[go: up one dir, main page]

RU2425009C2 - Способ получения циркониевого электрокорунда - Google Patents

Способ получения циркониевого электрокорунда Download PDF

Info

Publication number
RU2425009C2
RU2425009C2 RU2009128834/03A RU2009128834A RU2425009C2 RU 2425009 C2 RU2425009 C2 RU 2425009C2 RU 2009128834/03 A RU2009128834/03 A RU 2009128834/03A RU 2009128834 A RU2009128834 A RU 2009128834A RU 2425009 C2 RU2425009 C2 RU 2425009C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alumina
melt
waste
mixture
zirconium
Prior art date
Application number
RU2009128834/03A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Михайлович Бормотов (RU)
Валерий Михайлович Бормотов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Управляющая Компания "Уральский завод инструментов и материалов"
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 Общество с ограниченной ответственностью Управляющая Компания "Уральский завод инструментов и материалов" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Управляющая Компания "Уральский завод инструментов и материалов"
Priority to RU2009128834/03A priority Critical patent/RU2425009C2/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2425009C2 publication Critical patent/RU2425009C2/ru

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения циркониевого электрокорунда, используемого для производства абразивного инструмента на гибкой основе и шлифкругов на органической связке. Техническим результатом изобретения является снижение себестоимости полученных изделий. Способ получения циркониевого электрокорунда включает подготовку шихты, загрузку ее в электроплавильную печь, расплавление и разливку расплава в щелевой кристаллизатор для интенсивного охлаждения расплава. В качестве глиноземсодержащего компонента шихты применяют высокоглиноземистые техногенные отходы переработки природного газа, а в качестве стабилизатора и дегазатора применяют отходы механической обработки металлического титана. 2 табл.

Description

Изобретение относится к области получения методом плавки абразивного материала - циркониевого электрокорунда, близкого по составу и эвтектике ZrO2-Al2O3, для производства абразивного инструмента на гибкой основе и шлифкругов на органической связке.
Известны способы получения циркониевого электрокорунда методом плавки и быстрого охлаждения расплава с подавлением фазового превращения тетрагональной ZrO2 в моноклинную, которое сопровождается изменением объема и разрушает полученный материал. Фазовое превращение подавляется путем либо добавления оксида стабилизатора Y2O2, либо получением оксида циркония с дефицитом кислорода в кристаллической решетке (ZrO1,96) добавлением металлического алюминия (см. SU 1022946, дата подачи заявки 01.12.1980).
Применение оксидов иттрия экономически не оправдано из-за его высокой стоимости. Добавление к расплаву Al2O3-ZrO2 металлического алюминия приводит к получению продукта с высоким уровнем внутренних напряжений, приводящих к преждевременному разрушению абразивных зерен в процессе шлифования. Кроме того, такие составы весьма чувствительны к контакту с кислородом воздуха и не могут быть использованы в окислительной среде при температурах более 500°.
В последнее время применяют в качестве стабилизатора высокотемпературной тетрагональной модификации ZrO2 оксиды титана в сочетании с добавлением углерода (DE 69917490, дата публикации 02.06.2005, приоритет FR №9815527, 09.12.1998, а также RU 2138463, дата публикации 27.09.1999, приоритет DE №Р 4306966.5, 05.03.1993). При этом применяют первичные дорогостоящие исходные материалы: глинозем, рутил, малозольный уголь и т.д.
В качестве прототипа выбрано изобретение по патенту RU 2138463, дата публикации 27.09.1999, приоритет DE №Р 4306966.5, 05.03.1993. Указанный способ получения абразивного зерна на основе циркониевого корунда с высоким содержанием тетрагональной фазы двуокиси циркония включает стадии подготовки шихты, загрузки ее в электроплавильную печь, расплавления окиси алюминия и двуокиси циркония с предварительным добавлением в шихту двуокиси титана и углерода, резкого охлаждения расплава.
В настоящее время в условиях обострения экономических и экологических проблем, накопления техногенных отходов становится актуальным вопрос применения техногенного сырья в технологии современных материалов, в частности циркониевого электрокорунда. Одновременно решается вопрос снижения расходов на производство этого материала.
Согласно прототипу стабилизацию тетрагональной модификации оксида циркония проводят добавлением в шихту оксида титана (рутила). Однако в случае применения высокоглиноземистых отходов при таком легировании получается пористая отливка.
Задача - получение недорогого качественного циркониевого электрокорунда с использованием техногенного сырья.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения циркониевого электрокорунда, включающем подготовку шихты, загрузку ее в электроплавильную печь, расплавление и разливку расплава в щелевой кристаллизатор для интенсивного охлаждения расплава, согласно изобретению в качестве глиноземсодержащей компоненты шихты применяют высокоглиноземистые техногенные отходы процесса десульфурации (обессеривания) природного газа, а в качестве стабилизатора и дегазатора применяют отходы механической обработки металлического титана.
Таким образом, в качестве основного компонента электрокорунда циркониевого применяют не глинозем, а высокоглиноземистые отходы из технологии переработки природного газа, в частности процесса десульфурации (обессеривания) этого газа. Объемы этих отходов в настоящее время позволяют организовать промышленное производство абразивов, в том числе циркониевого электрокорунда.
Эти отходы получаются в процессе взаимодействия сернистых соединений природного газа с гранулированным гидратом окиси алюминия, при этом в автоклаве образуется жидкая расплавленная сера, которую перекачивают насосом на площадку складирования, а гидрат окиси алюминия Al(ОН)3 постепенно превращается преимущественно в оксид алюминия, утрачивает свои каталитические свойства и заменяется свежим катализатором.
Отходы катализатора применяются в технологии абразивов и огнеупоров.
Упомянутые отходы представляют собой оксид алюминия преимущественно гамма-модификации и частично гидрат окиси алюминия. Цена на такие отходы значительно ниже, чем на обычный глинозем.
Коммерческий химический анализ этого материала в исходном состоянии и после прокалки на 1000°С приведен в таблице 1.
Таблица 1
Наименование Al2O3, % вес. Потери при прокаливании, % вес. Примеси МехОу, % вес.
Отходы до нагрева 90±5 5,0÷15,0 1,0±0,5
Отходы после нагрева 98,0-99,0 - 1,0±0,5
Вещество отходов до нагрева (прокалки) - продукт выпадения из раствора, имеет развитую активную поверхность, адсорбирует из воздуха пары воды, оксид углерода, азот и т.д. Прокалка отходов производится для удаления остатков воды, однако адсорбированные газы при прокалке не удаляются.
Таким образом, удается заменить достаточно дорогой глинозем на дешевое сырье, являющееся техногенным отходом.
При этом в шихту для плавки циркониевого электрокорунда, состоящую из высокоглиноземистых отходов и бадделеита (ZrO2), добавляют отходы механической обработки металлического титана.
Обычно расплав циркониевого электрокорунда после быстрого охлаждения в тонком слое (4÷10 мм) образует отливку с высокой газовой пористостью из-за выделения растворенных в нем газов азота, водорода, оксида углерода, напоминает губку и имеет низкие прочностные характеристики. Но в результате добавления в расплав металлов, образующих с растворенными в расплаве газами, в т.ч. поступивших из техногенных отходов (высокоглиноземистых отходов, образующихся при обессеривании природного газа), тугоплавкие, как правило, твердые соединения, обеспечивается возможность получения при «замораживании» (быстром охлаждении) таких расплавов плотной отливки. В процессе плавки растворенные в расплаве азот, водород, оксид углерода взаимодействуют с металлическим титаном, образуя устойчивые тугоплавкие соединения: нитриды, гидриды, карбонитриды и т.д., которые при быстром охлаждении («замораживании») расплава остаются в составе материала, при этом сама отливка не содержит газовой пористости.
При этом из-за нестехиометрического состава оксида циркония (ZrO1,96) «замораживается» тетрагональная метастабильная модификация оксида циркония, материал получают с высоким уровнем внутренних напряжений, склонный к преждевременному разрушению.
Добавленный в шихту металлический титан (Ti) частично окисляется на воздухе, частично окисляется за счет восстановления оксидов циркония до трехвалентного состояния, образуя с Al2O3 после кристаллизации твердый раствор, что повышает качество абразива за счет повышения микротвердости кристаллов корунда и измельчения структуры материала.
Полученный расплав разливают в кристаллизатор.
Пример конкретного выполнения технологии
В плавильную дуговую трехфазную печь мощностью 1250 кВА с гарнисажем вместо огнеупорной футеровки загрузили:
- 800 кг высокоглиноземистых отходов (прокаленные высокоглиноземистые техногенные отходы обессеривания природного газа),
- 485 кг бадделеитового концентрата,
- 30 кг отходов механической обработки титана (стружка, обрезь, брак).
Получили ~ 1200 кг расплава, израсходовав при этом 2520 кВт/час электроэнергии. Расплав разлили в щелевой кристаллизатор, полученный материал измельчили и классифицировали, определили качество полученного абразивного материала.
Сравнительная характеристика материала по заявляемому изобретению с материалом по прототипу приведена в таблице 2.
Таблица 2
№ п/п Добавки титана, % Содержание двуокиси циркония, % вес. Содержание тетрагональной фазы, % Примечания
1 2,5% TiO2 рутил 41,2 97 прототип
2 2,5% TiO2 рутил 35,0 98 прототип
3 2,5% отходы переработки Ti 38,4 97,6 заявляемый способ
Сравнительный экономический анализ показывает, что затраты на циркониевый электрокорунд по заявке существенно ниже, чем по прототипу, при практически одинаковых показателях качества.

Claims (1)

  1. Способ получения циркониевого электрокорунда, включающий подготовку шихты, загрузку ее в электроплавильную печь, расплавление и разливку расплава в щелевой кристаллизатор для интенсивного охлаждения расплава, отличающийся тем, что в качестве глиноземсодержащего компонента шихты применяют высокоглиноземистые техногенные отходы переработки природного газа, а в качестве стабилизатора и дегазатора применяют отходы механической обработки металлического титана.
RU2009128834/03A 2009-07-27 2009-07-27 Способ получения циркониевого электрокорунда RU2425009C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128834/03A RU2425009C2 (ru) 2009-07-27 2009-07-27 Способ получения циркониевого электрокорунда

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128834/03A RU2425009C2 (ru) 2009-07-27 2009-07-27 Способ получения циркониевого электрокорунда

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2425009C2 true RU2425009C2 (ru) 2011-07-27

Family

ID=44753721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009128834/03A RU2425009C2 (ru) 2009-07-27 2009-07-27 Способ получения циркониевого электрокорунда

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425009C2 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU975574A1 (ru) * 1980-05-05 1982-11-23 Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Институт Способ получени электрокорунда
SU1333669A1 (ru) * 1986-12-23 1987-08-30 Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова Шихта дл изготовлени керамического материала
US5143522A (en) * 1979-11-09 1992-09-01 Washington Mills Electro Minerals Corporation Abrasive products containing fused alumina zirconia and reduced titania
RU2021225C1 (ru) * 1989-07-07 1994-10-15 Лонца Аг СПЕЧЕННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ α - ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
RU2138463C1 (ru) * 1993-03-05 1999-09-27 Корунд Лауфенбург ГмбХ Способ получения абразивного зерна на основе циркониевого корунда

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5143522A (en) * 1979-11-09 1992-09-01 Washington Mills Electro Minerals Corporation Abrasive products containing fused alumina zirconia and reduced titania
US5143522B1 (en) * 1979-11-09 1998-01-06 Washington Mills Electro Miner Abrasive products containing fused alumina zirconia and reduced titania
SU975574A1 (ru) * 1980-05-05 1982-11-23 Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Институт Способ получени электрокорунда
SU1333669A1 (ru) * 1986-12-23 1987-08-30 Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова Шихта дл изготовлени керамического материала
RU2021225C1 (ru) * 1989-07-07 1994-10-15 Лонца Аг СПЕЧЕННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ α - ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
RU2138463C1 (ru) * 1993-03-05 1999-09-27 Корунд Лауфенбург ГмбХ Способ получения абразивного зерна на основе циркониевого корунда

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Roungos et al. Improved thermal shock performance of Al2O3–C refractories due to nanoscaled additives
Yoshimura et al. Evaluation of aluminum dross waste as raw material for refractories
Dudczig et al. Nano-and micrometre additions of SiO2, ZrO2 and TiO2 in fine grained alumina refractory ceramics for improved thermal shock performance
US20110097582A1 (en) Aluminum magnesium titanate-alumina composite ceramics
CA2863573C (fr) Cuve d'electrolyse
Emmel et al. In situ spinel formation in Al2O3–MgO–C filter materials for steel melt filtration
Naghizadeh et al. Effect of TiO2 on phase evolution and microstructure of MgAl2O4 spinel in different atmospheres
Mohammadi et al. Effect of MgCl2 addition on the sintering behavior of MgAl2O4 spinel and formation of nano-particles
Ding et al. Effect of hercynite content on the properties of magnesia-spinel composite refractories sintered in different atmospheres
Fouad et al. Fabrication and characterization of macroporous alumina-nano tetragonal zirconia-nano spinel ceramic composites
CN115321967A (zh) 一种具有洁净钢水功能的耐火材料、制备方法及其应用
Abdullayev et al. AlF3-assisted flux growth of mullite whiskers and their application in fabrication of porous mullite-alumina monoliths
Chen et al. Effect of inorganic acid on the phase transformation of alumina
Zhang et al. Effect of TiO2 addition on microstructures and properties of MgO–CaO refractory aggregates
Zargar et al. Influence of nano boehmite on solid state reaction of alumina and magnesia
JP6652957B2 (ja) 耐火生成物、二酸化ジルコニウムの使用、二酸化ジルコニウム、耐火生成物の製造方法、及びそれを用いて製造された耐火生成物
Wei et al. Decomposition mechanism, sintering process and properties of zircon ceramics: Role of CaO, MnO and Cr2O3
RU2425009C2 (ru) Способ получения циркониевого электрокорунда
Mai et al. A novel preparation method for elongated mullite using Zircon-Al2O3 modified SiO2 as silicon source for high-temperature functional ceramics
NO177002B (no) Framgangsmåte for tilvirkning av keramiske kompositter
Wahsh et al. The influence of nano-silica and zircon additions on the sintering and mechanical properties of in situ formed forsterite
Bruni et al. Reaction and phases from monoclinic zirconia and calcium aluminate cement at high temperatures
CN108349818B (zh) 用于制造耐火产品的颗粒、此类颗粒的用途、耐火产品、制造耐火产品的方法以及由其制造的耐火产品
CN109369156B (zh) 一种基于盐湖卤水的镁砂骨料及其制备方法
Omid et al. Synthesis and comparison of MgAl2O4–Ti (C, N) composites using aluminothermic-carbothermal reduction and molten salts routes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120728