МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2009 года по МПК C04B35/10 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий многофункционального назначения на основе фосфатных связующих.

Известна масса для изготовления теплоизоляционных изделий, содержащая, мас.%: вспученный перлитовый песок 80, молотую огнеупорную глину 20, алюмофосфатную связку 20-40 (сверх 100%). Перлитовый песок смешивают с порошком молотой огнеупорной пластической глины в растворомешалке, увлажняют водным раствором алюмофосфатной связки или технической ортофосфорной кислоты. Из приготовленной массы формуют изделия на прессах и сушат их при температуре 280-300°С в течение 5-6 час. Кажущаяся плотность изделий 180-300 кг/м³, предел прочности при сжатии 3-7 кг/см², коэффициент теплопроводности 0,06-0,095 ккал/м.ч.град (0,07-0,11 Вт/м.град), предельная температура применения 1100°С (SU 2220119, С04В 38/00, 28/34, 17.01.1966).

Изготовленные изделия имеют высокую открытую пористость канального типа, обусловленную сквозными каналами, образующимися между зернами перлита, покрытыми оболочкой глинисто-фосфатного связующего. Из-за возрастания конвективного теплообмена в каналах изделий, их теплопроводность возрастает, что снижает эффективность изделий в службе. Кроме того, вследствие высокого водопоглощения (50 мас.% и более), их термостойкость и прочность при термоциклировании в составе тепловых агрегатов существенно снижаются.

Известна шихта для изготовления легковесных огнеупоров, включающая, мас.%: пористый высокоглиноземистый заполнитель фракции не более 20 мм 60-75, ортофосфорную кислоту плотностью 1,5-1,58 г/см³ 19-34, сырой доломит фракции меньше 0,5 мм 4-10. В качестве пористого высокоглиноземистого заполнителя используют частицы, полученные путем размола обожженного пористого брикета, состоящего из технического глинозема и молотого мела. Связку готовят путем смешения сырого доломита с ортофосфорной кислотой и вводят ее в шихту при непрерывном перемешивании пористого заполнителя в смесительном агрегате. Шихту заполняют в разъемные формы и сушат в естественных условиях в течение 24 час. Затем сырец извлекают из формы и сушат при температуре 300-350°С в течение 10-12 час. Кажущаяся плотность изделий составляет 1,5-2 г/см³, пористость 60-70%, прочность 40-150 кг/см², усадка 0% (после сушки и при температуре 1250°С) (SU 426977, С04В 38/00, 28/34, 29.08.1972).

Использование специально приготовленного пористого заполнителя по технологии обожженных огнеупоров с выгорающими добавками и длительность сушки существенно удорожают процесс изготовления легковесных изделий, причем состав шихты не позволяет изготавливать изделия с кажущейся плотностью менее 1,5 г/см³, например в диапазоне от 1,3 до 0,4 г/см³, принятом для наиболее распространенных стандартных легковесных и ультралегковесных шамотных изделий.

Известна масса для теплоизоляционного материала, включающая, мас.%: фосфатное вяжущее 39-65, пыль из печей при обжиге керамзита 3-15, вспученный перлит - остальное (SU 654575, С04В 29/02, 43/00, 30.03.1979).

Недостатки известной массы заключаются в том, что при сухом перемешивании вспученного перлита с керамзитовой пылью происходит непрерывное истирание и разрушение хрупких зерен перлита с образование пылевидных частиц перлита дополнительно к частицам керамзитовой пыли. При введении в смесь вязкого алюмохромфосфатного или медьхромфосфатного вяжущего, в ней образовываются комки и окатыши, препятствующие равномерному распределению вяжущего в объеме массы. При сушке материалов и изделий, полученных из известной массы, их усадка и теплопроводность возрастают, появляется поверхностная сыпучесть.

Известна масса, включающая, мас.%: вспученный перлит 11-37, огнеупорный наполнитель 18-45 и фосфатное связующее 34-53. В качестве огнеупорного наполнителя используется один из следующих материалов: шамот из обожженной молотой пластичной глины, гидроокись алюминия, глинозем марки ГО и ГК, двуокись циркония, корунд. Удельная поверхность всех опробованных наполнителей составляет 1700-2500 см²/г. Процесс приготовления массы включает следующие операции: предварительную пропитку вспученного перлитового песка фосфатным связующим в количестве 0,04-0,06 ч., перемешивание его с 0,5-0,6 ч. огнеупорного наполнителя и с 0,5-0,6 ч. фосфатного связующего, подсушивание полученной смеси при 180-250°С в течение 15-60 мин, смешение ее с оставшимися частями огнеупорного наполнителя и фосфатного связующего, при этом плотность последнего составляет 1,18-1,24 г/см³. В качестве фосфатного связующего используется фосфорная кислота 30% концентрации или алюмохромфосфатное связующее плотностью 1,20 и 1,24 г/см³. Спрессованные из данной массы изделия после термообработки при 270-300°С в течение 3 часов имеют кажущуюся плотность от 0,2 до 0,43 г/см³ (SU 1068404, С04В 43/00, 23.01.1982).

Недостатки известной массы заключаются в следующем.

Предварительная пропитка вспученного перлитового песка фосфатным связующим в количестве 0,04-0,06 ч., не позволяет получать смеси с достаточно равномерным распределением связующего в их объеме. Из описания примеров приготовления смесей из известной массы следует, что геометрический объем засыпки перлитового песка может в 100-200 раз превышать объем связующего и для его распределения на большой поверхности частиц песка в объеме засыпки, потребуется увеличивать время ее перемешивания. Это приводит к разрушению хрупких перлитовых зерен, к увеличению доли тонкомолотых фракций перлита, не смоченных и не пропитанных связующим. Подсушивание такой смеси при температуре в диапазоне 180-250°С, с одновременным перемешиванием, требует постоянного отвода паров воды из фосфатного связующего и последующего охлаждения смеси перед ее смешением с оставшимися частями заполнителя и связующего. В результате увеличивается количество технологических и контрольных операций, существенно возрастают энергозатраты и длительность технологического цикла приготовления массы в целом.

Слой из тонкомолотых частиц огнеупорного заполнителя, образующийся на предварительно пропитанных зернах перлита, после подсушивания смеси охрупчивается и при последующем смешении с заполнителем, обладающим абразивными свойствами, частично разрушается с измельчением зерен перлита, что приводит к дальнейшему увеличению количества тонкомолотой фракции и неравномерному распределению в ней связующего. Этот эффект наблюдается также и при последующем формовании изделий. В процессе термообработки спрессованных изделий при 270-300°С, зоны с неравномерной концентрацией отвержденного связующего оказываются произвольно распределенными в объеме изделий. Из описания примеров изделий, спрессованных из известного состава, следует что при незначительном разбросе кажущейся плотности изделий, их деформация при сушке может отличаться в 10 и более раз. Технологическая сложность приготовления смесей из известного состава не позволяет изготавливать изделия с достаточно равномерным распределением заданного количества фосфатного связующего, что увеличивает опасность возникновения в них трещин, шелушения и осыпания их поверхности при рабочих температурах в составе различных тепловых агрегатов.

Наиболее близкой к заявляемой массе по решаемой технической задаче является масса для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий, базовый состав которой включает алюмофосфат в виде раствора гидрата глинозема и фосфорной кислоты, фосфорную кислоту и сухую шихту, включающую огнеупорный наполнитель из алюмосиликатного материала (глинозема, вспученной глины, керамзита) и теплоизоляционный материал в количестве 5-40 мас.%, выбранный из группы, включающей перлит, вермикулит, диатомит, керамзит и пылевидные отходы. Кроме того, шихта может содержать 1-30 мас.% глины (каолиновой, бентонитовой, молотой), 5-20 мас.% выгорающих добавок (волокна, опилки и т.п.) и до 5 мас.% керамических волокон. Особенность приготовления базового состава заключается в том, что алюмофосфатное связующее в объеме массы образуется при смешении сухой шихты с жидкой частью, включающей 5-70 мас.% алюмофосфата, 1-10 мас.% фосфорной кислоты и 1-20 мас.% воды. Сухая шихта также может представлять собой смесь порошкового алюмофосфата с порошками оксида магния, магнезита, доломита, хромомагнезита и названных теплоизоляционных материалов в различных сочетаниях друг с другом (US 4440865, 501/95/1, С04В 12/02, 28/00, 31.08.1983).

Недостатки известной массы заключаются в следующем.

Необходимость осуществления химической реакции между фосфорной кислотой и остальными компонентами, непосредственно в изготовленных из массы сырых материалах или изделиях, ведет к усложнению процессов подготовки и смешения разнородных компонентов с обеспечением их равномерного распределения в объеме приготавливаемой массы. В связи с существенной неопределенностью реакционной способности компонентов массы, влияющих на скорость и стабильность процесса образования алюмофосфатной связки, возрастает неравномерность структуры в материалах и изделиях, усложняются и удлиняются процессы их сушки, возрастает теплопроводность материалов, увеличиваются усадочные явления в изделиях при рабочих температурах. В результате известная масса имеет ограничения при изготовлении формованных изделий и используется преимущественно в качестве набивки и обмазки. Кроме того, усложнение и удорожание технологического процесса связано с необходимостью обеспечения повышенных требований по безопасности персонала и химической стойкости специализированного оборудования при работе с фосфорной кислотой.

Задачей изобретения является расширение номенклатуры и повышение качества огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий, изготавливаемых из предлагаемой массы при использовании стандартного технологического оборудования.

Достигаемый технический результат заключается в снижении теплопроводности материалов и изделий с кажущейся плотностью в диапазоне 300-2000 кг/м³ с обеспечением требуемого комплекса их характеристик в службе.

Поставленная задача решается тем, что в известной массе для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий, включающей связующее на основе алюмофосфатов и шихту в виде смеси из алюмосиликатного огнеупорного наполнителя и одного или двух теплоизоляционных материалов, выбранных из группы, включающей вспученный перлит, вспученный вермикулит, в качестве связующего она содержит суспензию на основе алюмоборфосфатного или алюмохромфосфатного связующего с алюмосиликатным огнеупорным наполнителем фракции 0,125-0 мм в количестве 0,1-15% от массы суспензии, при следующем соотношении компонентов шихты, определяемых из выражений для смеси из огнеупорного наполнителя с перлитом:

Аx+Вy x=1,0 y=0,04-4,

где А - огнеупорный наполнитель;

В - вспученный перлит;

x - массовая часть огнеупорного наполнителя;

y - массовая часть вспученного перлита;

для смеси из огнеупорного наполнителя с вермикулитом

Аx+В*y x=1,0 y=0,05-2,5,

где А - огнеупорный наполнитель;

В* - вспученный вермикулит;

x - массовая часть огнеупорного наполнителя;

y - массовая часть вспученного вермикулита;

для смеси из огнеупорного наполнителя с перлитом и вермикулитом

Аx+(В₄-y₁+В*_2.5-y₂) х=1,0 y₁=0,05-3,95 y₂=0,05-2,45,

где А - огнеупорный наполнитель;

В - вспученный перлит;

В* - вспученный вермикулит;

x - массовая часть огнеупорного наполнителя;

y₁ - массовая часть вспученного перлита;

y₂ - массовая часть вспученного вермикулита;

при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шихта 35-85 Фосфатная суспензия 15-65.

Зернистость огнеупорного наполнителя может составлять не более 2,5 мм, зернистость перлита и вермикулита не более 5 мм, а соотношения между наиболее крупными фракциями наполнителя и перлита или наполнителя и вермикулита могут составлять соответственно 1,0 и 0,1-20,0.

Содержание в шихте фракции огнеупорного наполнителя 0,088-0 мм может составлять 30-80% от массы наполнителя для материалов и изделий с кажущейся плотностью до 400 кг/м³.

Содержание в шихте фракции огнеупорного наполнителя 0,088-0 мм может составлять 15-30% от массы наполнителя для материалов и изделий с кажущейся плотностью 400-1300 кг/м³.

Содержание в шихте фракции огнеупорного наполнителя 0,088-0 мм может составлять 1-15% от массы наполнителя для материалов и изделий с кажущейся плотностью более 1300 кг/м³.

Тонкодисперсная фракция огнеупорного наполнителя фосфатной суспензии может включать 1-10 мас.% активированных частиц наполнителя с удельной поверхностью не менее 4500 см²/г.

Вспученный материал может дополнительно содержать 1-10 мас.% собственных активированных частиц с удельной поверхностью не менее 3500 см²/г.

Огнеупорный наполнитель может дополнительно содержать 1-10 мас.% активированной глины с удельной поверхностью не менее 5000 см²/г.

Указанные для предлагаемой массы сочетания материалов, массовые соотношения материалов и компонентов, зернистость материалов и соотношения между фракциями определены опытным путем. Они обеспечивают возможность формирования материалов и изделий с кажущейся плотностью от 300-400 кг/м³ (при содержании шихты в составе массы до 35 мас.%), до 1800-2000 кг/м³ (при содержании шихты в составе массы до 85 мас.%).

При содержании в составе массы сухих компонентов шихты менее 35 мас.% она представляет собой смесь с избыточным количеством жидкой фосфатной суспензии. При изготовлении из такой смеси материалов и изделий, плотность их поверхностных слоев увеличивается, что приводит к прилипанию заготовок к инструментам и к технологической оснастке, увеличению времени их сушки и к дополнительным затратам энергии для нейтрализации в них избыточного количества кислых фосфатов путем повышения температуры сушки. Вследствие неравномерного распределения связующего в объеме заготовок, ухудшаются показатели структурной пористости, термопрочности и теплопроводности материалов.

При содержании в составе массы сухих компонентов шихты более 85 мас.% она представляет собой слабо увлажненную сыпучую смесь с количеством связующего, недостаточным для адгезионного склеивания частиц в ее объеме при формировании заготовок так, чтобы материалы и изделия отвечали нормативным требованиям по теплопроводности и прочности. Материалы и изделия оказываются непрочными, а увеличение прочности путем увеличения удельного давления при их изготовлении может привести к перепрессовке изделий, к увеличению неравномерности структурной пористости материалов и к ухудшению их термопрочностных и теплоизоляционных свойств.

В предлагаемой массе используется суспензия на основе алюмоборфосфатного концентрата (АБФК) или алюмохромфосфатного связующего (АХФС) с дисперсной фракцией 0,125-0 мм алюмосиликатного огнеупорного наполнителя. В сравнении с используемыми в известной массе метастабильной алюмофосфатной связкой (АФС) и химически агрессивной фосфорной кислотой, такая суспензия является стабильной при хранении и безопасной в работе. Она позволяет одновременно со связующим равномерно распределять небольшую по объему дисперсную фракцию огнеупорного наполнителя в больших объемах смешиваемых порошковых компонентов, усилить взаимодействие кислых материалов шихты со связующим при смешении, инициировать отверждение свежеизготовленных материалов и изделий при комнатной температуре и снизить энергозатраты на их последующую сушку. Массовое содержание фракции 0,125-0 мм в фосфатной суспензии определяют исходя из назначения изготавливаемых материалов и изделий, потребной плотности АБФК и АХФС, кажущейся плотности и химического состава огнеупорного наполнителя и т.д. При содержании дисперсной фракции в суспензии менее 0,1 мас.%, ее воздействие на вышеназванные процессы существенно снижается, а при ее содержании в суспензии более 15 мас.% и при увеличении размера частиц более 0,125 мм, увеличивается время смешения, возрастает вероятность образования осадка и неравномерность распределения суспензии в шихте. Кроме того, появляется опасность забивания осадками трактов системы подачи суспензии в смесительные устройства.

При зернистости материалов огнеупорного наполнителя не более 2,5 мм и не более 5 мм для перлита и вермикулита и соотношении между наиболее крупными фракциями соответственно 1,0 и 0,1-20, в процессе их смешения с введением фосфатной суспензии с тонкодисперсной фракцией огнеупорного наполнителя и формования материалов и изделий, быстрее образуются тонкопленочные клеевые слои фосфатного цемента с внедрением в них разрушенных частиц перлита или вермикулита и более равномерным обволакиванием частиц огнеупорного наполнителя или вспученного материала, что повышает равномерность распределения связующего в пористом объеме материалов и изделий.

Удельная поверхность разрушенных частиц вспученного перлита или вермикулита может достигать 2000-2500 см²/г, что увеличивает вероятность образования водородных связей фосфатных анионов с поверхностью частиц материала огнеупорного наполнителя и повышает прочность их связывания.

При увеличении зернистости материалов соответственно более 2,5 и 5 мм и расширении диапазона соотношений между фракциями, соответственно менее 0,1 и более 20, неравномерность распределения фосфатной суспензии возрастает, появляется трещиноватость в материалах и изделиях, повышается их теплопроводность, снижается термопрочность.

Шихта может содержать фракцию огнеупорного наполнителя 0,088-0 мм, которая совместно с дисперсной фракцией наполнителя, содержащейся в фосфатной суспензии, а также с тонкими частицами перлита и вермикулита, образующимися при приготовлении смесей из предлагаемой массы, положительно влияет на равномерность распределения суспензии в смесях.

В низкоплотных материалах и изделиях, вследствие уменьшения размера зерен, массового и объемного содержания огнеупорного наполнителя по отношению к вспученному материалу (по массе до 1:4,0 - для шихты с перлитом и до 1:2,5 - для шихты с вермикулитом; по фракциям соответственно до 1:20,0), увеличенное количество фракции 0,088-0 мм в составе огнеупорного наполнителя позволяет более равномерно обволакивать зерна вспученного материала фосфатной суспензией. При увеличении плотности изготавливаемых материалов и изделий размер зерен, массовое и объемное содержание огнеупорного наполнителя в них по отношению к вспученному материалу увеличиваются (по массе до 1:0,04 - для шихты с перлитом и до 1:0,05 - для шихты с вермикулитом; по фракциям соответственно до 1:0,1), а масса, объем и зернистость вспученного материала уменьшаются и последний во все большей степени вовлекается в процесс обволакивания зерен наполнителя, что требует уменьшения количества свободной пылевидной фракции в шихте.

Оптимальные диапазоны содержания такой фракции составляют: для материалов и изделий с кажущейся плотностью до 400 кг/м³ 30-80% от массы наполнителя; для материалов и изделий с кажущейся плотностью 400-1300 кг/м³ 15-30% от массы наполнителя; для материалов и изделий с кажущейся плотностью более 1300 кг/м³ 1-15% от массы наполнителя.

Для предлагаемой массы технологически и экономически целесообразным является использование такой фракции, например, в составе боя и отходов производства огнеупорных и керамических материалов и изделий.

Активированные дополнительным измельчением (сухим или совместно с расчетной порцией жидкого фосфатного связующего или с поверхностно-активным веществом, например с олеиновой кислотой и др.) частицы огнеупорного наполнителя, предназначенные для введения в фосфатную суспензию, а также активированные частицы перлита, вермикулита, глины, используемые в качестве дополнительных компонентов шихты, способствуют при введении фосфатной суспензии более быстрому ее взаимодействию с остальными кислыми компонентами шихты, сопровождающемуся более равномерным ее распределением в объеме шихты за счет увеличения энергетической активности и реакционной способности компонентов при их механохимической активацией. Более быстрое (до 1,5-2 раза) отверждение свежесформованных материалов и изделий, обусловленное этими эффектами, наблюдается при значениях удельной поверхности не менее 4500 см²/г для активированного огнеупорного наполнителя и при значениях не менее 3500 см²/г для вспученного перлита и вермикулита и не менее 5000 см²/г для глины. При содержании в тонкой фракции фосфатной суспензии и во вспученном материале активированных частиц менее 1 мас.%, их влияние на образование поверхностных соединений, в первую очередь, на поверхности дисперсных компонентов шихты, инициирующих взаимодействие с фосфатной суспензией, незначительное. При увеличении количества активированных частиц в названных компонентах предлагаемой массы более 10 мас.%, возрастает неравномерность их распределения в объеме шихты вследствие образования мелких глобул, что в свою очередь снижает равномерность распределения в ней фосфатной суспензии. Кроме того, возрастают затраты на механоактивацию огнеупорных порошков, перлита и вермикулита в достаточно больших количествах.

Активированную глину в количестве 1-10% от массы огнеупорного наполнителя вводят в качестве компонента шихты, способствующего получению смесей с повышенной адгезией, образующейся аморфной фазы глинисто-фосфатного связующего к частицам огнеупорного наполнителя. В количестве 1-5 мас.% ее целесообразно использовать в смесях, предназначенных для изготовления материалов и изделий преимущественно с кажущейся плотностью 400-1000 кг/м³. Для более тяжелых материалов и изделий ее количество в шихте может быть увеличено до 8-10 мас.%. Могут быть использованы природные высокодисперсные алюмосиликатные огнеупорные глины, каолины, бентониты. Увеличение содержания активированной глины более 10% от массы огнеупорного наполнителя, приводит к образованию глинистых агрегатов, затрудняющих распределение фосфатной суспензии в объеме шихты, к их налипанию на оснастку, к возникновению внутренних повышенных напряжений в материалах и изделиях, инициирующих образование трещин при их службе.

В предлагаемой массе, как и в известных массах по прототипу и аналогам, в качестве огнеупорного наполнителя используются материалы, выбранные из группы, включающей шамотные, полукислые, каолиновые, высокоглиноземистые, корундовые и др. алюмосиликатные огнеупоры, а также, например, керамзитовый песок, бой и отходы производства керамического кирпича, характеризующиеся достаточно высокой огнеупорностью. Конкретный тип огнеупорного наполнителя определяется назначением материалов и изделий. В зависимости от этого выбирается стандартное оборудование для измельчения и смешения компонентов шихты и вспученного материала, а также стандартное оборудование для изготовления из полученной массы материалов и изделий (прессовое, вибропрессовое, литьевое, торкрет-установки и т.д.).

Зерна первичного шамота, шамотного и кирпичного боя, вторичного шамота, корунда и др., при смешении с частицами вспученного перлита или вермикулита оказывает на них абразивное воздействие, способствующее более равномерному распределению фосфатной суспензии в объеме шихты и формированию равномерной пористой структуры материалов и изделий. Использование вторичного шамота не ухудшает качество изготавливаемых материалов и изделий, так как некоторые изменения состава вторичных шамотных огнеупоров (потери Al₂O₃, SiO₂, Fе₂O₃) не оказывают заметного отрицательного влияния на характеристики материалов и изделий в службе, поскольку компенсируются транспортными реакциями соответствующих окислов, содержащихся в перлите и вермикулите. Использование вторичного шамота, боя и отходов производства керамического кирпича также позволяет решать проблему утилизации вторичного сырья и снижать стоимость продукции.

Керамзит по ГОСТ 9757 «Гравий, щебень и песок искусственные пористые» (песок с зернами размером до 2,5 мм с насыпной плотностью 400-1000 кг/м³) используют в смесях со вспученным перлитом или с вермикулитом, предназначенных для изготовления изделий с кажущейся плотностью преимущественно в диапазоне 400-1000 кг/м³. Корочковая поверхность пористых частиц керамзитового песка уменьшает проникновение фосфатной суспензии внутрь их при перемешивании шихты, что позволяет уменьшить массу связующего при обеспечении его равномерного распределения в объеме шихты.

Бой керамического кирпича (ГОСТ 530 «Кирпич и камни керамические») вводят в виде песка с зернами размером до 2,5 мм с насыпной плотностью, определяемой плотностью материала кирпича и составляющей в среднем 900-1100 кг/м³. Бой используют в смесях со вспученным перлитовым песком или с вермикулитом, предназначенных для изготовления изделий с кажущейся плотностью преимущественно в диапазоне 500-1300 кг/м³. Это позволяет, например, при изготовлении легковесных изделий для тепловых агрегатов с умеренными температурными условиями эксплуатации, заменять в смесях шамот измельченными отходами и браком производства местных керамических предприятий, старой кирпичной и керамической кладки и т.д.

В предлагаемой массе используются вспученный перлит и вермикулит со следующими характеристиками.

Перлитовый песок по ГОСТ 10832 «Песок и щебень перлитовые вспученные» (зерна размером до 5 мм, насыпная плотность 50-250 кг/м³) имеет усредненный химический состав, мас.%: SiO₂ 65-80; Al₂O₃ 11-15; Fе₂О₃+FeO 0,3-12; CaO+MgO 0,5-4; K₂O+Na₂O 3-9; MnO до 0,4; TiO₂ до 0,45; п.п.п. 0,2-9.

Вермикулит по ГОСТ 12865 «Вермикулит вспученный» (зерна размером до 5 мм, насыпная плотность 90-200 кг/м³) типа КВК (концентрат вермикулитовый фракционированный Ковдорский), включающий, мас.%: SiO₂ 34-36; Al₂O₃ 9,1-9,9; MgO 24,7-26; CaO 1,02-1,22; K₂O 0,70-0,87; Fe₂О₃ 5,6-6,5; TiO₂ 0,4-0,47; FeO 0,2-0,27; MnO до 0,07; п.п.п. 0,4-15.

Фосфатную суспензию перед ее введением в шихту приготавливают путем смешения порошка огнеупорного наполнителя, в том числе, если используются его активированные частицы, с жидким АБФК или АХФС или с их водными растворами заданной концентрации, например, в баке-смесителе с лопастной мешалкой или в емкости с помощью электроинструмента - миксера со специальной насадкой. Для приготовления фосфатной суспензии экономически более предпочтительно использовать АБФК по ТУ 113-08-606-87. В зависимости от назначения материалов и изделий могут использоваться водные растворы АБФК плотностью от 1,2-1,25 до 1,45-1,55 г/см³. АХФС по ТУ 6-18-166-83 позволяет в сравнении с АБФК приготавливать суспензии для изготовления материалов и изделий, характеризующихся в службе несколько более высокой стабильностью структуры. АХФС как более дорогой компонент целесообразно использовать в смесях для изготовления материалов и изделий, предназначенных для службы при повышенных механических и тепловых нагрузках в ответственных узлах тепловых агрегатов. Могут использоваться водные растворы АХФС плотностью от 1,25-1,3 до 1,5-1,6 г/см³.

Примеры конкретного выполнения.

В таблице 1 приведены примеры составов смесей из предлагаемой массы для изготовления материалов и изделий с различной кажущейся плотностью из расчета на 1 м³ сухих материалов и изделий (после сушки при температуре 280-300°С). В таблице 2 приведены основные свойства образцов материалов и изделий, изготовленных из предлагаемой массы. Кажущуюся плотность определяли по ГОСТ 2409, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071, теплопроводность по ГОСТ 12170, термостойкость по ГОСТ 7875 (на образцах изделий) и по ГОСТ 20910 (на образцах бетонов), остаточное изменение размеров при температуре службы по ГОСТ 5402 (на образцах изделий) и усадку по ГОСТ 20910 (на образцах бетонов).

Пример 1. Смеси типа Ax+By.

Состав 1. В бак-смеситель с лопастной мешалкой заливают 170 л водного раствора АБФК плотностью 1,42-1,43 г/см³, при постоянном вращении 50 об/мин постепенно засыпают в него 15 кг шамота фракции 0,125-0 мм и перемешивают в течение 4-5 мин. Химический состав шамота, мас.%: SiO₂ 55,1; Al₂O₃ 38,7; Fе₂O₃ 1,85; TiO₂ 1,88; CaO 0,56; MgO 0,81; Na₂O+K₂O 1,1. Параллельно с приготовлением фосфатно-шамотной суспензии, в планетарный смеситель типа БСУ-500 (ОАО «Завод «Красная Пресня», г.Москва) загружают порцию минеральной шихты, включающей 16 кг перлитового песка (фракция ≤2,5 мм до 80 мас.%, насыпная плотность 50 кг/м³) и 4 кг указанного шамота (фракция 0,088-0 мм до 50 мас.%, насыпная плотность 1380 кг/м³), при постоянном вращении 18,2 об/мин в шихту через форсунки смесителя подают 17 л фосфатно-шамотной суспензии из мерной емкости, соединенной с баком-смесителем и перемешивают в течение 6-8 мин. Приготовленная масса поступает в бункер вибропресса типа ВИП-4ПБ (ОАО «Завод «Красная Пресня», г.Москва), откуда дозируется порциями мерного ящика в зону прессования пластин размером 400×250×65 мм на технологических поддонах. Цикл прессования 30-35 с. Свежеизготовленные вибропрессованные пластины плотностью 0,41-0,415 г/см³ на технологических поддонах сушат в низкотемпературной камере при температуре 60-70°С в течение 4-5 ч, затем перегружают с поддонов в камеру термообработки, нагревают до 280-300°С со скоростью 150-200 град/ч, выдерживают при этой температуре 3 ч, выгружают из камеры и складируют для отправки потребителю. Пластины с кажущейся плотностью 300±10 кг/м³ предназначены для кладки внутреннего теплоизоляционного слоя в различных частях тепловых агрегатов.

Состав 2 приготавливают с глиноземом марки ГК-1 по ГОСТ 30559 (производство ОАО «Бокситогорский глинозем», насыпная плотность 700 кг/м³, монозерна до 0,01 мм (80 мас.%), размер агрегатов ≤0,125 мм). Фосфатно-глиноземистую суспензию приготавливают на основе водного раствора АХФС плотностью 1,35-1,36 г/см³, из расчета 15 г неактивированного и 1,5 г активированного глинозема на 1 л раствора. Активированный глинозем получают измельчением в вибромельнице сухим способом до удельной поверхности 7500 см²/г. Фосфатно-глиноземистую суспензию готовят путем перемешивания компонентов с помощью электроинструмента - миксера со специальной насадкой (скорость перемешивания 120-240 об/мин, в течение 5-6 мин из расчета на 30 л суспензии). Расчетные порции перлитового песка (фракция ≤0,3 мм до 80 мас.%, насыпная плотность 150 кг/м³), глинозема марки ГК-1 и фосфатно-глиноземистой суспензии смешивают в течение 3-5 мин с помощью электроинструмента - миксера до состояния полугустой консистенции. Полученная масса может быть использована при изготовлении кладочных растворов для теплоизоляции тепловых агрегатов из низкоплотных кирпичей, плит и блоков, а также при изготовлении фасонных теплоизоляционных изделий методом заливки в формы.

Состав 3 приготавливают аналогично составу 1, но в шихту дополнительно вводят 1,7 мас.% активированной в вибромельнице огнеупорной глины следующего химического состава, мас.%: SiO₂ 58,96; Al₂О₃ 31,52; Fе₂О₃ 2,44; CaO 0,48; MgO 1,03; R₂O 1,01; п.п.п. 3,66. Из полученной смеси методом объемного вибропрессования изготавливают теплоизоляционные изделия в виде пластин и кирпичей заданных размеров, с кажущейся плотностью 350±10 кг/м³.

Составы 4-7 приготавливают аналогично составу 1 и используют при изготовлении вибропрессованных теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 400±10 кг/м³. Насыпная плотность перлита 50-75 кг/м³.

Для состава 4 в качестве огнеупорного наполнителя используют электрокорунд по ТУ 2-036-0224450-022-90 (фракция 0,25 мм до 5 мас.%, фракция 0,088-0 мм до 30 мас.%) с добавкой 1,7 мас.% активированного каолина, содержащего, мас.%: SiO₂ 46,03; Al₂О₃ 38,75; Fе₂O₃ 0,46; CaO 0,37; TiO₂ 0,33; п.п.п. 14,06. Максимальная фракция перлита ≤3,5 мм. Фосфатно-корундовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АХФС плотностью 1,35-1,36 г/см³, из расчета 10 г неактивированного и 1 г активированного корунда на 1 л раствора. Активированные добавки корунда, перлита и каолина получают измельчением в вибромельнице сухим способом, соответственно до удельной поверхности 6000 см²/г, 3500 см²/г и 7000 м²/г.

Для состава 5 в качестве огнеупорного наполнителя используют керамзит фракции ≤1,5 мм, с насыпной плотностью 350 кг/м³ (фракция 0,088-0 мм до 30 мас.%). Максимальная фракция перлита ≤ 0,25 мм. Фосфатно-керамзитовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК плотностью 1,42-1,43 г/см³, из расчета 10 г керамзитовой пыли на 1 л раствора.

Для состава 6 в качестве огнеупорного наполнителя используют керамзит фракции ≤0,125 мм с насыпной плотностью 500 кг/м³ (фракция 0,088-0 мм до 25 мас.%). Добавка - 1,5-2 мас.% активированной в вибромельнице бентонитовой глины, содержащей, мас.%: SiO₂ 59,77; Al₂O₃ 19,80; Fе₂O₃ 4,22; FeO 0,56; CaO 1,06; MgO 2,95; P₂О₅ 0,19; SO₃ 0,08; К₂О 1,94; Na₂O 0,90; п.п.п. 8,53 (месторождение «10 Хутор», Россия). Фосфатно-керамзитовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК аналогично составу 5. Максимальная фракция перлита ≤2,5 мм.

Для состава 7 в качестве огнеупорного наполнителя используют бой керамического кирпича фракции ≤0,125 мм, содержащего, мас.%: SiO₂ 75,8; Al₂O₃ 7,9; Fe₂О₃ 6,5; CaO 1,8; MgO 1,6; Na₂O 1,1; K₂O 2,3; п.п.п. 3,0 (фракция 0,088-0 мм до 30 мас.%). Добавка - 2 мас.% активированной в вибромельнице глины латненской полукислой ЛТПК-1 по ТУ 14-3-8-152-75 с содержанием Al₂О₃ не менее 23 мас.%. Фосфатно-кирпичную суспензию приготавливают на основе АБФК плотностью 1,5 г/см³, из расчета 15 г кирпичной пыли на 1 л раствора. Максимальная фракция перлита ≤2,5 мм.

Составы 8, 9 используют при изготовлении теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 600±20 кг/м³ методом объемного вибропрессования из полусухой шихты. Последовательность операций (см. состав 1).

Для состава 8 приготавливают шихту в виде смеси из шамота фракции ≤0,25 мм, включающей до 25 мас.% фракции 0,088-0 мм и перлита фракции ≤2,5 мм, включающей 8-10 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью 3500 см²/г. Фосфатно-шамотная суспензия на основе водного раствора АБФК плотностью 1,42-1,43 г/см³ содержит 10 мас.% шамота фракции <0,125 мм.

Для состава 9 приготавливают шихту в виде смеси, включающей бой керамического кирпича фракции ≤1 мм, содержащей до 20 мас.% фракции 0,088-0 мм (содержание химических компонентов боя аналогично составу 7) и перлит с 70-80 мас.% фракции 1,5-2 мм. Фосфатно-кирпичную суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, из расчета на 1 л раствора: 12 г неактивированного и 1 г активированного в планетарной мельнице кирпичного боя до удельной поверхности 4500-5000 см²/г.

Составы 10, 11 используют при изготовлении бетонов и теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 900±20 кг/м³ методом объемного вибропрессования из полусухой шихты. Последовательность операций (см. состав 1). При приготовлении состава 10 используют: электрокорунд (зерно 1,6 мм до 80 мас.%, остальное - фракции <0,088 мм); фосфатно-корундовую суспензию на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, включающую 15 мас.% электрокорунда фракции <0,125 мм; перлит фракции ≤0, 25 мм с насыпной плотностью 150 кг/м³, с добавкой 10 мас.% активированных частиц перлита с удельной поверхностью 3500 г/см².

При приготовлении состава 11 используют: керамзит фракции 1,25-0 мм с насыпной плотностью 700 кг/м³; перлит фракции ≤1,25 мм с насыпной плотностью 100 кг/м³; фосфатно-керамзитовую суспензию на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, включающую 10 мас.% керамзита фракции <0,125 мм.

Состав 12 приготавливают из шамота фракции ≤2,5 мм (фракция 0,088-0 мм до 10 мас.%), перлита фракции ≤0,25 мм с насыпной плотностью 65 кг/м³ и фосфатно-шамотной суспензии на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, включающей 5 мас.% шамота фракции <0,125 мм. Состав используют при изготовлении бетонов и вибропрессованных конструкционно-тепло-изоляционных изделий с кажущейся плотностью 1300±30 кг/м³ в виде плит и кирпичей заданных размеров, с последующей сушкой и низкотемпературной термообработкой аналогично составу 1.

Составы 13, 14 используют при изготовлении бетонов, мертелей и формованных конструкционно-теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 1600±50 кг/м³.

Состав 13 приготавливают в смесительных бегунах СМ-114 при загрузке следующих компонентов: каолиновый шамот фракции ≤2 мм, включающей 4 мас.% фракции 0,088-0 мм; 4 мас.% активированного каолина Владимировского, содержащего, мас.%: SiO₂ 42,3; Al₂O₃ 36,7; Fе₂O₃ 0,82; CaO 0,3; MgO 0,33; Na₂O 0,38; K₂O 0,4; TiO₂ 0,78; SO₂ 0,17; п.п.п. 12,6; перлит с насыпной плотностью 75 кг/м³ фракции ≤0,25 мм, включающей 10 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью 3500 г/см²; фосфатно-шамотная суспензия на основе водного раствора АХФС плотностью 1,45-1,5 г/см³, включающая 10 мас.% шамота фракции <0,125 мм, содержащей 5 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью 4500 г/см². Время окончательного смешения всех компонентов 8-10 мин.

Состав 14 приготавливают аналогично составу 13, используя вместо каолиновых компонентов порошок шамота ПШВМ, содержащего до 28 мас.% Al₂O₃ (ОАО «Новомосковскогнеупор» ТУ 1522-009-00190495-99) и активированную глину латненскую ЛТ-3 по ТУ 14-3-8-152-75, с содержанием Al₂О₃ до 28 мас.%.

Составы 15, 16 приготавливают в бетономешалке принудительного действия. Фосфатную суспензию готовят в лопастном смесителе аналогично составу 1 и подают в бетономешалку с шихтой при постоянном вращении 16 об/мин. Окончательное перемешивание массы ведут в течение 8-10 мин. Составы используют при изготовлении бетонов и конструкционных изделий с кажущейся плотностью 1900±100 кг/м³, имеющих пониженные значения коэффициента теплопроводности.

Для состава 15 шихту приготавливают на основе электрокорунда №100 (зерно 1,6-2 мм, фракция 0,088-0 мм до 10 мас.%) с добавкой 10 мас.% активированного каолина (см. состав 13). Используют перлит фракции ≤0,25 мм с насыпной плотностью

250 кг/м³. Фосфатно-корундовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АХФС плотностью 1,35-1,4 г/см³, с включением 15 мас.% корунда фракции <0,125 мм, содержащей 10 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью 5000 г/см².

Для состава 16 шихту приготавливают на основе шамота с добавкой 10 мас.% активированной глины латненской ЛТ-3 (см. состав 14) и перлита (см. состав 15). Фосфатно-шамотную суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК плотностью 1,45-1,5 г/см³, с включением 10 мас.% шамота фракции ≤0,125 мм, содержащей 5 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью 5000 г/см³.

Пример 2. Смеси типа Аx+B*y.

Состав 17. В бак-смеситель с лопастной мешалкой заливают 160 л водного раствора АХФС плотностью 1,45-1,46 г/см³, при постоянном вращении 50 об/мин засыпают в него 10 кг электрокорунда фракции №4 (≤0,05 мм) и перемешивают в течение 4-5 мин. В планетарном смесителе типа БСУ-500 приготавливают шихту на основе электрокорунда (фракция ≤0,125 мм до 15 мас.%, фракция 0,088-0 мм до масс. 80%) и вермикулита (фракция ≤2,5 мм до 80 мас.%, насыпная плотность 100 кг/м³). Приготовление массы и формование из нее ультралегковесных теплоизоляционных изделий ведут в последовательности, описанной для состава 1.

Состав 18 на основе глинозема и вермикулита приготавливают и используют аналогично составу 2 при изготовлении кладочных растворов, обмазок, заливочных масс. Используют вермикулит фракции ≤0,1 мм с насыпной плотностью 100 кг/м³.

Составы 19, 20 приготавливают и используют аналогично составам 4-7 при изготовлении легковесных теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 400±10 кг/м³.

В составе 19 используют шамот (см. состав 1) и вермикулит с насыпной плотностью 100 кг/м³ фракции ≤2 мм до 90%, содержащей 10 мас.% частиц, активированных в виброшаровой мельнице до удельной поверхности 3500 см²/г. Фосфатно-шамотную суспензию приготавливают в миксере (аналогично составу 2) на основе водного раствора АБФК плотностью 1,45-1,46 г/см³, с включением 10 мас.% шамота фракции <0,125 мм, содержащей 5 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью 5000 г/см².

В составе 20 используют керамзит фракции ≤2 мм с насыпной плотностью 350 кг/м³ (см. состав 5) и вермикулит фракции ≤0,25 мм с насыпной плотностью 100 кг/м³. Фосфатно-керамзитовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК аналогично составу 5.

Составы 21-23 приготавливают и используют аналогично составам 8, 9 при изготовлении теплоизоляционно-конструкционных изделий с кажущейся плотностью в диапазоне 600-800 кг/м³.

Для состава 21 приготавливают шихту в виде смеси, включающей бой керамического кирпича фракции ≤2 мм, содержащей до 20 мас.% фракции 0,088-0 мм (содержание химических компонентов боя аналогично составу 7) и вермикулит фракции ≤ 1 мм с насыпной плотностью 100 кг/м³. В качестве добавки используют 2,1 мас.% активированной глины латненской полукислой ЛТПК-1 (см. состав 7). Фосфатно-кирпичную суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, из расчета на 1 л раствора 12 г кирпичного боя фракции 0,125-0 мм.

Для состава 22 приготавливают шихту в виде смеси, включающей керамзит с насыпной плотностью 500 кг/м³ фракции ≤1,25 мм, содержащей до 20 мас.% фракции 0,088-0 мм и вермикулит фракции ≤0,125 мм с насыпной плотностью 100 кг/м³. Фосфатно-керамзитовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК плотностью 1,35-1,4 г/см³, из расчета на 1 л раствора: 13 г неактивированной и 1 г активированной в планетарной мельнице керамзитовой пыли до удельной поверхности 4500 см²/г.

Для состава 23 приготавливают шихту в виде смеси, включающей электрокорунд фракции <0,125 мм по ТУ 2-036-0224450-022-90, 2,4 мас.% активированного каолина (см. состав 13) и вермикулит с насыпной плотностью 100 кг/м³ фракции ≤2 мм до 90%, содержащей 10 мас.% частиц, активированных в виброшаровой мельнице до удельной поверхности 3500 см²/г. Фосфатно-корундовую суспензию приготавливают аналогично составу 17, в лопастном смесителе на основе водного раствора АХФС плотностью 1,45-1,46 г/см³, с введением в него 10-12 мас.% порошка указанного электрокорунда.

Составы 24-26 приготавливают и используют аналогично составам 10-12 при изготовлении бетонов и теплоизоляционно-конструкционных изделий с кажущейся плотностью в диапазоне 900-1300 кг/м³.

Состав 27 на основе корундового наполнителя фракции 1,25 мм, вермикулита с насыпной плотностью 150 кг/м³ фракции 0,125 мм, включающей 10 мас.% активированной добавки и фосфатно-корундовой суспензии (водный раствор АХФС плотностью 1,45-1,46 г/см³ с 15 мас.% корунда фракции 0,125-0 мм), используют при изготовлении бетонов, мертелей и теплоизоляционно-конструкционных изделий с кажущейся плотностью до 1600±50 кг/м³.

Составы 28, 29 приготавливают и используют аналогично составам 15, 16 при изготовлении бетонов и конструкционных изделий с кажущейся плотностью 1900±100 кг/м³, имеющих пониженные значения коэффициента теплопроводности. Используют огнеупорные наполнители из электрокорунда и шамота фракции ≤2,5 мм, вермикулит с насыпной плотностью 200 кг/м³ фракции 0,25 мм, каолин (см. состав 4) и глину латненскую ЛТ-1 по ТУ 14-3-8-152-75, с содержанием Al₂О₃ до 37 мас.%.

Пример 3. Смеси типа Аx+(B₄-y₁+В*_2.5-y₂).

Составы 30, 31 приготавливают по схемам, аналогичным для составов 1, 17 и используют при изготовлении ультралегких виброформованных теплоизоляционных изделий.

Для приготовления состава 30 используют шамот (насыпная плотность 1380 кг/м³, фракция ≤0,125 мм), перлит (50 кг/м³, ≤2,5 мм), вермикулит (100 кг/м³, ≤2,5 мм) и фосфатно-шамотную суспензию (раствор АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, 10 мас.% шамота фракции ≤0,125 мм с 10 мас.% активированных частиц). Активированную перлито-вермикулитовую добавку в количестве 8-10 мас.% к перлито-вермикулитовой смеси приготавливают путем вибропомола увлажненной раствором АБФК смеси порошков перлита и вермикулита в весовом соотношении 2,5:1, до получения значения удельной поверхности 3500-3600 см²/г.

Для приготовления состава 31 используют электрокорунд фракции ≤0,125 мм, перлит и вермикулит аналогично составу 30 (при весовом соотношении 3,3:1) и фосфатно-корундовую суспензию (раствор АХФС плотностью 1,35-1,36 г/см³, 10 мас.% корунда фракции ≤0,125 мм).

Составы 32-34 приготавливают по схемам, аналогичным для составов 4-7, 19, 20, и используют при изготовлении виброформованных теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 400±10 кг/м³.

Для приготовления состава 32 используют керамзит (насыпная плотность 350 кг/м³, фракция 1, 25 мм), перлит (50 кг/м³, ≤0,25 мм), вермикулит (100 кг/м³, ≤0,25 мм) и фосфатно-керамзитовую суспензию (раствор АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, 10 мас.% керамзита фракции 0, 125-0 мм). Весовое соотношение перлит:вермикулит = 1,7:1.

Для приготовления состава 33 используют глинозем марки ГК-1 (см. состав 2), перлит (65 кг/м³, ≤2 мм), вермикулит (100 кг/м³, ≤2 мм) и фосфатно-глиноземистую суспензию (раствор АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, 15 мас.% глинозема с 10 мас.% активированных частиц). Весовое соотношение перлит:вермикулит = 0,4:1. Активированную перлито-вермикулитовую добавку в количестве 8-10 мас.% к перлито-вермикулитовой смеси приготавливают аналогично составу 30.

Для приготовления состава 34 используют бой керамического кирпича фракции 0,125 мм и 1,4 мас.% активированной глины латненской полукислой ЛТПК-1 (см. состав 7), перлит (50 кг/м³, ≤2 мм), вермикулит (100 кг/м³, ≤2 мм) и фосфатно-кирпичную суспензию (раствор АБФК плотностью 1,5 г/см³, 15 г кирпичной пыли на 1 л раствора). Весовое соотношение перлит:вермикулит = 1,3:1.

Составы 35, 36 приготавливают по схемам, аналогичным для составов 8, 9, 21, и используют при изготовлении виброформованных теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 600±20 кг/м³.

Для состава 35 приготавливают шихту в виде смеси, включающей шамот (насыпная плотность 1420 кг/м³, фракция ≤1,25 мм), перлит (65 кг/м³, ≤2 мм), вермикулит (100 кг/м³, ≤2 мм), 2,5 мас.% активированной глины бентонитовой (см. состав 6) и активированную перлито-вермикулитовую добавку (см. состав 30) в количестве 8-10 мас.% к перлито-вермикулитовой смеси. Фосфатно-шамотная суспензия на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³ включает 10 мас.% шамота фракции ≤0,125 мм. Весовое соотношение перлит:вермикулит = 0,65:1.

Для состава 36 приготавливают шихту в виде смеси, включающей электрокорунд фракции ≤1,6 мм, перлит (насыпная плотность 65 кг/м³, фракция ≤2 мм), вермикулит (100 кг/м³, ≤2 мм). Фосфатно-корундовая суспензия на основе водного раствора АХФС плотностью 1,38-1,4 г/см³ включает 15 мас.% корунда фракции 0,125-0 мм. Весовое соотношение перлит:вермикулит = 0,7:1.

Составы 37, 38 приготавливают по схемам, аналогичным для составов 10, 11, 24.

Для состава 37 приготавливают шихту в виде смеси, включающей электрокорунд фракции ≤2 мм, перлит (насыпная плотность 75 кг/м³, фракция ≤0,5 мм), вермикулит (100 кг/м³, ≤2 мм), 3,7 мас.% активированного каолина (см. состав 4) и активированную перлито-вермикулитовую добавку (см. состав 30) в количестве 10 мас.% к перлито-вермикулитовой смеси. Фосфатно-корундовая суспензия на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³ включает 15 мас.% корунда фракции 0,125-0 мм. Весовое соотношение перлит:вермикулит = 0,5:1. Состав используют при изготовлении вибро-формованных теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 900±20 кг/м³ кг/м³.

Для состава 38 приготавливают шихту в виде смеси, включающей глинозем марки Г-1 фракции <0,05 мм с содержанием γ-Al₂О₃ до 60 мас.%, перлит (насыпная плотность 100 кг/м³, фракция ≤0,125 мм), вермикулит (100 кг/м³, ≤0,125 мм) и активированную перлито-вермикулитовую добавку (см. состав 30) в количестве 10 мас.% к перлито-вермикулитовой смеси. Фосфатно-глиноземистая суспензия на основе АБФК плотностью 1,35-1,40 г/см³ включает 15 мас.% глинозема марки ГК-1. Весовое соотношение перлит:вермикулит = 1:1. Состав используют при изготовлении поризуемых шликеров для теплоизоляционных ячеистых бетонов.

Составы 39-41 приготавливают по схемам, аналогичным для составов 12, 26.

Для состава 39 приготавливают шихту в виде сухой смеси, включающей шамот (насыпная плотность 1420 кг/м³, фракции: 1,5-1 мм до 30%, 1-0,5 мм до 15%, 0,5-0 мм до 55% (в том числе <0,088 мм до 25%), перлит (насыпная плотность 200 кг/м³, фракция ≤0,125 мм), вермикулит (200 кг/м³, ≤0,25 мм), 10 мас.% активированной глины латненской ЛТ-1 по ТУ 14-3-8-152-75, с содержанием Аl₂O₃ до 37 мас.%. Фосфатно-шамотную суспензию приготавливают с помощью электроинструмента - миксера (см. состав 2) на основе водного раствора АХФС плотностью 1,36-1,38 г/см³, из расчета 10 г шамота фракции 0,125-0 мм на 1 л раствора. Сухую смесь и суспензию используют при торкретировании тепловых агрегатов путем смешения и нанесения с помощью торкрет-установки.

Для приготовления состава 40 используют электрокорунд фракции ≤2 мм, перлит (насыпная плотность 200 кг/м³, фракция ≤0,5 мм), вермикулит (200 кг/м³, ≤0,5 мм) и активированную перлито-вермикулитовую добавку (см. состав 30) в количестве 2,5 мас.% к перлито-вермикулитовой смеси. Фосфатно-корундовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³ с включением 10 мас.% корунда фракции 0,125-0 мм, содержащей 5 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью 5000 г/см². Весовое соотношение перлит:вермикулит = 1:1. Состав используют при изготовлении виброформованных теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 1300±30 кг/м³.

Для состава 41 приготавливают шихту в виде смеси, включающей шамотный мертель тонкого помола ШТ-1, перлит (насыпная плотность 150 кг/м³, фракция ≤0,125 мм), вермикулит (150 кг/м³, ≤ 0,125 мм) и активированную перлито-вермикулитовую добавку (см. состав 30) в количестве 10 мас.% к перлито-вермикулитовой смеси. Фосфатно-мертелевая суспензия на основе АБФК плотностью 1,5-1,55 г/см³ включает 10 мас.% мертеля ШТ-1 фракции 0,088-0 мм. Весовое соотношение перлит:вермикулит = 1:1. Состав используют при изготовлении кладочных растворов и заполнителей швов между штучными теплоизоляционными изделиями.

Состав 42 приготавливают по схемам, аналогичным для составов 13, 14, 27, и используют при изготовлении бетонов, мертелей и формованных конструкционно-теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 1600±50 кг/м³.

Используют шамот (насыпная плотность 1460 кг/м³, фракция ≤2,5 мм), перлит (250 кг/м³, ≤0,25 мм), вермикулит (200 кг/м³, ≤0,25 мм) и активированную перлито-вермикулитовую добавку (см. состав 30) в количестве 6-7 мас.% к перлито-вермикулитовой смеси. Фосфатно-шамотная суспензия на основе водного раствора АХФС плотностью 1,44-1,45 г/см³ включает 10 мас.% шамота фракции ≤0,125 мм. Весовое соотношение перлит:вермикулит = 0,85-0,9:1.

Составы 43, 44 приготавливают по схемам, аналогичным для составов 15, 16, 28, 29, и используют при изготовлении бетонов, мертелей, шликеров и формованных конструкционно-теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 1900±100 кг/м³.

Для приготовления состава 43 используют электрокорунд с зерном №100 (1,6-2 мм), перлит (насыпная плотность 250 кг/м³, фракция ≤0,25 мм), вермикулит (200 кг/м³, ≤0,25 мм), 10 мас.% активированного каолина (см. состав 4) и активированную перлито-вермикулитовую добавку (см. состав 30) в количестве 8-8,5 мас.% к перлито-вермикулитовой смеси. Фосфатно-корундовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АХФС плотностью 1,5-1,55 г/см³ с включением 10 мас.% корунда фракции 0,125-0 мм, содержащей 10 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью 6000 г/см². Весовое соотношение перлит:вермикулит = 1,25:1.

Для состава 44 приготавливают шихту в виде смеси, включающей высокоглиноземистый мертель тонкого помола ВТ-1, перлит (насыпная плотность 250 кг/м³, фракция ≤0,125 мм) и вермикулит (200 кг/м³, ≤0,125 мм). Фосфатно-мертелевая суспензия на основе АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³ включает 10-12 мас.% мертеля ВТ-1 фракции 0,088-0 мм. Весовое соотношение перлит:вермикулит = 1,25:1. Состав используют при изготовлении шликеров для литья в формы.

Из примеров осуществления и данных, приведенных в таблицах 1 и 2, следует, что в сравнении с прототипом из предлагаемой массы могут быть приготовлены составы, которые могут использоваться не только в качестве неформованных материалов, но и при изготовлении формованных огнеупорных теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью от 300 до 2000 кг/м³. Использование фосфатной суспензии с тонкодисперсными, в том числе активированными частицами огнеупорного наполнителя повышает равномерность распределения связующего в объеме смесей, дает возможность получать материалы с равномерной пористой структурой, характеризующиеся в сравнении с известными пониженными на 15-20% значениями теплопроводности и водопоглощения, при обеспечении требуемых эксплуатационных характеристик по прочности, ресурсу и объемным изменениям в службе. Это позволяет снижать вес футеровок и теплоизоляции в тепловых агрегатах, уменьшать в них тепловые потери и расход топлива. За счет механохимической активации небольших по массе компонентов шихты обеспечивается более быстрое отверждение материалов и сформованных изделий при нормальной температуре, что позволяет упростить их транспортировку, снизить энергетические и временные затраты при сушке. Для изготовления из предлагаемой массы огнеупорных теплоизоляционных изделий различной конфигурации может использоваться стандартное смесительное, измельчительное и вибропрессовое оборудование, широко применяемое в промышленности строительных изделий.

Таблица 1 Составы для изготовления 1 м³ материалов и изделий (по сухим) № состава Фосфатная связка, кг Шихта (компоненты), кг Кажущаяся плотность, кг/м³ На основе суспензии с АБФК На основе суспензии с АХФС 1 2 3 4 5 Составы типа Ax+By 1. 120   (ш)40+(п)140 300 2.   110 (гнз)70+(п)120 300 3. 130   (ш) 60+(п)160+(га)1 350 4.   135 (кор)60+(п)200+(па)5+(га)1 400 5. 130   (крм)220+(п)50 400 6. 130   (крм)170+(п)100+(га)3 400 7. 135   (кир)130+(п)135+(га)2,5 400 8. 145   (ш)285+(п)155+(па)15 600 9. 160   (кир)210+(п)230 600

Продолжение табл.1 1 2 3 4 5 10. 160   (кор)520+(п)200+(па)20 900 11. 170   (крм)600+(п)130 900 12. 210   (ш)990+(п)100 1300 13.   245 (шк)1230+(п)70+(па)5+(га)50 1600 14.   245 (ш)1250+(п)50+(па)5+(га)50 1600 15.   330 (кор)1475+(п)75+(га)145 2000 16. 370   (ш)1400+(п)90+(га)140 2000 Составы типа Ах+В*у 17.   115 (кор)55+(в)130 300 18.   120 (газ) 90+(в)140 350 19. 120   (ш)105+(в)190+(ва)15 400 20. 110   (крм)240+(в)50 400

Продолжение табл.1 1 2 3 4 5 21. 150   (кир)235+(в)210+(га)5 600 22. 160   (крм)420+(в)120 700 23.   160 (кор)420+(в)200+(ва)10+(га)10 800 24.   180 (ш)520+(в)200 900 25. 190   (кир)740+(в)150+(га)20 1100 26. 200   (ш)1000+(в)100 1300 27.   230 (кор)1230+(в)130+(ва)10 1600 28.   350 (кор)1400+(в)110+(га)140 2000 29. 350   (ш)1400+(в)110+(га)140 2000 Составы типа Ax+(B₄-y₁+В*_2.5-y₂) 30. 110   (ш)40+[(п)100+(в)40]+(пва)10 300 31.   115 (кор)55+[(п)100+(в)30] 300

Продолжение табл.1 1 2 3 4 5 32. 130   (крм)175+[(п)60+(в)35] 400 33. 130   (гнз)90+[(п)50+(в)120]+(пва)10 400 34. 140   (кир)110+[(п)85+(в)65]+(га)1,5 400 35. 150   (ш)265+[(п)65+(в)100]+(пва)15+(га)6,5 600 36.   150 (кор)325+[(п)50+(в)75] 600 37. 180   (кор)535+[(п)50+(в)100]+(пва)15+(га)20 900 38. 230   (гнз)760+[(п)50+(в)50]+(пва)10 1100 39.   200 (ш)920+[(п)45+(в)45]+(га)90 1300 40. 200   (кор)800+[(п)140+(в)140]+(пва)20 1300 41. 290   (мер)900+[(п)50+(в)50]+(пва)10 1300 42.   240 (ш)1200+[(п)70+(в)80]+(пва)10 1600

Продолжение табл.1 1 2 3 4 5 43.   350 (кор) 1325+[(п) 100+(в)80]+(пва)15+(га) 130 2000 44. 380   (мер) 1440+[(п) 100+(в)80] 2000 Условные обозначения: (ш) - шамот, (п) - перлит, (гнз) - глинозем, (га) - глина активированная, (кор) - корунд, (па) - перлит активированный, (крм) - керамзит, (кир) - кирпичный бой, (шк) - шамот каолиновый, (в) - вермикулит, (ва) - вермикулит активированный, (пва) - перлито-вермикулитовая смесь активированная,(мер) - мертель.

Таблица 2 Свойства материалов Номера составов Образцы в сухом состоянии Кажущаяся плотность, кг/см³ Предел прочности при сжатии, Н/мм² Теплопроводность, Вт/м·К, при средней температуре (600±25)°С Термостойкость, циклы (не менее) Остаточное изменение размеров, % (при температуре службы, °С) 1 2 3 4 5 6 Составы типа Ax+By 1, 2 300 1,0; 1,3 0,16 10 <2; <2 (900°С) 3 350 1,4 0,17 <1,5 (900°С) 4, 5, 6, 7 400 2,5; 2,0; 2,2; 1,8 0,15; 0,21; 0,22; 0,2 (800°С - воздух) <1; <2,5; <2; <2,5 (950°С) 8,9 600 3,2; 2,8 0,3; 0,28 <1; <2,5 (1000°С) 10, 11 900 5,2; 4,6 0,5; 0,46 <1; <2,5 (1000°С) 12 1300 7,5 0,62 <1 (1050°С) 13, 14 1600 14; 12 0,84; 0,82 10 <1; <1 (1050°С) (800°С - вода) 15, 16 2000 21; 18 1,2;1,1 <1; <1 (1100°С)

Продолжение табл.2 1 2 3 4 5 6 Составы типа Ах+В*у   17 300 1,2 0,2 10 (800°С - воздух) <2 (900°С) 18 350 1,6 0,21 <1,5 (900°С) 19, 20 400 1,8; 2,4 0,20; 0,24 <1,5; <2 (900°С) 21 600 3,0 0,28 <2 (900°С) 22 700 3,5 0,33 <2,5 (900°С) 23 800 5,2 0,4 <1 (950°С) 24 900 6,0 0,52 <2 (950°С) 25 1100 7,2 0,58 <2,5 (950°С) 26 1300 8,6 0,63 <1,5 (950°С) 27 1600 15 0,85 10 (800°С - вода) <1 (1000°С) 28, 29 2000 22; 21 1,3; 1,2 <1 (1100°С) <1 (1000°С) Составы типа Аx+(B₄-y₁+B*_2.5-y₂) 30, 31 300 1,1; 1,2 0,19; 0,20 10 (800°С - воздух) <2; <2 (900°С) 32, 33, 34 400 2,1; 1,8; 0,22; 0,2 <2; <1,5; <2 (900°С) 35, 36 600 3,3; 3,4 0,31; 0,32 <1,5; <1 (950°С) 37 900 6,4 0,52 <1 (950°С) 38 1100 5,8 0,50 <1 (950°С) 39, 40, 41 1300 4,2; 8; 6,5 0,44; 0,64; 0,5 <1 (950°С) 42 1600 16 0,86 10 (800°С - вода) <1 (1000°С) 43, 44 2000 24; 10,0 1,4; 1,2 <1 (1100°С)

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий многофункционального назначения на основе фосфатных связующих. Техническим результатом изобретения является расширение номенклатуры и повышение качества, снижение теплопроводности материалов и изделий с обеспечением требуемого комплекса их характеристик в службе. Масса для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий включает связующее на основе алюмофосфатов и шихту в виде смеси из огнеупорного наполнителя, выбранного из группы, включающей шамот, глинозем, корунд, керамзит, кирпичный бой, и одного или двух теплоизоляционных материалов, выбранных из группы, включающей вспученный перлит, вспученный вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас.%: шихта - 35-85; фосфатная суспензия - 15-65. В качестве связующего она содержит суспензию на основе алюмоборфосфатного или алюмохромфосфатного связующего с алюмосиликатным огнеупорным наполнителем фракции 0,125-0 мм в количестве 0,1-15% от массы суспензии, при следующем соотношении компонентов шихты: для смеси из огнеупорного наполнителя с перлитом массовые части составляют соответственно 1,0 и 0,04-4,0; для смеси из огнеупорного наполнителя с вермикулитом массовые части составляют соответственно 1,0 и 0,05-2,5; для смеси из огнеупорного наполнителя с перлитом и вермикулитом массовые части составляют соответственно 1,0 - для наполнителя, 3,95-0,05 - для перлита, 0,05-2,45 - для вермикулита. 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Масса для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий, включающая связующее на основе алюмофосфатов и шихту в виде смеси из огнеупорного наполнителя, выбранного из группы, включающей шамот, глинозем, корунд, керамзит, кирпичный бой, и одного или двух теплоизоляционных материалов, выбранных из группы, включающей вспученный перлит, вспученный вермикулит, отличающаяся тем, что в качестве связующего она содержит суспензию на основе алюмоборфосфатного или алюмохромфосфатного связующего с указанным огнеупорным наполнителем фракции 0,125-0 мм в количестве 0,1-15% от массы суспензии при следующем соотношении компонентов шихты: для смеси из огнеупорного наполнителя с перлитом массовые части составляют соответственно 1,0 и 0,04-4,0; для смеси из огнеупорного наполнителя с вермикулитом массовые части составляют соответственно 1,0 и 0,05-2,5; для смеси из огнеупорного наполнителя с перлитом и вермикулитом массовые части составляют соответственно 1,0 - для наполнителя, 3,95-0,05 - для перлита, 0,05-2,45 - для вермикулита при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Шихта 35-85 Фосфатная суспензия 15-65.

2. Масса по п.1, отличающаяся тем, что зернистость огнеупорного наполнителя составляет не более 2,5 мм, зернистость перлита и вермикулита составляет не более 5 мм, а соотношения между наиболее крупными фракциями наполнителя и перлита или наполнителя и вермикулита составляют соответственно 1,0 и 0,1-20,0.

3. Масса по п.1, отличающаяся тем, что содержание в шихте огнеупорного наполнителя фракции 0,088-0 мм составляет 30-80% от массы наполнителя для материалов и изделий с кажущейся плотностью до 400 кг/м³.

4. Масса по п.1, отличающаяся тем, что содержание в шихте огнеупорного наполнителя фракции 0,088-0 мм составляет 15-30% от массы наполнителя для материалов и изделий с кажущейся плотностью 400-1300 кг/м³.

5. Масса по п.1, отличающаяся тем, что содержание в шихте огнеупорного наполнителя фракции 0,088-0 мм составляет 1-15% от массы наполнителя для материалов и изделий с кажущейся плотностью более 1300 кг/м³.

6. Масса по п.1, отличающаяся тем, что тонкодисперсная фракция огнеупорного наполнителя фосфатной суспензии включает 1-10 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью не менее 4500 см²/г.

7. Масса по п.1, отличающаяся тем, что вспученный материал дополнительно содержит 1-10 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью не менее 3500 см²/г.

8. Масса по п.1, отличающаяся тем, что огнеупорный наполнитель дополнительно содержит 1-10 мас.% активированной глины с удельной поверхностью не менее
5000 см²/г.