Способ изготовления огнеупорного тигля индукционной печи

(51) 27 14/10 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ набивку двух теплоизоляционных слоев, один из которых выполняют из асбестовой ткани и укладывают на индуктор, а второй - из смеси кварцевого песка и борной кислоты в соотношении 201, который сушат при температуре 90-100 С,после чего набивают слой из огнеупорного бетона,представляющего собой экзотермическую смесь,состоящую из (6-10) мас. порошка алюминия,(7-9) мас.порошка силумина, (3-10) мас. кварца фракции 80-100 мкм, (4-14) мас. анатаза, (3-4) мас. алюмосиликата либо массы мулитокорундовой, либо мертеля шамотного, либо глины, (1-3) мас.флюорита, (38-42) мас. графитового боя фракции (0,10-4,00) мм, (22-24) мас. предварительно гидролизованного (0,5-1,0)-м раствором серной кислоты этилсиликата и проводят термообработку при температуре 9001000 С в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Способ обеспечивает тигель сроком службы до 240-250 плавок, при этом огнеупорность тигля составляет 1900-2000 С, а прочностью на сжатие 710 МПа.(72) Дильмухамбетов Есен Едашевич Фоменко Сергей Михайлович Мансуров Зулхаир Аймухаметович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерство образования и науки Республики Казахстан(56) Предварительный патент РК 20439, 27 14/10, 2008(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО ТИГЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ(57) Изобретение относится к металлургической отрасли, в частности к технологии изготовления индукционных печей для плавки цветных металлов и направлено на дальнейшее совершенствование известных огнеупорных тиглей индукционных печей. Способ изготовления огнеупорного тигля индукционной печи, включает монтаж шаблона, 24126 Изобретение относится к металлургической отрасли, в частности к технологии изготовления индукционных печей для плавки цветных металлов и направлено на дальнейшее совершенствование известных огнеупорных тиглей индукционных печей. Известен способ футеровки индукционной печи,включающий набивку с использованием графитовых шаблонов наружного слоя толщиной 100 мм, выполненного из шпинели 80 и 20 23 и набивку внутреннего слоя толщиной 20 мм,выполненного из электрокорунда с последующей термообработкой выше 2000 С. (А.с.779784, кл. 27 В 14/10, опубл. 15.11.80, бюл.42). Недостатком известного способа является ограниченный срок службы работы тигля - 15 плавок и недостаточно высокая механическая прочность. Известен способ изготовления огнеупорного тигля индукционной печи, включающий монтаж шаблона, набивку, по меньшей мере двух теплоизоляционных слоев из огнеупорного материала, представляющего собой волокнистый высокоглиноземистый материал,например каолиновой ваты, спрессованной и уложенной в чехлы из стеклоткани с прослойкой между ними из эластичного влагонепроницаемого материала,например полиэтиленовой пленки, изготовление облицовочного слоя из асбестовой ткани и набивку слоя из огнеупорного бетона, выполняющего роль огнеупорного слоя тигля, например алюмосиликатного состава с добавкой магнезита на жидком стекле с последующей сушкой, прокаливанием и спеканием при температурных режимах 200-250 С, 600-650 С и 900-950 С соответственно. (А.с.621952, кл. 27 В 14/10, опубл. 30.08.78, бюл.32). Недостатком известного способа изготовления огнеупорного тигля индукционной печи является значительная сложность и длительность реализации способа, а также пониженный срок службы футеровки печи, т.к. в результате спекания слоя из огнеупорного бетона не образуются химически стойкие к расплавам соединения типа карбид кремния, карбид титана. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ изготовления огнеупорного тигля индукционной печи,включающий монтаж шаблона, набивку двух теплоизоляционных слоев, один из которых выполняют из асбестовой ткани и укладывают на индуктор, а второй - из смеси кварцевого песка и борной кислоты в соотношении 201, который сушат при температуре 90-100 С, после чего набивают слой из огнеупорного бетона, представляющего собой экзотермическую смесь, состоящую из (10-15) мас.порошка алюминия, (2-5) мас.порошка кремния,(3-10) мас.кварца фракции 80-100 мкм, (4-14) мас.анатаза, (3-4) мас.алюмосиликата либо массы мулитокорундовой, либо мертеля шамотного,либо глины, (1-3) мас.флюорита, (38-42) мас.графитового боя фракции (0,10-4,00) мм, (22-24) мас. этилсил и ката и проводят термообработку при температуре 900-1000 С в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. (Предварительный патент РК 20439, кл. 27 В 14/10, опубл.15.12.08, бюл.12). Недостатком известного способа является пониженная прочность на сжатие (4-7 МПа) при использовании повышенного количества дорогостоящих химических реагентов - алюминия и кремния. Задачей заявляемого технического решения является разработка упрощенного способа изготовления огнеупорного тигля индукционной печи с использованием более дешевых компонентов,техническим эффектом которой является повышение прочности на сжатие до 10 МПа. Задача решается тем, что способ изготовления огнеупорного тигля индукционной печи, включает монтаж шаблона, набивку двух теплоизоляционных слоев, один из которых выполняют из асбестовой ткани и укладывают на индуктор, а второй - из смеси кварцевого песка и борной кислоты в соотношении 201, который сушат при температуре 90-100 С,после чего набивают слой из огнеупорного бетона,представляющего собой экзотермическую смесь,состоящую из (6-10) мас.порошка алюминия, (7-9) мас.порошка силумина, (3-10) мас.кварца фракции 80-100 мкм, (4-14) мас.анатаза, (3-4) мас. алюмосиликата либо массы мулитокорундовой, либо мертеля шамотного , либо глины, (1-3) мас.флюорита, (38-42) мас.графитового боя фракции (0,10-4,00) мм, (22-24) мас.предварительно гидролизованного (0,51,0) -м раствором серной кислоты этилсиликата и проводят термообработку при температуре 9001000 С в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Отличительным признаком заявляемого способа является то, что в экзотермическую смесь вводят (610) мас.порошка алюминия, (7-9) мас.порошка силумина,а этилсиликат предварительно гидролизуют (0,5-1,0)-м раствором серной кислоты. Использование в составе экзотермической смеси в качестве кремнийсодержащего компонента порошка силумина позволяет снизить в процентном соотношении использование в качестве восстановителя дорогостоящего алюминия, т.к. основой силумина является алюминий. Кроме того,в заявляемом способе используют силумин,полученный по способу получения порошка силумина из металлической стружки, защищенном Инновационным патентом РК 20314, опубл. 17.11.08, бюл.11. Таким образом, вводя в составе экзотермической смеси силумин, полученный при утилизации стружковых отходов и отработанных поршней двигателей внутреннего сгорания, решают поставленную задачу. Этилсиликат предварительно гидролизуют (0,51,0) -м раствором серной кислоты для получения золя кремнезема. Концентрация раствора серной кислоты влияет на срок жизни полученного золя кремнезема. При введении в экзотермическую смесь гидролизованного этилсиликата, золь кремнезема коагулирует на поверхности частиц всех компонентов экзотермической смеси, обеспечивая первоначальную прочность огнеупорного бетона, 24126 что препятствует его разрушению при извлечении шаблона. Кроме того, золь кремнезема коагулирует на поверхности частиц алюминия и образует нанодисперсную пленку оксида кремния. При термообработке, алюминий - восстановитель,активно вступает в экзотермическую окислительно восстановительную реакцию с нанодисперсным оксидом кремния - окислителем, инициируя распространяющийся высокотемпературный синтез(СВС), и активизируя наиболее полное химическое взаимодействие всех компонентов смеси с образованием высокоогнеупорных металлостойких карбидов кремния и титана и оксикарбидов,повышающих прочность тигля на сжатие до 10 Мпа. Таким образом, сочетание золь - гель процесса и СВС режима позволяет достичь желаемого технического результата. Качественное и количественное соотношение компонентов экзотермической смеси подобрано экспериментально с учетом их химических и физических свойств, обеспечивающих решение поставленной задачи с достижением технического результата. Заявляемый способ изготовления огнеупорного тигля индукционной печи выполняют следующим образом. Первый теплоизоляционный слой из асбестовой ткани укладывают на индуктор,затем устанавливают шаблон и набивают второй теплоизоляционный слой из смеси кварцевого песка и борной кислоты в соотношении 201. Извлекают шаблон и после сушки смеси при температуре 90100 С, осуществляют монтаж шаблона и набивают огнеупорный бетон, являющимся огнеупорным слоем. После этого шаблон извлекают и сушат смесь в течение суток при естественных условиях. Затем включают индуктор на малые токи с последующим увеличением нагрузки на него до достижения температуры тигля 900-1000 С для сушки тигля,таким образом, инициируя процесс СВС, в результате которого получают химически стойкий к расплаву тигель, обладающий огнеупорностью 1900-2000 С и прочностью на сжатие 7-10 МПа со сроком службы до 240-250 плавок. Пример конкретного выполнения способа изготовления огнеупорного тигля индукционной печи. Изготавливают огнеупорный тигель для индукционной печи типа ИСТ - 0,16, применяемой для плавки цветного литья. Первый теплоизоляционный слой из асбестовой ткани укладывают на индуктор, затем устанавливают шаблон 350 мм и набивают второй теплоизоляционный слой из смеси 95 кварцевого песка и 5 борной кислоты. Извлекают шаблон и после сушки смеси калорифером при температуре 90 С в течение 4-х часов, осуществляют монтаж шаблона 290 мм. Затем набивают слой из огнеупорного бетона следующего состава 6 кг порошка алюминия, 9 кг порошка силумина, 3 кг кварца фракции 90 мкм, 14 кг анатаза, 3 кг массы мулитокорундовой, 3 кг флюорита, 38 кг графитового боя фракции 0,1 мм и 24 кг предварительно гидролизованного 0,5-м раствором серной кислоты этилсиликата. Шаблон извлекают и сушат смесь в течение суток при естественных условиях. После этого включают индуктор на малые токи с последующим увеличением нагрузки на него до достижения температуры тигля 900 С, таким образом,инициируя процесс СВС. При прохождении волны горения по всему слою экзотермической смеси, в ней развивается температура до 2000 С, при которой образуются карбиды кремния и титана. Для полного завершения химических реакций в экзотермической смеси, ее выдерживают при температуре 900 С в течение 4-х часов. В результате получают химически стойкий к расплаву тигель со сроком службы 250 плавок,обладающий огнеупорностью 2000 С и прочностью на сжатие 8 МПа. В таблице 1 проиллюстрированы примеры выполнения способа изготовления огнеупорного тигля индукционной печи с заявляемым количественным содержанием компонентов огнеупорного бетона. Температура сушки теплоизоляционного слоя, С Таблица 1. Темпера тура ОгнеупоПрочтермообра - рность С ность на ботки, С сжатие,МПа Графитовый бой Фракции 0,1 мм Этилсиликат, гидролизованный 0,5 -м раствором серной кислоты Порошок алюминия Графитовый бой Фракции 1,5 мм Этилсиликат, гидролизованный 0, 7 -м раствором серной кислоты Порошок алюминия Анатаз Глина Флюорит Графитовый бой Фракции 4 мм Этилсиликат, гидролизованный 1-м раствором серной кислоты ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ изготовления огнеупорного тигля индукционной печи, включающий монтаж шаблона,набивку двух теплоизоляционных слоев, один из которых выполняют из асбестовой ткани и укладывают на индуктор, а второй - из смеси кварцевого песка и борной кислоты в соотношении 201, который сушат при температуре 90-100 С,после чего набивают слой из огнеупорного бетона,представляющего собой экзотермическую смесь,состоящую из порошка алюминия,кремнийсодержащего компонента, (3-10) мас.кварца фракции 80-100 мкм, (4-14) мас.анатаза,(3-4) мас.алюмосиликата либо массы мулитокорундовой, либо мертеля шамотного, либо глины, (1-3) мас.флюорита, (38-42) мас.графитового боя фракции (0,10-4,00) мм, (22-24) мас.этилсиликата и проводят термообработку при температуре 900-1000 С в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза,отличающийся тем,что в экзотермическую смесь вводят (6-10) мас.порошка алюминия,в качестве кремнийсодержащего компонента - (7-9) мас. порошка силумина, а этилсиликат предварительно гидролизуют (0,5-1,0)-м раствором серной кислоты.