ОГНЕУПОРНАЯ БЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2005 года по МПК C04B28/06 C04B111/20 C04B35/66 

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для изготовления огнеупорной бетонной футеровки высокотемпературных тепловых агрегатов, преимущественно для футеровки продувочных фурм, погружаемых в жидкий чугун.

Огнеупорная футеровка фурмы должна отвечать повышенным требованиям по механической прочности и термостойкости, обладать низкой теплопроводностью.

Известна огнеупорная масса (А.С. №960141, кл.С 04 В 35/68, 1980) для футеровки фурм, погружаемых в жидкий металл, содержащая ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:

Шамот35-45Кокс металлургический25-35Глина огнеупорная20-30Ортофосфорная кислота5-10

Основным недостатком данной огнеупорной массы является низкая механическая прочность, что обуславливает недостаточный срок службы фурм и требует частичного восстановления футеровки после каждой продувки.

Известна также огнеупорная бетонная смесь, которая содержит, мас.%: тонкомолотый шлак от алюминотермической выплавки металлического хрома 5-20; ультрадисперсный кремнезем 2-10, поверхностно-активное вещество ПАВ 1-2 и огнеупорный заполнитель остальное (П. №2135433, кл. С 04 В 35/66, 1999). Из-за высокой теплопроводности огнеупорной футеровки в процессе продувки происходит прогрев металлоконструкции фурмы, что вызывает интенсивное растрескивание бетона и приводит к преждевременному выходу фурмы из строя.

Наиболее близким к заявленному изобретению составом является состав огнеупорной бетонной смеси (Технологическая инструкция ОАО "ММК" - ТИ-101-0-31-2002, стр.7). Данная бетонная смесь включает, мас.%:

Шамотный заполнитель73,1Высокоглиноземистый цемент18,3Триполифосфат натрия0,3Стальная сечка1,8Вода6,5

Недостатками прототипа являются низкие механическая прочность и термостойкость.

Технической задачей является повышение стойкости футеровки фурм за счет повышения прочности и термостойкости. Указанный технический результат достигается тем, что в состав огнеупорной бетонной смеси, включающей шамотный заполнитель, высокоглиноземистый цемент, триполифосфат натрия, стальную сечку, воду, дополнительно вводится пылевидный кварц при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Высокоглиноземистый цемент15-20Триполифосфат натрия0,3-0,5Пылевидный кварц1-5Стальная сечка2-3Вода6-8Шамотный заполнительостальное

В качестве заполнителя может быть использован шамот в виде двух фракций - 20-3 мм и 3-0 мм при массовом соотношении 30:70.

В качестве пылевидного кварца могут быть использованы продукты пылеулавливания при сушке кварцевого песка. Добавка пылевидного кварца способствует низкотемпературной муллитизации матрицы бетона, благодаря чему повышается механическая прочность бетона и в процессе службы не наблюдается его разупрочнение, которое характерно для традиционных огнеупорных бетонов на гидравлических вяжущих.

Процесс приготовления предлагаемой огнеупорной бетонной смеси заключается в смешивании до однородного состояния высокоглиноземистого цемента с триполифосфатом натрия, пылевидным кварцем, стальной сечкой, шамотным заполнителем и последующем увлажнении.

Авторами выполнены исследования свойств бетонной смеси, изготовленной из вышеперечисленных компонентов в различных соотношениях (составы №2-7, таблица 1) и бетонной смеси по прототипу (состав №1, таблица 1).

Лабораторные образцы были изготовлены методом заливки бетона в металлические разборные формы с последующим уплотнением на вибростенде. Образцы выдерживали в течение трех суток при температуре 20-25°С, а затем термообрабатывали при максимальной температуре 400°С по разработанному графику.

Для оценки качества бетона у образцов определяли следующие показатели:

- предел прочности при сжатии по ГОСТ 10180-90;

- термостойкость по ГОСТ 7875.0-98 - 7875.2-98;

- температуру начала размягчения по ГОСТ 4070-2000.

Чтобы обеспечить надежную работу фурмы и увеличить время ее эксплуатации, огнеупорный бетон для футеровки должен отвечать следующим требованиям:

- предел прочности при сжатии - более 30 Н/мм²;

- термостойкость - более 10 водяных теплосмен;

- температура начала размягчения - не ниже 1380°С.

Качественные показатели образцов представлены в таблице 2. Из данных таблицы 2 следует:

1. Образцы состава №1, в которых содержание компонентов соответствует прототипу, не достигают минимальных показателей по пределу прочности при сжатии и термостойкости.

2. При содержании пылевидного кварца в количестве менее 1% (состав №2) практически не наблюдается изменение свойств бетонных образцов по сравнению с прототипом.

3. Образцы составов №3-5, в которых соотношения компонентов находятся в предлагаемом диапазоне, характеризуются оптимальными показателями прочности, термостойкости и температуры начала размягчения.

4. Увеличение доли пылевидного кварца до 6% (состав №6) приводит к увеличению прочности и термостойкости, но при этом происходит резкое снижение температуры начала размягчения, что вызывает деформацию бетона в службе.

5. При снижении доли цемента до 10% (состав №7) не достигается минимальный показатель предела прочности при сжатии, происходит снижение прочности бетона.

В результате проведенных исследований установлено, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь, отличительным признаком которой является введение в ее состав пылевидного кварца в предлагаемом диапазоне, имеет лучшие результаты по комплексу наиболее важных для службы бетона свойств - пределу прочности при сжатии, термостойкости и температуре начала размягчения. Это обеспечивает получение технического результата - повышение стойкости футеровки фурм.

Важным преимуществом предлагаемой огнеупорной бетонной смеси является использование отходов производства взамен промышленно выпускаемых продуктов.

Таблица 1
Составы бетонов№ составаМассовая доля, %Шамот фракции 20-3 ммШамот фракции 3-0 ммПылевидный кварцЦемент высоко глиноземистыйСтальная сечкаТриполифосфат натрияВода12052-182,00,37,722049,40,5202,00,38,032049,81,0192,00,37,942048,52,5192,00,37,752050,55,0152,00,37,262047,76,0152,00,37,872055,25,0102,00,37,5

Таблица 2
Качественные показатели бетонов№ составаПредел прочности при сжатии, Н/мм²Термостойкость, водяные теплосменыТемпература начала размягчения под нагрузкой,°ССоответствие требуемым техническим характеристикам127,57,01415Не соответствует227,98,51410Не соответствует330,412,51400Соответствует435,915,01400Соответствует547,514,51385Соответствует652,815,01320Не соответствует724,812,01380Не соответствует

Изобретение относится к огнеупорной бетонной смеси, которая может быть использована в черной металлургии для изготовления огнеупорной бетонной футеровки высокотемпературных тепловых агрегатов, преимущественно для футеровки продувочных фурм, погружаемых в жидкий чугун. Технический результат- повышение стойкости футеровки фурм для внепечной обработки жидкого чугуна за счет повышения прочности и термостойкости. Огнеупорная бетонная смесь, включающая шамотный заполнитель, высокоглиноземистый цемент, триполифосфат натрия, стальную сечку, воду, дополнительно содержит пылевидный кварц при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: высокоглиноземистый цемент 15-20, триполифосфат натрия 0,3-0,5, пылевидный кварц 1-5, стальная сечка 2-3, вода 6-8, шамотный заполнитель - остальное, в качестве шамотного заполнителя может быть использован шамот в виде двух фракций - 20-3 мм и 3-0 мм при массовом соотношении 30:70. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Огнеупорная бетонная смесь, включающая шамотный заполнитель, высокоглиноземистый цемент, триполифосфат натрия, стальную сечку, воду, отличающаяся тем, что смесь дополнительно содержит пылевидный кварц при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Высокоглиноземистый цемент 15-20Триполифосфат натрия 0,3-0,5Пылевидный кварц 1-5Стальная сечка 2-3Вода 6-8Шамотный заполнитель Остальное