СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПЕНОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2009 года по МПК C04B38/02 

Область техники

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и, главным образом, к получению жаростойких керамических материалов, предназначенных для применения в промышленном строительстве для теплоизоляции технологического оборудования, эксплуатируемого при высоких значениях температуры (в том числе в вакууме), а также в условиях прямого контакта с открытым пламенем газовых горелок, печей и др.

Уровень техники

Разработанный состав решает ту же задачу создания высокоэффективных жаростойких керамических материалов, работающих в области высоких температур, что и известные технические решения.

Известна огнезащитная композиция "Файрекс-600" [RU №2249569 С1, 10.04.2005], содержащая следующие компоненты, мас.%:

Связующее - жидкое стекло или силикофосфатное связующее55.0-65.0Каолин11.0-13.0Мел6.0-12.0Щелочь0.01-0.50Алюминиевая пудра0.1-0.5Вспученный вермикулит9.0-14.0Зола-унос7.0-9.0

Техническим результатом данного решения является повышение огнестойкости кабельных проходок в строительных конструкциях зданий и сооружений, таких как туннели, для обеспечения распространения по ним пламени.

Недостатком указанного метода является высокая стоимость исходных компонентов, таких, как гидроксид натрия, каолин, завоз которых в другие районы является экономически невыгодным.

Известен способ изготовления огнеупорных изделий на основе корунда, обладающих высокой прочностью и термостойкостью [RU №2245864 C1, 10.02.2005].

Для изготовления огнеупорных изделий на стадии подготовки шихты поверхность сфероидных частиц электрокорундового наполнителя смачивают олеиновой или стеариновой кислотой в количестве 0.5-1.0 мас.% от общего количества фосфатного связующего.

В процессе смешивания вводят мелкодисперсную смесь совместного помола, содержащую следующие компоненты, мас.%:

Al₂O₃47.0-80.0ZrO₂-SiO₂20.0-53.0

Фосфатное связующее в виде ортофосфорной кислоты или фосфата алюминия при содержании компонентов в шихте, мас.%:

Электрокорундовый наполнитель50.0-70.0Мелкодисперсная смесь совместного помола30.0-50.0Фосфатное связующее сверх 100%5.0-10.0

Недостатками указанного метода являются высокая стоимость электрокорунда и цирконового концентрата, высокая температура отжига полученной композиции - 900-1100°С.

Известна композиция для изготовления среднеплотных корундовых огнеупоров плотностью 2760-2810 кг/м³, позволяющая снизить температуру спекания и пористость, а также повысить прочность и термостойкость до 1300°С [RU №2250885 C1, 27.04.2005].

Поставленная задача решена путем создания шихты для изготовления огнеупоров, включающей электрокорунд и фосфатное связующее, причем она содержит электрокорунд, модифицированный легкоразлагающейся добавкой алюминатного состава (нитратом алюминия, формиатом алюминия, бокситом) в количестве 1.0-5.0 мас.%, а в качестве фосфатного связующего - алюмоборфосфатную или алюмохромфосфатную связку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Модифицирующий корунд90.0-93.0Фосфатное связующее7.0-10.0

Недостатками данного метода являются высокая стоимость электрокорунда, высокая плотность образцов ˜2800 кг/м³, высокая температура спекания - 1300°С.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению, т.е. прототипом, является способ получения шихты для изготовления жаростойких пенокерамических материалов [RU №2251540 С1, 10.05.2005]. Способ получения пенокерамических изделий включает перемешивание тонкомолотой глины, наполнителя, фибры, воды и вспенивающего агента, нагревание и обжиг. В качестве фибры используют базальтовое, асбестовое волокно или стекловолокно, в качестве наполнителя - молотое стекло или обожженную при температуре 550-600°С глину, в качестве вспенивающего агента - отдельно приготовленную пену. Дополнительно вводят пластификатор, жидкое стекло, фосфорную кислоту. Соотношение компонентов смеси составляет, мас.%:

Глина46.0-55.0Наполнитель7.8-12.8Жидкое стекло0.07-0.77Фибра0.39-0.43Пластификатор0.13-0.23Фосфорная кислота0.13-0.38Пена2.6-3.8ВодаОстальное

Нагревание изделий при сушке осуществляется при 35-45°С, обжиг - при температуре 940-980°С.

Недостатком данного метода является высокое водопоглощение полученных образцов 28-42%.

Сущность изобретения

Задачей изобретения была разработка шихты для изготовления среднеплотных огнеупоров, позволяющая существенно снизить температуру спекания, повысить прочность и термостойкость, в том числе в вакууме, а также существенно снизить влагопоглощение.

Поставленная задача решена путем создания шихты для изготовления огнеупоров, включающая, мас.%:

Глинистое сырье8-40Фосфатное связующее20-48Пенообразователь0.1-0.35Модифицирующие добавки0.24-40Вода0-5

В качестве глинистого сырья используется в мас.%: тонкомолотая огнеупорная глина марки ПГСОА (ТУ-У-322-7-00190503-086-97, с содержанием Al₂О₃ 35.5%) 8.0-20.0 и/или мертель-шамот (марки МШ-31, ГОСТ 6137-80, с содержанием Al₂О₃ 45%, Fe₂O₃ 2.5%, Na₂CO₃ 0.14%) 0-20.0 и/или мертель-хром (марки МХПВ ТУ 14-8-147-75, с содержанием Mg не менее 55%, Cr₂О₃ не менее 15%, SiO₂ не более 3%, СаО не более 3%) 0-11.0; в качестве фосфатного связующего - ортофосфорная кислота и/или алюмоборфосфатная связка (ТУ 113-08-606-87) 20-48; в качестве пенообразователя - алюминиевая пудра марки ПАП 0.1-0.35; в качестве модифицирующих добавок, по крайней мере, одна из следующих: высокоглиноземистый цемент (ВГЦ ТУ-6-03-339-78, с содержанием Al₂О₃ 70.3%, СаО 28.6%, Fe₂O₃ 0.06%, SiO₂ 0.56%, MgO 0.18%) 0-12.0; Fe₃O₄ 0-6.0; корунд (ГОСТ 24704-81, с содержанием Al₂O₃<95%, Fe₂O₃ не более 0.6%) 0-22.4; оксид кальция 0-1.7; гидроксид алюминия 0-0.1; сажа 0-4.0.

В соответствии с изобретением в способ, включающий изготовление керамического материала, введены новые признаки, а именно:

- в качестве глинистого сырья используется смесь, в мас.%: огнеупорной глины ПГСОА 8.0-20.0 и/или мертель-шамота 0-20.0 и/или мертель-хрома 0-11.0, при этом глина не подвергается предварительному обжигу;

- используется, по крайней мере, одна из следующих модифицирующих добавок, в мас.%: высокоглиноземистый цемент 0-12.0; Fe₃O₄ 0-6.0; корунд 0-22.4; оксид кальция 0-1.7; гидроксид алюминия 0-0.1; сажа 0-4.0.

Выбор оптимальных соотношений компонентов фосфатного связующего, глинистого сырья, пенообразователя, модифицирующих добавок позволяет уменьшить температуру обжига с 980°С по прототипу до 500°С при сохранении высоких пределов прочности при сжатии 3.0-6.0 МПа и значениях коэффициента теплопроводности 0.11-0.20 Вт/м·°С, расширить пределы термической стойкости до 1600-2000°С, в том числе в вакууме, и снизить влагопоглощение материала с 30% по прототипу до 1.5-3.0%.

Состав готовят следующим образом. Отдозированное глинистое сырье подают в шаровую мельницу, где его измельчают и перетирают до дисперсии 0.2-0.3 мм. Сухую шихту после шаровой мельницы подают в бетоносмеситель, куда добавляют отдозированное фосфатное связующее, модифицирующие добавки и воду. Смесь перемешивают до однородной пластичной массы. К полученной массе добавляют отдозированное количество вспенивателя, смесь перемешивают до получения однородной массы, которую затем наносят на поверхность конструкции или заполняют конструкцию.

Формирование керамического материала и его отверждение происходит в две стадии. Первая стадия - вспенивание 6-20 мин и последующее отверждение массы 45-60 мин, вторая - нарастание механической прочности материала до максимального значения в течение 1-2 суток при комнатной температуре. Затем полученный материал подвергается отжигу при 500°С.

В табл.1 приведены возможные примеры составов заявляемых композиций, в табл.2 - зависимость свойств керамики от состава композиции.

Таблица 1Примеры составов заявляемых композицийСодержание компонентов, мас.% Глинистое сырьеМодифицирующие добавкиФосфатное связующееПенообразо ватель AlВодаГлина ПГСОАМертель-шамотМертель-хромFe₃O₄КорундВГЦCaOСажаAl(ОН)₃Н₃PO₄АБФКЗаявляемые составы111,2--4,522,411,01,7--22,423,30,13,4211,0--4,422,011,21,7--46,3-0,13,3314,120,0-6,0-12,0---23,7523,80,35-420,020,0-6,0--1,74,00,146,7-0,1-515,0-11,04,522,4----47,0-0,1-Запредельные составы622,222,2-8,3--0,5 -46,3-0,5-722,3--8,922,2-- --46,50,1-Составы по прототипу^***846(глина) + 12,8 (обожженная глина)------ -0,380,77^*3,8^**35,01* - жидкое стекло** - пенообразователь*** - кроме того - базальтовое волокно 0,41, пластификатор 0,23

Таблица 2Зависимость свойств керамики от состава композицииСвойстваПоказатели для составов1234567прототипСредняя плотность, кг/м³6007601000100086010001270610-720Предел прочности при сжатии, МПа6,05,65,85,95,64,54,63,0-5,6Водопоглощение, %1,51,51.51,41,52,03,028,0-43,0Коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С0,120,130,140,130,120,150,160,13-0,18Термостойкость, °С2000200019502000195018001700 Термостойкость в вакууме, °С1300-17001300-17001300-17001300-17001300-1700Не выдерживаетНе выдерживаетНе выдерживаетПористость, %54,042,057,046,043,043,043,0-

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и, главным образом, к получению жаростойких керамических материалов, предназначенных для применения в промышленном строительстве для теплоизоляции технологического оборудования, эксплуатируемого при высоких значениях температуры (в том числе в вакууме), а также в условиях прямого контакта с открытым пламенем газовых горелок, печей и др. Техническим результатом изобретения является снижение температуры спекания и влагопоглощения, повышение прочности и термостойкости изделий. Состав для изготовления жаростойкого керамического материала включает фосфатное связующее, глинистое сырье, пенообразователь, модифицирующие добавки и воду, при следующем соотношении компонентов в мас.%: глинистое сырье - 8,0-40,0; фосфатное связующее - 20,0-48,0; пенообразователь - 0,1-0,35; модифицирующие добавки - 0,24-40,0; вода - 0-5,0. В качестве глинистого сырья используется в мас.%: тонкомолотая глина ПГСОА - 8,0-20,0 и/или мертель-шамот - 0-20,0 и/или мертель-хром - 0-11,0; фосфатное связующее - ортофосфорная кислота и/или алюмоборфосфатная связка - 0-48,0; пенообразователь - алюминиевая пудра марки ПАП - 0-0,35; модифицирующие добавки: высокоглиноземистый цемент - 0-12,0; Fe₃O₄ - 0-6,0; корунд - 0-22,4; оксид кальция - 0-1,7; гидроксид алюминия - 0-0,1; сажа - 0-4,0. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Состав для изготовления жаростойкого керамического материала, включающий фосфатное связующее, глинистое сырье, пенообразователь, модифицирующие добавки и воду, отличающийся тем, что он содержит указанные компоненты в следующих количествах, мас.%:

глинистое сырье8,0-40,0фосфатное связующее20,0-48,0пенообразователь0,1-0,35модифицирующие добавки0,24-40,0вода0-5,0,

причем в качестве глинистого сырья используется тонкомолотая глина ПГСОА 8,0-20,0 и/или мертель-шамот 0-20,0 и/или мертель-хром 0-11,0; в качестве фосфатного связующего - ортофосфорная кислота и/или алюмоборфосфатная связка; в качестве пенообразователя - алюминиевая пудра марки ПАП; в качестве модифицирующих добавок, по крайней мере, одна из следующих: высокоглиноземистый цемент 0-12,0; Fe₃O₄ 0-6,0; корунд 0-22,4; оксид кальция 0-1,7; гидроксид алюминия 0-0,1; сажа 0-4,0.