ОГНЕУПОРНЫЙ РАСТВОР Российский патент 1996 года по МПК C04B28/34 C04B111/20 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к составам огнеупорных растворов, предназначенных для кладки футеровки вращающихся печей, например печей обжига магнезита.

Известен огнеупорный раствор, включающий, мас. глиноземсодержащий заполнитель 66-70; тонкомолотый отвальный фосфорный шлак 15 18; водный раствор полифосфата натрия 14 15 и известь 1 1,2 (авт. св. СССР N 706368, кл. С ОЧ В 29/02, 1978).

Недостатком известного раствора является высокий коэффициент термического расширения (КТР), что обусловливает возникновение больших внутренних напряжений в кладке из штучных изделий в процессе службы, вызывающих нарушение целостности футеровки.

Кроме того, известный раствор имеет недостаточную низкотемпературную прочность сцепления с кладкой из-за малой его пластичности. В связи с малым количеством инициатора твердения (извести) не обеспечивается достаточная прочность сцепления и скорость твердения на холоду и при нагревании.

Наиболее близким к изобретению является огнеупорный раствор, включающий глиноземистый заполнитель (шамотный порошок) основа, водный раствор полифосфата натрия 17 45, периклазовый порошок 0,5-5,0, глина огнеупорная 5 20 (авт. св. СССР, N 1218631, кл. С ОЧ В 35/66, 1984).

Недостатками известного состава огнеупорного раствора являются недостаточно высокая прочность сцепления раствора с кладкой в интервале температур 20 1250^oС и невозможность регулирования сроков схватывания.

Целью предлагаемого технического решения является повышение прочности сцепления раствора с кладкой в интервале температур 20 1250^oС, а также обеспечение возможности регулирования сроков схватывания раствора.

Цель достигается тем, что известный огнеупорный раствор, включающий огнеупорный наполнитель, глину огнеупорную, MgO-содержащий порошок и водный раствор полифосфата натрия, согласно изобретению содержит в качестве огнеупорного наполнителя лом карбидкремниевых изделий, в качестве MgO-содержащего порошка необожженный магнезит и дополнительно пылевидные отходы глиноземного производства при следующем отношении компонентов, мас.

Водный раствор полифосфата натрия 10 14
Необожженный магнезитовый порошок 1 3
Огнеупорная глина 12 22
Пылевидные отходы глиноземного производства 5 9
Лом карбидкремниевых изделий Остальное
В настоящее время разработаны новые огнеупорные изделия с повышенной износо- и термостойкостью, а именно шамотнокарбидкремниевые. Срок службы которых значительно превосходит время службы известных кладочных растворов для футеровки, например, вращающихся печей.

Задача изобретения разработка состава огнеупорного раствора, срок службы которого равен сроку службы новых огнеупорных изделий.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

Лом карбидкремниевых изделий представляет собой отходы в виде фракций менее 0,5 мм. Химический состав, Al₂O₃ 5 10; SiO₂ 20 - 30; SiC 45 60; Fe₂O₃ 1 2; CaO 0,4 2,2; MgO 0,2 1,0; Na₂O 0,2 0,4; K₂O 0,3 0,6.

Пылевидные отходы глиноземного производства содержат Al₂O₃ 80 90 CaO 0,4 2,2 Na₂O + K₂O остальное.

Необожженный магнезитовый порошок имеет химический состав: MgO 85 95
При разработке кладочного раствора основное внимание было уделено подбору составов, близких по своему вещественному составу к шамотнокарбидкремниевым огнеупорам. Поэтому в качестве наполнителей использовали карбидкремнийсодержащие отходы (лом карбидкремниевых изделий), а в качестве тонкодисперсной составляющей применяли алюмосодержащие отходы и огнеупорную глину. Огнеупорная глина придает кладочному раствору нужную пластичность, а совместное использование лома карбидкремниевых изделий и тонкодисперсных отходов глиноземного производства УАЗа позволяет существенно повысить термостойкость и прочность кладочного раствора при температурах 1150 - 1450^oС за счет их взаимодействия. Тонкодисперсный корунд (фракция менее 63 мкм, содержащейся в корундовых отходах глиноземного производства в количестве 80 90) взаимодействует с SiO₂ содержащейся в ломе карбидкремниевых изделий, за счет окисления зерен SiC образует игольчатые кристаллы муллита.

Использование сырого магнезитового порошка обеспечивает быстроту схватывания кладочного раствора при низких температурах, MgO выполняет роль инициатора гелеобразования. MgO, гидратируя и забирая воду, вызывает перестройку структуры тонкодисперсной SiO₂, содержащейся в ломе карбидкремниевых изделий в количестве 20 30 обуславливает полимеризацию (образуется трехмерная структура силоксановых цепей), в результате чего прочность необожженного огнеупорного раствора значительно превосходит прочность других обычных растворов.

Однако полимеризация раствора начинается лишь тогда, когда количество воды в смеси становится оптимальным для полимеризации (10 15 по сух. весу ). Если количество воды на много (10 20 раз) превосходит этот показатель, полимеризации, а значит и схватывания (упрочнения) раствора, не наступает. Причем раствор может находиться в таком состоянии 24 46 ч, пока происходит испарение влаги и количество воды не достигнет оптимального показателя. При количестве воды в растворе менее оптимального показателя полимеризация происходит почти мгновенно.

Выбор пределов содержания компонентов обусловлен следующим.

При содержании количества (сырого) необожженного магнезитового порошка MgO менее 1 мас. кладочный раствор медленно твердеет при низких температурах, так как его недостаточно для полимеризации.

Увеличение количества MgO более 3 приводит к снижению прочности сцепления раствора с кладкой при температурах эксплуатации (1000 - 1200^oС) вследствие образования избыточного количества жидкой фазы.

При содержании глины менее 12 раствор имеет недостаточную пластичность, поэтому не обеспечивается прочность сцепления раствора с кладкой. При введении глины в раствор более 22 происходит сильная усадка раствора, снижающая прочность сцепления с кладкой.

При содержании водного раствора полифосфата натрия менее 10 раствор не схватывается, так как полифосфат натрия выполняет функцию связующего в растворе. Содержание полифосфата натрия более 14 приводит к образованию избыточного количества жидкой фазы при высоких температурах, что может вызвать искривление и разрушение кладки.

При содержании пылевидных отходов глиноземного производства менее 5 снижается огнеупорность раствора. При содержании отходов более 9% происходит недостаточное спекание раствора при низких температурах (500 800^oС), что обусловливает малую прочность сцепления раствора с кладкой.

Из анализа источников патентной и научно-технической информации не установлена известность состава кладочного раствора идентичного составу предлагаемого кладочного раствора, что позволяет сделать вывод о существенности отличий.

Пример выполнения.

Предлагаемый огнеупорный раствор готовят следующим образом. Огнеупорную глину, пылевидные отходы глиноземного производства УАЗа, сырой магнезитовый порошок фракции менее 0,5 мм, лом (бой) карбидкремниевых плит фарфорового производства или огневого припаса, фракции менее 0,5 мм перемешивают в течение 3 5 мин, затем в смесь добавляют раствор полифосфата натрия плотностью 1,1 1,4 г/см³ и вновь перемешивают раствор в течение 3 5 мин, после чего раствор готов к употреблению.

Для удобства транспортирования раствора пневмотранспортом, а также регулирования сроков схватывания раствора его разбавляют водой в 7 10 раз.

После подсушки (8 24 ч в зависимости от влажности) раствор имеет свойства аналогичные первоначальному.

В табл. 1 даны составы растворов (предлагаемого и прототипа), в табл. 2 свойства растворов.

Как видно из табл. 2, прочность сцепления раствора предлагаемого состава с кладкой в интервале температур 20 1250^oС выше в 4 раза, чем у известного, коэффициент термического расширения ниже, чем у прототипа. Кроме того, у предлагаемого раствора возможно регулирование сроков схватывания путем добавления соответствующего количества воды.

Преимуществами предлагаемого кладочного раствора являются:
удобство ведения кладочных работ, за счет возможности регулирования сроков схватывания;
утилизация сходов глиноземного производства и фарфоровой промышленности;
замена дорогостоящего карбида кремния на лом этих изделий или бой плит фарфорового производства;
увеличение срока службы футеровки в целом за счет выравнивания сроков службы изделий и кладочного раствора.

Другие технико-экономические показатели приведены в заключении. ТТТ 1

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к составам огнеупорных растворов, предназначенных для кладки футеровки вращающихся печей. Изобретение позволяет повысить сцепление раствора с кладкой в интервале температур 20 - 1250<198>С, а также обеспечивает возможность регулирования сроков схватывания путем введения в лом карбидкремниевых изделий огнеупорной глины (12 - 22 %), водного раствора полифосфата натрия (10 - 14 %), магнезитового порошка (1 - 3 %) и пылевидных отходов глиноземного производства (5 - 9 %). 2 табл.

Огнеупорный раствор, содержащий огнеупорный заполнитель, глину огнеупорную и водный раствор полифосфата натрия, отличающийся тем, что он в качестве огнеупорного заполнителя содержит лом карбидкремниевых изделий и дополнительно магнезитовый порошок и пылевидные корундовые отходы глиноземного производства при следующем соотношении компонентов, мас.

Лoм карбидкремниевых изделий 52-72
Водный раствор полифосфата натрия 10-14
Магнезитовый порошок 1-3
Пылевидные корундовые отходы глиноземного производства 5-9
Огнеупорная глина Остальное