EA042406B1

EA042406B1 - POROUS REFRACTORY CAST MATERIAL, ITS APPLICATION AND PRODUCTION

Info

Publication number: EA042406B1
Application number: EA201992113
Authority: EA
Inventors: Дуани Л. Дебастиани; Сяньсинь Чжоу
Original assignee: ВЕЗУВИУС ЮЭсЭй КОРПОРЕЙШН
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2023-02-10

Description

Область техники настоящего изобретенияTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится, в общем, к огнеупорному литому материалу, используемому в металлургических процессах и резервуарах, таких как промежуточный ковш, к его применению и к способу его получения.The present invention relates, in general, to a refractory cast material used in metallurgical processes and vessels such as a tundish, to its use and to a method for producing it.

Уровень техники настоящего изобретенияState of the art of the present invention

В процессах получения металла расплавленный металл перемещают из одного металлургического резервуара в другой резервуар, в литейную форму или в инструмент. Например, в промежуточный ковш большой емкости регулярно подают расплавленный металл посредством перемещения в ковше расплавленного металла из печи в промежуточный ковш. Это обеспечивает непрерывное литье металла из промежуточного ковша в инструмент или литейную форму. Поток расплавленного металла из металлургических резервуаров движется под действием силы тяжести через системы разливочных стаканов, расположенные в нижней части резервуаров и обычно снабженные литниковой системой для регулирования (открытия или закрытия) потока расплавленного металла через вышеупомянутые системы разливочных стаканов. Чтобы выдерживать высокие температуры расплавленного металла, стенки резервуара имеют футеровку из огнеупорного материала.In metal making processes, molten metal is transferred from one metallurgical vessel to another vessel, to a mold, or to a tool. For example, the large capacity tundish is regularly supplied with molten metal by moving the molten metal in the ladle from the furnace to the tundish. This ensures continuous casting of metal from the tundish into the tool or mold. The flow of molten metal from metallurgical tanks moves by gravity through nozzle systems located at the bottom of the tanks and usually provided with a gating system for controlling (opening or closing) the flow of molten metal through the aforementioned nozzle systems. To withstand the high temperatures of the molten metal, the tank walls are lined with refractory material.

Расплавленные металлы, в частности, сталь, проявляют высокую реакционную способность в отношении окисления и, таким образом, должны быть защищены от любого источника окислителей. Небольшие количества алюминия часто добавляют для удаления кислорода. На практике зачастую оказывается, что эта мера не является достаточной для предотвращения образования оксидных включений в расплав, которые производят дефекты в конечной детали, получаемой из расплава. Согласно сообщениям стальная отливка массой 10 кг может содержать вплоть до одного миллиарда неметаллических включений, причем большинство из них представляют собой оксиды. Были предприняты попытки удаления включений посредством различных процессов фильтрации или флотации.Molten metals, in particular steel, are highly reactive with respect to oxidation and thus must be protected from any source of oxidizing agents. Small amounts of aluminum are often added to remove oxygen. In practice, it often turns out that this measure is not sufficient to prevent the formation of oxide inclusions in the melt, which produce defects in the final part obtained from the melt. A 10 kg steel casting has been reported to contain up to one billion non-metallic inclusions, most of which are oxides. Attempts have been made to remove inclusions through various filtration or flotation processes.

Включения могут возникать в результате реакций с расплавленным металлом; указанные включения известны как эндогенные включения. Экзогенные включения представляют собой включения материалов, не образующихся из расплавленного металла, таких как песок, шлак и обломки разливочных стаканов; экзогенные включения обычно являются более распространенными, чем эндогенные включения. Эндогенные включения содержат, главным образом, оксид железа (FeO), оксид алюминия (Al₂O₃) и другие соединения, которые присутствуют в расплаве или находятся в контакте с ним, такие как MnO, Cr₂O₃, SiO₂, TiO₂. Другие включения могут содержать сульфиды и в меньшей степени нитриды и фосфиды. Поскольку расплавленные металлы существуют при очень высоких температурах (порядка 1600°С для низкоуглеродистых сталей), очевидно, что атомы железа проявляют очень высокую реакционную способность в отношении оксида, и реакция не может быть предотвращена.Inclusions may result from reactions with molten metal; these inclusions are known as endogenous inclusions. Exogenous inclusions are inclusions of materials not formed from molten metal, such as sand, slag and fragments of pouring nozzles; exogenous inclusions are usually more common than endogenous inclusions. Endogenous inclusions contain mainly iron oxide (FeO), aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) and other compounds that are present in the melt or are in contact with it, such as MnO, Cr ₂ O ₃ , SiO ₂ , TiO ₂ . Other inclusions may contain sulfides and, to a lesser extent, nitrides and phosphides. Since molten metals exist at very high temperatures (on the order of 1600° C. for low carbon steels), it is clear that the iron atoms are very reactive towards the oxide and the reaction cannot be prevented.

До настоящего времени большинство мер по сокращению присутствия включений в стальной отливке заключались в том, чтобы удерживать их в металлургическом резервуаре, в котором они образовались. Были разработаны разнообразные устройства, состоящие из огнеупорных материалов, для селективного удерживания частей расплавленного металла, в которых концентрируются включения. Для этой цели указанные устройства могут быть сконструированы в разнообразных физических конфигурациях и могут иметь отверстия, протоки, каналы или поры.Until now, most measures to reduce the presence of inclusions in steel castings have been to contain them in the metallurgical vessel in which they are formed. Various devices have been developed, consisting of refractory materials, for the selective containment of parts of the molten metal in which the inclusions are concentrated. For this purpose, these devices can be designed in a variety of physical configurations and may have holes, channels, channels or pores.

Был получен ряд пористых керамических материалов для специализированного применения в металлургических резервуарах и процессах.A number of porous ceramic materials have been developed for specialized applications in metallurgical tanks and processes.

В документе US 1,027,004 (1912) описано получение SiC (карборунд). Пористые керамические материалы получают, тонко измельчая порошок SiC с получением суспензии или пасты, а затем осуществляя формование и обжиг суспензии или пасты в неокислительной атмосфере. Результат представляет собой пористый керамический материал с микропорами, используемый для получения диафрагм. В большинстве поры являются закрытыми, и эффективность фильтрации является низкой.US 1,027,004 (1912) describes the preparation of SiC (carborundum). Porous ceramic materials are produced by finely grinding SiC powder into a slurry or paste, and then molding and firing the slurry or paste in a non-oxidizing atmosphere. The result is a porous, microporous ceramic material used to make diaphragms. In most cases, the pores are closed and the filtration efficiency is low.

В документе US 2,021,520 (1935) описано получение пористых керамических материалов, таких как алюмооксидные керамические материалы, посредством получения шликера или рассыпчатого материала, который затем подвергают прессованию или уплотнению, и, наконец, материал обжигают при температуре выше 1600°С. Специфические приложения для указанных пористых керамических материалов включают мокрые фильтры тиглей Гуча для щелочных жидкостей, пористые пластины, обеспечивающие пропускание воздуха в осветлительных установках, и плиты для поверхностного сгорания.US 2,021,520 (1935) describes the preparation of porous ceramic materials, such as alumina ceramic materials, by making a slurry or loose material, which is then pressed or compacted, and finally the material is fired at a temperature above 1600°C. Specific applications for these porous ceramic materials include Gooch crucible wet filters for alkaline liquids, porous plates for air passage in clarification plants, and surface combustion plates.

В документе US 2,463,979 (1949) описано получение алюмооксидных пористых керамических материалов, имеющих пористость от 20 до 50%, посредством смешивания от 40 до 80% неизмельченного (200 меш) и от 60 до 20% измельченного (325 меш) оксида алюминия и получения глинообразной пасты, высушивания пасты при 150°С и обжига высушенного материала при температуре в диапазоне от 1300 до 1850°С.US 2,463,979 (1949) describes the preparation of alumina porous ceramic materials having a porosity of 20 to 50% by mixing 40 to 80% unground (200 mesh) and 60 to 20% ground (325 mesh) alumina to form a clayey paste, drying the paste at 150°C and firing the dried material at a temperature in the range from 1300 to 1850°C.

В документе US 5,177,035 (1993) описаны керамические фильтры на основе Al₂O₃ для фильтрации жидких расплавов. Составляющая фильтр композиция содержит от 65 до 75 об.% гранул от 4 до 6 меш CaCl₂ (или карбамида или воск) в качестве порообразующих материалов для создания пор, имеющихUS 5,177,035 (1993) describes ceramic filters based on Al ₂ O ₃ for filtering liquid melts. The filter composition contains 65 to 75% by volume of 4 to 6 mesh CaCl ₂ (or urea or wax) granules as pore-forming materials to create pores having

- 1 042406 размеры в диапазоне от приблизительно 500 микрон до приблизительно 1300 микрон, посредством выщелачивания или плавления порообразующих материалов. Смолы использованы в качестве связующих веществ.- 1 042406 sizes in the range from about 500 microns to about 1300 microns, by leaching or melting pore-forming materials. Resins are used as binders.

В документе US 5,861,057 (1999) описан дренажный бетон для управления водоснабжением, имеющий пористость в диапазоне от 10 до 35 об.%. Бетон содержит от 10 до 35 мас.% гидравлического цемента в качестве связующего вещества, от 65 до 85 мас.% заполнителя с размером частиц от 2 до 32 мм (предпочтительно от 5 до 8 мм) и связующие добавки от 5 до 40 мас.% гидравлического цементного связующего вещества.US 5,861,057 (1999) describes drainage concrete for water management having a porosity in the range of 10 to 35% by volume. The concrete contains 10 to 35 wt. % hydraulic cement as a binder, 65 to 85 wt. hydraulic cement binder.

Документ GB 2,410,282 (2005) относится к системе управления водоснабжением, содержащей пористый бетонный слой. Пористый бетон содержит от 15 до 21 мас.% цемента, 5 мас.% мелкого песка и от 65 до 75 мас.% крупнозернистых заполнителей, таких как гравий, известняк, гранит и другие материалы, имеющие размер частиц 10 мм. Бетонная смесь также включает добавку высокодисперсного диоксида кремния, составляющего от 5 до 15% по отношению к массе цемента в пористом бетоне. Пористый бетон имеет минимальное содержание воздушных пустот (пористость) приблизительно на уровне 15%.Document GB 2,410,282 (2005) relates to a water management system containing a porous concrete layer. Porous concrete contains 15 to 21 wt.% cement, 5 wt.% fine sand and 65 to 75 wt.% coarse aggregates such as gravel, limestone, granite and other materials having a particle size of 10 mm. The concrete mixture also includes the addition of highly dispersed silicon dioxide, which is from 5 to 15% in relation to the mass of cement in porous concrete. Porous concrete has a minimum air void content (porosity) of approximately 15%.

Документы US 2015/0145186 (2015) и WO 2015/191426 (2015) относятся к пенокерамическим фильтрам, полученным посредством нанесения суспензии на сетчатые пенополимеры (обычно пенополиуретан), после чего форму высушивают и обжигают для выгорания пены и получения пористой структуры. Суспензия может представлять собой муллит, MgO или другие огнеупорные материалы.Documents US 2015/0145186 (2015) and WO 2015/191426 (2015) refer to ceramic foam filters obtained by applying a suspension to mesh polymer foams (usually polyurethane foam), after which the mold is dried and fired to burn out the foam and obtain a porous structure. The slurry may be mullite, MgO or other refractory materials.

В документе US 6,508,852 (2003) представлен пористый сотовый фильтр для улавливания твердых частиц, полученный методом тампонирования. Эти фильтры используют для дизельного двигателя или автомобильного двигателя. Поровые каналы являются прямолинейными, а не извилистыми.US 6,508,852 (2003) discloses a porous honeycomb particulate filter made by plugging. These filters are used for diesel engine or automobile engine. The pore channels are straight, not tortuous.

Документ US 3,524,548 (1970) относится к жесткому фильтру для фильтрации расплавленного алюминия, содержащему заполнители на основе плавленого оксида алюминия или пластинчатого оксида алюминия и стеклокристаллические припои в качестве связующих веществ. Заполнители имеют средний размер частиц, составляющий от 0,165 до приблизительно 2,8 мм; поры имеют средний диаметр от 0,25 до 0,92 мм, и пористость является низкой. Таким образом, фильтр имеет низкую эффективность фильтрации. Порошкообразные стеклокристаллические припои, содержащие легкоплавкие материалы, например, от 15 до 80% оксида бора, используют в связующем веществе для связывания заполнителей. Стеклокристаллические припои необходимо обжигать при определенной температуре, чтобы обеспечить пайку стеклокристаллическим припоем, и, таким образом, полученное по этой технологии изделие будет иметь низкую прочность связывания в состоянии до обжига. В этом патенте отсутствует описание применения узкой фракции огнеупорного заполнителя.US 3,524,548 (1970) relates to a hard filter for filtering molten aluminum containing fused alumina or flake alumina aggregates and glass solders as binders. Aggregates have an average particle size of 0.165 to about 2.8 mm; the pores have an average diameter of 0.25 to 0.92 mm, and the porosity is low. Thus, the filter has a low filtration efficiency. Powdered glass-ceramic solders containing fusible materials, for example, from 15 to 80% boron oxide, are used in a binder to bind aggregates. Glass-ceramic solders need to be fired at a certain temperature in order to achieve glass-ceramic soldering, and thus the article produced by this technology will have a low bond strength in the state before firing. In this patent, there is no description of the use of a narrow fraction of refractory aggregate.

Документ US 4,528,099 (1985) относится к структуре двух фильтров, имеющих поры большого и малого диаметров для фильтрации расплавленных материалов. Полые корундовые сферы использованы в качестве заполнителей, а легкоплавкие стеклокристаллические припои в качестве связующего вещества добавляют в смесь для глазирования. В документе US 4,528,099 не описана узкая фракция огнеупорного заполнителя, в которой соотношение максимального размера частиц и минимального размера частиц составляет 10:1 или менее.Document US 4,528,099 (1985) relates to the structure of two filters having pores of large and small diameters for filtering molten materials. Hollow corundum spheres are used as fillers, and fusible glass-ceramic solders are added as a binder to the mixture for glazing. US 4,528,099 does not describe a narrow fraction of refractory aggregate in which the ratio of maximum particle size to minimum particle size is 10:1 or less.

Документ US 5,998,322 (1999) относится к фильтрующей среде для расплавленных металлов, содержащей от 5 до 12 мас.% В₂О₃ в качестве низкотемпературного неорганического связующего вещества. Здесь не описано применение узкой фракции огнеупорного заполнителя.US 5,998,322 (1999) relates to a molten metal filter media containing 5 to 12 wt% B ₂ O ₃ as a low temperature inorganic binder. It does not describe the use of a narrow fraction of refractory aggregate.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief summary of the present invention

Настоящее изобретение относится к огнеупорным материалам с заданной пористостью и к применению огнеупорных материалов с заданной пористостью в разнообразных структурах для сокращения образования эндогенных включений в металлургическом резервуаре, а также для изоляции и удержания эндогенных включений за пределами тела объема расплавленного металла. Материалы согласно настоящему изобретению представляют собой огнеупорные композиции, содержащие заполнители и связующие вещества, которые способны выдерживать термические, физические и химические условия металлургического процесса. В материалах согласно настоящему изобретению находят применение цементы, такие как цемент на основе алюмината кальция, или связующие вещества, такие как Al₂O₃, которые придают композиции прочность до обжига. Материалы согласно настоящему изобретению могут быть использованы в сыром или дообжиговом состоянии. В материалах согласно настоящему изобретению пористость является открытой, непрерывной и извилистой, предназначенной для возможности поступления расплавленного металла и удержания расплавленного металла.The present invention relates to porosity defined refractory materials and to the use of porosity defined refractory materials in a variety of structures to reduce the formation of endogenous inclusions in a metallurgical vessel, as well as to isolate and contain endogenous inclusions outside the molten metal volume body. The materials of the present invention are refractory compositions containing aggregates and binders that are capable of withstanding the thermal, physical and chemical conditions of a metallurgical process. The materials of the present invention find use in cements, such as calcium aluminate cement, or binders, such as Al ₂ O ₃ , which give the composition pre-fire strength. The materials according to the present invention can be used in a green or pre-fired state. In the materials of the present invention, the porosity is open, continuous, and tortuous, designed to allow molten metal to enter and retain molten metal.

Материалы согласно настоящему изобретению могут быть использованы для фильтрации, для возможности инфильтрации, для обеспечения изоляции, для выполнения функций газовых диффузоров и других функций в обработке горячего газа или расплавленного жидкого металла.The materials of the present invention can be used for filtration, for infiltration, for isolation, for gas diffusers and other functions in the treatment of hot gas or molten liquid metal.

Было обнаружено, что определенные признаки композиции, взятые индивидуально или в конкретных комбинациях, обеспечивают пористый огнеупорный литой материал, имеющий модифицированную структурную конфигурацию, который может быть использован для содержания, направления, обработки и удерживания расплавленных материалов. Указанные признаки включают следующие.It has been found that certain composition features, taken singly or in specific combinations, provide a porous refractory cast material having a modified structural configuration that can be used to contain, guide, handle and contain molten materials. These features include the following.

1) Узкая фракция огнеупорного заполнителя или наиболее крупнозернистая огнеупорная фракция1) Narrow refractory aggregate fraction or coarsest refractory fraction

- 2 042406 составляет 70 мас.% или более, 75 мас.% или более, 80 мас.% или более, 85 мас.% или более, 90 мас.% или более или 95 мас.% по отношению к массе сухой композиции.- 2 042406 is 70 wt.% or more, 75 wt.% or more, 80 wt.% or more, 85 wt.% or more, 90 wt.% or more or 95 wt.% in relation to the weight of the dry composition.

2) Узкая фракция огнеупорного заполнителя представляет собой узкую фракцию в отношении размера частиц, причем самые крупные частицы в узкой фракции огнеупорного заполнителя имеют номер сита (меш), который превышает в 1,5 раза или менее номер сита самых мелких частиц в узкой фракции огнеупорного заполнителя, причем самые крупные частицы в узкой фракции огнеупорного заполнителя имеют номер сита, который превышает в 2,0 раза или менее номер сита самых мелких частиц в узкой фракции огнеупорного заполнителя, причем самые крупные частицы в узкой фракции огнеупорного заполнителя имеют номер сита, который превышает в 2,5 раза или менее номер сита самых мелких частиц в узкой фракции огнеупорного заполнителя, причем самые крупные частицы в узкой фракции огнеупорного заполнителя имеют номер сита, который превышает в 3,0 раза или менее номер сита самых мелких частиц в узкой фракции огнеупорного заполнителя, причем самые крупные частицы в узкой фракции огнеупорного заполнителя имеют номер сита, который превышает в 4,0 раза или менее номер сита самых мелких частиц в узкой фракции огнеупорного заполнителя, причем самые крупные частицы в узкой фракции огнеупорного заполнителя имеют номер сита, который превышает в 5,0 раз или менее номер сита самых мелких частиц в узкой фракции огнеупорного заполнителя, причем самые крупные частицы в узкой фракции огнеупорного заполнителя имеют номер сита, который превышает в 8,0 раз или менее номер сита самых мелких частиц в узкой фракции огнеупорного заполнителя, или самые крупные частицы в узкой фракции огнеупорного заполнителя имеют номер сита, который превышает в 10,0 раз или менее номер сита самых мелких частиц в узкой фракции огнеупорного заполнителя.2) The narrow fraction of the refractory aggregate is a narrow fraction in terms of particle size, and the largest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate have a sieve number (mesh) that is 1.5 times or less than the sieve number of the finest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate , wherein the largest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate have a sieve number that is 2.0 times or less the sieve number of the smallest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate, and the largest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate have a sieve number that is greater than 2.5 times or less the sieve number of the finest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate, and the largest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate have a sieve number that is 3.0 times or less than the sieve number of the finest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate, moreover, the largest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate have a sieve number, which which is 4.0 times or less the sieve number of the finest particles in the refractory aggregate narrow fraction, wherein the largest particles in the refractory aggregate narrow fraction have a sieve number that is 5.0 times or less the sieve number of the finest particles in the narrow fraction refractory aggregate, wherein the largest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate have a sieve number that is 8.0 times or less than the sieve number of the smallest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate, or the largest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate have a sieve number that is exceeds 10.0 times or less the sieve number of the finest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate.

3) Узкая фракция огнеупорного заполнителя содержит по меньшей мере 80 мас.% части композиции, состоящей из частиц с диаметром, равным или составляющим более чем 100 микрон, по меньшей мере 85 мас.% части композиции, состоящей из частиц с диаметром, равным или составляющим более чем 100 микрон, по меньшей мере 90 мас.% части композиции, состоящей из частиц с диаметром, равным или составляющим более чем 100 микрон, по меньшей мере 95 мас.% части композиции, состоящей из частиц с диаметром, равным или составляющим более чем 100 микрон, или 100% части композиции, состоящей из частиц с диаметром, равным или составляющим более чем 100 микрон.3) The narrow fraction of the refractory aggregate contains at least 80 wt.% of the composition, consisting of particles with a diameter equal to or greater than 100 microns, at least 85 wt.% of the composition, consisting of particles with a diameter equal to or constituting more than 100 microns, at least 90 wt.% of the part of the composition, consisting of particles with a diameter equal to or greater than 100 microns, at least 95 wt.% of the part of the composition, consisting of particles with a diameter equal to or greater than 100 microns, or 100% of the composition, consisting of particles with a diameter equal to or greater than 100 microns.

4) Самые мелкие частицы в узкой фракции огнеупорного заполнителя превышают в 2, 5 или 10 раз номер сита или обратный диаметр частиц для самых крупных частиц в остальной части композиции. В качестве альтернативы, композиция может быть описана как имеющая незаполненный разрыв в распределение частиц по размеру, причем в 2, 5 или 10 раз различаются наименьший диаметр частиц или предельный номер сита до разрыва и наибольший диаметр частиц или предельный номер сита после разрыва, причем наименьший размер частиц диаметр или предельный номер сита до разрыва имеет значение 45 микрон или менее. Процентная доля массы, исключая растворитель, композиции в пределах незаполненного разрыва равняется или составляет менее чем 5 массовых процентов, равняется или составляет менее чем 2 массовых процента, равняется или составляет менее чем 1 массовый процент, или равняется или составляет менее чем 0,5 массового процента.4) The smallest particles in the narrow fraction of the refractory aggregate are 2, 5, or 10 times the sieve number or reciprocal particle diameter of the largest particles in the rest of the composition. Alternatively, the composition can be described as having an unfilled gap in the particle size distribution, with a 2, 5, or 10-fold difference between the smallest particle diameter or cutoff sieve before burst and the largest particle diameter or cutoff sieve after break, with the smallest size particle diameter or sieve break limit is 45 microns or less. The weight percentage, excluding solvent, of the composition within the unfilled gap is equal to or less than 5 mass percent, equal to or less than 2 mass percent, equal to or less than 1 mass percent, or equal to or less than 0.5 mass percent .

5) Узкая фракция огнеупорного заполнителя полностью состоит из заполнителя или частиц, причем диаметр частицы (номер сита) составляет от 12 мм включительно до 6 мм включительно, от 6 мм включительно до 3 мм включительно, от 3 мм включительно до 1 мм включительно, от 1 мм включительно до 0,5 мм включительно, от 20 мм включительно до 6 мм включительно или от 20 мм включительно до 10 мм включительно.5) The narrow fraction of the refractory filler consists entirely of filler or particles, and the particle diameter (sieve number) is from 12 mm inclusive to 6 mm inclusive, from 6 mm inclusive to 3 mm inclusive, from 3 mm inclusive to 1 mm inclusive, from 1 mm inclusive up to 0.5 mm inclusive, from 20 mm inclusive to 6 mm inclusive or from 20 mm inclusive to 10 mm inclusive.

6) Узкая фракция огнеупорного заполнителя состоит полностью или состоит в основном из высокотемпературного огнеупорного материала. Высокотемпературные огнеупорные материалы включают оксид алюминия (включая пластинчатую, плавленую и коричневую корундовую формы), бокситы, оксид магния, диоксид циркония, оксид кальция, диоксид кремния, шпинель, алюминаты кальция, муллит, оливин, форстерит, силикат циркония, силикат кальция, оксид алюминия диоксид циркония силикат и комбинации указанных материалов, исключая стеклокристаллический припой.6) The narrow fraction of the refractory aggregate consists entirely or consists mainly of high temperature refractory material. High temperature refractories include alumina (including lamellar, fused and brown corundum forms), bauxite, magnesium oxide, zirconia, calcium oxide, silica, spinel, calcium aluminates, mullite, olivine, forsterite, zirconium silicate, calcium silicate, aluminum oxide zirconia silicate; and combinations of these materials, excluding glass solder.

7) В дополнение к узкой фракции огнеупорного заполнителя композиция содержит связующую систему, содержащую огнеупорное связующее вещество, которое является пригодным для черной металлургии. Пригодное для черной металлургии огнеупорное связующее вещество представляет собой связующее вещество, которое является пригодным для получения композиции, которая может быть использована при температурах выше 1400°С. Примеры пригодных для черной металлургии огнеупорных связующих веществ представляют собой цемент на основе алюмината кальция, фосфат алюминия, гидратируемый оксид алюминия и коллоидный диоксид кремния.7) In addition to the narrow fraction of the refractory aggregate, the composition contains a binder system containing a refractory binder, which is suitable for ferrous metallurgy. Suitable for ferrous metallurgy refractory binder is a binder that is suitable for obtaining a composition that can be used at temperatures above 1400°C. Examples of suitable refractory binders for the iron and steel industry are calcium aluminate cement, aluminum phosphate, hydrated alumina, and colloidal silica.

8) Композиция имеет открытую пористость от 20 об.% включительно до 60 об.% включительно, от 20 об.% включительно до включительно 50 об.% включительно, от 25 об.% включительно до 45 об.% включительно, от 20 об.% включительно до 40 об.% включительно, от 25 об.% включительно до 40 об.% включительно, от 30 об.% включительно до 60 об.% включительно, от 30 об.% включительно до 50 об.% включительно или от 30 об.% включительно до 40 об.% включительно.8) The composition has an open porosity from 20 vol.% inclusive to 60 vol.% inclusive, from 20 vol.% inclusive to 50 vol.% inclusive, from 25 vol.% inclusive to 45 vol.% inclusive, from 20 vol. % inclusive up to 40 vol.% inclusive, from 25 vol.% inclusive to 40 vol.% inclusive, from 30 vol.% inclusive to 60 vol.% inclusive, from 30 vol.% inclusive to 50 vol.% inclusive or from 30 vol.% inclusive up to 40 vol.% inclusive.

9) Композиция имеет извилистую пористость. Извилистая пористость представляет собой порис-9) The composition has a tortuous porosity. Tortuous porosity is a porous

- 3 042406 тость, в которой поры не принимают форму прямой линии или дуги, или в которой поры проявляют множество изгибов.- 3 042406 pores in which the pores do not take the form of a straight line or arc, or in which the pores exhibit many bends.

10) Фазу связующего вещества составляют (а) мелкие частицы, (b) связующие вещества и/или (с) суспензия.10) The binder phase consists of (a) fine particles, (b) binders and/or (c) slurry.

11) Двухслойная структура содержит два слоя, находящихся в сообщении друг с другом. Два слоя различаются по номерам сита или распределениям по размеру частиц узкой фракции огнеупорного заполнителя. В качестве альтернативы, многослойная структура содержит множество слоев в последовательном сообщении друг с другом. Слои отличаются друг от друга по номерам сита или распределениям по размеру частиц узкой фракции огнеупорного заполнителя.11) The two-layer structure contains two layers in communication with each other. The two layers differ in sieve numbers or particle size distributions of the fine fraction of the refractory aggregate. Alternatively, a multilayer structure contains a plurality of layers in sequential communication with each other. The layers differ from each other in terms of sieve numbers or particle size distributions of the narrow fraction of the refractory aggregate.

Настоящее изобретение также относится к футеровочной структуре для металлургического резервуара, содержащей пористый огнеупорный материал, имеющий по меньшей мере одну из представленных выше характеристик 1-11. Настоящее изобретение также относится к применению такой футеровочной структуры в металлургическом резервуаре.The present invention also relates to a lining structure for a metallurgical vessel containing a porous refractory material having at least one of the characteristics 1-11 above. The present invention also relates to the use of such a lining structure in a metallurgical vessel.

Настоящее изобретение также относится к металлургическому резервуару, имеющему внутреннюю и наружную поверхности, причем внутренняя поверхность металлургического резервуара включает футеровочную структуру, содержащую пористый огнеупорный материал, имеющий по меньшей мере одну из представленных выше характеристик 1-11.The present invention also relates to a metallurgical vessel having inner and outer surfaces, wherein the inner surface of the metallurgical vessel includes a lining structure containing a porous refractory material having at least one of the characteristics 1-11 above.

Настоящее изобретение также относится к способу сокращения до минимума окисления расплавленного металла, включающему (а) перемещение расплавленного металла в резервуар, имеющий футеровочную структуру, содержащую пористый огнеупорный материал, имеющий по меньшей мере одну из представленных выше характеристик 1-11, и (b) перемещение расплавленного металла из резервуара.The present invention also relates to a method for minimizing the oxidation of a molten metal, comprising (a) transferring the molten metal into a vessel having a lining structure containing a porous refractory material having at least one of the characteristics 1-11 above, and (b) transferring molten metal from the tank.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к пористому огнеупорному литому материалу, содержащему узкую фракцию огнеупорного заполнителя, имеющую минимальный размер частиц и максимальный размер частиц, причем соотношение максимального размера частиц и минимального размера частиц составляет 10:1 или менее, 5:1 или менее, или 2:1 или менее; и фазу связующего вещества, содержащую огнеупорное связующее вещество, причем узкая фракция огнеупорного заполнителя содержит 100 мас.% материала, имеющего диаметр частиц более чем 0,1 мм, более чем 0,2 мм, более чем 0,5 мм, более чем 1 мм, более чем 2 мм или более чем 5 мм. Процентное соотношение массы фракции заполнителя и объединенной массы фракции заполнителя и фазы связующего вещества может находиться в диапазоне от 70 массовых процентов включительно до 98 массовых процентов включительно, от 75 массовых процентов включительно до 98 массовых процентов включительно, от 80 массовых процентов включительно до 98 массовых процентов включительно, от 85 массовых процентов включительно до 98 массовых процентов включительно и от 90 массовых процентов включительно до 98 массовых процентов включительно. Соотношение между размерами самых мелких частиц огнеупорного заполнителя и самых крупных частиц в фазе связующего вещества составляет по меньшей мере 2:1, по меньшей мере 5:1, по меньшей мере 10:1 или по меньшей мере 20:1. Пористый огнеупорный литой материал согласно настоящему изобретению может иметь пористость в диапазоне от 20 об.% включительно до 60 об.% включительно, от 20 об.% включительно до 50 об.% включительно, от 25 об.% включительно до 45 об.% включительно, от 20 об.% включительно до 40 об.% включительно, от 25 об.% включительно до 40 об.% включительно, от 30 об.% включительно до 60 об.% включительно, от 30 об.% включительно до 50 об.% включительно или от 30 об.% включительно до 40 об.% включительно. Поры могут быть извилистыми.Particular embodiments of the present invention relate to a porous refractory cast material containing a narrow fraction of refractory aggregate having a minimum particle size and a maximum particle size, and the ratio of the maximum particle size to the minimum particle size is 10:1 or less, 5:1 or less, or 2:1 or less; and a binder phase containing a refractory binder, wherein the narrow fraction of the refractory aggregate contains 100 wt.% of a material having a particle diameter of more than 0.1 mm, more than 0.2 mm, more than 0.5 mm, more than 1 mm , more than 2 mm or more than 5 mm. The weight percentage of the aggregate fraction and the combined mass of the aggregate fraction and the binder phase can be in the range from 70 mass percent inclusive to 98 mass percent inclusive, from 75 mass percent inclusive to 98 mass percent inclusive, from 80 mass percent inclusive to 98 mass percent inclusive , from 85 mass percent inclusive to 98 mass percent inclusive and from 90 mass percent inclusive to 98 mass percent inclusive. The ratio between the sizes of the smallest particles of the refractory aggregate and the largest particles in the binder phase is at least 2:1, at least 5:1, at least 10:1, or at least 20:1. The porous refractory cast material according to the present invention may have a porosity in the range of 20 vol.% inclusive to 60 vol.% inclusive, from 20 vol.% inclusive to 50 vol.% inclusive, from 25 vol.% inclusive to 45 vol.% inclusive , from 20 vol.% inclusive to 40 vol.% inclusive, from 25 vol.% inclusive to 40 vol.% inclusive, from 30 vol.% inclusive to 60 vol.% inclusive, from 30 vol.% inclusive to 50 vol. % inclusive or from 30 vol.% inclusive to 40 vol.% inclusive. The pores may be tortuous.

Согласно конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения 100 мас.% узкой фракции огнеупорного заполнителя имеет частицы с диаметром более чем 1 мм, с диаметром более чем 2 мм, с диаметром более чем 5 мм или с диаметром более чем 10 мм. Узкая фракция огнеупорного заполнителя может содержать оксид алюминия (включая пластинчатую, плавленую и коричневую корундовую формы), боксит, оксид магния, диоксид циркония, оксид кальция, диоксид кремния, шпинель, алюминаты кальция, муллит, оливин, форстерит, силикат циркония, силикат кальция, двойной силикат алюминия и циркония (AZS), а также комбинации указанных материалов.According to specific embodiments of the present invention, 100% by weight of the narrow fraction refractory aggregate has particles greater than 1 mm in diameter, greater than 2 mm in diameter, greater than 5 mm in diameter, or greater than 10 mm in diameter. The narrow fraction of refractory aggregate may contain alumina (including lamellar, fused and brown corundum forms), bauxite, magnesium oxide, zirconia, calcium oxide, silica, spinel, calcium aluminates, mullite, olivine, forsterite, zirconium silicate, calcium silicate, double aluminum and zirconium silicate (AZS), as well as combinations of these materials.

Согласно конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения фаза связующего вещества может содержать реакционноспособные оксиды алюминия, прокаленный оксид алюминия, пластинчатый оксид алюминия, плавленый оксид алюминия, муллит, углерод, карбид кремния, диоксид циркония, оксид магния, силикаты алюминия, диоксид кремния в форме коллоидных частиц или наночастиц, аэрозольный диоксид кремния, шпинель, боксит, оксид хрома и их комбинации. В фазе связующего вещества 100 мас.% могут составлять частицы, имеющие диаметры 500 микрон или менее, 200 микрон или менее, 100 микрон или менее или 50 микрон или менее.According to specific embodiments of the present invention, the binder phase may comprise reactive aluminas, calcined alumina, lamellar alumina, fused alumina, mullite, carbon, silicon carbide, zirconia, magnesium oxide, alumina silicates, colloidal particulate silica, or nanoparticles, aerosol silica, spinel, bauxite, chromium oxide, and combinations thereof. In the binder phase, 100% by weight may be particles having diameters of 500 microns or less, 200 microns or less, 100 microns or less, or 50 microns or less.

Настоящее изобретение также относится к структуре, содержащей по меньшей мере два слоя, которые описаны выше и находятся в сообщении друг с другом, причем первый слой содержит заполнитель, имеющий минимальный размер частиц заполнителя первого слоя, и второй слой содержит заполнитель, имеющий максимальный размер частиц заполнителя второго слоя, и при этом минимальный размер частиц заполнителя первого слоя составляет более чем максимальный размер частиц заполнителя второго слоя. Настоящее изобретение также относится к структуре, представляющей собой структуру, содержа- 4 042406 щую первую композицию, которая описана выше, и вторую композицию, которая описана выше, причем первая композиция образует цилиндрическую структуру, которая может быть сплошной или может быть симметрично полой по отношению к оси цилиндра, и при этом вторая композиция находится в сообщении с первой композиции. Согласно определенным вариантам осуществления вторая композиция расположена радиально снаружи относительно первой композиции.The present invention also relates to a structure containing at least two layers as described above and are in communication with each other, and the first layer contains an aggregate having a minimum aggregate particle size of the first layer, and the second layer contains an aggregate having a maximum aggregate particle size the second layer, and wherein the minimum particle size of the aggregate of the first layer is greater than the maximum particle size of the aggregate of the second layer. The present invention also relates to a structure which is a structure comprising a first composition as described above and a second composition as described above, wherein the first composition forms a cylindrical structure which may be solid or may be symmetrically hollow with respect to axis of the cylinder, and while the second composition is in communication with the first composition. In certain embodiments, the second composition is positioned radially outward relative to the first composition.

Настоящее изобретение также относится к применению описанного выше пористого огнеупорного литого материала в качестве футеровочной структуры в высокотемпературных металлургических или литейных резервуарах, таких как разливочные ковши, промежуточные ковши и плавильные тигли. Устройства, изготовленные из указанных материалов, могут быть использованы в качестве глубинных фильтров для очистки алюминия или металлических сплавов в жидком состоянии. Материалы согласно настоящему изобретению могут образовывать инфильтраты с металлом для получения тормозных колодок. Материалы согласно настоящему изобретению могут быть использованы в качестве газовых или жидкостных диффузоров. Настоящее изобретение также относится к металлургическому резервуару, имеющему внутреннюю и наружную поверхности, причем внутренняя поверхность металлургического резервуара содержит футеровочную структуру, содержащую пористый огнеупорный литой материал, который описанный выше. Настоящее изобретение также относится к способу получения футеровочной структуры в металлургическом резервуаре, включающему (а) получение огнеупорной защитной футеровки, имеющей внутреннюю поверхность, на внутренней поверхности металлургического резервуара, и (b) нанесение литого пористого огнеупорного материала, который описан выше, на внутреннюю поверхность огнеупорной защитной футеровки.The present invention also relates to the use of the above-described porous refractory cast material as a lining structure in high temperature metallurgical or foundry vessels such as pouring ladles, tundish and melting crucibles. Devices made from these materials can be used as depth filters for cleaning aluminum or metal alloys in a liquid state. The materials of the present invention can form infiltrates with metal to form brake pads. The materials according to the present invention can be used as gas or liquid diffusers. The present invention also relates to a metallurgical vessel having inner and outer surfaces, wherein the inner surface of the metallurgical vessel comprises a lining structure containing a porous refractory cast material as described above. The present invention also relates to a method for producing a lining structure in a metallurgical vessel, comprising (a) providing a refractory protective lining having an inner surface on the inner surface of the metallurgical vessel, and (b) applying a cast porous refractory material, as described above, to the inner surface of the refractory protective lining.

Настоящее изобретение также относится к способу сокращения до минимума окисления расплавленного металла, включающему (а) перемещение расплавленного металла в резервуар, имеющий футеровку, обязательно содержащую пористый огнеупорный литой материал, который описан выше, и (b) перемещение расплавленного металла из резервуара.The present invention also relates to a method for minimizing the oxidation of molten metal, comprising (a) transferring the molten metal into a vessel having a lining necessarily containing a porous refractory cast material as described above, and (b) transferring the molten metal from the vessel.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

Разнообразные варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы на прилагаемых фигурах:Various embodiments of the present invention are illustrated in the accompanying figures:

на фиг. 1 представлен схематический вид в разрезе структуры, содержащей пористый огнеупорный литой материал согласно настоящему изобретению;in fig. 1 is a schematic sectional view of a structure containing a porous refractory cast material according to the present invention;

на фиг. 2 представлен схематический вид в разрезе структуры, содержащей пористый огнеупорный литой материал согласно настоящему изобретению.in fig. 2 is a schematic sectional view of a structure containing a porous refractory cast material according to the present invention.

на фиг. 3 представлен вид в разрезе структуры, содержащей пористый огнеупорный литой материал согласно настоящему изобретению; и на фиг. 4 представлен вид в разрезе структуры, содержащей пористый огнеупорный литой материал согласно настоящему изобретению.in fig. 3 is a sectional view of a structure containing a porous refractory cast material according to the present invention; and in FIG. 4 is a sectional view of a structure containing a porous refractory cast material according to the present invention.

Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed disclosure of the present invention

Было обнаружено, что присутствие или комбинация определенных характеристик состава позволяет получать пористый литой огнеупорный материал, который способен выдерживать высокие температуры и реакционноспособные химические соединения, присутствующие в резервуарах для металлургических процессов. Материал проявляет структурную прочность, требуемую в металлургических приложениях, таких как огнеупорные футеровки. Материал содержит поры, имеющие достаточную ширину для пропускания расплавленных материалов и достаточную извилистость для удерживания расплавленного материала и пропускания примесей.It has been found that the presence or combination of certain composition characteristics makes it possible to obtain a porous cast refractory material that is capable of withstanding the high temperatures and reactive chemicals present in metallurgical process vessels. The material exhibits the structural strength required in metallurgical applications such as refractory linings. The material contains pores having sufficient width to allow passage of molten materials and sufficient tortuosity to retain molten material and allow impurities to pass through.

Огнеупорные футеровки состоят из устойчивых к высокой температуре материалов в форме стенки или панели для удерживания тепла, расплавленных металлов и/или шлаков в печах и/или резервуарах. Огнеупорные материалы могут представлять собой кирпичи из оксида алюминия, боксита, шамотной глины, MgO или прессованные кирпичи, содержащие графит, или другие формы; монолитные огнеупорные материалы, такие как предназначенные для вибрационного литья материалы, самотечные материалы, пластические огнеупорные материалы и смеси для торкретирования, а также сухие вибрационные смеси. Огнеупорные футеровки можно использовать, чтобы изготавливать промежуточные ковши, разливочные ковши, желоба доменных печей, поды электродуговых печей (ЭДП) и резервуары или ограничительные устройства, такие как лотки, желоба и каналы. Пористый литой огнеупорный материал согласно настоящему изобретению можно использовать, чтобы собирать шлаки/примеси, изолировать резервуары, ингибировать поступление кислорода в расплавленные металлы и уменьшать эрозию или коррозию футеровки.Refractory linings consist of high temperature resistant materials in the form of a wall or panel to retain heat, molten metals and/or slags in furnaces and/or tanks. The refractory materials may be alumina, bauxite, fireclay, MgO, or pressed bricks containing graphite, or other forms; monolithic refractory materials such as vibratory casting materials, gravity materials, plastic refractories and shotcrete mixes, and dry vibrating mixes. Refractory linings can be used to make tundish, tundish, blast furnace troughs, electric arc furnace (EAF) hearths, and reservoirs or containment devices such as chutes, troughs, and channels. The porous cast refractory material of the present invention can be used to collect slags/impurities, insulate tanks, inhibit oxygen entry into molten metals, and reduce lining erosion or corrosion.

Заполнители, пригодные для применения в практическом осуществлении настоящего изобретения, представляют собой огнеупорные материалы, сохраняющие свою прочность при высоких температурах. Огнеупорными материалами считают неметаллические материалы, имеющие такие химические и физические свойства, которые делают их применимыми для структур или в качестве компонентов систем, которые подвергаются воздействию температур, превышающих 538°С (1000°F).Aggregates suitable for use in the practice of the present invention are refractory materials that retain their strength at high temperatures. Refractory materials are considered non-metallic materials having chemical and physical properties that make them applicable to structures or as components of systems that are exposed to temperatures in excess of 538°C (1000°F).

Огнеупорные заполнители отличаются от заполнителей, используемых в бетоне для строительных приложений, которые могут состоять из измельченных горных пород, таких как известняк, шлак или гранит. Благодаря присутствию материалов, таких как Na₂O и K2O, и разложению карбонатов в составеRefractory aggregates are different from the aggregates used in concrete for building applications, which may be composed of crushed rocks such as limestone, slag, or granite. Due to the presence of materials such as Na ₂ O and K2O and the decomposition of carbonates in the composition

- 5 042406 заполнителей, прочность бетона и модуль упругости указанных материалов постепенно уменьшается с увеличением температуры, и когда температура превышает приблизительно 300°С, снижение прочности происходит быстрее. После прохождения порога 500°С прочность бетона при сжатии обычно уменьшается на 50-60%, и тогда бетон считается полностью разрушенным. Посредством высушивания бетонного материала воздействие этого явления значительно уменьшается или даже устраняется при температуре вплоть до 400°С. Выше этой температуры преобладает расхождение термической деформации между заполнителями, которые расширяются, и цементной пасты, которая претерпевает сжатие, что приводит к развитию трещин. Значительное растрескивание продолжается, и, таким образом, изменяются механические свойства материала. Огнеупорные заполнители также отличаются от керамических стеклокристаллических припоев, которые имеют температуры плавления ниже 800°С и могут содержать силикат натрия и силикат калия.- 5 042406 aggregates, the strength of concrete and the modulus of elasticity of these materials gradually decreases with increasing temperature, and when the temperature exceeds approximately 300°C, the decrease in strength is faster. After passing the threshold of 500°C, the compressive strength of concrete usually decreases by 50-60%, and then the concrete is considered to be completely destroyed. By drying the concrete material, the effect of this phenomenon is significantly reduced or even eliminated at temperatures up to 400°C. Above this temperature, thermal strain divergence predominates between the aggregates, which expand, and the cement paste, which undergoes compression, leading to the development of cracks. Significant cracking continues and thus the mechanical properties of the material change. Refractory aggregates also differ from ceramic glass-ceramic solders, which have melting points below 800° C. and may contain sodium silicate and potassium silicate.

Крупнозернистые заполнители, пригодные для применения в практическом осуществлении настоящего изобретения, включают оксид алюминия (Al₂O₃), оксид магния (MgO), диоксид циркония (ZrO₂), оксид кальция (СаО), диоксид кремния (SiO₂) или любые комбинированные огнеупорные материалы, такие как шпинель (Al₂O₃+MgO), алюминаты кальция (СаО+Al₂O₃), муллит (Al₂O₃+SiO₂), оливин и форстерит (MgO+SiO₂), силикат циркония (ZrO₂+SiO₂), силикат кальция (СаО+SiO₂) и двойной силикат алюминия и циркония (AZS) (Al₂O₃+ZrO₂+SiO₂).Coarse aggregates suitable for use in the practice of the present invention include alumina (Al ₂ O ₃ ), magnesium oxide (MgO), zirconia (ZrO ₂ ), calcium oxide (CaO), silicon dioxide (SiO ₂ ), or any combination thereof. refractory materials such as spinel (Al ₂ O ₃ +MgO), calcium aluminates (CaO + Al ₂ O ₃ ), mullite (Al ₂ O ₃ + SiO ₂ ), olivine and forsterite (MgO + SiO ₂ ), zirconium silicate ( ZrO ₂ +SiO ₂ ), calcium silicate (CaO+SiO ₂ ) and double aluminum and zirconium silicate (AZS) (Al ₂ O ₃ +ZrO ₂ +SiO ₂ ).

Крупнозернистые заполнители, пригодные для применения в практическом осуществлении настоящего изобретения, могут иметь блочную, прямоугольную, волокнистую, стержнеобразную, угловатую или сферическую или сферолитную форму. Керамические сферолиты могут образовываться из огнеупорных минералов, таких как оксид алюминия, MgO, диоксид кремния или комбинированные материалы, такие как муллит или шпинель. Доступны сферолиты, например, с диаметром в диапазоне от 1 до 25 мм. Сферолиты могут иметь одинаковые размеры или различные размеры. Сферолиты могут иметь высокую или низкую плотность. Сферолиты, полученные посредством валкового дробления, являются пористыми и имеют слоистую внутреннюю структуру, напоминающую внутреннюю структуру капусты. Указанные слоистые сферолиты имеют структуру, которая может удерживать примеси и шлаки и которая обеспечивает некоторые изолирующие эффекты.Coarse aggregates suitable for use in the practice of the present invention may be blocky, rectangular, fibrous, rod-like, angular or spherical or spherulitic in shape. Ceramic spherulites can form from refractory minerals such as alumina, MgO, silica, or combination materials such as mullite or spinel. Spherulites are available, for example, in diameters ranging from 1 to 25 mm. Spherulites can have the same dimensions or different sizes. Spherulites can have high or low density. Roll crushed spherulites are porous and have a layered internal structure resembling the internal structure of a cabbage. Said layered spherulites have a structure which can retain impurities and slags and which provides some insulating effects.

Прочность пористого огнеупорного материала обеспечивает связующий компонент посредством цементирующего связывания, химического связывания или связывания при спекании керамического материала. Соответствующие три типа связующих веществ представляют собой огнеупорная цементирующая суспензия, химический раствор и органический полимер. Соответствующие три типа получаемых в результате фаз связующих веществ после обработки представляют собой огнеупорное связующее вещество, осадок из раствора и органический полимер.The strength of the porous refractory material is provided by the binder through cement bonding, chemical bonding, or sinter bonding of the ceramic material. The respective three types of binders are refractory cement slurry, chemical mortar and organic polymer. The respective three types of resulting binder phases after processing are refractory binder, solution precipitate, and organic polymer.

Цементирующее связующее вещество могут образовывать мелкие огнеупорные частицы (имеющие диаметры менее чем 100 микрон (100 микрометров, 0,1 мм), или менее чем 88 микрон (88 микрометров, 0,088 мм), или менее чем 50 микрон (50 микрометров, 0,05 мм), или менее чем 25 микрон (25 микрометров, 0,025 мм), содержащие огнеупорное связующее вещество, огнеупорный тонкий порошок и некоторые добавки, такие как пластифицирующая добавка. Тонкодисперсные сухие материалы смешивают с водой, получая взвесь (суспензию) для покрытия и соединения огнеупорных заполнителей друг с другом. Цемент может представлять собой высокотемпературное огнеупорное связующее вещество, которое является пригодным для черной металлургии, и, таким образом, пригодным для применения при температурах выше 1400°С. Огнеупорное связующее вещество может представлять собой цемент на основе алюмината кальция, фосфат алюминия, гидратируемый оксид алюминия, коллоидный диоксид кремния и комбинации указанных материалов.The cementitious binder can form small refractory particles (having diameters less than 100 microns (100 micrometers, 0.1 mm), or less than 88 microns (88 micrometers, 0.088 mm), or less than 50 microns (50 micrometers, 0.05 mm), or less than 25 microns (25 micrometers, 0.025 mm), containing a refractory binder, a refractory fine powder and some additives such as a plasticizer. aggregates with each other.The cement may be a high temperature refractory binder which is suitable for the iron and steel industry, and thus suitable for use at temperatures above 1400° C. The refractory binder may be calcium aluminate cement, aluminum phosphate , hydrated alumina, colloidal silicon dioxide, and combinations of these materials.

Химический связующий раствор может содержать фосфат, такой как однозамещенный фосфат алюминия (в форме жидкости или раствора, получаемого посредством смешивания порошка с водой), коллоидный диоксид кремния, гидратируемый оксид алюминия (в форме суспензии или раствора, получаемого посредством смешивания порошка с водой) или кремнийорганический клей.The chemical binder solution may contain a phosphate, such as monosubstituted aluminum phosphate (in the form of a liquid or solution obtained by mixing powder with water), colloidal silicon dioxide, hydratable alumina (in the form of a suspension or solution obtained by mixing powder with water), or organosilicon glue.

Органическое полимерное связующее вещество может содержать полимерный клей или смолу.The organic polymeric binder may contain a polymeric adhesive or resin.

Связующее вещество, используемое в матрице, может содержать цемент на основе алюмината кальция, цемент на основе двойного алюмината кальция и магния, связующий альфа-цемент, портландцемент, однозамещенный фосфат алюминия (MALP), глины, реакционноспособный оксид алюминия, гидратируемый оксид алюминия, коллоидный диоксид кремния и их комбинации. Согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения в матричном материале отсутствует цемент.The binder used in the matrix may contain calcium aluminate cement, calcium and magnesium double aluminate cement, alpha cement binder, Portland cement, monosubstituted aluminum phosphate (MALP), clays, reactive alumina, hydrated alumina, colloidal dioxide silicon and their combinations. According to certain embodiments of the present invention, the matrix material is free of cement.

Другие исходные материалы, используемые в матрице, могут включать реакционноспособные оксиды алюминия, прокаленный оксид алюминия, пластинчатый оксид алюминия, плавленый оксид алюминия, муллит, углерод (графит или технический углерод), карбид кремния, диоксид циркония, оксид магния, силикаты алюминия (такие как кианит, андалузит или силлиманит), аэрозольный диоксид кремния, боксит, оксид хрома и их комбинации. Частицы композиции, имеющие диаметры в диапазоне от 0,01 до 10 микрон, или от 0,01 до 50 микрон, или от 0,01 до 100 микрон, также известные как мелкие частицы, могут содержать реакционноспособные оксиды алюминия и аэрозольные диоксиды кремния.Other raw materials used in the matrix may include reactive aluminas, calcined alumina, lamellar alumina, fused alumina, mullite, carbon (graphite or carbon black), silicon carbide, zirconia, magnesium oxide, aluminum silicates (such as kyanite, andalusite or sillimanite), aerosolized silica, bauxite, chromium oxide, and combinations thereof. Composition particles having diameters ranging from 0.01 to 10 microns, or from 0.01 to 50 microns, or from 0.01 to 100 microns, also known as fine particles, may contain reactive aluminas and aerosol silicas.

- 6 042406- 6 042406

Матрица может также содержать диспергирующие вещества, пластификаторы, препятствующие пенообразованию или пенообразующие вещества, а также деаэрирующие компоненты. Указанные вещества хорошо известны в технике.The matrix may also contain dispersants, plasticizers, anti-foaming or blowing agents, and air release agents. These substances are well known in the art.

На фиг. 1 представлен схематический вид в разрезе структуры, содержащей пористый огнеупорный литой материал согласно настоящему изобретению. Частицы фракции огнеупорного заполнителя 14 связаны друг с другом посредством фазы 16 связующего вещества, представленной в форме индивидуальных частиц. Извилистые каналы 18 создают открытую пористость, не принимая форму прямой линии или дуги.In FIG. 1 is a schematic sectional view of a structure containing a porous refractory cast material according to the present invention. The particles of the refractory aggregate fraction 14 are bonded to each other by means of a binder phase 16 in the form of individual particles. The tortuous channels 18 create open porosity without taking the form of a straight line or arc.

На фиг. 2 представлен схематический вид в разрезе многослойной структуры 30, содержащей пористый огнеупорный литой материал согласно настоящему изобретению. Первый слой 32 содержит пористый огнеупорный литой материал, содержащий частицы фракции 34 огнеупорного заполнителя, которые связаны друг с другом посредством фазы 36 связующего вещества, представленной в форме индивидуальных частиц. Второй слой 42, находящийся в сообщении с первым слоем 32, содержит пористый огнеупорный литой материал, содержащий частицы фракции 44 огнеупорного заполнителя, которые связаны друг с другом посредством фазы связующего вещества 46. Извилистые каналы 18 создают открытую пористость, не принимая форму прямой линии или дуги.In FIG. 2 is a schematic sectional view of a sandwich structure 30 containing a porous refractory cast material according to the present invention. The first layer 32 contains a porous refractory cast material containing particles of the fraction 34 of the refractory aggregate, which are connected to each other through the phase 36 of the binder, presented in the form of individual particles. The second layer 42, in communication with the first layer 32, contains a porous refractory cast material containing particles of fraction 44 of refractory aggregate, which are connected to each other through the binder phase 46. The tortuous channels 18 create open porosity without taking the form of a straight line or arc .

Каждый слой многослойной структуры 30 имеет две главные поверхности. Главные поверхности представляют собой пару поверхностей, расположенных на противоположных сторонах слоя и имеющих максимальные площади из всех поверхностей слоя. На фиг. 2 первый слой 32 имеет главные поверхности 52 и 54. Второй слой 42 имеет главные поверхности 56 и 58. Главная поверхность 54 первого слоя 32 находится в сообщении с главной поверхностью 56 второго слоя 42.Each layer of the multilayer structure 30 has two major surfaces. The principal surfaces are a pair of surfaces located on opposite sides of the layer and having the maximum area of all the surfaces in the layer. In FIG. 2, first layer 32 has major surfaces 52 and 54. Second layer 42 has major surfaces 56 and 58. Major surface 54 of first layer 32 is in communication with major surface 56 of second layer 42.

На фиг. 3 представлен вид в разрезе структуры 10, содержащей пористый огнеупорный литой материал согласно настоящему изобретению. Частицы фракции 14 огнеупорного заполнителя связаны друг с другом посредством фазы 16 связующего вещества. Извилистые каналы 18 создают открытую пористость, не принимая форму прямой линии или дуги.In FIG. 3 is a sectional view of a structure 10 containing a porous refractory cast material according to the present invention. The particles of the fraction 14 of the refractory aggregate are connected to each other by means of the phase 16 of the binder. The tortuous channels 18 create open porosity without taking the form of a straight line or arc.

На фиг. 4 представлен вид в разрезе многослойной структуры 30, содержащей пористый огнеупорный литой материал согласно настоящему изобретению. Первый слой 32 содержит пористый огнеупорный литой материал, содержащий частицы фракции 34 огнеупорного заполнителя, которые связаны друг с другом посредством фазы 36 связующего вещества. Второй слой 42, находящийся в сообщении с первым слоем 32, содержит пористый огнеупорный литой материал, содержащий частицы фракции 44 огнеупорного заполнителя, которые связаны друг с другом посредством фазы 46 связующего вещества. Извилистые каналы 18 создают открытую пористость, не принимая форму прямой линии или дуги.In FIG. 4 is a sectional view of a sandwich structure 30 containing a porous refractory cast material according to the present invention. The first layer 32 contains a porous refractory cast material containing particles fraction 34 refractory filler, which are connected to each other through the phase 36 of the binder. The second layer 42, in communication with the first layer 32, contains a porous refractory cast material containing particles fraction 44 refractory aggregate, which are connected to each other through the phase 46 of the binder. The tortuous channels 18 create open porosity without taking the form of a straight line or arc.

Пример I.Example I

Композиция согласно настоящему изобретению может быть получена из заполнителей и связующих веществ.The composition according to the present invention can be obtained from fillers and binders.

Связующие вещества, которые могут быть использованы согласно настоящему изобретению, включают суспензии или взвеси твердых частиц, жидкие растворы или жидкие связующие вещества, такие как клеи на основе смол или полимеров.Binders that can be used according to the present invention include suspensions or slurries of solid particles, liquid solutions or liquid binders such as resin or polymer based adhesives.

В цементирующем связующем веществе могут быть использованы огнеупорные мелкие частицы, имеющие диаметры или сетчатые каналы с размерами 100 микрон или менее и состоящие из таких материалов, как реакционноспособный оксид алюминия, аэрозольный диоксид кремния, MgO или цемент на основе алюмината кальция. Для улучшения текучести могут быть введены добавки, такие как диспергирующие вещества. Твердые ингредиенты можно затем смешивать с водой в суспензионном смесителе, получая гомогенную суспензию с хорошей текучестью. Для некоторых композиций рекомендовано объединение суспензии с заполнителем в течение одночасового получения суспензии.The cementitious binder may use refractory fine particles having diameters or mesh channels of 100 microns or less and composed of materials such as reactive alumina, aerosol silica, MgO, or calcium aluminate cement. Additives such as dispersants may be added to improve flowability. The solid ingredients can then be mixed with water in a slurry mixer to obtain a homogeneous slurry with good flowability. For some compositions, it is recommended that the slurry be combined with the aggregate within one hour of slurry preparation.

Жидкий связующий раствор может быть получен посредством смешивания подходящего химического соединения с водой. Могут быть использованы соединения, которые могут быть объединены с водой для получения жидкого связующего раствора, в том числе гидрофосфат алюминия, дигидрофосфат алюминия, силикат натрия, силикат калия, гидратируемый оксид алюминия в форме ультратонкого порошка или наночастиц оксида алюминия, или имеющиеся в продаже жидкие растворы, такие как коллоидный диоксид кремния или коллоидный оксид алюминия.A liquid binder solution can be obtained by mixing a suitable chemical compound with water. Compounds that can be combined with water to form a liquid binder solution can be used, including aluminum hydrogen phosphate, aluminum dihydrogen phosphate, sodium silicate, potassium silicate, hydrated alumina in the form of ultrafine powder or nanoparticles of alumina, or commercially available liquid solutions. such as colloidal silicon dioxide or colloidal alumina.

Для получения композиции согласно настоящему изобретению могут быть использованы жидкие связующие вещества, такие как смолы, полимерные клеи, кремнийорганический клей или полиуретановый клей.Liquid binders such as resins, polymer adhesives, silicone adhesive or polyurethane adhesive can be used to prepare the composition according to the present invention.

Для получения огнеупорной композиции согласно настоящему изобретению порции заполнителей и связующих веществ могут быть взвешены в желательном массовом соотношении. Связующее вещество медленно добавляют к заполнителям и комбинацию связующего вещества и заполнителей перемешивают в смесителе, таком как цементный смеситель. После добавления всего связующего вещества к заполнителям, перемешивание может быть продолжено в течение некоторого периода времени, такого как 5 минут, для обеспечения того, чтобы все заполнители имели однородное связующее покрытие.To obtain a refractory composition according to the present invention, portions of aggregates and binders can be weighed in the desired weight ratio. The binder is slowly added to the aggregates and the combination of binder and aggregates is mixed in a mixer such as a cement mixer. After all of the binder has been added to the aggregates, mixing may be continued for a period of time, such as 5 minutes, to ensure that all aggregates have a uniform bond coat.

Комбинация связующего вещества и заполнителей затем может быть использована для изготовления огнеупорного изделия. Смешанные заполнители и связующее вещество затем можно помещать вThe combination of binder and aggregates can then be used to make a refractory product. The mixed aggregates and binder can then be placed in

- 7 042406 форму и поверхность может быть выровнена и зафиксирована посредством трамбовки или вибрации. Последующий слой или слои можно добавлять в форму таким образом. Форму затем покрывают пластмассовой пленкой, и смесь выдерживают для затвердевания или застывания. После завершения фиксации изделие извлекают из формы и удаляют пленку. Полученное изделие выдерживают для отверждения, например, при температурах в диапазоне от 15 до 30°С. Затем изделие может быть высушено в печи при температуре, составляющей, например, 110°С, в течение периода времени, составляющего, например, 24 часа. Полученное в результате изделие может быть использовано непосредственно, или его можно обжигать при температуре, составляющей, например, от 1400 до 1600°С, в течение периода времени, составляющего, например, 3 часа, что зависит от размеров изделия.- 7 042406 shape and surface can be leveled and fixed by tamping or vibration. A subsequent layer or layers can be added to the mold in this way. The mold is then covered with a plastic film and the mixture is allowed to set or set. After fixing is completed, the product is removed from the mold and the film is removed. The resulting product is kept for curing, for example, at temperatures in the range from 15 to 30°C. The article may then be dried in an oven at a temperature of, for example, 110° C. for a period of time, for example, 24 hours. The resulting article may be used directly, or it may be fired at a temperature of, for example, 1400 to 1600° C., for a period of time, for example, 3 hours, depending on the dimensions of the article.

Настоящее изобретение также относится к применению футеровочной структуры, содержащей огнеупорную композицию, которая описана выше, в металлургическом резервуаре, а также к металлургическому резервуару, имеющему внутреннюю и наружную поверхности, причем внутренняя поверхность металлургического резервуара содержит футеровочную структуру, которая описана выше.The present invention also relates to the use of a lining structure containing the refractory composition as described above in a metallurgical vessel, as well as to a metallurgical vessel having an inner and outer surface, the inner surface of the metallurgical vessel comprising a lining structure as described above.

Настоящее изобретение также относится к способу сокращения до минимума окисления расплавленного металла в течение перемещения, включающему (а) перемещение расплавленного металла в резервуар, содержащий футеровочную структуру, которая описана выше, и (b) перемещение расплавленного металла из резервуара. Настоящее изобретение также относится к способу получения футеровки металлургического резервуара, включающему следующие стадии: (а) смешивание узкой фракции огнеупорного заполнителя, имеющей минимальный размер частиц и максимальный размер частиц, причем соотношение максимального размера частиц и минимального размера частиц составляет 10:1 или менее, с фазой связующего вещества, содержащей огнеупорное связующее вещество, выбранное из группы, которую составляют цемент на основе алюмината кальция, фосфат алюминия, гидратируемый оксид алюминия, коллоидный диоксид кремния и их комбинации, причем узкая фракция огнеупорного заполнителя состоит на 100 мас.% из материала, имеющего диаметр частиц более чем 0,1 мм, с получением пригодной для литья огнеупорной смеси, и (b) литье пригодной для литья огнеупорной смеси в контакте с внутренней поверхностью металлургического резервуара для получения футеровки. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения пригодную для литья огнеупорную смесь заливают в объем, определенный между литейной формой и внутренней поверхностью металлургического резервуара.The present invention also relates to a method for minimizing the oxidation of molten metal during transfer, comprising (a) transferring molten metal into a vessel containing a lining structure as described above, and (b) transferring molten metal out of the vessel. The present invention also relates to a method for producing a lining for a metallurgical vessel, comprising the following steps: (a) mixing a narrow fraction of a refractory aggregate having a minimum particle size and a maximum particle size, wherein the ratio of the maximum particle size to the minimum particle size is 10:1 or less, c a binder phase containing a refractory binder selected from the group consisting of calcium aluminate cement, aluminum phosphate, hydrated alumina, colloidal silicon dioxide, and combinations thereof, wherein the narrow fraction of the refractory aggregate consists of 100 wt.% of a material having a particle diameter greater than 0.1 mm to form a castable refractory mixture, and (b) casting a castable refractory mixture in contact with the inner surface of the metallurgical vessel to form a lining. According to embodiments of the present invention, a castable refractory mixture is poured into a volume defined between the mold and the inner surface of the metallurgical vessel.

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения становятся очевидными из следующего подробного описания и примерных вариантов осуществления.Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and exemplary embodiments.

Пример II.Example II.

В композиции согласно настоящему изобретению могут быть использованы разнообразные соотношения заполнителя и связующего вещества.In the composition according to the present invention can be used in a variety of ratios of aggregate and binder.

Согласно конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения используемые заполнители представляли собой гранулы пластинчатого оксида алюминия Т64 (поставщик Almatis, Inc.) с узким диапазоном размеров частиц от 12 до 6 мм. Суспензия связующего вещества содержала реакционноспособный оксид алюминия, аэрозольный диоксид кремния и цемент на основе алюмината кальция, объединенные с водой и добавками, такими как диспергирующие вещества. Для массового соотношения заполнителя и суспензии, составляющего 70/30 или менее, было обнаружено, что избыток суспензии закупоривает поры (пространства между индивидуальными гранулами заполнителя), и в некоторых случаях в нижней части изделия образуется скопление суспензии. Если массовое соотношение составляет 85/15 или более, все поры являются открытыми. Но если массовое соотношение составляет 95/5 или более, прочность связующего вещества является недостаточной для связывания заполнителей друг с другом. Было обнаружено, что массовое соотношение, составляющее 90/10, обеспечивает открытые поры и достаточную прочность связующего вещества.According to specific embodiments of the present invention, the aggregates used were T64 flake alumina granules (supplied by Almatis, Inc.) with a narrow particle size range of 12 to 6 mm. The binder slurry contained reactive alumina, aerosol silica and calcium aluminate cement combined with water and additives such as dispersants. For aggregate to slurry weight ratios of 70/30 or less, excess slurry has been found to clog pores (spaces between individual aggregate granules) and in some cases slurry pools at the bottom of the product. If the weight ratio is 85/15 or more, all pores are open. But if the weight ratio is 95/5 or more, the strength of the binder is not sufficient to bind the aggregates to each other. A weight ratio of 90/10 has been found to provide open pores and sufficient binder strength.

Таблица 1. Массовые процентные соотношения заполнителей и суспензионных связующих веществTable 1. Weight percentages of aggregates and suspension binders

Номер Number Размер Size Заполнитель Суспензия связующего Примечание Aggregate Binder slurry Note композиции compositions частиц particles вещества substances ТАВ-1 TAV-1 12-6 мм 12-6 mm 70% 70% 30% thirty% Закупоривание plugging ТАВ-2 TAV-2 12-6 мм 12-6 mm 80% 80% 20% 20% Частичное закупоривание Partial blockage ТАВ-3 TAV-3 12-6 мм 12-6 mm 85% 85% 15% 15% Открытые поры open pores ТАВ-4 TAV-4 12-6 мм 12-6 mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores ТАВ-5 TAV-5 12-6 мм 12-6 mm 95% 95% 5% 5% Открытые поры open pores

Пример III.Example III.

Сравнение диапазонов размеров частиц заполнителя в получении огнеупорных материалов.Comparison of aggregate particle size ranges in the preparation of refractory materials.

Были исследованы композиции, имеющие одинаковый химический состав заполнителя (пластинчатый оксид алюминия Т64), но различные диапазоны узкого распределения частиц по размеру. Диапазон наибольших размеров частиц используемого заполнителя составлял фракцию от 20 до 6 мм; диапазонCompositions having the same aggregate chemistry (T64 lamellar alumina) but different ranges of narrow particle size distribution were investigated. The range of the largest particle sizes of the used filler was a fraction from 20 to 6 mm; range

- 8 042406 наименьших размеров частиц используемого заполнителя составлял фракцию от 1,0 до 0,5 мм. Согласно наблюдениям удовлетворительные изделия могут быть получены для узких диапазонов распределения частиц заполнителя по размеру, если частицы были крупнее, чем 100 микрон. Соотношение наибольшего и наименьшего размеров частиц заполнителя в узких диапазонах распределения частиц по размеру может составлять от 10 включительно до 1 включительно. При меньших различиях размеров между самыми крупными частицами и самыми мелкими частицами в узком диапазоне распределения частиц по размеру получают изделия, содержащие больше полостей и пор. Было обнаружено, что соотношение от 5 до 1, соотношение от 3 до 1, соотношение от 2,5 до 1,5 и соотношение, равное 2, позволяют получить удовлетворительный огнеупорный материал. ТАВ-7а представляет собой пример композиции, имеющей полный диапазон распределения частиц по размеру с соотношением наибольшего размера частиц и наименьшего размера частиц, составляющим 4:1, причем одна композиция огнеупорного заполнителя с узким распределением образуется из двух композиций огнеупорного заполнителя, которые имеют близкие распределения частиц по размеру.- 8 042406 the smallest particle size of the filler used was a fraction from 1.0 to 0.5 mm. It has been observed that satisfactory products can be obtained for narrow ranges of aggregate particle size distributions if the particles were larger than 100 microns. The ratio of the largest and smallest aggregate particle sizes in narrow particle size distribution ranges can be from 10 inclusive to 1 inclusive. Smaller size differences between the largest particles and the smallest particles within a narrow range of particle size distribution result in articles containing more cavities and pores. It has been found that a ratio of 5 to 1, a ratio of 3 to 1, a ratio of 2.5 to 1.5 and a ratio of 2 produce a satisfactory refractory material. TAB-7a is an example of a composition having a full range of particle size distribution with a ratio of largest particle size to smallest particle size of 4:1, where one narrow distribution refractory aggregate composition is formed from two refractory aggregate compositions that have similar particle distributions. to size.

Таблица 2. Сравнение огнеупорных материалов, полученных из заполнителей с различными размерами частицTable 2. Comparison of refractory materials obtained from aggregates with different particle sizes

Номер Number Размер Size Заполнитель Aggregate Суспензия Suspension связующего Примечание Binder Note композиции ТАВ-6 compositions TAV-6 частиц 6-3 мм particles 6-3 mm 90% 90% вещества 10% substances 10% Открытые поры open pores ТАВ-7 TAV-7 3-1,0 мм 3-1.0mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores ТАВ-7а TAB-7a 12-6 мм 12-6 mm 45% 45% 10% 10% 6-3 мм 6-3 mm 45% 45% ТАВ-8 TAV-8 1,0-0,5 мм 1.0-0.5mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores ТАВ-9 TAV-9 20-10 мм 20-10 mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores ТАВ-10 TAB-10 20-6 мм 20-6 mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores

Пример IV.Example IV.

Сравнение химического состава заполнителя в получении огнеупорных материалов.Comparison of the chemical composition of the filler in the production of refractory materials.

Были исследованы композиции, имеющие одинаковое соотношение заполнителя и суспензии связующего вещества, но различные химические составы заполнителя. Заполнители представляли собой шпинель AR 90 или AR 78, обожженный до спекания оксид магния, плавленый оксид магния, гексаалюминат кальция (СА6 под фирменным наименованием Bonite, поставщик Almatis Ltd.), белый плавленый оксид алюминия, коричневый плавленый оксид алюминия и боксит. Все материалы оказались пригодными для получения изделий с открытыми порами.Compositions having the same ratio of aggregate to binder slurry but different aggregate chemistry have been investigated. The aggregates were AR 90 or AR 78 spinel, sintered magnesium oxide, fused magnesium oxide, calcium hexaaluminate (CA6 under the trade name Bonite, supplied by Almatis Ltd.), white fused alumina, brown fused alumina, and bauxite. All materials proved to be suitable for obtaining products with open pores.

Таблица 3. Сравнение химических составов заполнителейTable 3. Comparison of chemical compositions of aggregates

Номер Number Материалы materials Заполнитель Aggregate Суспензия Suspension Примечание Note композиции compositions связующего вещества binder substances ТАВ-И TAV-I Шпинель 6-3 мм Spinel 6-3 mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores ТАВ-12 TAV-12 Оксид магния 6-3 мм Magnesium oxide 6-3 mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores ТАВ-13 TAV-13 Bonite 6-3 мм Bonite 6-3mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores ТАВ-14 TAV-14 Плавленый оксид алюминия 6-3 мм Fused oxide aluminum 6-3 mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores ТАВ-15 TAV-15 Боксит 6-3 мм Bauxite 6-3 mm 90% 90% 10% 10% Открытые поры open pores ТАВ-16 TAV-16 Оксид магния 6-3 мм Пластинчатый оксид алюминия 6-3 мм Magnesium oxide 6-3 mm Lamellar aluminum oxide 6-3 mm 45% 45% 45% 45% 10% 10% Открытые поры open pores

Пример V.Example V.

Исследование формы частиц заполнителя в получении огнеупорных материалов.Investigation of the form of filler particles in the production of refractory materials.

Заполнители могут присутствовать в форме сфер или угловатых зерен. Получаемый в результате огнеупорный материал будет иметь открытые поры, если использовано соответствующее соотношение заполнителя и суспензии связующего вещества, и заполнители имеют однородное покрытие суспензией связующего вещества.The aggregates may be present in the form of spheres or angular grains. The resulting refractory material will be open-celled if an appropriate ratio of aggregate to binder slurry is used and the aggregates are uniformly coated with binder slurry.

- 9 042406- 9 042406

Таблица 4. Сравнение размеров и форм частиц заполнителяTable 4. Comparison of sizes and shapes of aggregate particles

Номер Number Материалы materials Заполнитель Суспензия Aggregate Suspension Примечание Note композиции ТАВ-17 compositions TAV-17 Исходные шарики из оксида Initial oxide beads связующего вещества 90% 10% binder 90% 10% Открытые поры open pores ТАВ-18 TAV-18 алюминия 20-10 мм Муллитовые шарики 8-7 мм aluminum 20-10 mm Mullite balls 8-7 mm 90% 10% 90% 10% Открытые поры open pores ТАВ-19 TAV-19 Муллитовые шарики 3-2 мм Mullite balls 3-2 mm 90% 10% 90% 10% Открытые поры open pores ТАВ-20 TAV-20 Угловатый оксид алюминия Angled Aluminum Oxide 90% 10% 90% 10% Открытые поры open pores

Пример VI.Example VI.

Цементирующая суспензия связующего вещества.Cementing slurry binder.

Суспензия связующего вещества может быть гидравлически связана посредством огнеупорного связующего вещества. Суспензия связующего вещества может содержать цемент на основе алюмината кальция Secar-71 (поставщик Kerneos Aluminate Technologies), реакционноспособный оксид алюминия A300QFL (поставщик Almatis Ltd USA), аэрозольный диоксид кремния 955U (поставщик ELKEM AS Materials) и/или пульверизованные стекла полифосфата натрия, например, в форме добавки Budit 8H (поставщик BASSTECH). Для 90% пластинчатого оксида алюминия Т64 с размерами частиц от 12 до 6 мм в табл. 5 представлены различные комбинации связующих веществ, которые могут быть использованы для связывания заполнителей друг с другом.The binder slurry may be hydraulically bonded through a refractory binder. The binder slurry may contain Secar-71 calcium aluminate cement (supplied by Kerneos Aluminate Technologies), reactive alumina A300QFL (supplied by Almatis Ltd USA), aerosol silica 955U (supplied by ELKEM AS Materials), and/or sprayed sodium polyphosphate glasses, for example , in the form of supplement Budit 8H (supplied by BASSTECH). For 90% lamellar aluminum oxide T64 with particle sizes from 12 to 6 mm in table. 5 shows various combinations of binders that can be used to bind aggregates to each other.

Таблица 5. Цементирующая суспензия связующего веществаTable 5. Cementing binder slurry

Номер Number Цемент Cement Реакционноспособный reactive Аэрозольный Aerosol Добавки Additives Вода Water композиции compositions оксид алюминия aluminium oxide диоксид dioxide кремния silicon ТАВ-21 TAV-21 10% 10% - - - - 0,1% 0.1% 3,5% 3.5% ТАВ-22 TAV-22 5% 5% 5% 5% - - 0,1% 0.1% 3,5% 3.5% ТАВ-23 TAV-23 5% 5% - - 5% 5% 0,1% 0.1% 3,5% 3.5% ТАВ-24 TAV-24 4% 4% 3% 3% 3% 3% 0,1% 0.1% 3,5% 3.5% ТАВ-25 TAV-25 3% 3% 4% 4% 3% 3% 0,1% 0.1% 0,1% 0.1% ТАВ-26 TAV-26 3% 3% 4% 4% 3% 3% — — 4,5% 4.5%

Пример VII.Example VII.

Связующие вещества в форме раствора или полимера.Binders in solution or polymer form.

Суспензия связующего вещества может также присутствовать в форме химического раствора/жидкости или полимерной смолы. Для 96% пластинчатого оксида алюминия Т64 с размерами частиц от 12 до 6 мм в таблице 6 представлены различные жидкие химические связующие вещества или полимерные смолы, которые могут быть использованы для связывания заполнителей друг с другом.The binder suspension may also be present in the form of a chemical solution/liquid or polymer resin. For 96% T64 alumina flake with particle sizes from 12 to 6 mm, Table 6 lists various liquid chemical binders or polymer resins that can be used to bond aggregates to each other.

Таблица 6. Связующие вещества в форме раствора или полимераTable 6. Binders in the form of a solution or polymer

Номер Number Коллоидный Colloidal Г идратируемый Hydrated Фосфат Phosphate Силикат Silicate Эпоксидная Epoxy композиции compositions диоксид dioxide оксид oxide натрия sodium смола resin кремния silicon алюминия aluminum ТАВ-27 TAV-27 4% 4% - - - - - - - - ТАВ-28 TAV-28 - - 4% 4% - - - - - - ТАВ-29 TAV-29 - - - - 4% 4% - - - - ТАВ-30 TAV-30 - - - - - - 4% 4% - - ТАВ-31 TAV-31 __ __ __ __ __ __ __ __ 4% 4%

Пример VIII.Example VIII.

Полные композиции.Complete compositions.

В табл. 7 представлены некоторые композиции. В первых трех композициях (ТАВ-32-ТАВ-34) использованы одинаковые заполнители и связующие вещества, но при различных соотношениях заполнителя и связующего вещества. В композициях ТАВ-35-ТАВ-39 использованы различные заполнители, но одинаковые суспензии связующих веществ. В трех композициях ТАВ-40-ТАВ-42 использованы одинаковые заполнители, но различные суспензии связующих веществ.In table. 7 shows some compositions. In the first three compositions (TAB-32-TAB-34), the same fillers and binders were used, but with different ratios of filler and binder. In the compositions TAB-35-TAB-39, different fillers are used, but the same suspensions of binders are used. Three compositions TAB-40-TAB-42 used the same fillers, but different suspensions of binders.

--

Claims

Table 7. Complete compositions

Song number / TAV-TAV-TAV -TAV- TAV- TAV-

Component 32 33 34 35 36 37

AI2O312-6mm 85% 90% 95% - - -

AI2O3 6-3mm .. .. .. 90% - -

AI2O3 3-1mm .. .. .. - 90% -

MgO 6-3 mm .. .. .. - - 85%

Cement 5% 3% 2% 3% 3% 5%

Reactive alumina 5% 4% 2% 4% 4% 5%

Aerosol silica 5% 3% 1% 3% 3% 5%

Additives 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1%

Water 3% 3% 3% 3% 3% 3%

Song number / TAV- TAV- TAV- TAV- TAV-

Component 38 39 40 41 42

AI2O3 12-6mm __ 90% 90% 90%

Spinel 6-3 mm 85% - - — -

Bonite 6-3mm - 85% - — -

Cement 5% 5% 10% 5% 5%

Reactive alumina 5% 5% - 5% -

Aerosol silica 5% 5% - - 5%

Additives 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1%

Water 3.5% 3.5% 3% 3% 3%

Percentages in table. 7 are massive interest ratio to the total weight of the solid components of the composition.

The composition according to the present invention can be installed on the inside surface of a metallurgical vessel in the form of a pre-cast panel and secured in place by means of cement or mechanical fastening. The installation of the composition according to the present invention in place can be carried out by placing the mold in the metallurgical vessel so that the gap between the inner wall of the metallurgical vessel and the outer wall of the mold determines the volume occupied by the composition. The composition is then placed in this volume and cured. The composition is left to solidify or solidify. After that, it can be subjected to a heat treatment process and a drying process.

Devices made from the materials of the present invention have a controlled pore structure and are resistant to high temperatures. Thus, a variety of applications can be envisaged for them. The materials can be precast (prefabricated) panels, or they can be directly poured into molds to form specific products. Devices made from these materials can be used as filtration devices, for example, to remove inclusions from hot liquid metal or impurities from any solutions or gases. The materials can be used to make dampers, weirs or baffles for use in refractory devices to filter molten metal. The materials can be used to make linings for high temperature metallurgical or foundry vessels such as pouring ladles, tundish and melting crucibles. Devices made from these materials can be used as depth filters for cleaning aluminum or metal alloys in a liquid state. The materials of the present invention can form infiltrates with metal to form brake pads. The materials according to the present invention can be used as gas or liquid diffusers.

Numerous modifications and variations of the present invention are possible. Thus, it should be understood that within the scope of the following claims, the present invention may be practiced in other ways than specifically described herein.

CLAIM

1. A porous refractory cast material containing a narrow fraction (14, 34, 44) of refractory aggregate having a minimum particle size and a maximum particle size, wherein the ratio of the maximum particle size to the minimum particle size is 11 042406 or less; and a binder phase (16, 36, 46) comprising a refractory binder selected from the group consisting of calcium aluminate cement, aluminum phosphate, hydrated alumina, colloidal silica, and combinations thereof;

moreover, the narrow fraction (14, 34, 44) of the refractory aggregate contains 100 wt.% of a material having a particle diameter of more than 0.1 mm, and at the same time, the percentage ratio of the mass of the aggregate fraction and the combined mass of the aggregate fraction and the binder phase is in the range from 85 mass percent inclusive to 98 mass percent inclusive, while the porosity is in the range from 20 vol.% open porosity, inclusive, to 60 vol.% open porosity, inclusive.

2. The porous refractory material of claim 1, wherein the ratio of the maximum particle size to the minimum particle size is 5:1 or less.

3. The porous refractory material of claim 1, wherein the ratio of the maximum particle size to the minimum particle size is 2:1 or less.

4. Porous refractory material according to claim 1, in which the percentage of the mass fraction (14, 34, 44) of the aggregate and the combined mass of the fraction (14, 34, 44) of the aggregate and phase (16, 36, 46) of the binder is in the range from 90 mass percent inclusive to 98 mass percent inclusive.

5. The porous refractory material of claim 4, wherein the refractory binder comprises a calcium aluminate cement and the binder phase further comprises (a) reactive alumina and (b) silica.

6. A porous refractory material according to claim 1, wherein 100% by weight of the narrow fraction (14, 34, 44) of the refractory aggregate are particles with a diameter of at least 5.0 mm.

7. Porous refractory cast material according to claim 1, in which the narrow fraction (14, 34, 44) refractory aggregate contains a material selected from the group consisting of alumina, magnesium oxide, zirconium dioxide, calcium oxide, silicon dioxide, spinel, calcium aluminates, mullite, olivine, forsterite, zirconium silicate, calcium silicate, aluminum zirconium double silicate (AZS) and combinations of these materials.

8. The porous refractory material according to claim 1, wherein the binder phase (16, 36, 46) further comprises a material selected from the group consisting of reactive alumina, calcined alumina, lamellar alumina, fused alumina, carbon, zirconia, magnesium oxide, aerosol silica, bauxite, chromium oxide, and combinations thereof.

9. Porous refractory material according to claim 1, wherein the ratio of the sizes of the smallest particles of the refractory aggregate (14, 34, 44) to the largest particles in the binder phase (16, 36, 46) is at least 10:1.

10. Porous refractory material according to claim 1, wherein the ratio of the sizes of the smallest particles of the refractory aggregate to the largest particles in the phase (16, 36, 46) of the binder is at least 2:1.

11. A porous refractory material according to claim 1, wherein 100% by weight of the binder phase (16, 36, 46) is particles having a size of 100 microns or less.

12. Porous refractory material according to claim 1, wherein the porosity is tortuous.

13. The structure (30) of the porous refractory cast material, including the first layer containing the first porous refractory material according to claim 1 and having a minimum particle size of the filler of the first layer; and a second layer comprising the second porous refractory material according to claim 1 and having a maximum particle size of the second layer aggregate, wherein the minimum particle size of the first layer aggregate is greater than the maximum particle size of the second layer aggregate.

14. A metallurgical vessel having inner and outer surfaces, wherein the inner surface of the metallurgical vessel comprises a lining structure comprising the porous refractory cast material of claim 1.

15. Method for continuous casting of metal with minimization of oxidation of molten metal, including:

a) transferring the molten metal into a vessel having a lining structure containing the porous refractory cast material of claim 1, and

b) moving the molten metal out of the tank.

16. A porous refractory material according to claim 1, wherein 100% by weight of the narrow fraction of the refractory aggregate are particles having a diameter of at least 3.0 mm and not more than 6.0 mm.

-