ОГНЕУПОРНАЯ БЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2008 года по МПК C04B35/66 C04B35/101 

Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий, выполнению монолитных футеровок различных высокотемпературных агрегатов в металлургии и других отраслях промышленности.

Известен огнеупор, включающий огнеупорный наполнитель, в качестве связующего используют глиноземистый цемент, тонкодисперсный Al₂О₃, SiO₂, добавку MgO, дефлокулянт (Патент ГДР №267387, МКИ С04В 35/66, 1987). Недостатком этого бетона являются невысокие высокотемпературная прочность и температура применения (около 1450°С).

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является огнеупорная бетонная смесь, содержащая огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия, в качестве связующего - комплекс тонкодисперсных материалов, включающий Al₂O₃ или смесь Al₂О₃ и SiO₂ фр.6-0,1 мкм, высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент, оксид магния или алюмомагнезиальную шпинель фр.<20 мкм, дефлокулянт при следующем соотношении компонентов, мас.%: огнеупорный заполнитель фр.7-3 мм 25-45, фр.3-1 мм 15-35, фр.1-0 мм 20-45, Al₂О₃ или смесь Al₂О₃ и SiO₂ фр.6-0,1 мкм 2-25, высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент фр.<40 мкм 2-8, MgO или алюмомагнезиальная шпинель фр.<20 мкм 5-15, дефлокулянт 0,1-1,5 (Патент РФ №2140407, МКИ С04В 35/66, 1999).

Недостатком этой бетонной смеси является присутствие тонкодисперсного оксида магния, который склонен к гидратации, а это приводит к взрывному растрескиванию футеровки в процессе ее сушки и снижению термостойкости.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение термостойкости, снижение открытой пористости и расширение ассортимента используемых огнеупорных заполнителей без изменения тонкодисперсной матрицы.

Решение проблемы достигается в результате использования огнеупорной бетонной смеси, содержащей в качестве огнеупорного заполнителя - корунда, или муллитокорунда, или андалузита и алюмомагнезиальную шпинель, комплексное тонкодисперсное связующее, включающее матрицу и высокоглиноземистый цемент, а также пластификатор и дополнительно диспергирующий глинозем при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Огнеупорный заполнительфр.6-3 мм20-25 фр.3-1 мм13-25 фр.1-0 мм8-20Алюмомагнезиальная шпинельфр.0,5-0 мм10-20Высокоглиноземистый цементфр.<0,045 мм2-8Меламиновый или поликаброксилатный пластификатор 0,045-0,07 (сверх 100%)Диспергирующий глинозем фр.<0,0075 мм0,2-0,4 (сверх 100%)а тонкодисперсная матрицафр.<0,063 мм15-30

включает корунд фр.<0,063 мм в количестве 35-40 мас.%, реактивный глинозем фр.<0,005 мм 35-40 мас.% и алюмомагнезиальную шпинель фр.<0,063 мм 30-20 мас.%.

Кроме того, в смесь дополнительно вводят органическое волокно в количестве 0,02-0,05 мас.% (сверх 100%).

Использование органического волокна в огнеупорной бетонной смеси ускоряет и облегчает процесс удаления влаги во время термообработки и обжига, таким образом, уменьшается напряжение и риск растрескивания и разрыва бетона. В качестве органических применяют полиакрилонитриловые, полиэтиленовые, полиамидные и полипропиленовые волокна, но при этом длина волокон должна быть не более 6 мм, а их диаметр не более 25 мкм. Более длинные волокна ухудшают кладочные свойства. Применение волокон диаметром свыше 25 мкм приводит к увеличению диаметра пор в бетоне при термообработке и, соответственно, снижению прочности. Использование в предлагаемой огнеупорной бетонной смеси, например, органического волокна в количестве 0,02-0,05% (сверх 100) является оптимальным и способствует повышению термостойкости, характеризуемой числом теплосмен до появления трещин.

В качестве пластификатора в предлагаемой шихте используют меламиновый или поликарбоксилатный пластификаторы.

Принцип действия пластификаторов - электростатическое диспергирование. Кроме того, поликарбоксилатные пластификаторы имеют стерическую структуру полимера, характеризующуюся длинными боковыми цепями. При стерической стуктуре вокруг цементных зерен образуется абсорбционный слой, который приводит к снижению внутреннего трения. За счет действия сил электростерического отталкивания разрушаются агломераты минеральных частиц, что способствует выходу воды, попавшей в агломераты.

В предлагаемой огнеупорной бетонной смеси вяжущая система является полидисперсной и наряду с высокоглиноземистым цементом содержит матрицу, представляющую собой тонкодисперсные компоненты: корунд фр.<0,063 мм в количестве 35-40 мас.%, реактивный глинозем фр.<0,005 мм в количестве 35-40 мас.% и алюмомагнезиальную шпинель фр.<0,063 мм 30-20 мас.%. Указанная вяжущая система включает тонкодисперсные материалы, характеризующиеся низкотемпературным (до 1000-1100°С) упрочнением. Применение высокоглиноземистого цемента, содержащего не менее 70% Al₂О₃, не более 25% СаО, в количестве 2-8 мас.% в составе комплексного тонкодисперсного связующего для огнеупорной бетонной смеси является оптимальным. Такое количество высокоглиноземистого цемента обеспечивает при минимальном содержании СаО в бетонной смеси прочность, уменьшает влажность смеси.

Использование в комплексном тонкодисперсном связующем матрицы, содержащей Al₂O₃ не менее 92%, MgO не менее 6,0%, Fe₂О₃ 0,4%, способствует улучшению реологических свойств и получению формовочной системы с очень низкой (5%) влажностью. Применение тонкодисперсной матрицы в количестве 15-30 мас.% в составе огнеупорного бетона позволяет уменьшить содержание высокоглиноземистого цемента до 2-8 мас.% и в конечном итоге получить высокие значения термостойкости. Введение в матрицу реактивного глинозема, который представляет собой ультрадисперсный материал (размер частиц <5 микрон), в количестве не менее 35%, корунда фр.<0,063 мм 35-40 мас.% и алюмомагнезиальной шпинели фр.<0,063 мм 35-40 мас.% является оптимальным. Поскольку с одной стороны происходит уменьшение содержание высокоглиноземистого цемента в смеси за счет введения тонкодисперсной матрицы - материала с увеличенной удельной поверхностью и, следовательно, с реакционной способностью частиц, которые активнее вступают в гидратацию. С другой стороны, при росте продуктов гидратации наблюдается резкое падение пластифицирующего эффекта. Поэтому в смесь вводится добавка пластификатора 0,045-0,07 мас.% (сверх 100%).

Для регулирования процессов схватывания и укладки используется диспергирующий глинозем.

Применение меламинового или поликарбоксилатного пластификатора при оптимально подобранном зерновом составе дает эффект разжижения смеси и последующее тиксотропное структурообразование при условиях низкой объемной доли жидкости и достаточной гидратации высокоглиноземистого цемента, что в свою очередь позволяет получить монолитные футеровки за сравнительно короткое время.

Подобранный зерновой состав, а именно, использование крупнозернистой составляющей (огнеупорный заполнитель фр.6-3 мм 20-25 мас.%, фр.3-1 мм 13-25 мас.%, фр.1-0 мм 8-20 мас.%) и введение мелкозернистой составляющей (алюмомагнезиальной шпинели фр.0,5-0 мм в количестве 10-20 мас.%), его распределение в предлагаемой бетонной смеси снижает пористость при формовании.

Введение алюмомагнезиальной шпинели в смесь обусловлено еще и тем, что шпинель имеет повышенную устойчивость к воздействию металла, металлургических шлаков, устойчивость к воздействию переменной окислительно-восстановительной атмосферы в тепловых агрегатах. Высокая термостойкость шпинели характеризуется низким коэффициентом термического расширения и высокой теплопроводностью.

Примеры реализации изобретения

Приготовление массы для образца №1 осуществляют в смесителе периодического действия: электрокорунд фракции 6-3 мм в количестве 25 мас.%, фракции 3-1 в количестве 13 мас.% и фракции 1-0 в количестве 8 мас.%, алюмомагнезиальная шпинель фракции 0,5-0 мм в количестве 20 мас.%, тонкодисперсная матрица в количестве 30 мас.%, высокоглиноземистый цемент фракции менее 45 мкм в количестве 4 мас.%, суперпластификатор поликарбоксилатный 0,045 мас.% (сверх 100%) и диспергирующий глинозем ADS1 0,2 мас.% (сверх 100%) смешивают в сухом виде в течение 2-3 минут, добавляют воду в количестве 5-6 мас.% (сверх 100%) и перемешивают в течение 4-5 минут.

Приготовление массы для образцов №2 и №3 аналогично, а для образца №4 в смеситель дополнительно вводят полипропиленовое волокно марки "Polysteen cut F-0782" в количестве 0,035 мас.% (сверх 100%), затем все компоненты смешивают в сухом виде в течение 1-2 минут, добавляют воду в количестве 5 мас.% (сверх 100%) и перемешивают в течение 4-5 минут.

Полученной массой заполняют формы без применения вибрации, в которых она находится до полного затвердевания. После извлечения изделий из форм они выдерживаются в естественных условиях до 5 суток. Затем изделия подвергаются термообработке при 1300°С.

В остальных примерах приготовление смеси осуществляется аналогично, но формование образцов производится с применением минимальной вибрации.

На образцах определяли предел прочности при сжатии (ГОСТ 4070.1-00), открытую пористость (ГОСТ 2409-95), термостойкость (ГОСТ 7875.0-94).

Использование бетонной смеси на месте у потребителя производят следующим образом: готовая сухая смесь подается в смеситель периодического действия, перемешивается в течение 1-2 минут насухо, затем добавляется необходимое количество воды (˜6% сверх 100% массы). Полученной массой производится футеровка или ремонт металлургического агрегата.

В таблице 1 приведены составы смесей и физико-механические свойства образцов.

Таблица 1Наименование компонентаСодержание компонентов в составах, %Состав №1Состав №2Состав №3Состав №4Прототип123456Корунд, сод. Al₂O₃>98% фр.7-3 мм----35Корунд, сод. Al₂O₃ не менее 98,8% фр.6-3 мм25--22-Корунд, сод. Al₂O₃ не менее 98,8% фр.3-1 мм13--1526Корунд, сод. Al₂O₃ не менее 98,8% фр.1-0 мм8--1020Шамот, сод. Al₂O₃ не менее 78% фр.6-3-25---Шамот, сод. Al₂O₃ не менее 78% фр.3-1-15---Шамот, сод. Al₂O₃ не менее 78% фр.1-0-20---Андалузит, сод. Al₂O₃ не менее 57,6% фр.6-3--30--Андалузит, сод. Al₂O₃ не менее 57,6% фр.3-1--15--Андалузит, сод. Al₂O₃ не менее 57,6% фр.1-0--10--Ультрадисперсный порошок фр.6-0,1 мкм----11Алюмомагнезиальная шпинель фр.0,5-0 мм20151521-Алюмомагнезиальная шпинель фр.<20 мкм----5Тонкодисперсная матрица30202228-ВГЦ45842Пластификатор0,0450,070,070,0451,0Органическое волокно---0,035-Диспергирующий глинозем0,20,40,40,2-Предел прочности при сжатии, МПа9085609180Открытая пористость, %2120192022Термостойкость, т/см (1300°С-вода)30271003425

Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий, выполнению монолитных футеровок различных высокотемпературных агрегатов в металлургии и других отраслях промышленности. Огнеупорная бетонная смесь для изготовления низкоцементного огнеупорного бетона содержит, мас.%: огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия фр.6-3 мм 20-25, фр.3-1 мм 13-25, фр.1-0 мм 8-20 и алюмомагнезиальную шпинель фр. 0,5-0 мм 10-20, меламиновый или поликарбоксилатный пластификатор 0,045-0,07 (сверх 100%), тонкодисперсную матрицу фр.<0,063 мм 15-30 и высокоглиноземистый цемент фр.0,045 мм 2-8, дисперсный глинозем фр.0,0075 0,2-0,4 (сверх 100%). В качестве тонкодисперсной матрицы смесь содержит, мас.%: корунд фр.<0,063 мм 35-40, реактивный глинозем фр.<0,005 мм 35-40 и алюмомагнезиальную шпинель фр.<0,063 мм 30-20. Огнеупорная бетонная смесь дополнительно содержит органическое волокно 0,02-0,05 мас.% (сверх 100%). Технический результат - повышение термостойкости и снижение открытой пористости. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Огнеупорная бетонная смесь для изготовления низкоцементного огнеупорного бетона, включающая огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия, комплексное тонкодисперсное связующее и пластификатор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит диспергирующий глинозем, алюмомагнезиальную шпинель фр.0,5-0 мм, в качестве комплексного тонкодисперсного связующего используют тонкодисперсную матрицу фр. менее 0,063 мм и высокоглиноземистый цемент, меламиновый или поликарбоксилатный пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Огнеупорный заполнитель фр.6-3 мм20-25фр.3-1 мм13-25фр.1-0 мм8-20Алюмомагнезиальная шпинель фр.0,5-0 мм10-20Высокоглиноземистый цемент фр.<0,045 мм2-8Пластификатор0,045-0,07 (сверх 100%)Диспергирующий глинозем фр.<0,0075 мм0,2-0,4 (сверх 100%)Тонкодисперсная матрица фр.<0,063 мм15-30

включает корунд фр.<0,063 мм 35-40 мас.%, реактивный глинозем фр.<0,005 мм 35-40 мас.% и алюмомагнезиальную шпинель фр.<0,063 мм 30-20 мас.%.