Способ изготовления керамических труб

(51) 05 7/22 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Способ относится к изготовлению керамических труб, используемых в химической и металлургической промышленности. Способ изготовления керамических труб включает загрузку в цилиндрический тигель термитной порошковой смеси,содержащей восстановитель - либо алюминий, либо магний,окислитель - оксид либо железа, либо хрома, либо никеля и оксиды алюминия и магния, его вращение вокруг оси, перпендикулярной его собственной, с центробежным ускорением 80 - 350 и поджиг термитной смеси. В результате реализации способа получают трубу с толщиной стенки 1,7 - 4,0 мм, обладающую огнеупорностью 1900 - 2000 С, кислотостойкостью 95 - 98, щелочестойкостью 98 - 100.(72) Ксандопуло Георгий Иванович Байдельдинова Анна Николаевна Омарова Каинжамал Искановна Айнабаев Ардак Максутович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ТРУБ Способ относится к изготовлению керамических труб,используемых в химической и металлургической промышленности. Известен способ изготовления железобетонных изделий путем центрифугирования с одновременным разогревом. Согласно известному способу, собранную форму устанавливают на центрифугу, расположенную внутри обмотки индуктора или каким-либо другим образом,обеспечивающим замыкание индукции электромагнитного поля на форму изделия,одновременно включают центрифугу и обмотку индуктора, в результате чего, производится распределение бетонной смеси внутри формы под действием центробежных сил и одновременный нагрев формы и арматуры в электромагнитном потоке промышленной частоты с кондуктивной передачей тепла бетону. (А.с. СССР 480683, кл. С 04 В 40/02, 1975). Недостатком известного способа является его высокая энергоемкость, за счет использования электрической энергии для разогрева и последующей сушки бетонной смеси. Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу, является способ получения керамической облицовки на внутренней поверхности полого металлического тела,включающий загрузку во внутреннее пространство пустотелого изделия термитной порошковой смеси,содержащей восстановитель и окислитель, вращение пустотелого изделия вокруг своей оси с центробежным ускорением 100 - 200 и поджиг термитной смеси при этом в качестве восстановителя используют либо алюминий, либо магний, либо кремний, а в качестве окислителя оксиды железа, хрома, никеля, титана, ванадия,цинка, марганца в различном качественном соотношении. (Патент США 4363832, МПК В 05 7/22, опубл. 14.12.1982) Недостатком известного способа является невозможность изготовления труб вследствие адгезии получаемой керамики к поверхности полого металлического тела. Задача заявляемого технического решения состоит в разработке способа изготовления керамических труб, техническим результатом которой является регулирование толщины стенок труб и их повышенная коррозионная стойкость и огнеупорность. Задача решается тем, что способ изготовления керамических труб включает загрузку в цилиндрический тигель термитной порошковой смеси, содержащей восстановитель - либо алюминий, либо магний, окислитель - оксид либо железа, либо хрома, либо никеля и оксиды алюминия и магния, его вращение вокруг оси,перпендикулярной его собственной,с центробежным ускорением 80 - 350 и поджиг термитной смеси. Существенным отличительным признаком является то, что в термитную смесь дополнительно вводят оксиды алюминия и магния, в качестве пустотелого изделия используют цилиндрический 2 тигель с кокилем высокотемпературной центрифуги,а вращение тигля осуществляют вокруг оси,перпендикулярной его собственной с центробежным ускорением 80- 350 . В состав экзотермической смеси вводят восстановитель - либо алюминий, либо магний, либо кремний и окислитель - оксид либо железа, либо хрома, либо никеля для осуществления химической реакции горения - самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), протекающей с выделением большого количества тепла. Температура экзотермических реакций заявляемых компонентов необходима и достаточна для перевода всех промежуточных и конечных продуктов горения в жидкофазное состояние, что способствует полному разделению конечного продукта горения на металл и керамику. Оксид магния и оксид алюминия вводят в состав исходной смеси для формирования состава и структуры керамической фазы - продукта СВС (1-х)2 О 4,обладающей высокими огнеупорными свойствами (температура плавления выше 2050 С),высокой кислотои щелочестойкостью. Для решения поставленной задачи в качестве пустотелого изделия используют цилиндрический тигель с кокилем, вращающимся вокруг оси высокотемпературной центрифуги. Цилиндрический тигель необходим для формирования трубы из расплава,а кокиль для сбора металла,восстановленного из экзотермической смеси в результате прохождения волны горения. Вращение тигля вокруг оси, перпендикулярной его собственной с центробежным ускорением 80 350 , обеспечивает формирование трубы из керамической фазы продуктов горения. Центробежная сила, возникающая при вращении тигля - полого металлического тела, направлена вдоль его собственной оси, в отличие от известного способа, в котором центробежная сила направлена перпендикулярно его собственной оси. В результате этого, продукт высокотемпературного синтеза, в данном случае -восстановленный металл, имеющий высокую плотность, продвигается по оси тигля и собирается в кокиле. Керамическая составляющая продукта синтеза остается в цилиндрической части тигля,распределяется равномерно по его поверхности и формируется в трубу. Величина центробежного ускорения от 80 до 350 способствует полному разделению жидкофазных продуктов горения на металл и керамику. В микроструктуре керамической фазы продукта синтеза, по результатам РФА, отсутствуют следы металла, вследствие чего, нет адгезии с внутренней поверхностью тигля полого металлического тела, в отличие от известного способа. Центробежное ускорение в указанных пределах необходимо и достаточно для того, чтобы создать скорость перемещения фронта волны горения за счет более интенсивного проникновения капель расплава восстановленного металла в свободное пространство между частицами компонентов исходной шихты,возрастания температура расплава и, соответственно полного разделения расплава на металлическую и керамическую фазы. Постоянный теплоотвод через стенки тигля увеличивает градиент вязкости расплава керамической составляющей в поперечном сечении реактора. При горении смеси заявляемых компонентов плотность восстановленного металла превышает плотность расплава 23 - . Температура плавления восстановленных металлов 1455 - 1890 С и динамическая вязкость его расплава ниже, чем у расплава оксида алюминия с оксидом магния, отвердевающего при температуре 2135 С. Наиболее горячие и менее вязкие потоки расплава вблизи оси цилиндрического реактора устремляются к его дну. Скорость перемещения внешних слоев расплава,контактирующих с относительно холодными стенками реактора, и, следовательно,более вязких, существенно ниже. Таким образом,при совокупности отличительных признаков заявляемого способа, таких как введение в экзотермическую смесь оксидов алюминия и магния и наложение центробежных сил по оси тигля с ускорением не ниже 80 , более вязкая фаза расплава в виде керамики 23 -, в результате теплоотвода быстро отвердевает и формируется в трубу с внешним диаметром равным внутреннему диаметру тигля. По мере увеличения центробежного ускорения толщина стенок трубки уменьшается за счет возрастания скорости горения, уменьшения вязкости расплава и продвижения металла в кокиль. Способ осуществляется следующим образом. Загружают в пустотелое изделие смесь восстановителя - либо алюминий, либо магний, либо кремний, окислителя - оксид либо железа, либо хрома, либо никеля и инертных, по отношению к горению,оксидов алюминия и магния. Используемое пустотелое изделие представляет собой тигель высокотемпературной центрифуги в виде цилиндра задаваемых размеров изготавливаемой трубы, нижняя крышка которого выполнена в виде кокиля для сбора металла,восстановленного из экзотермической смеси в результате прохождения волны горения. Затем включают центрифугу и при достижении центробежного ускорения тигля вокруг оси,перпендикулярной его собственной до 80- 350 ,смесь поджигают электрическим импульсом со стороны оси вращения. Волна горения в режиме СВС перемещается вдоль оси реактора от точки поджига к кокилю. После завершения процесса горения вращение останавливают,реактор открывают, и извлекают продукт горения керамическую трубку. Из кокиля извлекают восстановленный металл. В результате реализации способа получают трубу с толщиной стенки 1,7- 4,0 мм, обладающую огнеупорностью 1900 - 2000 С, кислотостойкостью 95 - 98, щелочестойкостью 98 - 100. Пример 1. Загружают в тигель высокотемпературной центрифуги смесь 12 кг алюминия, 36 кг оксида железа, 33 кг оксида алюминия и 19 кг оксида магния. Затем включают центрифугу и при достижении тиглем, вращающимся вокруг оси высокотемпературной центрифуги, центробежного ускорения 350 , смесь поджигают электрическим импульсом со стороны оси вращения. Волна горения в режиме (СВС) перемещается вдоль оси реактора от точки поджига к кокилю. После завершения процесса горения вращение останавливают, реактор открывают, и извлекают продукт горения -керамическую трубку, имеющую структуру шпинели 23. Из кокиля извлекают восстановленный металл - железо. В результате реализации способа получают трубу с толщиной стенки 0,7 мм, обладающую огнеупорностью 1900 С,кислотостойкостью 98,щелочестойкостью 100. Примеры 2-4 таблицы 1 выполняют аналогично примеру 1. Таблица 1 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ изготовления керамических труб,включающий загрузку в пустотелое изделие термитной порошковой смеси,содержащей восстановитель - либо алюминий, либо магний, либо кремний и окислитель - оксид либо железа, либо хрома, либо никеля, его вращение и поджиг термитной смеси, отличающийся тем, что в термитную смесь дополнительно вводят оксиды алюминия и магния, в качестве пустотелого изделия используют цилиндрический тигель с кокилем высокотемпературной центрифуги, а вращение тигля осуществляют вокруг оси, перпендикулярной его собственной с центробежным ускорением 80 350 .