RU2756300C1 - Method for manufacturing corundomullite refractory products - Google Patents
Method for manufacturing corundomullite refractory products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756300C1 RU2756300C1 RU2020144272A RU2020144272A RU2756300C1 RU 2756300 C1 RU2756300 C1 RU 2756300C1 RU 2020144272 A RU2020144272 A RU 2020144272A RU 2020144272 A RU2020144272 A RU 2020144272A RU 2756300 C1 RU2756300 C1 RU 2756300C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- products
- mullite
- charge
- refractory
- manufacturing
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 25
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 18
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 13
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 21
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 16
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 5
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 5
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052849 andalusite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid Substances OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- -1 tabular alumina Chemical compound 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/101—Refractories from grain sized mixtures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
- C04B35/185—Mullite 3Al2O3-2SiO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/6303—Inorganic additives
- C04B35/6316—Binders based on silicon compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности, к способу изготовления корундомуллитовых огнеупорных изделий, используемых в качестве огнеприпаса, футеровки и различной керамической оснастки высокотемпературных установок, печей, стендов, агрегатов и другой техники.The invention relates to the refractory industry, in particular, to a method for the manufacture of corundum-mullite refractory products used as fire supplies, lining and various ceramic equipment for high-temperature installations, furnaces, stands, units and other equipment.
Известен патент на способ изготовления муллитокорундовых огнеупорных изделий (Патент РФ 2284974. Т.Ф. Баранова и др. Способ изготовления муллитокорундовых огнеупорных изделий, МПК С04В 35/185, С04В 35/101, опубл. 10.10.2006), включающий помол глинозема в присутствии гидрофобизирующей жидкости, приготовление водной формовочной массы из порошков муллита и электрокорунда с молотым глиноземом, формование заготовок изделий методом вибролитья, сушку и обжиг. Ингредиенты для формовочной массы включают фракции муллита (0,8-4,0 мм; 0,2-0,8 мм) и электрокорунда (0,8 мм; 0,5-0,63 мм; 0,01-0,32 мм).Known patent for a method for the manufacture of mullite-corundum refractory products (RF Patent 2284974. T.F. Baranova et al. Method for the manufacture of mullite-corundum refractory products, IPC С04В 35/185, С04В 35/101, publ. 10.10.2006), including grinding of alumina in the presence of hydrophobizing liquid, preparation of an aqueous molding mass from powders of mullite and electrocorundum with ground alumina, molding of workpieces by vibration casting, drying and firing. Ingredients for the molding mass include fractions of mullite (0.8-4.0 mm; 0.2-0.8 mm) and electrocorundum (0.8 mm; 0.5-0.63 mm; 0.01-0.32 mm).
Недостатком этого способа является использование крупнозернистых фракций корунда с размерами частиц до 1 мм и муллита до 4 мм, что приводит к расслоению формовочной массы и оседанию крупных зерен в процессе вибролитья. В результате этого заготовка и изделие получаются разноплотными по объему и, соответственно, имеют градиент всех свойств, что отрицательно влияет на эксплуатационные качества. При увеличении габаритных размеров изделий этот негативный эффект усугубляется.The disadvantage of this method is the use of coarse-grained corundum fractions with a particle size of up to 1 mm and mullite up to 4 mm, which leads to the stratification of the molding mass and the settling of large grains in the process of vibration casting. As a result, the workpiece and the product are obtained with different density in volume and, accordingly, have a gradient of all properties, which negatively affects the performance. With an increase in the overall dimensions of products, this negative effect is exacerbated.
Известен муллитокорундовый огнеупор (Патент РФ 2321571, М.Н. Дунаева и др. Муллитокорундовый огнеупор, МПК С04В 35/185, С04В 35/101, опубл. 10.04.2008), который изготовлен способом прессования из шихты, содержащей следующие компоненты (% мас): андалузит (35,5-40,0), боксит (47-48), тонкоизмельченный глинозем (9-11), тонкоизмельченную огнеупорную глину (4,0-5,5) и связующее - ортофосфорную кислоту (3,5-5,0 сверх 100%).Known mullite-corundum refractory (RF Patent 2321571, M.N. Dunaev et al. Mullite-corundum refractory, IPC С04В 35/185, С04В 35/101, publ. 10.04.2008), which is made by pressing from a charge containing the following components (wt% ): andalusite (35.5-40.0), bauxite (47-48), finely ground alumina (9-11), finely ground refractory clay (4.0-5.5) and binder - phosphoric acid (3.5- 5.0 over 100%).
Недостатком указанного изобретения является присутствие в составе шихты глинистого компонента, содержащего в значительном количестве стеклообразующие оксиды, которые способствуют образованию легкоплавких фаз, приводящих к снижению огнеупорности и деформации изделий в процессе эксплуатации.The disadvantage of this invention is the presence in the composition of the charge of a clay component containing a significant amount of glass-forming oxides, which contribute to the formation of low-melting phases, leading to a decrease in refractoriness and deformation of products during operation.
Наибольшую огнеупорность и стойкость к высокотемпературным деформациям имеют корундовые и корундомуллитовые материалы с муллитовой и корундомуллитовой связкой.Corundum and corundum-mullite materials with mullite and corundum-mullite bond have the highest refractoriness and resistance to high-temperature deformations.
Известен способ изготовления корундовых огнеупорных изделий (Патент РФ 2271345. Замятин С.Р. и др. Способ изготовления корундовых огнеупорных изделий, МПК С04 В 35/101, опубл. 10.03.2006), включающий приготовление шихты путем увлажнения зернистой корундовой составляющей суспензией муллитообразующей добавки в водном растворе лигносульфоната с последующим смешиванием с тонкомолотой корундовой составляющей, прессование изделий из полученной шихты, их сушку и обжиг, при этом для приготовления шихты в качестве муллитообразующей добавки используют тонкомолотую смесь оксидов кремния и алюминия в эвтектическом соотношении SiO2:Al2O3=94,5% мас.: 5,5% мас. в количестве 2-4% мас. от общего содержания корундовых составляющих, а обжиг осуществляют при 1200-1500°С В известном способе используются фракции электрокорунда, содержащие крупные частицы - размером до 3 мм. Получаемые изделия обладают пределом прочности на сжатие при температурах до 1700°С не менее 50 Н/мм2 и температурой начала деформации под нагрузкой 1660°СA known method of manufacturing corundum refractory products (RF Patent 2271345. Zamyatin SR and others. Method of manufacturing corundum refractory products, IPC C04 B 35/101, publ. 03/10/2006), including the preparation of a charge by moistening the granular corundum component with a suspension of mullite-forming additive in an aqueous solution of lignosulfonate, followed by mixing with a finely ground corundum component, pressing products from the resulting mixture, drying and firing them, while for preparing the mixture as a mullite-forming additive, a finely ground mixture of silicon and aluminum oxides is used in the eutectic ratio SiO 2 : Al 2 O 3 = 94.5 wt%: 5.5 wt% in the amount of 2-4% wt. from the total content of corundum components, and firing is carried out at 1200-1500 ° C. In the known method, fused corundum fractions containing large particles up to 3 mm in size are used. The resulting products have a compressive strength at temperatures up to 1700 ° C not less than 50 N / mm 2 and a temperature of the onset of deformation under load of 1660 ° C
Недостатком данного способа является средний уровень стойкости к высокотемпературной деформации - 1660°С, обусловленный относительно небольшим количеством муллита (не более 15% мас), образующегося из 2- 4% мас. смеси S1O2 и AI2O3. Учитывая такое содержание муллита, получаемый в патенте материал авторы относят к корундовым материалам, которые, как известно, обладают относительно невысокой термостойкостью. Однако данных по термостойкости материала в патенте не представлено.The disadvantage of this method is the average level of resistance to high-temperature deformation - 1660 ° C, due to a relatively small amount of mullite (no more than 15% wt), formed from 2-4% wt. mixtures of S1O2 and AI2O3. Taking into account this content of mullite, the material obtained in the patent is referred to by the authors as corundum materials, which, as is known, have a relatively low heat resistance. However, data on the heat resistance of the material are not presented in the patent.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ изготовления огнеупорных корундомуллитовых изделий, описанный в диссертационной работе Д.С. Тюлькина (Тюлькин Д.С «Разработка составов и технологии получения огнеупорных материалов на основе корунда и муллита с повышенной стойкостью к высокотемпературным деформациям». Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Томск, 2016. - 186 с.).Closest to the claimed invention is a method of manufacturing refractory corundum-mullite products, described in D.S. Tyulkina (Tyulkin D.S "Development of compositions and technologies for obtaining refractory materials based on corundum and mullite with increased resistance to high-temperature deformations." Dissertation for the degree of candidate of technical sciences. -Tomsk, 2016. - 186 p.).
Способ включает предварительное приготовление тонкодисперсной составляющей шихты путем совместного помола в шаровой мельнице каолина и глинозема ГН в количествах 14,8% мас. и 25,2% мас. от состава сухих компонентов соответственно, до достижения среднего размера частиц dcp=2-4 мкм, приготовление шихты путем увлажнения электрокорунда двух фракций: 0,5-3,0 мм и 0-0,5 мм в количестве 45% и 15% мас. от состава сухих компонентов соответственно, раствором лигносульфоната с плотностью 1,1-1,3 г/см3 в количестве 5,5-7,0% мас. от массы сухих компонентов, с последующим смешиванием с тонкодисперсной составляющей шихты, протирку шихты через сито с размером ячеек 5 мм, прессование при давлении 80-100 МПа, обжиг изделий при 1650°С с выдержкой при конечной температуре 1,5 ч.The method includes preliminary preparation of a finely dispersed component of the charge by joint grinding in a ball mill kaolin and alumina GN in amounts of 14.8% wt. and 25.2% wt. from the composition of dry components, respectively, until the average particle size d cp = 2-4 microns, preparation of the charge by moistening electrocorundum of two fractions: 0.5-3.0 mm and 0-0.5 mm in the amount of 45% and 15% wt ... from the composition of dry components, respectively, with a solution of lignosulfonate with a density of 1.1-1.3 g / cm 3 in an amount of 5.5-7.0% wt. from the mass of dry components, followed by mixing with a finely dispersed component of the charge, rubbing the charge through a sieve with a mesh size of 5 mm, pressing at a pressure of 80-100 MPa, firing products at 1650 ° C with holding at a final temperature of 1.5 h.
Материал, получаемый по описанному способу, имеет прочность при сжатии ≥70 МПа, прочность при изгибе ≥30 МПа, плотность ≥2,8 г/см3 и огнеупорность ≥1700°С. Огнеупорные корундомуллитовые изделия из этого материала обладают микроструктурой фрагментарного типа с каркасом из зерен электрокорунда, скрепленных керамической связкой из игольчатого муллита и тонкозернистого корунда.The material obtained by the described method has a compressive strength of ≥70 MPa, a flexural strength of ≥30 MPa, a density of ≥2.8 g / cm 3 and a refractoriness of ≥1700 ° C. Refractory corundum-mullite products made from this material have a fragmented microstructure with a framework of electrocorundum grains bonded with a ceramic bond of acicular mullite and fine-grained corundum.
Недостатком данного способа является невозможность достижения содержания муллита в материале в количестве более 20% мас., образующегося из 14,8% мас. каолина в процессе обжига. Как известно, именно муллитовая составляющая, менее склонная к рекристаллизации, обусловливает высокую деформационную устойчивость и термостойкость керамики. Поэтому для обеспечения повышенного уровня этих свойств необходимо большее содержание муллита в материале.The disadvantage of this method is the impossibility of achieving the content of mullite in the material in an amount of more than 20% wt., Formed from 14.8% wt. kaolin in the firing process. As is known, it is the mullite component, which is less prone to recrystallization, that determines the high deformation resistance and heat resistance of ceramics. Therefore, to ensure an increased level of these properties, a higher content of mullite in the material is required.
Другим недостатком технологии является высокое содержание в шихте каолина (14,8% мас). Содержание каолина свыше 10% мас. часто приводит к перепрессовкам даже при относительно низких давлениях прессования, увеличивает расширение заготовки в момент снятия усилия прессования и несколько снижает ее плотность. При последующем обжиге каолин переходит в муллит в виде звездчатых сростков с увеличением объема, и это при его избытке является причиной разуплотнения материала и появления внутренних напряжений в изделиях. При изготовлении массивных и сложнопрофильных изделий такие проблемы обостряются.Another disadvantage of this technology is the high content of kaolin in the charge (14.8% wt). The content of kaolin is over 10% wt. often leads to overpressures even at relatively low pressing pressures, increases the expansion of the workpiece at the time of removal of the pressing force and somewhat reduces its density. During subsequent firing, kaolin transforms into mullite in the form of stellate intergrowths with an increase in volume, and this, with an excess of it, is the reason for the decompaction of the material and the appearance of internal stresses in the products. In the manufacture of massive and complex-shaped products, such problems are exacerbated.
К недостатку способа можно отнести также присутствие в шихте крупных зерен с размерами частиц до 3 мм в большом количестве (~45% мас.), что не позволяет получать изделия с гладкой бездефектной поверхностью и ровными кромками без обкрашивания. Качественные поверхности и кромки необходимы для плотной стыковки футеровочных элементов без зазора с целью снижения тепловых потерь, а также повышения стойкости к вибрационным и ударным нагрузкам.The disadvantage of this method can also be attributed to the presence in the charge of large grains with a particle size of up to 3 mm in large quantities (~ 45% wt.), Which does not allow to obtain products with a smooth defect-free surface and smooth edges without staining. High-quality surfaces and edges are necessary for a tight joint of lining elements without a gap in order to reduce heat losses, as well as increase resistance to vibration and shock loads.
Еще одним недостатком способа является необходимость приложения высоких давлений прессования (80-100 МПа) для получения плотных бездефектных заготовок из крупнозернистой шихты и, следовательно, использование мощных прессов. Такая шихта при повышенных давлениях имеет высокое абразивное воздействие на металлическую оснастку и приводит к ее быстрому износу.Another disadvantage of this method is the need to apply high pressing pressures (80-100 MPa) to obtain dense, defect-free blanks from a coarse-grained charge and, therefore, the use of powerful presses. Such a charge at elevated pressures has a high abrasive effect on the metal tooling and leads to its rapid wear.
Заявляемое изобретение решает задачу повышения эксплуатационных свойств крупногабаритных и сложнопрофильных корундомуллитовых огнеупоров.The claimed invention solves the problem of improving the operational properties of large-sized and complex-shaped corundum-mullite refractories.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении огнеупорности, качества поверхностей и кромок крупногабаритных и сложнопрофильных изделий при одновременном снижении давления прессования заготовок.The technical result that can be obtained using the invention is to increase the refractoriness, quality of surfaces and edges of large and complex-shaped products while reducing the pressing pressure of the blanks.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления огнеупорных корундомуллитовых изделий, включающем приготовление шихты путем получения смеси из крупнозернистых и тонкодисперсных порошков и увлажнения ее связующим, протирку шихты, формование и обжиг изделий, смесь, включающую порошки в следующем соотношении, % мас.:The specified technical result is achieved by the fact that in the method for the manufacture of refractory corundum-mullite products, including the preparation of a charge by obtaining a mixture of coarse-grained and fine powders and moistening it with a binder, wiping the charge, molding and firing products, a mixture containing powders in the following ratio, wt%:
увлажняют связующим в виде кремнезоля, содержащего 25-40% мас. SiO2, в количестве 6-10% мас. сверх массы сухих компонентов, шихту протирают через сито с размером ячеек 1,6-2,0 мм, а изделия формуют при давлении прессования 35-55 МПа.moisten with a binder in the form of silica sol containing 25-40% wt. SiO 2 , in an amount of 6-10% wt. in excess of the mass of dry components, the charge is rubbed through a sieve with a mesh size of 1.6-2.0 mm, and the products are formed at a pressing pressure of 35-55 MPa.
В отличие от прототипа, в заявляемом способе в качестве крупнозернистой составляющей вместо электрокорунда применяется смесь табулярного глинозема и электроплавленного муллита. Табулярный глинозем, получаемый высокотемпературной обработкой технического глинозема, имеет по сравнению с электрокорундом более низкую плотность (~3,7 г/см3), закрытую пористость (до 10% об.) и предназначен для изготовления огнеупоров с температурой эксплуатации до 1800°С.In contrast to the prototype, in the claimed method, instead of electrocorundum, a mixture of tabular alumina and electrofused mullite is used as a coarse-grained component. Tabular alumina, obtained by high-temperature processing of commercial alumina, has a lower density (~ 3.7 g / cm 3 ), closed porosity (up to 10% vol.) In comparison with electrocorundum, and is intended for the manufacture of refractories with operating temperatures up to 1800 ° C.
Электроплавленный муллит характеризуется высокой температурой плавления - выше 1800°С и низкой величиной высокотемпературной деформации, что обусловливает его широкое применение в производстве высокоогнеупорных изделий.Electrofused mullite is characterized by a high melting point - above 1800 ° C and a low value of high-temperature deformation, which makes it widely used in the production of high-refractory products.
Кроме того, электроплавленный муллит также, как и табулярный глинозем, имеет анизометричную форму частиц, обеспечивающую повышенную термостойкость огнеупоров на их основе.In addition, electrofused mullite, like tabular alumina, has an anisometric particle shape, which provides increased heat resistance of refractories based on them.
Сочетание крупнозернистых фракций табулярного глинозема и электроплавленного муллита, имеющих разный КТЛР, также способствует повышению термостойкости огнеупоров за счет возникновения вокруг частиц локальных областей напряжений, гасящих распространение трещин.The combination of coarse-grained fractions of tabular alumina and electrofused mullite, which have different CTEs, also contributes to an increase in the heat resistance of refractories due to the appearance of local stress regions around the particles, extinguishing the propagation of cracks.
Применение в крупнозернистой составляющей фракций порошков табулярного глинозема и муллита с размерами частиц, не превышающими 1,0 мм (преобладающий размер 0,7-0,9 мм), позволяет получать изделия с ровными кромками, имеющими малый радиус закругления, и сравнительно гладкой поверхностью. Увеличение размеров частиц крупнозернистых компонентов ухудшает качество кромок и поверхности изделий.The use in the coarse-grained component of fractions of powders of tabular alumina and mullite with particle sizes not exceeding 1.0 mm (prevailing size 0.7-0.9 mm), allows to obtain products with smooth edges, having a small radius of curvature, and a relatively smooth surface. The increase in particle size of coarse-grained components degrades the quality of the edges and surface of the products.
Использование в крупнозернистой составляющей табулярного глинозема в количестве менее 35% мас. и муллита в количестве более 25% мас. приводит к снижению прочности огнеупора, а при содержании табулярного глинозема более 45% мас. и муллита - менее 15% мас. происходит снижение огнеупорности материала.The use of tabular alumina in the coarse-grained component in an amount of less than 35% wt. and mullite in an amount of more than 25% wt. leads to a decrease in the strength of the refractory, and when the content of tabular alumina is more than 45% wt. and mullite - less than 15% wt. there is a decrease in the refractoriness of the material.
Применение в составе тонкодисперсной составляющей электрокорунда с размерами частиц 0-12 мкм в количестве 25-35% мас. обеспечивает высокие показатели плотности и прочности, как у прототипа, за счет их высокой активности к спеканию. Электрокорунд с размерами частиц более 12 мкм менее активен к спеканию, и его использование приводит к снижению механических характеристик керамики. Содержание электрокорунда с размером частиц 0-12 мкм в количестве менее 25% мас. недостаточно для получения материала с высокими значениями прочности и плотности. Содержание электрокорунда с размером частиц 0-12 мкм в количестве более 35% мас. приводит к повышенным усадкам, деформации при обжиге и появлению макротрещин.Application in the composition of a finely dispersed component of electrocorundum with a particle size of 0-12 microns in an amount of 25-35% wt. provides high density and strength, as in the prototype, due to their high activity to sintering. Electrocorundum with a particle size of more than 12 microns is less active to sintering, and its use leads to a decrease in the mechanical characteristics of the ceramics. The content of electrocorundum with a particle size of 0-12 microns in an amount of less than 25% wt. insufficient to obtain material with high strength and density values. The content of electrocorundum with a particle size of 0-12 microns in an amount of more than 35% wt. leads to increased shrinkage, deformation during firing and the appearance of macrocracks.
Введение в состав шихты муллита с размерами частиц 0-30 мкм, сопоставимыми с размерами частиц тонкодисперсного электрокорунда, в количестве 5-15% мас. обеспечивает его высокое и стабильное содержание в конечном керамическом материале и повышенную огнеупорность последнего. С учетом введенного крупнозернистого и тонкодисперсного муллита, а также образующегося из электрокорунда и кремнезоля, суммарное содержание муллита в огнеупоре составляет 26-50% мас., что в 1,2-2,5 раза выше, чем в материале-прототипе. Повышенное содержание муллита в материале по изобретению обусловливает более высокую его огнеупорность (на 50°С выше, чем у прототипа).Introduction to the composition of the charge mullite with a particle size of 0-30 microns, comparable to the size of particles of fine electrocorundum, in an amount of 5-15% wt. ensures its high and stable content in the final ceramic material and increased refractoriness of the latter. Taking into account the introduced coarse-grained and finely dispersed mullite, as well as formed from electrocorundum and silica ash, the total content of mullite in the refractory is 26-50 wt%, which is 1.2-2.5 times higher than in the prototype material. The increased content of mullite in the material according to the invention determines its higher refractoriness (50 ° C higher than that of the prototype).
Введение в шихту порошка муллита в количестве менее 5% мас. не позволяет достигать показателей огнеупорности и термостойкости материала, превышающих значения таковых у прототипа, при этом наблюдается высокая усадка керамической связки с образованием трещин, разрывов и дефектов на поверхностях и кромках изделий. Использование более 15% мас. порошка муллита нецелесообразно из-за снижения прочности огнеупора и необходимости существенного повышения температуры спекания материала для обеспечения прочности.The introduction of mullite powder into the charge in an amount of less than 5% wt. does not allow to achieve indicators of refractoriness and heat resistance of the material exceeding those of the prototype, while there is a high shrinkage of the ceramic bond with the formation of cracks, ruptures and defects on the surfaces and edges of the products. Using more than 15% wt. mullite powder is impractical due to a decrease in the strength of the refractory and the need for a significant increase in the sintering temperature of the material to ensure strength.
Применение кремнезоля в качестве увлажняющей жидкости, временного связующего и пластификатора обеспечивает прочность прессовок, хорошее качество поверхностей и кромок крупногабаритных и сложнопрофильных изделий. В заявляемом способе используется кремнезоль с концентрацией по SiO2 25-40% мас. При концентрации кремнезоля менее 25% эффективность связующего снижается, при этом прочность прессовки уменьшается, что приводит к увеличению дефектности поверхностей и кромок. При концентрации кремнезоля более 40% увеличивается вязкость, и становится затруднительным его равномерное распределение в шихте.The use of silica ash as a moisturizing liquid, a temporary binder and a plasticizer ensures the strength of compacts, good quality of surfaces and edges of large and complex-shaped products. The inventive method uses silica sol with a concentration of SiO 2 25-40% wt. When the concentration of silica ash is less than 25%, the effectiveness of the binder decreases, while the strength of the compact decreases, which leads to an increase in the defectiveness of surfaces and edges. When the concentration of silica ash is more than 40%, the viscosity increases, and it becomes difficult to evenly distribute it in the charge.
В процессе обжига изделий образующийся из кремнезоля активный SiO2 переходит в муллит за счет реакции с электрокорундом, внося некоторый вклад в повышение общего содержания муллита в материале и, следовательно, его огнеупорности.In the process of firing products, active SiO 2 formed from silica ash transforms into mullite due to the reaction with electrocorundum, making some contribution to the increase in the total content of mullite in the material and, consequently, its refractoriness.
Количество кремнезоля, вводимого в шихту в заявляемом способе, составляет 6-10% мас. сверх массы сухих компонентов. Использование кремнезоля в количестве менее 6% мас. недостаточно для равномерного увлажнения порошков и приводит к снижению прочности прессовок и появлению дефектов на поверхностях и кромках изделий.The amount of silica sol introduced into the charge in the inventive method is 6-10% wt. over the mass of dry components. The use of silica ash in an amount of less than 6% wt. insufficient for uniform moistening of powders and leads to a decrease in the strength of compacts and the appearance of defects on the surfaces and edges of products.
Введение кремнезоля в количестве более 10% мас. приводит к прилипанию прессовки к металлу пресс-формы.The introduction of silica ash in an amount of more than 10% wt. leads to adhesion of the compact to the metal of the mold.
Протирка шихты должна выполняться через сито с размерами ячеек, которые обеспечивают формирование гранул, состоящих из крупных зерен с оболочкой из тонкодисперсных компонентов, что благоприятно для получения однородных прессовок и конечного керамического материала. В способе-прототипе для шихты с крупнозернистыми компонентами до 3 мм используется сито с размерами ячеек 5 мм.The charge should be wiped through a sieve with a mesh size that ensures the formation of granules consisting of large grains with a shell of finely dispersed components, which is favorable for obtaining homogeneous compacts and the final ceramic material. In the prototype method for a charge with coarse-grained components up to 3 mm, a sieve with a mesh size of 5 mm is used.
В заявляемом изобретении применяется сито с ячейками от 1,6 до 2,0 мм, что является оптимальным для шихты с размером крупной фракции до 1,0 мм. Применение сит с размером ячеек менее 1,6 мм приводит к разрушению гранул и появлению в составе шихты зерен без оболочки и отдельных гранул тонкодисперсных компонентов, что ухудшает однородность шихты и прессовок. Увеличение размеров ячеек свыше 2,0 мм несколько увеличивает скорость протирки, однако однородность шихты ухудшается за счет того, что оболочка на крупных зернах либо не образуется, либо имеет избыточную толщину.In the claimed invention, a sieve with cells from 1.6 to 2.0 mm is used, which is optimal for a charge with a coarse fraction of up to 1.0 mm. The use of sieves with a mesh size of less than 1.6 mm leads to the destruction of granules and the appearance in the composition of the charge of grains without a shell and individual granules of fine components, which worsens the homogeneity of the charge and compacts. An increase in the size of the cells over 2.0 mm slightly increases the speed of wiping, however, the homogeneity of the charge deteriorates due to the fact that the shell on the coarse grains either does not form or has an excessive thickness.
Величина прилагаемого усилия прессования изделий определяется, в первую очередь, гранулометрическим составом шихты. В заявляемом способе размер частиц шихты не превышает 1,0 мм, в то время, как в прототипе используются крупнозернистые компоненты до 3 мм. Меньший размер частиц требует меньших усилий прессования: давление прессования изделий в заявляемом способе составляет 35-55 МПа против 80-100 МПа у прототипа.The magnitude of the applied pressing force of the products is determined, first of all, by the granulometric composition of the charge. In the inventive method, the particle size of the charge does not exceed 1.0 mm, while the prototype uses coarse-grained components up to 3 mm. Smaller particle size requires less pressing effort: the pressing pressure of the articles in the claimed method is 35-55 MPa versus 80-100 MPa for the prototype.
При давлениях прессования ниже 35 МПа сырец и изделия имеют низкие значения плотности, прочности и неудовлетворительное качество поверхностей и кромок. Применение давлений прессования выше 55 МПа нецелесообразно, так как не приводит к существенному повышению качества и свойств изделий.At pressing pressures below 35 MPa, the raw material and products have low values of density, strength and unsatisfactory quality of surfaces and edges. The use of pressing pressures above 55 MPa is impractical, since it does not lead to a significant increase in the quality and properties of products.
Способ по изобретению осуществляли следующим образом.The method according to the invention was carried out as follows.
Корундомуллитовые огнеупорные изделия в виде выпукло-вогнутых плит с размерами 200×200×40 мм с профильными боковыми пазами изготавливали из шихты разных составов и с разными параметрами прессования и обжига (табл. 1).Corundum-mullite refractory products in the form of convex-concave slabs with dimensions of 200 × 200 × 40 mm with profile lateral grooves were made from a mixture of different compositions and with different parameters of pressing and firing (Table 1).
Шихту 3-х составов, указанных в таблице 1, готовили с добавлением кремнезоля смешиванием всех сухих компонентов до достижения визуальной однородности.The charge of 3 compositions indicated in Table 1 was prepared with the addition of silica ash by mixing all dry components until visual homogeneity was achieved.
Увлажненную шихту протирали через сито с размером ячеек 1,6-2,0 мм.The moistened charge was rubbed through a sieve with a mesh size of 1.6-2.0 mm.
Заготовки изделий формовали при давлениях прессования 35-55 МПа, сушили и обжигали при температуре 1650°С.Workpieces were molded at pressing pressures of 35-55 MPa, dried and fired at a temperature of 1650 ° C.
После формования и обжига проводили осмотр изделий для оценки качества кромок и поверхностей, а также для выявления брака. Контроль показал высокое качество кромок и поверхностей, отсутствие обкрашивания, пор, раковин, трещин и деформации изделий после обжига.After molding and firing, the products were inspected to assess the quality of edges and surfaces, as well as to identify defects. The control showed high quality of edges and surfaces, absence of staining, pores, cavities, cracks and deformation of products after firing.
Свойства материала и изделий представлены в таблице 2.The properties of the material and products are presented in table 2.
Материал изделий, изготовленных согласно заявляемому изобретению, имеет повышенную огнеупорность (1750°С против 1700°С у прототипа) при сопоставимых значениях плотности, прочности при сжатии и открытой пористости. Кроме того, коэффициент линейного термического расширения материала в диапазоне 20-1400°С, составляет (8,0-8,2)×10-6 1/К, а коэффициент теплопроводности при 20°С - 6,73-6,75 Вт/(м⋅К) (в прототипе не указаны).The material of the products made according to the claimed invention has increased refractoriness (1750 ° C versus 1700 ° C for the prototype) with comparable values of density, compressive strength and open porosity. In addition, the coefficient of linear thermal expansion of the material in the range of 20-1400 ° C is (8.0-8.2) × 10 -6 1 / K, and the coefficient of thermal conductivity at 20 ° C is 6.73-6.75 W / (m⋅K) (not indicated in the prototype).
Эти показатели достигнуты на изделиях существенно большего размера (объем изделий 1600 см3 против максимального объема - 450 см3 у прототипа) при более низких давлениях прессования (35-55 МПа против 80-100 МПа у прототипа). Изделия, изготовленные по изобретению, имеют меньшую дефектность и более высокое качество поверхностей и кромок.These indicators were achieved on products of a significantly larger size (the volume of products is 1600 cm 3 against the maximum volume of 450 cm 3 for the prototype) at lower pressing pressures (35-55 MPa versus 80-100 MPa for the prototype). Products made according to the invention have less defectiveness and a higher quality of surfaces and edges.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144272A RU2756300C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Method for manufacturing corundomullite refractory products |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144272A RU2756300C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Method for manufacturing corundomullite refractory products |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2756300C1 true RU2756300C1 (en) | 2021-09-29 |
Family
ID=78000174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020144272A RU2756300C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Method for manufacturing corundomullite refractory products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2756300C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114105616A (en) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | A new type of low-loss protective material for rocket launch platform |
| CN117586029A (en) * | 2023-11-21 | 2024-02-23 | 江苏诺明高温材料股份有限公司 | Durable corrosion-resistant prefabricated block for dry quenching coke oven chute and preparation method |
| RU2822232C1 (en) * | 2023-09-26 | 2024-07-03 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of producing complex-shaped corundum-mullite refractory articles |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU878752A1 (en) * | 1980-03-18 | 1981-11-07 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Огнеупоров Министерства Черной Металлургии Ссср | Charge for making refractory materials |
| UA19242A (en) * | 1991-01-08 | 1997-12-25 | Український Науково-Дослідний Інститут Вогнетривів | A charge for making refractories |
| RU2335480C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-10-10 | ОАО "Первоуральский динасовый завод" (ОАО "ДИНУР") | High-aluminous refractory |
| CN107602098A (en) * | 2017-10-30 | 2018-01-19 | 孝义市和中兴矿产有限公司 | Aluminium brick and preparation method thereof in a kind of high RUL |
| CN109851331A (en) * | 2018-12-29 | 2019-06-07 | 通达耐火技术股份有限公司 | A kind of blast furnace ceramic cup Nano sol combined corundum matter mud and the preparation method and application thereof |
-
2020
- 2020-12-29 RU RU2020144272A patent/RU2756300C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU878752A1 (en) * | 1980-03-18 | 1981-11-07 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Огнеупоров Министерства Черной Металлургии Ссср | Charge for making refractory materials |
| UA19242A (en) * | 1991-01-08 | 1997-12-25 | Український Науково-Дослідний Інститут Вогнетривів | A charge for making refractories |
| RU2335480C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-10-10 | ОАО "Первоуральский динасовый завод" (ОАО "ДИНУР") | High-aluminous refractory |
| CN107602098A (en) * | 2017-10-30 | 2018-01-19 | 孝义市和中兴矿产有限公司 | Aluminium brick and preparation method thereof in a kind of high RUL |
| CN109851331A (en) * | 2018-12-29 | 2019-06-07 | 通达耐火技术股份有限公司 | A kind of blast furnace ceramic cup Nano sol combined corundum matter mud and the preparation method and application thereof |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114105616A (en) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | A new type of low-loss protective material for rocket launch platform |
| CN114105616B (en) * | 2021-11-30 | 2023-11-14 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | Rocket launching platform low-loss protective material |
| RU2822232C1 (en) * | 2023-09-26 | 2024-07-03 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of producing complex-shaped corundum-mullite refractory articles |
| CN117586029A (en) * | 2023-11-21 | 2024-02-23 | 江苏诺明高温材料股份有限公司 | Durable corrosion-resistant prefabricated block for dry quenching coke oven chute and preparation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2436751C2 (en) | Composition for producing refractory materials | |
| GB2072220A (en) | Composite sinter of silicon nitride/boron nitride and method for manufacturing thereof | |
| RU2756300C1 (en) | Method for manufacturing corundomullite refractory products | |
| US20130249136A1 (en) | Cast bodies, castable compositions, and methods for their production | |
| CN114644525A (en) | Composite saggar with added waste material and preparation method thereof | |
| CN117003569B (en) | Chromium-zirconium corundum aggregate and preparation method thereof, chromium-zirconium corundum composite material and preparation method and application thereof | |
| KR100999782B1 (en) | Manufacturing method of clay brick and clay floor brick using waste glass | |
| Camerucci et al. | Slip casting of cordierite and cordierite–mullite materials | |
| CN108751998B (en) | Silicon nitride and silicon carbide combined ceramic filter and preparation method thereof | |
| CN120247572A (en) | A method for preparing mullite castable based on comprehensive utilization of secondary aluminum ash non-ferrous smelting slag | |
| El-Fadaly et al. | Rheological, physico-mechanical and microstructural properties of porous mullite ceramic based on environmental wastes | |
| JP5199151B2 (en) | Ceramic fired body and manufacturing method thereof | |
| RU2320617C2 (en) | Refractory concrete mixture | |
| JP2001220259A (en) | Alumina-mullite porous sheet refractory and method for producing the same | |
| CN113416060A (en) | Magnesium-calcium dry vibration material for continuous casting tundish and preparation method thereof | |
| CN108503342B (en) | A kind of carbon-free refractory material and its preparation method and application | |
| CN117401966A (en) | Anti-skid super wear-resistant ceramic tile and production process thereof | |
| Otroj et al. | Behaviour of alumina-spinel self-flowing castables with nano-alumina particles addition | |
| Khomenko et al. | Impact of kaolin addition on properties of quartz ceramics | |
| Aneziris et al. | Carbon containing castables and more | |
| CN112778006A (en) | Light mullite sagger and preparation method and application thereof | |
| RU2793109C1 (en) | Vacuum-tight low-conductivity ceramic material and method for its production | |
| RU2844090C1 (en) | Method of producing aluminophobic ceramics based on wollastonite | |
| RU2851292C1 (en) | Molding mixture for manufacturing large-size and complex-profile cordierite products | |
| JP7496011B1 (en) | Manufacturing method of pure zircon cast-in-place sintered product and pure zircon cast-in-place sintered product |