СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ОГНЕУПОРНОЙ МАССЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК C04B35/66 

Изобретение относится к области производства огнеупоров и масс для футеровки элементов тепловых агрегатов металлургии, теплоэнергетики, химии и других отраслей промышленности и может быть использовано для изготовления монолитной наливной футеровки для защиты агрегатов от воздействия высоких тепловых, термических и других нагрузок.

Футеровка является одним из основных элементов защиты тепловых агрегатов от разрушительного воздействия на них высоких тепловых и термических нагрузок, абразивного воздействия потока твердых частиц, от химического воздействия при эксплуатации в агрессивных средах.

Основной причиной выхода из строя футеровки является возникновение сквозных трещин и пор. Одним из факторов образования трещин является наличие физически и химически связанной влаги, повышающей пористость и снижающей прочность и, как следствие, стойкость футеровки.

Необходимо иметь надежную массу для изготовления футеровки с высокой стойкостью и длительным сроком службы, которую можно было бы изготовить и использовать в условиях действующего производства в зависимости от времени готовности массы к работе, места ее применения, агрессивности среды и условий эксплуатации.

Известны составы растворов, огнеупорных жаростойких бетонов на основе вяжущих цемента, жидкого стекла натриевого, отвердителей [И.А.Шишков, А.А.Айзенберг, В.И.Бельский и др. Сооружение промышленных печей. М., Стройиздат, 1978 г., с.64-85].

Недостатком таких бетонов является значительный рост или усадка при максимальной температуре применения, предрасположенность к трещинообразованию, сравнительно невысокая температура применения, большая потеря прочности с повышением температуры.

Известен способ изготовления массы для футеровки индукционных печей, содержащей тонкомолотый магнезит, шамотный порошок, шамотный щебень, жидкое стекло натриевое, кремнефтористый натрий, глинозем, высоглиноземистый цемент (ВГЦ) [Авторское свидетельство СССР №356266, МПК С04В 35/68, 23.10.1972 г.].

Недостатком футеровки, изготовленной по такому способу, является ее высокая степень смачиваемости жидким металлом и проникновение его в поры и трещины футеровки, а также значительная объемная усадка при сушке, что приводит к ее значительному расслаиванию и сокращению срока службы футеровки.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ изготовления изделий из огнеупорной массы, включающий смешивание в мас.%: элетрокорунда фракции до 7 мм - 36-69, высокоглиноземистого цемента - 7-16, тонкодисперсного корунда - 14-24, карбида кремния - 13-27 и пластифицирующей добавки - 0,03-0,55, добавление воды, заливку в формы и твердение [Патент РФ №2239612, МПК С04В 35/101, С04В 35/66, 10.11.2004].

Недостатками известного способа являются невозможность использования для быстрого изготовления и применения массы и изделия из нее в условиях действующего производства, связанные с длительностью времени от начала изготовления до окончания затвердевания и получения готового изделия.

Техническим результатом изобретения является увеличение срока службы футеровки за счет повышения прочности и износостойкости огнеупорной массы как при затвердевании в естественных условиях, так и при высоких температурах, отсутствие усадки и роста при затвердевании при высоких температурах, хорошая проникающая способность и отсутствие трещин, быстрая схватываемость и затвердевание и возможность использования в действующем производстве при высоких температурах в экстремальных ситуациях при сохранении эксплуатационных свойств.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающем смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент, полностью или частично потерявший свою активность - 18-26 мас.%, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 45-60 мас.%, в качестве добавок - жидкое стекло 20-24 мас.% и отвердитель 2-6 мас.%, а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающем смешивание компонентов и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент полностью или частично потерявший свою активность - 33-35 мас.%, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 25-29 мас.%, в качестве добавок - жидкое стекло 20-24 мас.% и отвердитель 2-6 мас.%, после смешивания осуществляют полусухое торкретирование, а затвердевание - при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающем смешивание компонентов и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность - 33-35 мас.%, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 25-29 мас.% и асбест хризотиловый №5 8-13 мас.%, в качестве добавок - огнеупорную глину 2-4 мас.%, жидкое стекло 20-24 мас.% и отвердитель 2-6 мас.%, после смешивания осуществляют полусухое торкретирование, а затвердевание при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающем смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность 34-38 мас.%, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 2-4 мас.%, асбест хризотиловый №5 15-20 мас.% и керамзит 15-20 мас.%, в качестве добавок - огнеупорную глину 2-4 мас.%, жидкое стекло 20-25 мас.% и отвердитель 2-6 мас.%, а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент и воду, включающем смешивание компонентов, помещение огнеупорной массы в форму и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность - 21-23 мас.%, дополнительно набивную массу 65-67 мас.%, воду 10-12 мас.%, помещение огнеупорной массы в форму осуществляют набивкой, а затвердевание - при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей заполнитель, высокоглиноземистый цемент, добавку и воду, включающем смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, согласно изобретению используют в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 73-76 мас.% и в качестве добавки - высокоглиноземистый цемент, полностью или частично потерявший свою активность 7-8 мас.%, высокоглиноземистый цемент 7-8 мас.%, воду 10-11 мас.%, а затвердевание - при тепловой обработке.

Использование в изготовлении огнеупорных масс ВГЦ-1, с течением времени частично потерявшего свою активность в естественных условиях, приводит к возникновению эффекта тройного действия: двух одновременно протекающих процессов и с течением времени разновременное частичное восстановление своей утраченной ранее активности.

Наличие температуры одно из условий работы такой композиции.

В таблице 1 представлены физико-механические показатели ВГЦ-1 согласно ГОСТ 969-91.

Таблица 1Предел прочности при сжатии через 3 суток, МПаСроки схватыванияНачало, минКонец, ч35,0не ранее 30не позднее 12

Согласно изобретению старый высокоглиноземистый цемент со сроком выдержки 8÷12 месяцев и больше подвергали испытаниям в соответствии с НТД на этот вид цемента для определения потери или сохранения им своих первоначальных свойств.

Добавка из высокоглиноземистого цемента стала таковой только после проведения этих испытаний.

Установлено следующее.

- Начало схватывания наступило через 3 часа после затворения, конец схватывания - через 5 часов 50 минут.

- Предел прочности при сжатии через сутки после затворения и выдержки в воде определить не удалось, т.к. растворенная смесь не затвердела и при распалубке образец - балочка сломалась.

Две оставшиеся балочки в металлической форме были поставлены в пропарочную камеру и после тепловой обработки при 70°С были испытаны. Предел прочности составил в среднем 40 МПа (40,78 кг/см). Деструктивных явлений не отмечено. Предел прочности при сжатии через трое суток твердения в воде - 49,5 МПа (504,1 кг/см²). При выдержке образцов - балочек в естественных условиях в течение одних суток набора прочности не произошло. При прикосновении руками образцы разрушились.

На основании изложенного выше, данный цемент имеет значительные отклонения по времени затвердевания и набора прочности в первые сутки и не отвечает эксплуатационным требованиям по этому показателю.

В результате потери с течением времени своих первоначальных качеств, которые цемент имел, он не может быть использован по своему прямому назначению. Добавляя такой цемент, как тонкомолотую добавку в предлагаемую массу, которая сама по себе уже является огнеупорным жаростойким бетоном с определенными физико-механическими свойствами, и ее используем как носитель добавки из цемента, в стадии изготовления и доставки массы в формы в месте использования, а затем при прохождении в ней процессов затвердевания, протекающих в жидком связующем с отвердителем с образованием затвердевшего камня, используем как форму, в которой добавка из цемента, при воздействии на форму температуры и создания паровлажной среды из влаги, содержащейся в затвердевшем камне, вновь приобретает свойства гидратации и гидролиза, интенсифицирующего процесс гидравлического затвердевания цемента с восстановлением утраченных им прочностных свойств в естественных условиях, усиливая служебные физико-механические свойства массы, которая является (стала) ее носителем и формой.

Химический состав используемого ВГЦ-1 представлен в таблице 2.

Таблица 2№ пробы, выпускаСодержание оксидов элементов, % Al₂O₃Fe₂O₃СаОВысокоглиноземистый цемент65,01,4331,5

Для оценки влияния ВГЦ-1 на свойства огнеупорной массы, а именно изменения активности цемента до полной ее потери, отслеживали в течение нескольких месяцев, подвергая испытаниям пробы цемента в полном соответствии с научно-технической документацией с целью выявления у них свойств, которые ранее были получены при испытании ВГЦ-1.

В результате этих испытаний прослеживается тенденция потери с течением времени ВГЦ-1 своей активности, потеря прочности при изгибе и при сжатии в естественных условиях.

Так, проведенные испытания ВГЦ-1 показали снижение активности цемента с 21,0% и 16,9% до 100%, потери прочности при сжатии с 27,8 МПа и 29,1 МПа, до отсутствия прочности при сжатии в естественных условиях.

Последняя проба была испытана по ГОСТ 10178-85^* «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия».

После пропарки через сутки после затворения предел прочности при сжатии составил 29,4 МПа, через 28 суток - 59,4 МПа.

Такой цемент может быть использован в производстве с учетом выявленных свойств. Одновременно был исследован химический состав испытанного цемента.

Химический состав испытанного цемента представлен в таблице 3.

Таблица 3МатериалСодержание оксидов элементов, %Al₂О₃Fe₂O₃CaOВысокоглиноземистый цемент (ВГЦ-1)66,40,7321,5

Примеры использования

Пример 1.

Согласно изобретению добавку из ВГЦ-1, старый цемент со сроком выдержки 8-12 месяцев и больше, подвергали испытаниям для определения физико-механических показателей. Было установлено следующее: начало схватывания наступило через 3 часа после затворения, конец схватывания - через 5 часов 50 минут, предел прочности при сжатии определить не удалось, т.к. при распалубке образец - балочка сломалась. Из чего следует, что данный цемент полностью потерял свои прочностные свойства и не может быть использован по своему прямому назначению.

Данный цемент использовали для приготовления огнеупорной массы, которая была использована в качестве керамической латки на летке доменной печи. Компонентный состав использованных масс приведен в таблице 4.

Таблица 4№ составаМуллито-корундовая смесь, %ВГЦ-1, %Жидкое стекло, %Отвердитель, %Натрий кремнефтористыйФеррошлак1.62,517190,750,752.601820113.5420233-4.52,52221,5-45.5123215-6.472522337.452624-58.4127253,53,5

Суть операции состояла в следующем. Восстановление частично сгоревшей футеровки венчика, заполнение и замещение пустот от сгоревшей металлической рамы летки проводились в условиях действующей печи, не останавливая производство. Были изготовлены шаблоны, повторяющие контуры рамы летки и футеровки венчика, и приварены к остаткам существующей рамы, а пространство между рамой летки и кожухом печи зашито металлическим листом с образованием емкости, сообщающейся с рамой летки и футеровкой венчика.

В эту емкость заливали приготовленную массу, которая заполнила все пустоты в раме летки и футеровке венчика с глубиной ее проникновения по сгоревшей раме летки около 700 мм. Залитая емкость становится дополнительной керамической защитой района летки и кожуха печи.

После схватывания массы шаблоны и лист удалялись, проводились необходимые операции для подготовки летки к работе. Затем схватившуюся массу снаружи прогревали слабым пламенем горелки с температурой не выше 70°С в течение 1-2 часа с внутренней стороны, со стороны кожуха печи на керамическую латку воздействовало тепло печи с температурой приблизительно 50°С.

С течением времени в массе идет процесс полимеризационного твердения жидкого стекла с отвердителем и переходом в нерастворимое состояние с образованием связанного пространства в затвердевшей массе.

Далее в процессе проникновения массы вглубь кладки горна доменной печи температурное воздействие на нее повышается. Под воздействием температуры и паровлажной среды, возникающей как в самой массе, так и вокруг нее, в затвердевшей массе происходит процесс гидравлического твердения цемента. Уплотнение массы происходит за счет естественной вибрации доменной печи при ее работе.

При затвердевании и в процессе работы керамическая латка не дала трещин, не разрушилась от смены воздействия на нее механических ударов, воздействия воды и высокой температуры (1500°С), от исходящего от летки жидкого чугуна.

Из различных частей керамической латки были отобраны образцы и изготовлены пробы для исследования физико-механических свойств огнеупорной массы. Результаты испытаний представлены в таблице 5.

Таблица 5№ составаПредел прочности, Н/мм²Открытая пористость, %Кажущаяся плотность, г/см³1.26,5024,41,972.44,521,82,003.42,522,21,994.44,522,21,995.56,422,02,346.50,718,72,397.52,423,62,208.37,023,42,32

Как видно из таблицы 5, применение ВГЦ-1, полностью потерявшего свою активность в естественных условиях, в составе огнеупорной массы (варианты 2-7) восстанавливает ее, придавая массе высокие прочностные свойства цемента, входящего в ее состав.

Согласно методике определения восстановления активности цемента при 70°С и воздействии паровлажной среды следует, что пробы с пределами прочности (Н/мм²) 50,7; 56,4; 44,5 находились в таких же условиях, что и цемент при восстановлении своих первоначальных свойств.

Пробы от оставшихся образцов от керамической латки были отправлены на исследования физико-механических показателей при воздействии на них различных температурных режимов. Две пробы Iа, Iб и две пробы IIIб, IIIв - изготовлены из образцов керамической латки, были подвергнуты вторично сушке при температуре 100°С и выдержке в печи в течение 32 часов, после этого пробы Iа и IIIб были извлечены из печи и прошли процесс остывания в естественных условиях до комнатной температуры, затем испытаны на предел прочности при сжатии. Пробы Iб и IIIв снова подвергли сушке и дальнейшему обжигу в печи до температуры 800°С со скоростью подъема температуры 75°С/час до 300°С; 120°С/час до 800°С, и выдержке 3 часа.

Определение свойств образцов производили по стандартным методикам. Все пробы были подвергнуты различным физико-механическим испытаниям. Результаты испытаний представлены в таблице 6.

Таблица 6Физико-термические свойства массыИндекс пробыПредел прочности при сжатии пробы после сушки при Т=100±5°С в течение 32 часов кгс/см², R100Предел прочности при сжатии после обжига при Т=800°С кгс/см², R800Остаточный предел прочности при сжатии R_ост, %Выдержка над водой в течение 7 суток после обжигаIа233,0 82,0Трещин нетIб 191,1IIIб334,8 89,6Трещин нетIIIв 299,9

Остаточный предел прочности при сжатии определяли по формуле:

R_ост=(R800/R100) 100%,

где R800 и R100 - пределы прочности при сжатии проб соответственно после нагревания до 800°С и высушенных при 100°С±5°С кгс/см².

Результаты проведенных испытаний приведены ниже:

R_ост, % проб:

Iа, Iб - 82; IIIб, IIIв - 89,57.

Исследования показали, что процесс затвердевания проб керамической латки с пределами прочности 50,7; 56,4; 44,5 Н/мм² проходил в пределах температур 70°С. Пробы из керамической латки, таблица 6, были подвергнуты сушке, проба Ia - предел прочности 233,0 кгс/см² и IIIб- 334,0 кгс/см², и обжигу, проба Iб - предел прочности 191,1 кгс/см² и IIIв - 299,9 кгс/см². Результаты показали, что снижение предела прочности у таких проб, отверждение которых проходило в необходимых условиях, после последующего обжига происходит незначительно, без образования трещин.

Для сравнительной оценки влияния цемента, потерявшего полностью свою активность в естественных условиях, на физико-механические свойства массы были проведены исследования по воздействию на массу различных температурных нагрузок, горячих воздушных потоков при Т=1200°С, влиянию на прочность прямого и косвенного воздействия теплового потока, влиянию недостатка влаги и времени на формирование процессов затвердевания: полимеризации и гидратации, к каким последствиям приводит обезвоживание массы и прямое воздействие на нее открытого пламени.

Из проведенных исследований следует, что введение в состав массы цемента с полной потерей своей активности в естественных условиях и нахождение ее в условиях, позволяющих восстанавливать свою активность, привело к возникновению эффекта двойного действия - двух разновременно протекающих процессов: полимеризационного твердения смол - проявление процесса гидратации, которые:

- обеспечивают повышение прочности масс в 1,5-2 раза;

- способствуют увеличению ее остаточной прочности после термообработки до 800°С;

- обеспечивают снижение остаточной влаги в массе и исключают трещинообразование как в естественных условиях, так и при высоких температурах.

Однако нарушение условий восстановления активности ВГЦ-1, к которым относится выдержка массы в сушильной камере при температуре 45°С или длительное воздействие на нее пламени горелки сразу после отверждения, способствует:

- удалению остаточной влаги из массы, так необходимой для процесса гидратации добавки из цемента;

- выводу из работы и перехода ВГЦ снова в разряд цементов;

приводит:

- к протеканию только одного процесса полимеризационного твердения смол;

- к снижению прочностных свойств;

- к переводу огнеупорной массы в разряд тяжелых жаростойких бетонов на основе жидкого стекла.

Огнеупорные массы предложенного состава используются для наливки футеровки шиберов горячего дутья, деталей фурменных приборов - патрубков, колен, сопел, наливки керамического стаканчика внутри воздушной фурмы или изготовления для этих целей керамической вставки различного сечения, наливки венчика и футляра на летках доменных печей, заливки зазора между кладкой горна и леткой, периодически проводятся восстановления разрушенных или изношенных футеровок нижних раструбов граммофонов, набивных колен, патрубков наливной массой на коротких остановках доменных печей, применяют ее в экстремальных и аварийных ситуациях для замещения сгоревших или разрушенных футеровок или других элементов доменных печей.

В процессе промышленных испытаний и эксплуатации огнеупорной массы проявились такие ее свойства, как:

- повышенная подвижность;

- пластичность на начальных этапах приготовления и последующей работы с ней;

- удобоукладываемость, способность затекания и заполнения трещин, пустот и т.д.;

- возможность регулирования сроков твердения;

- водонепроницаемость;

- уменьшение или отсутствие усадки при повышении температуры при твердении;

- хорошая прилипаемость к металлическим поверхностям;

- износостойкость;

- снижение затрат времени при ее использовании в отличии от обычных способов футеровки;

- возможность применения ее в экстремальных и аварийных ситуациях.

Пример 2.

В последнее время для решения задач по защите кожуха купола доменной печи от постоянных тепловых нагрузок, восстановлению футеровки тепловой защиты самого купола обортовки монтажного люка и его крышки использовали огнеупорную массу.

К использованию масс заявленных составов способствовало то, что проектная тепловая защита купола, состоящая из муллито-кремнеземистых плит МКРП-340, металлической сетки с нанесенным на нее слоем торкрет-бетона на основе глиноземистого цемента, шамотного порошка, асбеста хризотилового №7, воды - все это дополнительно было защищено нержавеющими плитами - простояла всего 2 года, и то, что восстановление проектной защиты на работающей печи - трудновыполнимая задача.

Были изготовлены два варианта образцов торкрет-масс: пять образцов с использование огнеупорной глины и шесть образцов - без нее. Формирование структуры которых происходило как в естественных условиях, так и под воздействием температуры в течение нескольких дней. Компонентный состав образцов представлен в таблице 7.

Таблица 7№ составаМуллито-корундовая смесь, %Асбест хризотиловый №5, %ВГЦ-1, %Огнеупорная глина, %Жидкое стекло,%Отвердитель, %Натрий кремнефтористыйФеррошлак1.3014361181-2.291333320-23.2610344224-4.25835224335.21732525556.31737-187-7.29835-226-8.281334-20-59.251233-243310.271335-231111.241532-28-1

Образцы отправлены в лабораторию на определение механической прочности, пористости и кажущейся плотности. Результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8№ составаПредел прочности, Н/мм²Открытая пористость, %Кажущаяся плотность, г/см³1.8,247,11,572.9,546,31,583.10,146,51,564.9,846,81,555.7,847,31,616.13,942,11,787.14,740,51,678.15,140,11,639.14,840,41,6510.14,940,21,6211.14,141,91,87

По результатам анализа физических свойств, и ссылаясь на теорию следует, что присутствие в массе асбеста с добавкой ускорителя затвердевания увеличивает прочность, повышает термостойкость и адгезивную способность теплоизоляционных материалов, а муллито-корундовая смесь увеличивает прочностные свойства на сжатие и изгиб.

Также в лабораторию были представлены две металлические пластинки с нанесенным на них слоем обмазки из составов 1, 3, 6, 10. При визуальном осмотре массы составов 3, 10 имеют лучшую прилипаемость к металлической поверхности, чем массы состава 1, 6.

На основании вышеизложенного, массы составов 2-4 и 7-10 обладают лучшими служебными свойствами для изготовления торкрет-массы и могут быть использованы в качестве теплоизоляционного слоя на купол ДП.

На установленную на кожухе купола металлическую сетку торкрет-машиной полусухого торкретирования (ТМ-969) была нанесена масса предложенного состава. Предложенная теплоизоляционная защита купола простояла до конца кампании доменной печи №5 без каких-либо ремонтов.

Пример 3.

Положительные практические результаты, полученные от использования огнеупорных масс на основе предложенного состава после частичной замены муллито-корундовой смеси на керамзит (фракции крупностью до 20 мм с насыпной объемной массой 500-650 кг/м³), были использованы для заполнения нержавеющих кассет, из которых состоит футеровка печи для производства фтористого алюминия на химическом заводе.

Решалась задача срочной замены существующей футеровки печи, состоящей из порошка перлита, засыпаемого в обечайки. Она решилась использованием огнеупорных масс, компонентный состав которых приведен в таблице 9.

Пригодность к использованию решалась таким образом: кассеты с испытуемыми массами герметически запечатали и в сыром состоянии бросили в печь с температурой 500°С. Результат проявился сразу: кассету с предложенным составом вспучило незначительно, другую кассету разорвало.

При исследовании свойств массы в качестве основной характеристики принималась прочность при сжатии. Результаты испытаний представлены в таблице 10.

Таблица 10Физико-механические свойства массы  № составаПредел прочности, Н/мм²1.10,52.13,63.11,44.12,85.11,96.10,1

Стойкость футеровки из огнеупорных масс предложенного состава в отличие от старой значительно выше. Температура кожуха печи снизилась более чем на 100°С.

Таблица 9№ составаМуллито-корундовая смесь, %Асбест хризотиловый №5, %Керамзит, %ВГЦ-1,%Глина огнеупорная, %Жидкое стекло, %Отвердитель, %Натрий кремнефтористыйФеррошлак1.51422335201,0-2.41520343204-3.2161635421334.2201538221115.3161734225-35.1,52214401,519,5-1,5

Пример 4.

В процессе промышленных испытаний огнеупорных масс с ВГЦ-1, полностью или частично потерявшим свою активность, на жидком стекле были проведены испытания проб, затворенных на воде, из уже готовых желобных масс с введением в них цемента ВГЦ-1.

В уже готовую сухую желобную смесь вносили ВГЦ-1, полностью или частично потерявший свою активность, все еще раз перемешивали и добавляли воду. Полученную массу набивали вручную в формы, а затем готовые образцы испытывали в лаборатории, подвергая их тепловлажной обработке при t=70°C, сушке при t=100+5°C в течение 48 часов, затем обжигу при t=800°C с последующей выдержкой над водой в течение 7 суток. После этого проводились испытания на определение предела прочности, плотности.

Компонентный состав исследуемых огнеупорных масс представлен в таблице 11.

Таблица 11№ составаНабивная масса, %ВГЦ-2 с пластификатором, %Добавка из ВГЦ-1, %Вода, %16523-1226623-1136721-1246723-10565-2312666-2311767-2112867-2310

Компонентный состав набивных масс представлен в таблице 12.

Таблица 12№ составаСостав набивной массыМолотая глина, %Шамотный порошок, %Высокоглиноземистый порошок, %Карбид кремния (шлам), %Кокс молотый, %Пек высокотемпературный, %1, 2, 3, 435,521,0--2914,55, 6, 7, 822-15233010

Результаты испытаний представлены в таблице 13.

Таблица 13№ сост аваМетка образцаТепловлажностная обработка при t=70°ССушка при t=100+5°C в течение 48 часОбжиг при t=800°С с последующей выдержкой над водой в течение 7 сутокПлотность, г/см³Предел прочности, кгс/см²1I ВГЦ-2+  1,826182,82++ 1,743251,23+++1,630171,84 ++1,599216,65II ВГЦ-1+  1,913207,56++ 1,826329,07+++1,589182,588 ++1,571231,6

Данные таблицы 13 показывают, что образцы из набивной массы с введенными в них добавками: I-ВГЦ-2 с пластификатором, II-ВГЦ-1, полностью потерявшими свою активность в естественных условиях, обеспечивают высокие показатели по прочности и плотности, отсутствию трещин после выдержки над водой, позволяют осуществлять сушку массы без проведения тепловлажной обработки.

Эти показатели превышают результаты испытаний желобной и футлярной массы собственного изготовления, в состав которых входят: муллито-корундовая смесь, глина огнеупорная, карбид кремния, пек, кокс.

Испытания в лаборатории контрольных образцов желобной и футлярной масс после прокаливания показали следующие физико-механические свойства:

 Предел прочности Н/мм²Плотность г/см³Желобная масса5,1-5,51,62-1,76Футлярная масса6,9-

Массы, изготовленные с ВГЦ-1 (составы №№5-8), обладают значительно лучшими физико-механическими свойствами.

Пример 5.

Одновременно были изготовлены, исследованы и прошли промышленные испытания образцы наливной водной массы на основе минерального вяжущего вещества.

Готовили сухую смесь из муллито-корундовой смеси, цемента ВГЦ-1 свежего 50%, в нее дополнительно вносили добавку из старого цемента ВГЦ-1, потерявшего свою активность в естественных условиях, но 50% от необходимого количества, добавляли воду и все перемешивали. Полученную массу заливали в формы, а затем готовые затвердевшие образцы подвергали испытаниям в лаборатории по той же системе, что и набивные массы.

Компонентный состав масс и результаты испытаний представлены в таблицах 14 и 15 соответственно.

Таблица 14№ составаМуллито-корундовая смесь, %ВГЦ-1,%Добавка из ВГЦ-1, %Вода, %1738811274871137578104767710

Таблица 15№ составаТепловлажностная обработка при t=70°CСушка при t=100+5°C в течение 48 часОбжиг при t=800°C с последующей выдержкой над водой в течение 7 сутокПредел прочности кгс/см²Наличие трещин1+++443-2+++565-3+++504-4+++507-

Данные таблицы 15 оказывают, что огнеупорная масса на основе минерального вяжущего вещества с 50%-ной добавкой из ВГЦ-1 обеспечивает высокие показатели предела прочности и отсутствие трещин после выдержки над водой.

Огнеупорные массы на основе минерального вяжущего вещества, с 50%-ной от необходимого добавкой из высокоглиноземистого цемента, с потерей своих свойств, были использованы в качестве футеровки в специальных соплах, используемых для вдувания пылесодержащих веществ - щунгита, рутелита - в доменную печь.

Образцы, изготовленные из этих масс, были подвергнуты испытаниям в лаборатории. Данные этих испытаний представлены в таблице 16.

Таблица 16№ п/пМетка образцаТепловлажностная обработка при t=70°ССушка при t=100+5°C в течение 48 часОбжиг при t=800°С с последующей выдержкой над водой в течение 7 сутокПлотность, кг/м²Предел прочности, кгс/см²1I+  2340276,82++ 2330263,63+++2165229,74II+  2463430,95++ 2425524,56+++2307508,17 ++2161434,4

Исследовались два разных состава наливной массы:

I - муллито-корундовая смесь; но 50% от необходимого количества цемента ВГЦ-1 свежего и добавки из ВГЦ-2 с пластификатором старого, вода;

II - муллито-корундовая смесь; но 50% от необходимого количества цемента ВГЦ-1 свежего и добавки из ВГЦ-1 старого, вода.

Данные таблицы 15 показывают, что образцы огнеупорной массы на основе минерального вяжущего вещества с добавками 50% цемента, потерявшего свою активность в естественных условиях, обеспечивают высокие показатели по прочности и плотности при разных температурах, отсутствию трещин после выдержки над водой, возможность проводить сушку массы без значительных потерь свойств.

Однако использование в качестве добавки цемента ВГЦ-2 с пластифицированной добавкой снижает служебные свойства массы.

Предлагаемые огнеупорные массы относятся к разряду жидконаливных и позволяют получать огнеупорные изделия сложной конфигурации с минимальными капитальными и трудовыми затратами.

Предлагаемые способы изготовления огнеупорных масс, работающих в контакте с жидкими металлами, позволят повысить срок службы изделий, их эксплуатационные качества, снизить затраты и повысить технологичность процесса производства огнеупорных масс.

Источники информации

1. И.А.Шишков, А.А.Айзенберг, В.И. Бельский и др. Сооружение промышленных печей. М., Стройиздат, 1978 г., с.64-85.

2. Авторское свидетельство СССР №356266, МПК С04В 35/68, 23.10.1972 г.

3. Патент РФ №2239612, МПК С04В 35/101, С04В 35/66, 10.11.2004 г.

Изобретение относится к области производства огнеупоров и масс для футеровки элементов тепловых агрегатов металлургии, теплоэнергетики, химии и других отраслей промышленности. Способ изготовления изделий из огнеупорной массы состава, мас.%: муллито-корундовая смесь МКС 45-60, высокоглиноземистый цемент ВГЦ, частично или полностью потерявший активность, 18-26, жидкое стекло 20-24, отвердитель 2-6, включает смешивание компонентов, разливку по формам, тепловую обработку. Способ изготовления изделий из массы состава, мас.%: МКС 25-29, асбест хризотиловый №5 8-13, указанный ВГЦ 33-35, жидкое стекло 20-24, отвердитель 2-6 и, возможно, огнеупорная глина 2-4, включает смешивание компонентов, полусухое торкретирование, тепловую обработку. Способ изготовления изделий из массы состава, мас.%: МКС 2-4, указанный асбест 15-20, керамзит 15-20, указанный ВГЦ 34-38, глина 2-4, жидкое стекло 20-25, отвердитель 2-6, включает смешивание компонентов, разливку по формам, тепловую обработку. Способ изготовления изделий из массы состава, мас.%: набивная масса 65-67, указанный ВГЦ 21-23, вода 10-12, включает смешивание компонентов, набивку в форму, тепловую обработку. Способ изготовления изделий из массы состава, мас.%: МКС 73-76, ВГЦ 7-8, указанный ВГЦ 7-8, вода 10-11, включает смешивание компонентов, разливку по формам, тепловую обработку. Технический результат - увеличение срока службы футеровки, проникающей способности, отсутствие трещин, быстрое схватывание и твердение, сохранение эксплуатационных свойств при высоких температурах. 6 н.п. ф-лы, 16 табл.

1. Способ изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающий смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, отличающийся тем, что используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь, в качестве добавок - жидкое стекло и отвердитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Муллито-корундовая смесь45-60Высокоглиноземистый цемент, частично или полностью потерявший свою активность18-26Жидкое стекло20-24Отвердитель2-6,

а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.

Муллито-корундовая смесь25-29Асбест хризотиловый №58-13Высокоглиноземистый цемент, полностью или частично потерявший свою активность33-35Жидкое стекло20-24Отвердитель2-6,

после смешивания компонентов осуществляют полусухое торкретирование, а затвердевание - при тепловой обработке.

Муллито-корундовая смесь25-29Высокоглиноземистый цемент, частично или полностью потерявший свою активность33-35Асбест хризотиловый №58-13Огнеупорная глина2-4Жидкое стекло20-24Отвердитель2-6,

после смешивания компонентов осуществляют полусухое торкретирование, а затвердевание - при тепловой обработке.

Муллито-корундовая смесь2-4Асбест хризотиловый №515-20Керамзит15-20Высокоглиноземистый цемент, полностью или частично потерявший свою активность,34-38Глина2-4Жидкое стекло20-25Отвердитель2-6,

а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.

Набивная масса65-67Высокоглиноземистый цемент, полностью или частично потерявший свою активность21-23Вода10-12,

помещение огнеупорной массы в форму осуществляют набивкой, а затвердевание - при тепловой обработке.

Муллито-корундовая смесь73-76Высокоглиноземистый цемент7-8Высокоглиноземистый цемент, полностью или частично потерявший свою активность7-8Вода10-11,

а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.