СОСТАВ ШИХТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОЙ КЕРАМИКИ Российский патент 1997 года по МПК C04B38/08 

Изобретение относится к производству высокопористой керамики и может быть использовано для изготовления негорючих и коррозионно-стойких тепло- и звукоизолирующих материалов.

Получение высокопористой керамики с минимальным значением теплопроводности представляет значительные трудности, для преодоления которых предложены различные технологические решения, в том числе связанные с изготовлением шихты определенного состава. Так, в а. с. СССР N 1604789, опубликованном 07. 11. 90 г. предлагается следующий состав шихты, жидкое стекло 30-45; вспученный перлит 40-45; цементная пыль 5-20; шлак металлургических производств остальное.

Наиболее близким к изобретению является техническое решение, защищенное а. с. СССР N 1601089, опубликованное 01.08.90 г. в котором материал содержит всученный вермикулит фракции 1-10 мм (фракция Ф1, основа), жидкое стекло (19-25 мас.) и отверждающий агент (15-16 мас.).

Недостатком изобретения является высокая теплопроводность.

Целью изобретения является снижение теплопроводности материала.

Цель достигается за счет дополнительного введения в шихту:
молотого вспученного вермикулита (фракция Ф2) с размером частиц от 0,15 до 0,40 от размера частиц фракции Ф1 в количестве от 20 до 50 мас. от фракции Ф1;
молотого вспученного вермикулита (фракция Ф3) с размером частиц от 0,15 до 0,40 от размера частиц фракции Ф2 в количестве от 20 до 50 мас. от фракции Ф2;
молотого шлака металлургических производств (фракция Ф4) размером частиц от 0,15 до 0,40 от размера частиц фракции Ф3 в количестве от 100 до 200 мас. от фракции Ф3 при следующем соотношении компонентов,
Фракция Ф1 60-30
Фракция Ф2 12-15
Фракция Ф3 2,5-7,5
Фракция Ф4 2,5-15
Жидкое стекло 13-20
Отверждающий агент 10-12,5
Использование в качестве основной фракции частиц вспученного вермикулита размером 1-10 мм объясняется тем, что при указанных размерах обеспечивается получение максимальной степени вспучивания и максимальной плотности материала в свободно насыпанном состоянии.

Однако при таких геометрических размерах частиц материалов размеры пор таковы, что в механизме теплопроводности значительную роль играет конвекция, т. е. перемещение теплового потока за счет перемещения газовой среды, заключенной в порах. Вместе с тем из теорий теплопроводности известно, что при размерах частиц порядка 50 мкм фактор конвекции сводится к минимуму, однако при этом важную роль играет фактор передачи тепла непосредственно через твердую фазу.

Экспериментально было установлено, что совместное использование указанных выше компонентов в заявленных соотношениях и размерах частиц дает возможность заполнять поры более крупной фракции частицами более мелкой фракции и получать устойчивую смесь, не разделяющуюся на отдельные фракции в процессе проведения технологических операций. Если, например, заполнить поры фракции со средним размером частиц 1-10 мкм частицами размером 0,03-0,07 мм без использования частиц промежуточного размера, то полученная смесь легко разделяется на отдельные фракции, более мелкие частицы не удерживаются в крупных порах, значительно превышающих их по размерам.

Вместе с тем экспериментально было обнаружено, что получение частиц вермикулита меньше 0,1-0,2 мм затруднено или вообще невозможно из-за их специфических свойств в процессе помола.

Поэтому для заполнения самых мелких пор удобно использовать шлак металлургических производств, в особенности шлак феррохромового и ферромарганцевого производства. Они легко размалываются до требуемых размеров 0,03-0,07 мм, хорошо смачиваются жидким стеклом и заполняют самые мелкие поры.

Пределы введения фракций определяются теплопроводностью, с одной стороны, и устойчивостью смесей к разделению на отдельные фракции, с другой стороны. Увеличение количества вводимых мелких фракций сверх заявленных пределов приводит к повышению плотности и теплопроводности из-за теплопередачи через твердую фазу. Снижение количества мелких фракций приводит к увеличению теплопроводности из-за конвекции, а также к неустойчивости смесей и их разделению на отдельные фракции в процессе технологических операций.

Примеры реализации изобретения приведены в таблице.

В качестве исходного сырья были использованы: вспученный вермикулит Ковдорского месторождения в исходном состоянии с размером частиц 1-2,5 мм, 5-10 мм; вспученный вермикулит после размола в УДА (универсальном дезинтеграторном агрегате) с размером частиц 0,4-1,5 мм (фракция Ф2) и 0,12-0,36 мм (фракция Ф3); молотый шлак феррохромового производства с размером частиц 0,036-0,072 мм, жидкое стекло (30-ный раствор кремнекислого натрия в воде) и в качестве отвердевающего агента был использован кремнефтористый натрий.

Смеси из указанных компонентов были приготовлены в смесителе в соотношениях, указанных в таблице, после чего проведено формование образцов для определения основных характеристик и элементов теплозащитных конструкций. Образцы и элементы были высушены в сушильном шкафу, извлечены из форм и термообработаны в печи на воздухе при температуре 500 ^oC с целью обеспечения взаимодействия жидкого стекла с отверждающим агентом.

Данные по определению основных характеристик (плотности и теплопроводности) приведены в таблице и свидетельствуют о правильности предложенного технического решения и выбранных интервалов. Теплопроводность материала в предложенном интервале меньше в 1,5-2 раза по сравнению с материалом прототипа и материалами вне заданных пределов.

Предложенный состав материала может найти применение для тепло- и звукоизоляции жилых и производственных помещений, энергетических установок и других объектов, нуждающихся в теплоизоляции.

Экономический эффект от предлагаемого изобретения определяется экономией энергии и теплоизолирующих материалов.

Использование: для изготовления негорючих и коррозионно-стойких тепло - и звукоизолирующих материалов. Сущность изобретения: состав шихты включает, мас. %: вспученный вермикулит и молотый шлак металлургических производств при следующем соотношении компонентов: фракция Ф1 из исходного вермикулита с размером частиц 1-10 мм - основа (60-30); фракция Ф2 из молотого вермикулита с размером частиц от 0,15 до 0,40 от фракции Ф1 - 12-15; фракция Ф3 из молотого вермикулита с размером частиц от 0,15 до 0,40 от фракции Ф2 - 2,5-7,5; фракция Ф4, состоящая из частиц молотого шлака металлургических производств с размером частиц от 0,15 до 0,40 от фракции Ф3 в количестве от 2,5-15; жидкое стекло 13-20; отверждающий агент - 10-12,5. Характеристика: плотность 180-220 кг/м³, теплопроводимость 0,05-0,07 Вт/м.к. 1 табл.

Состав шихты для изготовления высокопористой керамики, содержащей вспученный вермикулит с размером частиц 1 10 мм (фракция Ф1), жидкое стекло и отверждающий агент, отличающийся тем, что в него дополнительно введены молотый вспученный вермикулит (фракция Ф2) с размером частиц 0,15 0,40 от размера частиц фракции Ф1 в количестве 20 50 мас. от фракции Ф1, молотый вспученный вермикулит (фракция Ф3) с размером частиц 0,15 0,40 от размера частиц фракции Ф2 в количестве 20 -50 мас. от фракции Ф2, молотый шлак металлургических производств (фракция Ф4) с размером частиц 0,15 0,40 от размера частиц фракции Ф3 в количестве от 100 200 мас. от фракции Ф3 при следующем соотношении компонентов, мас.

Фракция
Ф1 (основа) 30 60
Ф2 12 15
Ф3 2,5 7,5
Ф4 2,5 15,0
Жидкое стекло 13 20
Отверждающий агент 10,0 12,5е