickness of the structural heat-insulating layer (6 mm) in the finished product; this slurry layer is leveled and pressed;
a slip from the same charge, but diluted with M-12 grade carborundum and 10-40% in an amount providing the required thickness (2 mm) of the hardened surface layer in the finished product, is loaded into the mold;
tile forming is carried out under the same conditions as in the main embodiment, as a result, a two-layer product blank is obtained.

Далее полученную заготовку высушивают и нагревают до температуры инициирования (750-800oC) реакции химико-термического взаимодействия компонентов (синтеза муллита). Готовое композиционное изделие представляет собой огнеупорную футеровочную плитку, упрочненную со стороны агрессивной высокотемпературной среды слоем, содержащим муллит и карборунд. Плитки имеют ровную поверхность, монолиты, сохраняют заданные размеры, равномерно окрашены по всему объему в черный цвет муллита.Next, the resulting preform is dried and heated to the initiation temperature (750-800 o C) of the reaction of chemical-thermal interaction of the components (synthesis of mullite). The finished composite product is a refractory lining tile, hardened from the side of an aggressive high-temperature medium with a layer containing mullite and carborundum. Tiles have a flat surface, monoliths, retain the specified dimensions, uniformly painted throughout the volume in black mullite.

Ниже приведены другие (дополнительные) примеры конкретного осуществления различных вариантов воплощения изобретения, иллюстрирующие его техническую сущность в едином изобретательском замысле. The following are other (additional) examples of specific embodiments of various embodiments of the invention, illustrating its technical essence in a single inventive concept.

Пример 1. Огнеупорный муллитовый материал: материал содержит синтетическую муллитовую фазу в количестве 61% остальное (по данным рентгенофазного анализа) свободный кремний и корунд. Example 1. Refractory mullite material: the material contains a synthetic mullite phase in an amount of 61% of the rest (according to x-ray analysis) free silicon and corundum.

В способе получения образцов указанного материала исходная шихта содержала: диоксид кремния 75,6 мас. и в качестве восстановителя алюминий - 24,4% Для приготовления шликерной массы использовали 50% -ный раствор жидкого стекла, который добавляли в шихту в количестве 16% от суммы исходных компонентов. Сформованную и высушенную заготовку нагревали в печи до 750oC; реакция химико-термического синтеза протекала при 1400oC с тепловым эффектом, который практически не влиял на температуру печи.In the method of obtaining samples of the specified material, the initial mixture contained: silicon dioxide 75.6 wt. and aluminum — 24.4% as a reducing agent. To prepare the slip mass, a 50% solution of water glass was used, which was added to the charge in the amount of 16% of the sum of the starting components. The formed and dried preform was heated in an oven to 750 ° C; the reaction of chemical-thermal synthesis took place at 1400 o C with a thermal effect, which practically did not affect the temperature of the furnace.

Пример 2. Материал аналогичен примеру 1, но содержание муллита составляет 68 мас. В способе его получения использовали шихту с содержанием диоксида кремния 77% и алюминия 23% а шликер готовили на 40%-ном растворе жидкого стекла в количестве 18% от массы шихты. При производстве изделия (кирпич ШБ-1 с защитным покрытием) шликерную массу наносили на его поверхность, заготовку нагревали в печи до 800oC; температура в процессе синтеза указанного материала составила 1540oC.Example 2. The material is similar to example 1, but the content of mullite is 68 wt. In the method for its preparation, a charge was used with a content of silicon dioxide of 77% and aluminum of 23%, and a slip was prepared on a 40% solution of water glass in an amount of 18% by weight of the mixture. In the manufacture of the product (brick SB-1 with a protective coating), a slip mass was applied to its surface, the billet was heated in an oven to 800 o C; the temperature during the synthesis of the specified material was 1540 o C.

Пример 3. Материал аналогичен примеру 1, но с повышенным содержанием муллита 72 мас. Материал использовали для опытного производства футеровочных плиток. В способе их изготовления состав исходной шихты был близок к составу по примеру 1, а именно: содержание диоксида кремния 79% алюминия 21% при этом шликер готовили на 30%-ном растворе жидкого стекла, взятом в количестве 17 мас. от массы шихты. Сформированную и высушенную заготовку нагревали в печи до 780oC, процесс синтеза протекал при 1700oC. Полученное изделие (плитка) показало характеристики, находящиеся в пределах, указанных в таблице.Example 3. The material is similar to example 1, but with a high content of mullite 72 wt. The material was used for pilot production of lining tiles. In the method for their manufacture, the composition of the initial charge was close to the composition according to example 1, namely: silicon dioxide content of 79% aluminum 21%, while the slip was prepared on a 30% liquid glass solution taken in an amount of 17 wt. from the mass of the charge. The formed and dried preform was heated in an oven to 780 o C, the synthesis process proceeded at 1700 o C. The resulting product (tile) showed characteristics that are within the limits indicated in the table.

Пример 4. Огнеупорный муллитовый материал с улучшенными эксплуатационными характеристиками повышенным сопротивлением физической и химической эрозии. Example 4. Refractory mullite material with improved performance characteristics and increased resistance to physical and chemical erosion.

Материал содержит 60 мас. муллита, остальное свободный кремний, корунд и карбид кремния. Материал был получен с использованием шихтового состава, близкого к составам по примерам 1-3 при соотношении исходных компонентов: диоксид кремния 76% алюминий 24% но при этом в шихту дополнительно был введен в качестве наполнителя (разбавителя) карбид кремния в количестве 10% от суммы исходных компонентов. Остальные условия производства указанного материала были аналогичны ранее приведенным примерам: шликер готовили с использованием 50% -ного водного раствора жидкого стекла, заготовки изделий после сушки нагревали в печи до 700oC; реакция синтеза материала с образованием муллита протекала при 1700oC.The material contains 60 wt. mullite, the rest is free silicon, corundum and silicon carbide. The material was obtained using a charge composition close to the compositions according to examples 1-3 with a ratio of the starting components: silicon dioxide 76% aluminum 24% but at the same time silicon carbide was additionally introduced into the charge as a filler (diluent) in an amount of 10% of the total source components. Other conditions for the production of this material were similar to the previously given examples: a slip was prepared using a 50% aqueous solution of water glass, the blanks of the products after drying were heated in an oven to 700 o C; the synthesis reaction of the material with the formation of mullite proceeded at 1700 o C.

Пример 5. Огнеупорный муллитовый материал, аналогичный материалу по примеру 4, но содержание муллита 63 мас. остальное карбид кремния, свободный кремний и корунд. Example 5. Refractory mullite material similar to the material in example 4, but the content of mullite 63 wt. the rest is silicon carbide, free silicon and corundum.

При производстве изделий (плиток) и указанного материала готовили шихту, содержащую диоксид кремния 78% алюминия 22% и карбид кремния 30% от суммы основных исходных компонентов. Остальные условия осуществления способа были аналогичны предыдущим примерам. Сформированные заготовки после сушки нагревали в печи до 780oC, процесс синтеза протекал при 1580oC.In the manufacture of products (tiles) and the indicated material, a mixture was prepared containing silicon dioxide 78% aluminum 22% and silicon carbide 30% of the sum of the main starting components. The remaining conditions for implementing the method were similar to the previous examples. After drying, the formed blanks were heated in an oven to 780 o C, the synthesis process proceeded at 1580 o C.

Пример 6. Огнеупорный муллитовый материал, аналогичный по примерам 4 и 5, содержащий 69 мас. муллита, остальное карборунд, корунд и свободный кремний. Материал указанного или близкого к нему состава целесообразно использовать для производства слоистых композиционных изделий упрочненных двухслойных футеровочных плиток. Example 6. Refractory mullite material similar to examples 4 and 5, containing 69 wt. mullite, the rest is carborundum, corundum and free silicon. It is advisable to use the material of the composition indicated or close to it for the production of layered composite products of hardened two-layer lining tiles.

Способ изготовления таких плиток, как было описано выше, включает операцию формования двухслойной заготовки: сначала из шликерной массы по примеру 2, затем массы, содержащей диоксид кремния 80% алюминий 20% и карбид кремния 40% от суммы основных компонентов, при соотношении толщин слоев, обеспечивающих необходимую толщину конструктивно-теплоизолирующего и функционального износо- и эрозионностойкого слоя в готовом изделии. Такую заготовку подвергали подпрессовке, сушке и нагреву в печи до температуры 800oC. Реакция синтеза протекала во всем объеме заготовки при температуре 1420oC.A method of manufacturing such tiles, as described above, includes the operation of forming a two-layer preform: first from a slip mass according to example 2, then a mass containing silicon dioxide 80% aluminum 20% and silicon carbide 40% of the sum of the main components, with a ratio of layer thicknesses, providing the required thickness of the structurally insulating and functional wear-and erosion-resistant layer in the finished product. Such a preform was subjected to prepressing, drying and heating in an oven to a temperature of 800 o C. The synthesis reaction took place in the entire volume of the preform at a temperature of 1420 o C.

Разработанные огнеупорные муллитовые материалы прошли комплексные испытания в реальных условиях их целевого предназначения для защиты конструкций и устройств от воздействия высокотемпературных тепловых потоков, реализующихся в топочных процессах, в частности, они подтвердили свою высокую эррозионную и тепловую стойкость на первом отечественном кремационном комплексе "Органика-1". The developed refractory mullite materials have undergone comprehensive tests in real conditions of their intended use to protect structures and devices from the effects of high-temperature heat fluxes realized in combustion processes, in particular, they have confirmed their high erosion and heat resistance at the first domestic cremation complex Organika-1 .

Claims (4)

1. Муллитовый материал для производства огнеупорных изделий, содержащий муллит состава xAl2O3 и ySiO2 и полученный экзотермическим синтезом исходной смеси шихты, содержащей диоксид кремния и алюминий, с раствором жидкого стекла, отличающийся тем, что он содержит 61 - 72 мас. муллита с содержанием в нем x 68 70 мас. и y 30 32 мас. при следующем составе исходной смеси, мас.1. Mullite material for the production of refractory products containing mullite of the composition xAl 2 O 3 and ySiO 2 and obtained by exothermic synthesis of the initial mixture of a mixture containing silicon dioxide and aluminum, with a solution of liquid glass, characterized in that it contains 61 - 72 wt. mullite with a content of x 68 70 wt. and y 30 32 wt. in the following composition of the initial mixture, wt. Диоксид кремния 70 80
Алюминий 20 30
30-50%-ный Раствор жидкого стекла, от массы шихты 16 18
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что исходная смесь дополнительно содержит карбид кремния в количестве 10 40% от массы шихты.
Silica 70 80
Aluminum 20 30
30-50% Liquid glass solution, by weight of the mixture 16 18
2. The material according to claim 1, characterized in that the initial mixture further comprises silicon carbide in an amount of 10 to 40% by weight of the mixture.
3. Способ изготовления муллитового материала для производства огнеупорных изделий, включающий приготовление шликерного состава путем смешивания шихты, содержащей диоксид кремния и алюминий, с раствором жидкого стекла, формование, сушку и нагрев до температуры инициирования экзотермического синтеза и последующий синтез муллита, отличающийся тем, что используют шихту, содержащую, мас. диоксид кремния 70 80 и алюминий 20 30, и 30 50%-ный раствор жидкого стекла в количестве 16 18% от массы шихты, осуществляют нагрев до температуры инициирования синтеза муллита 700 800oС, а последующий синтез при 1400 1700oС.3. A method of manufacturing a mullite material for the production of refractory products, including the preparation of a slip composition by mixing a mixture containing silicon dioxide and aluminum with a solution of liquid glass, molding, drying and heating to an initiation temperature of exothermic synthesis and subsequent synthesis of mullite, characterized in that it is used a mixture containing, by weight. silicon dioxide 70 80 and aluminum 20 30, and 30 50% aqueous glass solution in the amount of 16 18% of the mass of the charge, is heated to a temperature of initiation of the synthesis of mullite 700 800 o C, and subsequent synthesis at 1400 1700 o C. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что шликерный состав дополнительно содержит карбид кремния в количестве 10 40% от массы шихты. 4. The method according to claim 3, characterized in that the slip composition additionally contains silicon carbide in an amount of 10 to 40% by weight of the mixture. 5. Огнеупорное слоистое изделие, содержащее основной слой, выполненный из алюмосиликатного материала, и покровный слой, выполненный из материала, содержащего муллит состава xAl2O3 и ySiO2 и полученного экзотермическим синтезом исходной смеси шихты, содержащей диоксид кремния и алюминий с раствором жидкого стекла, отличающийся тем, что основной слой выполнен из материала, содержащего 61 72 мас. муллита состава xAl2O3 и ySiO2 с содержанием в нем x 68 70 мас. и y 30 32 мас. и полученного экзотермическим синтезом исходной смеси шихты, содержащей, мас. диоксид кремния 70 80 и алюминий 20 30, с 30 50%-ным раствором жидкого стекла в количестве 16 18% от массы шихты, а покровный слой выполнен из материала, содержащего в 1 72 мас. муллита состава x Al2O3 и ySiO2 с содержанием в нем x 68 70 мас. и y 30 32 мас. причем исходная смесь дополнительно содержит карбид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.5. A refractory layered product containing a base layer made of aluminosilicate material and a coating layer made of a material containing mullite of composition xAl 2 O 3 and ySiO 2 and obtained by exothermic synthesis of the initial mixture of a mixture containing silicon dioxide and aluminum with a solution of liquid glass characterized in that the main layer is made of a material containing 61 72 wt. mullite composition xAl 2 O 3 and ySiO 2 with a content of x 68 70 wt. and y 30 32 wt. and obtained by exothermic synthesis of the initial mixture of a mixture containing, by weight. silicon dioxide 70 80 and aluminum 20 30, with a 30 50% liquid glass solution in an amount of 16 to 18% by weight of the charge, and the coating layer is made of a material containing 1 72 wt. mullite composition x Al 2 O 3 and ySiO 2 with a content of x 68 70 wt. and y 30 32 wt. moreover, the initial mixture further comprises silicon carbide in the following ratio of components, wt. Диоксид кремния 70 80
Алюминий 20 30
Карбид кремния, от массы шихты 10 40
30 50%-ный Раствор жидкого стекла, от массы шихты 16 18
Silica 70 80
Aluminum 20 30
Silicon carbide, by weight of the mixture 10 40
30 50% Liquid glass solution, by weight of the mixture 16 18
RU96104130A 1996-02-29 1996-02-29 Mullite material for fabrication of refractory products, method of manufacturing such mullite material, and refractory laminated article RU2101263C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96104130A RU2101263C1 (en) 1996-02-29 1996-02-29 Mullite material for fabrication of refractory products, method of manufacturing such mullite material, and refractory laminated article

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96104130A RU2101263C1 (en) 1996-02-29 1996-02-29 Mullite material for fabrication of refractory products, method of manufacturing such mullite material, and refractory laminated article

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2101263C1 true RU2101263C1 (en) 1998-01-10
RU96104130A RU96104130A (en) 1998-01-27

Family

ID=20177614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96104130A RU2101263C1 (en) 1996-02-29 1996-02-29 Mullite material for fabrication of refractory products, method of manufacturing such mullite material, and refractory laminated article

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2101263C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2182569C1 (en) * 2001-08-01 2002-05-20 Владимиров Владимир Сергеевич Porous refractory mullite material and method of its manufacture
RU2209193C1 (en) * 2002-05-16 2003-07-27 ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКАЯ ФИРМА "МаВР" Multiple-component protective-hardening coating and method of its production
RU2211200C1 (en) * 2002-02-20 2003-08-27 Владимиров Владимир Сергеевич Fire-resistant mix and method for tempering thereof
RU2213073C2 (en) * 2001-09-25 2003-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное научно-конструкторское бюро" Mullite cbc-material for production of refractory materials
RU2228918C2 (en) * 2002-06-10 2004-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное научно-конструкторское бюро" Mullite material for manufacture of refractory products and coatings
RU2728136C2 (en) * 2015-06-29 2020-07-28 Люксембург Инститьют Оф Сайенс Энд Текнолоджи (Лист) Ceramic composite material and a method for production thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2049763C1 (en) * 1992-01-23 1995-12-10 Мальцев Владимир Михайлович Method for producing strengthening coating on porous materials

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2049763C1 (en) * 1992-01-23 1995-12-10 Мальцев Владимир Михайлович Method for producing strengthening coating on porous materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Демиденко Л.М. Высокоогнеупорные покрытия. - М.: Металлургия, 1979, с. 99 - 118. Стрелов К.К. и др. Технология огнеупоров. - М.: Металлургия, 1988, с. 296 - 307. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2182569C1 (en) * 2001-08-01 2002-05-20 Владимиров Владимир Сергеевич Porous refractory mullite material and method of its manufacture
RU2213073C2 (en) * 2001-09-25 2003-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное научно-конструкторское бюро" Mullite cbc-material for production of refractory materials
RU2211200C1 (en) * 2002-02-20 2003-08-27 Владимиров Владимир Сергеевич Fire-resistant mix and method for tempering thereof
RU2209193C1 (en) * 2002-05-16 2003-07-27 ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКАЯ ФИРМА "МаВР" Multiple-component protective-hardening coating and method of its production
WO2003097559A1 (en) * 2002-05-16 2003-11-27 JOINT STOCK COMPANY SCIENTIFIC-MANUFACTURE-COMMERCIAL FIRM 'MaVR' Multi-component protective and hardening coating and method for producing said coating
RU2228918C2 (en) * 2002-06-10 2004-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное научно-конструкторское бюро" Mullite material for manufacture of refractory products and coatings
RU2728136C2 (en) * 2015-06-29 2020-07-28 Люксембург Инститьют Оф Сайенс Энд Текнолоджи (Лист) Ceramic composite material and a method for production thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4559270A (en) Oxidation prohibitive coatings for carbonaceous articles
JP6312169B2 (en) Manufacturing method for lightweight ceramic materials
JP3212600B2 (en) Refractory material bound by sialon substrate and method of preparation
US4585485A (en) Refractory sliding nozzle plate
KR20100118133A (en) A sintered refractory material based on silicon carbide with a silicon nitride binder
Luz et al. Monoaluminum phosphate-bonded refractory castables for petrochemical application
RU2101263C1 (en) Mullite material for fabrication of refractory products, method of manufacturing such mullite material, and refractory laminated article
JPH04321551A (en) Method of manufacturing refractory material and use thereof in casting of corrosive alloy
CN115745633B (en) Cordierite-mullite spray coating and preparation method thereof
CA2656695C (en) Cement-free refractory
RU2091352C1 (en) Refractory material for making refractory articles and a method of production the refractory material for refractory article making
RU2137733C1 (en) Method of producing strengthening coating on refractory materials
US5180698A (en) Method of preparing refractory chromium-containing material
JPS5919066B2 (en) Wear parts for containers containing molten metal
JP3086705B2 (en) Method and apparatus for manufacturing ceramic articles
JPH01160854A (en) Fire-proof castables of high strength and abrasion resistance
CA1125791A (en) Compositions suitable for producing ceramic coatings
JPH0243701B2 (en)
JPS6335593B2 (en)
RU2087450C1 (en) Composition for protective coating making
Maryasev et al. A versatile carbon-containing refractory material with a ceramic bond
JPH01167268A (en) Carbon-containing uncalcined refractory
WO2004080915A1 (en) Refractory cement castables
US4803182A (en) Heat resistant materials containing ceramic components
US271437A (en) Geoege uueyee