Способ получения керамических изделий

(51) 04 35/01 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ электродуговых печах, деталей и футеровки различных плавильных агрегатов. Способ изготовления керамических изделий включает составление шихты из оксида кальция и плавикового шпата, при соотношении, масс. оксид кальция 85,0-99,5 и плавиковый шпат 0,5-15,0,сухое перемешивание и нагрев. Шихту подвергают горячему прессованию при температуре 13001400 С и давлении 100-200 кгс/см 2 в течение 1-2 ч. и последующей термообработке в струе газа водопарового плазмотрона при температуре от 13001400 С в течение 2-10 минут. Керамические изделия, полученные по предлагаемому способу обладают термостойкостью до 2200 С, высокой механической прочностью,повышенной водостойкостью и стойкостью к химической эрозии и действию шлаков.(72) Аринов Бейбит Жолдыбаевич Кокшаров Андрей Валентинович Кениг Вадим Карлович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Институт высоких технологий Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-Производственный Центр Ульба(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к технологии получения керамических изделий с повышенной термостойкостью и может быть использовано для изготовления узлов и агрегатов в плазменных и Изобретение относится к технологии получения керамических изделий с повышенной термостойкостью и может быть использовано для изготовления узлов и агрегатов в плазменных и электродуговых печах, деталей и футеровки различных плавильных агрегатов. Известна группа керамических материалов на основе оксида кальция с содержанием основного компонента не менее 85 по массе. Сырьем для производства служат природные горные породы на основе карбоната кальция (мел, известняк, а также химически переработанные материалы(металлический или углекислый кальций, гидроксид кальция). (Галицкий Ю.П. сб. Металлургия и коксохимия 1974 г, вып.39, с.78). Недостатком традиционных материалов являются особенности технологии их получения, которая не позволяет получать материалы с термостойкостью выше 2000 С и высокой механической прочностью. Известен способ получения керамических изделий, включающий приготовление формовочной массы из горных пород основной группы в качестве наполнителя и связующего. Связующее получают путем смешения 80-95 наполнителя с 5-10 фосфорной кислоты. Формование осуществляется путем горячего прессования изделий с усилием от 10 до 500 кг/см 2. Термообработку проводят при 100300 С. Способ позволяет получать керамические изделия при низких температурах, но их термостойкость недостаточно высока (Патент РФ 2361844,оп. 20.07.2009 г.). Известен способ изготовления горячим прессованием изделий из керамического материала на основе нитрида кремния, заключающийся в подготовке шихты путем перемешивания нитрида кремния с добавками, по меньшей мере, оксида магния и оксида иттрия,совместно с механоактивацией,добавление в шихту органического пластификатора и формовании заготовок для горячего прессования. Горячее прессование осуществляют при температуре 16001700 С давлении прессования 25-35 МПа, выдержке в течение 10-20 мин. (Патент РФ 2443659, оп. 27.02.2012) Недостатками способа являются высокая температура спекания 1600-1700 С и необходимость проведения сверхтонкого измельчения, что в совокупности требует использования дорогостоящего оборудования и больших энергетических затрат. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения огнеупорной, набивная масса на основе плавленой окиси кальция и плавикового шпата при соотношении компонентов,масс. плавленая окись кальция 85,0-99,5 и плавиковый шпат 0,5-15,0. Способ включает послойную набивку стенок тигля, постепенный нагрев и проведение легкой обжиговой плавки течение 1,5-2,5 час. Недостатками керамического изделия по прототипу являются низкая механическая прочность и термостойкость не выше 1500 С из-за низкой плотности и высокой пористости. (А.с. 601265 оп. 05.04.1978 г.). 2 Задачей предлагаемого изобретения является получение керамического изделия с высокой термостойкостью, механической прочностью и стойкостью к агрессивным средам. Техническим результатом изобретения является разработка способа получения керамических изделия,обладающих температурой эксплуатации изделия до 2500 С,высокой плотностью,повышенной водостойкостью, стойкостью к химической эрозии и действию шлаков. Технический результат достигается способом,включающим подготовку шихты, содержащей оксид кальция и добавку, в качестве которой используют плавиковый шпат. Компоненты шихты в масс. соотношениях оксид кальция 85,0-99,5 и плавиковый шпат 0,5-15,0 перемешивают, засыпают в форму и подвергают горячему прессованию с последующем пирогидролизом флюоритовой фазы в струе газа водопарового плазмотрона. Способ отличается тем, что горячее прессование осуществляют при температуре 1300-1400 С и выше,давлении 200 кгс/см 2 в течение 1-2 часов. Изделие после горячего прессования помещают в струю газа водопарового плазмотрона и нагревают при температуре плавления фторида кальция 1300-1400 С и выше в течение 2-10 минут в зависимости от толщины и массы изделия. Существенными признаками способа получения керамических изделий являются осуществление горячего прессования и последующая термическая обработка прессованного материала в струе газа водопарового плазматрона. Горячее прессование шихты осуществляют при температуре плавления фторида кальция 1300-1400 С и давлении 100-200 кгс/см 2 в течение 1-2 ч. В процессе горячего прессования шихты компоненты претерпевают фазовые и морфологические изменения. Процесс сопровождается плавлением плавикового шпата. Образованная жидкая фаза выдавливает воздух из матрицы материала и равномерно распределяется частицами оксида металла по всему объему. По завершению процесса горячего прессования структура полученного продукта представляет собой монолитный прессованный материал без пор, с высокой термостойкостью,механической прочностью,обеспечивающих более высокие эксплуатационные свойства. Для последующей термической обработки полученное изделие помещают в струю газа водопарового плазмотрона и нагревают при температуре плавления плавикового шпата 13001400 С и выше. При обработке плазматроном, в результате реакции химико-термического взаимодействия фторида кальция с парами воды по реакции 2 Н 2 О СаО 2,фтористый водород улетучивается, происходит выжигание фтора из полевого шпата. Полученный в результате плазмохимической реакции наружный слой материала становится однофазным, более плотным,что обеспечивает стойкость к действию различных агрессивных сред, газов и воды и обеспечивает высокие физико-механические свойства керамического изделия. Исследования внутренней структуры керамического изделия показали, что образование керамики происходило равномерно по всей поверхности и в массе материала при его контакте с разогретыми парами воды. Полученный монофазный материал имеет более высокие физико-механические свойства за счет упрочнения внутренней микроструктуры материала, в результате которых улучшились его эксплуатационные характеристики в сравнении с характеристиками керамического материала, взятого за прототип. Керамические изделия, полученные согласно предложенному способу, не разрушаются парами воды, агрессивными газами, расплавленными металлами. Сведения,подтверждающие возможность осуществления способа. Пример осуществления способа. В качестве исходных компонентов для приготовления огнеупорной керамической массы используют оксид кальция и плавиковый шпат в следующем составе,масс. Оксид кальция 85,0-99,5 Плавиковый шпат 0,5-15,0 Оксид кальция - Молотая (порошкообразная,воздушная) негашеная известьсорта, соответствует по качеству ГОСТ 9179-77. Плавиковый шпат - фторид кальция - порошок белого цвета, соответствует по качеству ТУ 6-09533588 (Ч, ТЕХ). Шихту готовят механическим смешением исходных материалов в смесителях. Массу перемешивают в течение 1 часа. Для равномерного перемешивания компонентов в смесительную камеру добавляют мелющие тела. Шихту засыпают в форму и подвергают горячему прессованию при 13001400 С, давлении 100-200 кгс/см 2 в течение 1-2 ч. Затем изделие помещают в струю газа водопарового плазмотрона с температурой от 1300- 1400 С и выше в течение 2-10 минут в зависимости от толщины и массы изделия. Для получения сравнительных данных параллельно готовят образцы огнеупорной футеровки полученного известным способом согласно прототипу. Результаты представлены в таблице 1. Таблица 1. Физические свойства керамических изделий. Характеристика материала Средняя плотность, кг/м 3 Температура применения, С Пористость, в об. Предлагаемый керамический Керамический материал по материал, согласно прототипу. предлагаемому изобретению 3370 2300-2500 До 2200 Не более 1500 0 20-30 Исследования образцов керамического материала в тепловом цикле (нагрев до 2200 С, охлаждение до 20 С) 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, керамическое изделие пригодно к дальнейшей эксплуатации до температуры 2200 С. Образец по прототипу в указанных условиях разрушился. Керамический материал и изделия на его основе,полученные согласно предлагаемого изобретения,прошли комплексные испытания в реальных условиях их целевого предназначения для защиты конструкций и устройств от воздействия высокотемпературных потоков плазмохимических реакций,реализующихся в плазмотронах. Керамические изделия показали высокую эрозионную и тепловую стойкость. Заявленная совокупность признаков, указанных в формуле изобретения состав массы, технология горячего формования и пирогидролиз флюоритовой фазы при помощи плазмы водопарового плазмотрона,позволяет получить керамические изделия с необходимыми физико-химическими свойствамитермостойкостью до 2200 С, высокой механической прочностью,повышенной водостойкостью и стойкостью к химической эрозии и действию шлаков. Предложенным способом можно изготавливать керамические изделия, на основе оксидов металлов и соответствующих фторидов выбранных из группы, 23, ВеО, С 2 О 3, 2 и др. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления керамических изделий,включающий составление шихты из оксида кальция и плавикового шпата, при соотношении, масс. оксид кальция 85,0-99,5 и плавиковый шпат 0,5-15,0, сухое перемешивание и нагрев, отличающийся тем, что шихту подвергают горячему прессованию и последующей термообработке в струе газа водопарового плазмотрона. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячее прессование ведут при температуре 1300-1400 С и давлении 100-200 кгс/см 2 в течение 1-2 ч. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку керамического изделия в струе газа водопарового плазмотрона осуществляют при температуре от 1300-1400 С в течение 2-10 минут.