Разтопен лят огнеупорен материал на базата на алуминиев оксид, циркониев диоксид и диоксид
Собственици на патент RU 2584189:
Изобретението се отнася до разтопен лят огнеупорен материал на базата на алуминиев оксид, циркониев диоксид и силициев диоксид (ASC) и може да се използва в резервоари за топене в контакт с разтопено стъкло, както и в горната част и на покрива на резервоарите. Разтопеният лят огнеупорен материал съдържа 60-70 тегл.% Al2O3, 13-19 тегл.% ZrO2, 15,5-18 тегл.% SiO2 и 2,0-2,6 тегл.% Na2O. Съставът на стъклената фаза включва SiO2, както и Al2O3 и Na2O, докато моларното съотношение между Al2O3 и Na2O е в границите от 0,8 до 1,6. Техническият резултат от изобретението е да се увеличи устойчивостта на огнеупорния материал срещу просмукване. 2 п. и 5 з.п. f-ly, 2 ил., 2 табл.
Изобретението се отнася до разтопен лят огнеупорен материал на основата на алуминиев оксид, циркониев диоксид и силициев диоксид и използването на такъв материал.
Топени ляти огнеупорни материали, които включват алуминиев оксид (Al2O3), цирконий (ZrO2) и силициев диоксид (SiO2) като основни компоненти, се наричат стопени ляти ACC (алуминиево-циркониево-силиконови) продукти или ACC тухли.
Тухлите ACC се използват в резервоари за топене и крайни възли в стъкларската промишленост в зони, които влизат в контакт с разтопено стъкло, както и в горната част и покрива на резервоарите.
Топените отлети ACC тухли имат стъкловидна фаза, съдържаща SiO2, Al2O3, ZrO2 и Na2O (натриев оксид) като основни компоненти. Когато се използва ACC тухла, стъкловидните фази образуват фази на топене с ниска точка на топене, които могат да излязат от тухлата ивлизат в контакт с разтопено стъкло поради ниския му вискозитет. Споменатата ексудация на компоненти на стопената фаза от стъкловидната фаза, наричана също просмукване, може да замърси разтопеното стъкло.
Въпреки това, разтопените отлети FCC тухли, направени с помощта на тези методи, все още показват тенденция да се просмукват в големи количества, когато се използват във вани за топене на стъкло, свойство, което може значително да влоши разтопеното стъкло.
Целта на изобретението е да осигури разтопен лят огнеупорен материал на базата на алуминиев оксид, циркониев диоксид и силициев диоксид, по-специално под формата на ACC тухли, който проявява намалена склонност към просмукване, когато се използва в вани за стъкларски пещи.
За да се реши този проблем, съгласно изобретението е осигурен разтопен лят огнеупорен материал на базата на алуминиев оксид, циркониев диоксид и силициев диоксид, имащ фракция от стъкловидна фаза, съдържаща Al2O3 и Na2O, в която моларното съотношение между Al2O3 и Na2O в стъкловидната фаза е в диапазона от 0,8 до 1,6 по отношение на стъкловидната фаза.
Разтопеният отлят огнеупорен материал съгласно изобретението е разтопен отлят формован огнеупорен материал под формата на разтопен отлят и формован FCC продукт, по-специално под формата на разтопена отлята FCC тухла.
Изключително слабата тенденция на просмукване, проявявана от материала съгласно изобретението, не възниква, освен ако компонентите на материала присъстват в материала в много тясно дефинирани относителни количества съгласно изобретението.
Изобретението се основава по-специално на разбиранетофактът, че тенденцията за просмукване на разтопена лята ACC тухла се определя от относителното съдържание на Al2O3 и Na2O и по-специално от количественото съотношение на съдържанието на тези компоненти по отношение едно спрямо друго във фракцията на стъкловидната фаза на ACC тухла.
В съответствие с изобретението беше установено, че е възможно да се осигури разтопена отлята ACC тухла с изключително ниска склонност към изтичане, ако относителното съдържание на Al2O3 и Na2O в разтопената отлята тухла е в диапазона на относителното съдържание, както е представено тук.
Изненадващо беше установено, че материалът съгласно изобретението има особено ниска склонност към просмукване, когато моларното съотношение между Al2O3 и Na2O в стъкловидната фаза на материала е в рамките на характерен диапазон от 0,8 до 1,6 по отношение на стъкловидната фаза. Моларното съотношение между Al2O3 и Na2O в стъкловидната фаза на материала съгласно изобретението може особено за предпочитане да бъде най-малко 0,8 или 0,83 или 0,87 или 0,9 или 0,93 или 0,96 или 1,0 или 1,03 или 1,06 или 1,1 и не повече от 1,6 или 1,58 или 1,53 или 1,5 или 1,46 или 1 .43 или 1.4.
Стъклообразната фаза може да съдържа всички компоненти на материала съгласно изобретението, по-специално компонентите Al203, Na20 и Si02.
Както беше установено по-рано, изобретението се основава по-специално на разбирането, че тенденцията на просмукване на разтопена лята ACC тухла се определя от относителното съдържание на Al2O3 и Na2O, и по-специално от количественото съотношение на относителното съдържание на тези компоненти един към друг в относителното съдържание на стъкловидната фаза на ACC тухлата. В сравнение с пропорциятаотносително съдържание на тези компоненти един спрямо друг във фракцията на стъкловидната фаза, в съответствие с изобретението, беше установено, че е възможно да се създаде разтопена отлята ACC тухла с изключително ниска склонност към просмукване, ако относителното съдържание на Al2O3 и Na2O в разтопената отлята тухла, т.е. в насипния материал, е в обхвата на масовото относително съдържание, представено в този документ.
Всички тегловни проценти, предоставени тук, са тегловни проценти спрямо общото тегло на материала в съответствие с изобретението, освен ако не е посочено друго в специфични случаи.
Моларното съотношение на А1203 към Na20 в материала съгласно изобретението е за предпочитане в диапазона от 14.0 до 21.3, особено за предпочитане моларното съотношение е най-малко 15.0 или 15.6 и не повече от 19.2 или 17.8. В допълнение към Al203 и Na20, разтопеният лят материал съгласно изобретението може да съдържа допълнителни компоненти, вариращи от 38,0 до 27,4% тегловни. Тези допълнителни компоненти са ZrO2 и SiO2, в допълнение към всички други допълнителни компоненти, ако има такива.
Тегловните съотношения на компонента Si02 в разтопения лят материал съгласно изобретението могат също да бъдат особено важни за образуването на стъкловидната фаза и за поведението на просмукване.
Fe2O3 е по-малко от 0,1 или 0,08% от масата;
TiO2 е по-малко от 0,06 или 0,05% от масата;
CaO е по-малко от 0,05 или 0,04% тегловни;
K2O е по-малко от 0,04 или 0,03 тегловни;
MgO е по-малко от 0,03 или 0,2% тегловни;
LiO2 е по-малко от 0,1 или 0,01% от масата;
Cr2O3 е по-малко от 0,1 или 0,01% тегловни;
B2O5 по-малко от 0,1 или 0,01%маса;
P2O5 е по-малко от 0,1 или 0,01% тегловни;
CuO е по-малко от 0,1 или 0,01% тегловни.
Обемната плътност на материала съгласно изобретението може да бъде относително ниска. Съгласно едно изпълнение обемната плътност на материала съгласно изобретението е по-малка от 3.7 g/cm3, например също по-малка от 3.6 или 3.56 g/cm3. Обемната плътност на материала съгласно изобретението може да бъде, например, най-малко 3.3 g/cm3, с други думи, например, най-малко 3.4, или 3.45, или 3.5, или 3.53 g/cm3. Обемната плътност на материала съгласно изобретението е за предпочитане в диапазона от 3.4 до 3.7 g/cm3, особено за предпочитане в диапазона от 3.5 до 3.6 g/cm3 или в диапазона от 3.53 до 3.56 g/cm3.
Следващата таблица 1 изброява компонентите на шест различни тухли ACC. Тухла, определена с буквата Е, означава ACC тухла в съответствие с изобретението. Тухлите, дефинирани от S1 до S5, са ACC тухли съгласно нивото на техниката.
Всички цифри са в тегловни проценти, освен ако не е отбелязано друго.
Тухлите от S1 до S5 и E бяха изследвани за тяхната склонност към просмукване. За тази цел бяха използвани TC 11 Насоки за изпитване (TC 11 Test Guidelines) (Технически комитет 11; TC 11), издадени от Международната комисия по стъкло (ICG). Този метод за изпитване за определяне на просмукване е общоприет метод за изпитване за определяне на просмукване от разтопени отлети ACC тухли. Методът на изследване в съответствие с тези TS 11 Насоки за изследване на просмукване е както следва.
Пробите се изследватследните размери: цилиндри с диаметър 50 мм и височина 100 мм. Пробите се нагряват до 1550°C за няколко цикъла (до десет). Времето на експозиция е 96 часа за първия цикъл и 2 часа за всички следващи цикли. След всеки цикъл пробите се охлаждат до стайна температура. За да се определи увеличението на обема поради просмукване, се използва принципът на Архимед, т.е. обемът на вискозна стъкловидна фаза на повърхността на пробата след подходящ цикъл на нагряване.
Бяха извършени общо 10 цикъла на нагряване, за да се определи изтичането. Загубата на тегло, изпитана от тухлите съгласно таблица 1 в резултат на просмукване, е показана в таблица 2 по отношение на съответното общо тегло на тухлите. Освен това, таблица 2 дава моларното съотношение между Al2O3 и Na2O в стъкловидната фаза и в обема на материала, според тухлите съгласно таблица 1.
Следователно намаляването на просмукването в разтопената отлята АСС тухла съгласно изобретението в сравнение с просмукването в разтопената отлята АСС тухла съгласно предшестващото състояние на техниката е значително.
Корелацията между моларното съотношение между Al2O3 и Na2O в стъкловидната фаза (Фигура 1) или съответно обема на материала (Фигура 2), от една страна, и просмукването, от друга страна, съгласно Таблица 2 е илюстрирано на Фигури 1 и 2.
Разтопената отлята FCC огнеупорна тухла съгласно изобретението може да бъде произведена в съответствие с методите от предшестващото състояние на техниката за производство на разтопени отлети FCC продукти. В съответствие с известните методи за производство на разтопени отлети АСС продукти, подходящите суровини са разтопени и стопенимасата се излива във форма. Разтопената маса се охлажда във формата и при втвърдяване се образува разтопена лята ACC тухла. Суровините могат частично да се стопят електрически, с други думи, по-специално с помощта на електрическа дъга.
Обект на изобретението, в допълнение, е методът, който е описан по-рано за получаване на материала в съответствие с изобретението, и материалът, получен в съответствие с този метод.
Друг предмет на изобретението е използването на материала съгласно изобретението в области на апарати, използвани при топенето на стъкло и/или при обработката на разтопено стъкло, които не влизат в контакт с разтопено стъкло.
Такива апарати за топене на стъкло или за обработка на стопено стъкло могат по-специално да бъдат резервоари за пещи за топене на стъкло, по-специално резервоари за топене и крайни възли, например резервоари за топене на контейнерно стъкло или пещи за топене на полирано листово стъкло.
По-специално, материалите съгласно изобретението могат да бъдат нанесени върху горната част и покрива на апаратите, споменати по-горе, с други думи, върху зоните над разтопеното стъкло в съответните апарати.
Всички характеристики на изобретението, разкрити в този документ, могат да бъдат реализирани поотделно или могат да бъдат използвани във всякаква комбинация помежду си.
2. Материал съгласно претенция 1, където моларното съотношение между Al2O3 и Na2O е в диапазона от 14 до 21.3.
4. Материал съгласно претенция 1 или 2, в който масовите относителни съдържания на следните компоненти са в представените граници:
4.1. Al2O3: 60 до 70% тегловни;
4.2. Na2O: 2,0 до 2,6% тегловни.
7. Използването на материал съгласно всеки един от параграфите. 1-6 на сайтове за апаратиза топене на стъкло или за обработка на разтопено стъкло, което не влиза в контакт с разтопено стъкло.