RU2098387C1 - Mixture for manufacture of refractory materials with noncontinuous granular composition - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of refractory materials. SUBSTANCE: mixture comprises, mas. %: granular corundum filler having fraction more than 0.5 mm in size; finely dispersed mixture of cooperative grinding having fraction less than 0.09 mm in size, the balance. Finely dispersed mixture comprises, mas. %: corundum, 40-63.5; alumina, 0.5-25; kaolin, 20-30; zirconium dioxide, the balance but not more than 5. Then half-finished articles are compressed of thus prepared mass and are roasted at 1520-1600 C. EFFECT: improved quality. 1 tbl

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к технологии огнеупоров, которые могут использоваться в черной и цветной металлургии, в стекловатенной, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to the technology of refractories that can be used in ferrous and non-ferrous metallurgy, in glass wool, chemical and other industries.

Известна шихта для изготовления корундовых огнеупоров, содержащая 45% зерен 0,5 3 (0,5 2) мм, 10% зерен фракции 0,06 0,5 мм и 45% зерен фракции менее 0,06 мм, причем в состав тонкомолотой связующей части входят корундовый шамот (или электрокорунд), глинозем и дистен-силлиманитовый концентрат [1]
К недостаткам такого состава следует отнести его малую технологичность из-за отсутствия минерального пластификатора (глины, каолина), для прессования такого огнеупора необходимо введение органического пластификатора и высокое удельное давление прессования. К тому же изготовление огнеупоров такого состава сопряжено с большими энергозатратами на помол, рассев и дозирование компонентов, прессование сырца.A known mixture for the manufacture of corundum refractories containing 45% of grains of 0.5 3 (0.5 2) mm, 10% of grains of a fraction of 0.06 0.5 mm and 45% of grains of a fraction of less than 0.06 mm, and the composition of a finely ground binder parts include corundum chamotte (or electrocorundum), alumina and distene-sillimanite concentrate [1]
The disadvantages of this composition include its low manufacturability due to the lack of mineral plasticizer (clay, kaolin), for the compression of such a refractory it is necessary to introduce an organic plasticizer and a high specific pressing pressure. In addition, the manufacture of refractories of this composition is associated with high energy consumption for grinding, sieving and dosing of components, pressing raw.

Наиболее близкой к предлагаемой шихте по совокупности признаков (прототипом) является шихта для изготовления огнеупорных изделий с прерывистым зерновым составом, включающая следующие компоненты, мас. Closest to the proposed mixture in terms of features (prototype) is a mixture for the manufacture of refractory products with intermittent grain composition, including the following components, wt.

Зернистый корундовый наполнитель фракции 0,5 мм 40 80
Связующее 5 10
Смесь совместного помола фракции 0,09 мм 15 50
причем смесь совместного помола содержит, мас. корунд 55 80, глинозем 2 15 и глину 15 30 [2]
Улучшая технологичность, авторы вводят в состав шихты глинистый компонент (минеральный пластификатор). Общеизвестно, что введение глинистого компонента при изготовлении корундовых огнеупоров снижает их технические свойства: строительную прочность и постоянство объема при высокой температуре. В изобретении предлагается связать свободный кремнезем, образующийся при термическом разложении каолинита глинистого компонента (образование первичного муллита) во вторичный муллит. Реакция образования вторичного муллита начинается при температуре выше 1450^oC, поэтому для завершения всех физико-химических процессов обжиг огнеупоров следует вести при 1560 - 1620^oC.Granular corundum filler fraction 0.5 mm 40 80
Binder 5 10
A mixture of co-grinding fractions of 0.09 mm 15 50
moreover, the mixture of joint grinding contains, by weight. corundum 55 80, alumina 2 15 and clay 15 30 [2]
Improving manufacturability, the authors introduce a clay component (mineral plasticizer) into the mixture. It is well known that the introduction of a clay component in the manufacture of corundum refractories reduces their technical properties: structural strength and volume constancy at high temperature. The invention proposes to bind free silica resulting from the thermal decomposition of kaolinite clay component (the formation of primary mullite) into secondary mullite. The reaction of the formation of secondary mullite begins at a temperature above 1450^o C, therefore, to complete all physico-chemical processes, firing of refractories should be carried out at 1560 - 1620^o C.

Изобретение в сравнении с прототипом позволяет устранить присущий ему недостаток высокую температуру обжига изделий при сохранении высоких технических характеристик огнеупоров. Этот результат достигается тем, что в шихте для изготовления огнеупоров, имеющей прерывистый зерновой состав, содержится, мас. The invention in comparison with the prototype allows to eliminate its inherent disadvantage of a high firing temperature of products while maintaining high technical characteristics of refractories. This result is achieved by the fact that in the mixture for the manufacture of refractories having intermittent grain composition contains, by weight.

Зернистый корундовый наполнитель фракции 0,5 мм 40 60
Смесь совместного помола фракции 0,09 мм Остальное
причем смесь совместного помола содержит, мас. корунд 40 63,5, глинозем 0,5 25, огнеупорную глину или каолин 20 30, диоксид циркония остальное (но не менее 5).Granular corundum filler fraction 0.5 mm 40 60
A mixture of co-grinding fractions of 0.09 mm
moreover, the joint grinding mixture contains, by weight. corundum 40 63.5, alumina 0.5 25, refractory clay or kaolin 20 30, zirconium dioxide the rest (but not less than 5).

Смесь совместного помола приготавливают в трубной или вибрационной мельнице (размер фракции менее 0,09 мм). A co-grinding mixture is prepared in a tube or vibration mill (fraction size less than 0.09 mm).

Механизм образования муллитовой связки в корундовом огнеупоре предлагаемого состава состоит в том, что образование циркона из свободного кремнезема, образующегося при термическом разложении каолина,
3(Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O) - 3Al₂O₃•2SiO₂ + 4SiO₂
и добавляемого диоксида циркония, является промежуточной стадией инициацией:
ZrO₂ + SiO₂ ZrO₂•SiO₂
В дальнейшем, разлагающийся при температуре выше 1450^oC циркон поставляет свободный кремнезем для образования в связке вторичного муллита с участием более активного в химическом отношении (по сравнению с корундом) глинозема.The mechanism of the formation of the mullite bond in the corundum refractory of the proposed composition is that the formation of zircon from free silica formed during the thermal decomposition of kaolin,
3 (Al₂ O₃ • 2SiO₂ • 2H₂ O) - 3Al₂ O₃ • 2SiO₂ + 4SiO₂
and added zirconia is an intermediate stage of initiation:
ZrO₂ + SiO₂ ZrO₂ • SiO₂
Further, decomposing at temperatures above 1450^o C, zircon provides free silica for the formation in the binder of secondary mullite with the participation of more chemically active (compared with corundum) alumina.

Расчет необходимого количества добавляемого в смесь совместного помола глинозема следующий. The calculation of the required amount added to the mixture of co-grinding alumina is as follows.

1. Введение 30% каолина в смесь совместного помола (максимальное количество каолина в смеси). 1. The introduction of 30% kaolin in a mixture of co-grinding (maximum amount of kaolin in the mixture).

В каолине содержится, мас. The kaolin contains, by weight.

Al₂O₃ 40
SiO₂ 56
В смеси совместного помола:
40 0,30=12% Al₂O₃
56 0,30=16,8% SiO₂
Часть SiO₂ уйдет на образование первичного муллита. Соотношение в муллите Al₂O₃/SiO₂ 2,55.Al₂ O₃ 40
SiO₂ 56
In a mixture of co-grinding:
40 0.30 = 12% Al₂ O₃
56 0.30 = 16.8% SiO₂
Part of SiO₂ will be spent on the formation of primary mullite. The ratio in the mullite Al₂ O₃ / SiO₂ 2,55.

В первичный муллит свяжется SiO₂ 12/2,55 4,71%
Остается несвязанного SiO₂: 16,8 4,71 12,09
Для связывания в циркон (соотношение ZrO₂/SiO₂ 2,03) пойдет 5/2,03 2,46% SiO₂, остается 12,09 2,46 9,63% несвязанного SiO₂.In the primary mullite, SiO₂ will bind 12 / 2.55 4.71%
Remains unbound SiO₂ : 16.8 4.71 12.09
For binding to zircon (ZrO₂ / SiO₂ ratio of 2.03) 5 / 2.03 of 2.46% SiO₂ will go, 12.09 2.46 9.63% of unbound SiO₂ remains.

Для связывания его в муллит потребуется 2,55•9,63 24,56% глинозема. To bind it to mullite, 2.55 • 9.63 24.56% alumina will be required.

2. Введение 20% каолина в смесь совместного помола (минимальное количество каолина в смеси). 2. The introduction of 20% kaolin in a mixture of co-grinding (the minimum amount of kaolin in the mixture).

В каолине содержится, мас. The kaolin contains, by weight.

40 0,20=8% Al₂O₃
56 0,20=11,2% SiO₂
Часть SiO₂ уйдет на образование первичного муллита. Соотношение в муллите Al₂O₃/SiO₂ 2,55.40 0.20 = 8% Al₂ O₃
56 0.20 = 11.2% SiO₂
Part of SiO₂ will be spent on the formation of primary mullite. The ratio in the mullite Al₂ O₃ / SiO₂ 2,55.

В первичный муллит свяжется SiO₂ 8/2,55 3,14%
Остается несвязанного SiO₂: 11,2 3,14 8,06%
Для связывания в циркон (соотношение ZrO₂/SiO₂ 2,03) пойдет 5/2,03 2,46% SiO₂, остается 8,06 2,46 5,6% несвязанного SiO₂.SiO₂ 8 / 2.55 3.14% will bind to primary mullite
Remains unbound SiO₂ : 11.2 3.14 8.06%
For binding to zircon (ZrO₂ / SiO₂ ratio of 2.03) 5 / 2.03 of 2.46% SiO₂ will go, 8.06 2.46 5.6% of unbound SiO₂ remains.

Для связывания его полностью в муллит потребуется 2,55•5,6 14,28% глинозема. To bind it completely to mullite, 2.55 x 5.6 14.28% alumina will be required.

Пример. Электрокорунд зернистостью 2 0,5 мм в количестве 60% увлажняют временной технологической связкой (раствор технического лигносульфоната плотностью 1,18 1,24 г/см²), перемешивают и добавляют тонкомолотую смесь (размер фракции менее 0,088 мм) состава, мас.Example. Corundum with a grain size of 2.5 mm in an amount of 60% is moistened with a temporary technological binder (technical lignosulfonate solution with a density of 1.18 1.24 g / cm² ), mixed and a finely ground mixture (fraction size less than 0.088 mm) of the composition, wt.

Электрокорунд 55
Глинозем 10
Диоксид циркония 10
Каолин 25
получаемую совместным помолом указанных компонентов в трубчатой шаровой мельнице или вибрационной мельнице в течение 1 1,5 ч при соотношении шары материал 10 1.Electrocorundum 55
Alumina 10
Zirconia 10
Kaolin 25
obtained by joint grinding of these components in a tubular ball mill or vibration mill for 1 1.5 hours at a ratio of balls of material 10 1.

Приготовленную массу прессуют и обжигают при 1520 1600^oC.The cooked mass is pressed and fired at 1520 1600^o C.

Расчет фазового состава связки, приведенной в примере шихты, следующий. The calculation of the phase composition of the binder given in the example of the charge is as follows.

Количество кремнезема, связываемого в циркон рассчитывается следующим образом. The amount of silica bound in zircon is calculated as follows.

В каолине содержится, мас. The kaolin contains, by weight.

Al₂O₃ 40
SiO₂ 56
В смеси совместного помола:
40 0,25=10% Al₂O₃
56 0,25=14% SiO₂
Часть SiO₂ уйдет на образование муллита. Соотношение в муллите Al₂O₃/SiO₂ 2,55.Al₂ O₃ 40
SiO₂ 56
In a mixture of co-grinding:
40 0.25 = 10% Al₂ O₃
56 0.25 = 14% SiO₂
Part of SiO₂ will go to the formation of mullite. The ratio in the mullite Al₂ O₃ / SiO₂ 2,55.

SiO₂ 10/2,55 3,92%
Остается несвязанного SiO₂: 14 3,92 10,08%
В присутствии 10% ZrO₂ в циркон свяжется (соотношение в цирконе ZnO₂/SiO₂ 2,03) 10/2,03 4,93% кремнезема.SiO₂ 10 / 2.55 3.92%
Remains unbound SiO₂ : 14 3.92 10.08%
In the presence of 10% ZrO₂ , zircon will bind (zircon ratio ZnO₂ / SiO₂ 2.03) 10 / 2.03 4.93% silica.

В реакцию образования вторичного муллита вступит только 10,08 4,93 5,15 кремнезема. Соотношение в муллите Al₂O₃/SiO₂ 2,55. Для образования вторичного муллита необходимо 2,55•5,15 13,13% Al₂O₃. Часть (10%) его вступит в реакцию в виде глинозема, а остальная часть в виде корунда.Only 10.08 4.93 5.15 silica will enter the secondary mullite formation reaction. The ratio in the mullite Al₂ O₃ / SiO₂ 2,55. For the formation of secondary mullite, 2.55 • 5.15 13.13% Al₂ O_{3 is} necessary. Part (10%) of it will react in the form of alumina, and the rest in the form of corundum.

При температуре выше 1500^oC, после распада циркона в связке изделия будет следующее соотношение фаз, мас.At temperatures above 1500^o C, after the decay of zircon in the product bundle will be the following phase ratio, wt.

ZrO₂ Тетрагональная 10
Муллит 14•2,55 35,7
Корунд 100-10-35,7 54,3
В таблице представлены свойства полученных образцов для различных составов шихты.ZrO₂ Tetragonal 10
Mullite 14 • 2.55 35.7
Corundum 100-10-35.7 54.3
The table shows the properties of the obtained samples for various compositions of the charge.

Claims (1)

Translated fromRussian

Шихта для изготовления огнеупоров с прерывистым зерновым составом, включающая зернистый корундовый наполнитель фракции более 0,5 мм и тонкодисперсную смесь совместного помола фракции менее 0,09 мм, содержащую корунд, глинозем и глинистый компонент, отличающаяся тем, что тонкодисперсная смесь содержит в качестве глинистого компонента каолин и дополнительно диоксид циркония при следующем соотношении компонентов, мас. A mixture for the manufacture of refractories with intermittent grain composition, comprising a granular corundum filler fraction of more than 0.5 mm and a finely divided mixture of co-grinding fractions of less than 0.09 mm, containing corundum, alumina and a clay component, characterized in that the finely dispersed mixture contains as a clay component kaolin and optionally zirconia in the following ratio of components, wt. Корунд 40 63,5
Глинозем 0,5 25
Каолин 20 30
Диоксид циркония Остальное, но не менее 5
причем шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас.Corundum 40 63.5
Alumina 0.5 25
Kaolin 20 30
Zirconia Remaining, but not less than 5
moreover, the mixture contains components in the following ratio, wt. Зернистый корундовый наполнитель фракции более 0,5 мм 40 60
Тонкодисперсная смесь совместного помола указанного состава ОстальноеьGranular corundum filler fractions of more than 0.5 mm 40 60
Fine mixture of co-grinding the specified composition

Images