ОГНЕУПОРНАЯ МАССА Российский патент 1997 года по МПК C04B28/34 C04B111/20 

Изобретение относится к составам огнеупорных масс и может быть использовано для строительства и ремонта печных агрегатов с t ≅ 1650^oC, для защиты огневых поверхностей футеровок и металлических конструкций, особенно в химических агрессивных огневых средах, а также для изготовления керамической фасонницы, в т.ч. бытовых гончарных поделок, печей, каминов, электроплиток и т.п.

Известна огнеупорная масса, включающая двуокись титана, фосфорную кислоту и порошкообразный титан при следующем соотношении компонентов, вес.

Двуокись титана 50,2-76,5
Фосфорная кислота 13,5-14,5
Порошкообразный титан 9,0-36,3
Известна сырьевая смесь, включающая в мас. двуокись титана 50-65; фосфорную кислоту 12-30% фосфат титана 15-28.

Недостатком известной сырьевой смеси является высокая себестоимость и дефицитность титансодержащих материалов.

Задачами заявляемого технического решения являются:
расширение сырьевой базы для получения титаносодержащей огнеупорной массы;
получение доступно дешевой огнеупорной массы, которая по своим техническим характеристикам (огнеупорность, термостойкость, адгезия, механическая прочность) была бы соизмерима с прототипом.

Поставленные задачи решаются за счет того, что огнеупорная масса, включающая двуокись титана и фосфорную кислоту, согласно изобретению содержит двуокись титана и фосфорную кислоту в массовом соотношении, равном 0,30-0,65, и дополнительно смесь мертеля шамотного с огнеупорным материалом из группы: огнеупорная глина, шамот песок, маршалит, при их объемном соотношении, равном 1:(0,5-2,0), и борсодержащий компонент, при следующем соотношении, мас.

TiO₂+H₃PO₄ 28-55
Смесь мертеля шамотного с огнеупорным материалом 42-71,5
Борсодержащий компонент (в пересчете на B₂O₃) 0,5-3,0
Причем огнеупорная масса в качестве борсодержащего компонента содержит борат кальция.

Сопоставительный анализ показал, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что огнеупорная масса, включающая двуокись титана и фосфорную кислоту, согласно изобретению содержит двуокись титана, и фосфорную кислоту в массовом соотношении, равном 0,30-0,65, и дополнительно
смесь мертеля шамотного с огнеупорным материалом из группы: огнеупорная глина, шамот, песок, маршалит, при их объемном соотношении, равном 1:(0,5-2,0), и борсодержащий компонент, при следующем соотношении, мас.

TiO₂+H₃PO₄ 28-55
Смесь мертеля шамотного с огнеупорным материалом 42-71,5
Борсодержащий компонент (в пересчете на B₂O₃) 0,5-3,0
Причем огнеупорная масса в качестве борсодержащего компонента содержит борат кальция.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Экспериментально установлено, что содержание в огнеупорной массе TiO₂+H₃PO₄ менее 28% не обеспечивает прочности.

Содержание в огнеупорной массе TiO₂+H₃PO₄ более 55% дает повышение термостойкости незначительно, но экономически становится неприемлемым.

Применение в составе огнеупорной массы смеси мертеля шамотного с огнеупорным материалом позволяет, не ухудшая технически ценных характеристик, значительно увеличить объем рабочей массы, т.е. значительно удешевить ее.

Введение бората кальция в состав огнеупорной массы при ее получении позволяет получить газонепроницаемый, стекловидный спек, что очень важно для термических печей с восстановительной атмосферой.

При содержании в огнеупорной массе бората кальция менее 0,5 не обеспечивается плотность.

При содержании в огнеупорной массе бората кальция более 3% происходит снижение огнеупорности.

На момент подачи заявки сложился огромный дефицит в жаростойких, огнеупорных и термостойких материалах, так как необходимо модернизировать жизненно необходимые, но не в меру устаревшие и недолговечные футеровки.

Качество заявляемой огнеупорной массы позволяет вместо ежегодных ремонтов или даже перефутеровки печных агрегатов производить замазку трещин и "побелку" огневых зон слоем, равным 5-3 мм, не более.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как принимаемый во внимание уровень техники на дату подачи заявки не является очевидным для специалистов в данной области.

Заявляемое изобретение осуществляют следующим образом.

Смешивают порошок двуокиси титана с фосфорной кислотой из расчета реакции
TiO₂+H₃PO₄__→ TiO₂•P₂O₅+3H₂O
Суспензию тщательно перемешивают и стабилизируют добавлением огнеупорной глины.

Такую смесь "молочко" желательно выдерживать 2-3 суток (чем дольше выдерживается смесь, тем лучше, но не более 5 суток) и затем тщательно перемешивают с мертелем шамотным, консистенцию регулируют водой. Борат кальция добавляют в готовую массу.

Примеры конкретных составов огнеупорной массы приведены в таблице 1.

Физико-механические свойства прототипа и огнеупорной массы, а также себестоимость их получения приведены в таблице 2.

Как видно из приведенных экспериментальных данных, оптимальным соотношением компонентов для получения огнеупорной массы является соотношение в составах N 2, 3, 4.

Заменяя дефицитные дорогостоящие титансодержащие материалы на доступные, удалось получить огнеупорную массу, термостойкость которой соизмерима с термостойкостью прототипа.

Показатели по огнеупорности, адгезии, прочности при ударе выше, чем аналогичные показатели у прототипа, и себестоимость полученной огнеупорной массы в 3-4 раза дешевле.

При этом благодаря доступным источникам сырья, значительно расширяется сырьевая база для получения заявляемой огнеупорной массы.

Использование: изобретение относится к составам огнеупорных масс и может быть использовано для строительства и ремонта печных агрегатов с температурой ≅1650^oC, для защиты огневых поверхностей футеровок и металлических конструкций, особенно в химически агрессивных огневых средах, а также для изготовления керамической фасонницы, в т.ч. бытовых гончарных поделок, печей, каминов, электроплиток и т.п. Сущность: огнеупорная масса включает, мас. %: TiO₂ + H₃PO₄ - 28-55; смесь мертеля шамотного с огнеупорным материалом - 42-71,5; борсодержащий компонент - 0,5-3,0, причем соотношение содержаний TiO₂ : H₃PO₄ равно 0,30-0,65; огнеупорный материал выбирают из группы: огнеупорная глина, шамот, песок, маршалит, при объемном соотношении смесь мертеля шамотного : огнеупорный материал, равном 1 : /0,5 - 2,0/, а в качестве борсодержащего компонента может быть использован борат кальция. В изобретении решается задача расширения сырьевой базы для получения титансодержащей огнеупорной массы и получение доступно дешевой огнеупорной массы при сохранении эксплуатационных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Огнеупорная масса, включающая двуокись титана и фосфорную кислоту, отличающаяся тем, что она содержит двуокись титана и фосфорную кислоту в массовом соотношении 0,30 0,65 и дополнительно смесь мертеля шамотного с огнеупорным материалом из группы: огнеупорная глина, шамот, песок, маршалит при их объемном соотношении 1: (0,5 2,0) и борсодержащий компонент при следующем соотношении, мас.

TiO₂ + H₃PO₄ 28 55
Смесь мертеля шамотного с огнеупорным материалом 42,0 71,5
Борсодержащий компонент (в пересчете на B₂O₃) 0,5 3,0
2. Масса по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве борсодержащего компонента она содержит борат кальция.