PL193504B1 - Sposób wytwarzania ogniotrwałego materiału korundowego lub boksytowego z osnową azotkową - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania ogniotrwałego materiału korundowego lub boksytowego o osnowie azotkowej, w której dominuje sialon utworzony „in situ”, znamienny tym, że w mieszaninie wyjściowej zawierającej 50-70% wag. ziarn korundu lub boksytu o uziarnieniu 0,06-3 mm, 30-50% wag. stanowi pył o uziarnieniu poniżej 60 μm składający się z Al2O3 i Si w stosunku od 1,5 : 1 do 2,5 : 1 oraz 0-0,9% wag. pyłu Al i 0,1-1%B2O3lub Na2BO7 · 10H2O oraz 0-25% bentonitu, a po dokładnym ujednorodnieniu tej mieszaniny formuje się kształtki lub tygle i wypala w temperaturze1400-1650°C w atmosferze azotu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ogniotrwałego materiału korundowego lub boksytowego z osnową azotkową. W nowoczesnych procesach metalurgicznych szerokie zastosowanie ma ogniotrwała ceramika korundowo-mulitowa, w której korund stanowi szkielet, natomiast mulit znajduje się w wiążącej go osnowie. Pomimo dużego postępu jaki dokonano w kształtowaniu bogatych w korund materiałów o wysokiej zawartości Al2O3, osnowa stanowi najsłabsze ogniwo w tych materiałach, decydujące w głównym stopniu o własnościach termomechanicznych i odpornościowych. W związku z tym pojawiły się propozycje zastąpienia osnowy mulitowej osnową nietlenkową - sialonową. Sialony stanowiące w uproszczeniu roztwory stałe Al2O3 w Si3N4 charakteryzują się wysoką wytrzymałością mechaniczną, odpornością na ścieranie, stosunkowo niską rozszerzalnością cieplną, wysokimi kątami zwilżania przez stopione metale i rozpuszczalnością w stopionej stali zbliżoną do mulitu.

Znane są różne sposoby otrzymywania materiałów ogniotrwałych w skład osnowy których wchodzi sialon.

W PCT/FR91/00787(WO92//06934) i EP04480831B1 opisano tworzywo ogniotrwałe do zastosowania w płytach do zamknięć suwakowych, regulujących wypływ stali z kadzi, charakteryzujące się tym, że zawiera 61 do 77% wagowych ziarn o zawartości powyżej 50% Al2O3 o temperaturze topienia powyżej 1800°C i 23 do 39% wagowych fazy wiążącej wykazującej na dyfraktogramie rentgenowskim najbardziej intensywne linie charakterystyczne dla sialonu o formule Si6-z Al2O2N8 gdzie z mieści się w zakresie 2,5 do 4. Sposób jego otrzymywania przewiduje zmieszanie 70-80% wag. ziarn tlenkowych zawierających co najmniej 50% Al2O3 o temperaturze topienia powyżej 1800°C i zawartości co najmniej 90% ziarn o wielkości od 5 mm do 20 μm z 20 do 30% mieszanki zawierającej: 35 do 45% proszku Si, 38 do 50% kalcynowanego tlenku glinu oraz 12 do 20% proszku Al, a następnie po zaformowaniu i wysuszeniu, wypalanie w 1300-1600°C w atmosferze azotu.

Znany jest również (patent PCT/EP92/00617, WO52/16472) sposób wytwarzania materiałów ogniotrwałych z udziałem sialonu, w którym miesza się 4-6%wag. Si, 1-8%wag. Al, 5-20%wag. reaktywnego Al2O3 i 3-50% wag. węgla z ziarnami korundu, częściowo lub całkowicie zastępowanymi przez ziarna szamotu, ZrO2, spinelu, SiO2, SiC, mulitu, rudy chromitowej, MgO, ZrO2 + mulit, oraz spoiwem, formuje i wypala w atmosferze azotu w 1200-1600°C. Ponadto do materiału może być wprowadzone 5 do 15% azotku boru.

Inne rozwiązania jak np. opisane w EPO482981B1 przewidują utworzenie w tworzywie ogniotrwałym osnowy z AlN, tlenowęglika glinu, lub tlenoazotku glinu dzięki wprowadzeniu do osnowy 7 do 30% wag. proszku Al i uwzględnia możliwość częściowego zastąpienia proszku Al przez proszek Si i wprowadzenie dodatkowo BN lub węgla w postaci grafitu. W patencie PTC/FR95/01540 opisano materiał, w którym ziarna ogniotrwałe wiązane są osnową z azotku glinu lub sialonu zawierającą azotek tytanu. Składa się on z 32-87% wag. ziarn składnika ogniotrwałego o temperaturze topnienia lub dysocjacji powyżej 1700°C, 7-50% wag. powstającej „in situ”osnowy wiążącej składającej się z sialonu, AlN i/lub jego politypów, oraz 2-20% wag. TiN lub 0-42% heksogonalnego BN lub amorficznego węgla i/lub grafitu rozproszonych w osnowie a wprowadzanych w postaci ziarnistej.

Sposób według wynalazku polega na wytworzeniu materiału o osnowie azotkowej, w której dominuje sialon utworzony „in situ”, przy czym w mieszaninie wyjściowej zawierającej 50-70%wag. ziarn korundu lub boksytu o uziarnieniu 0,06-3 mm 30-50% wag. stanowi pył o uziarnieniu poniżej 60 μm składający się z Al2O3 i Si w stosunku od 1,5 : 1lub 2,5 : 1oraz 0-0,9%wag. pyłu Al i 0,1-1% B2O3 lub Na2BO7 · 10H2O oraz 0-2,5% bentonitu, a po dokładnym ujednorodnieniu tej mieszaniny formuje się z niej kształtki lub tygle i wypala w temperaturze 1400-1650°C w atmosferze azotu. Uziarnienie korundu lub boksytu może stanowić monofrakcję lub nie zawiera ziarn o średnicy 60-500 μm. Odporność korozyjną wyrobów można zwiększyć przez impregnację smołą, pakiem ich mieszaniną lub żywicą, a następnie obróbce cieplnej w temperaturze 200-450°C.

Stwierdzono, że dodatek związków boru wpływa korzystnie nie tylko na proces spiekania ale nieoczekiwanie również na własności użytkowe na kontakcie z ciekłymi stopami żelaza. Tworzywo zastosowane w postaci wylewów kadzi stalowniczej wykazało 3 do 4 krotnie większą trwałość w porównaniu z tworzywem standardowym. Zastosowane jako tygle do indukcyjnego topienia specjalnych stopów Fe, Co, Ni z dodatkami wykazało bardzo dobrą odporność na nagłe zmiany temperatury, słabą zwilżalność przez te stopy i dzięki temu dobrą trwałość w warunkach eksploatacji.

W odróżnieniu od znanych rozwiązań do tworzywa w procesie produkcyjnym nie wprowadza się węgla w postaci stałej lub takich dodatków jak TiN lub BN. Dla szczególnych zastosowań użycie monofrakcji

PL 193 504 B1 korundu lub boksytu zapewnia otrzymanie materiału porowatego o znacznej gazoprzepuszczalności. Materiał ogniotrwały według wynalazku może być po wypaleniu poddawany impregnacji smołą, pakiem, ich mieszaniną lub żywicą.

Przykład I Skład wyjściowy:

- 66% spiekany korund o uziarnieniu 0-2,5 mm, zawierający ok. 10% ziarn poniżej 60 μm

- 20% pył korundu spiekanego o uziarnieniu poniżej 40 μm (średnio 10 μm)

-13,8% pył Si

- 0,2% B2O3

Po wymieszaniu sprasowano pod naciskiem 100 MPa i wypalono w 1500°C w atmosferze azotu. Uzyskano tworzywo o następujących własnościach:

₃

- gęstość pozorna 2,97 g/cm³

- porowatość otwarta 18,0%

- wytrzymałość na ściskanie 175 MPa

- wytrzymałość na zginanie w 20°C 23 MPa

- wytrzymałość na zginanie w 1450°C 25 MPa

-odporność na wstrząsy cieplne pow. 30 zmian (1000°C/woda)

Przykład II Skład wyjściowy:

- 69% boksyt prażony o uziarnieniu 0-3 mm, w tym ok. 15% poniżej 60 μm

- 20% pył spiekanego tlenku glinu o średnicy poniżej 60 μm -10%Sipył

- 0,7% B2O3

Po wymieszaniu sprasowano pod naciskiem 120 MPa i wypalono w 1450°C w atmosferze azotu. Uzyskano materiał o następujących własnościach:

₃

- gęstość pozorna 2,95 g/cm³

- porowatość otwarta 19,0%

- wytrzymałość na ściskanie 125 MPa

-odporność na wstrząsy cieplne pow. 30 zmian (1000°C/woda)

Przykład III Skład wyjściowy:

-79%korund spiekany o uziarnieniu 1,5-3 mm

- 20% pył spiekanego korundu o uziarnieniu poniżej 40 μm (średnio ok. 10 μm)

-10%pyłSi

- 0,2% B2O3 -1%bentonit ponadto:

-1%dekstryny w wodnym roztworze 1: 1

Po wymieszaniu sprasowano pod naciskiem 80 MPa i wypalono w 1500°C w atmosferze argonu. Uzyskano materiał gazoprzepuszczalny o następujących własnościach:

- gęstość pozorna 2,4 g/cm³

- porowatość otwarta 35,0%

- wytrzymałość na ściskanie 60 MPa

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania ogniotrwałego materiału korundowego lub boksytowego o osnowie azotkowej, w której dominuje sialon utworzony „in situ”, znamienny tym, że w mieszaninie wyjściowej zawierającej 50-70% wag. ziarn korundu lub boksytu o uziarnieniu 0,06-3 mm, 30-50% wag. stanowi pył o uziarnieniu poniżej 60 μm składający się z Al₂O₃ i Si w stosunku od 1,5 : 1 do 2,5 : 1 oraz 0-0,9% wag. pyłu Al i 0,1-1% B2O3lub Na2BO7 · 10H2O oraz 0-25% bentonitu, a podokładnym ujednorodnieniu tej mieszaniny formuje się kształtki lub tygle i wypala w temperaturze1400-1650°C w atmosferze azotu.

2. Sposób jak w zastrz. 1, znamienny tym, że uziarnienie korundu lub boksytu stanowi monofrakcję lub nie zawiera ziarn o średnicy 60-500 μm.

3. Sposób wytwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał po wypaleniu poddaje się impregnacji smołą, pakiem, ich mieszaniną lub żywicą, a następnie obróbcecieplnej w temperaturze 200-450°C.