СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНОЙ КЕРАМОБЕТОННОЙ МАССЫ Российский патент 2013 года по МПК C04B35/66 C04B35/18 

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов, может быть использовано при производстве фасонных изделий для работы в области средних и высоких температур, в агрессивных средах, в расплавах.

Известен способ получения огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов по патенту РФ на изобретение №2303583, С04В 35/66, 2007. Согласно данному способу получают формовочную смесь смешением глиноземсодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей, формуют изделия и отверждают их сушкой с упрочнением жидким стеклом. В качестве заполнителя используют материал из группы шамот, муллит, корунд, определенного фракционного состава, в качестве тонкомолотой составляющей - высококонцентрированную вяжущую суспензию, полученную мокрым помолом дробленного глиноземсодержащего материала. Недостатком является невысокая морозоустойчивость вследствие водоплогощения материала.

По патенту РФ на изобретение №2303581, С04В 35/66, 2007 известен способ получения кладочного раствора для футеровки тепловых агрегатов, включающий перемешивание глиноземсодержащего компонента в присутствии воды с жидким натриевым стеклом. В качестве глиноземсодержащего компонента используют дробленный лом муллитосодержащих или шамотных изделий после этапного мокрого помола в шаровой мельнице с добавлением жидкого натриевого стекла на каждом этапе. Помол ведут до получения высококонцентрированной вяжущей суспензии, перемешивают ее с бентонитовой глиной и вводят тринатрийфосфат или триполифосфат. Недостатком является использование компонентов, отличных по химическому составу от глиноземсодержащей основы, которое отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики получаемого материала.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран способ получения сухой огнеупорной керамобетонной массы для футеровки тепловых агрегатов по патенту на изобретение №2303582, С04В 35/66, 2007. Способ включает смешение глиноземсодержащего заполнителя, полученного мокрым помолом материала из группы шамот, муллит, корунд, и высококонцентрированной керамической вяжущей суспензии. Мокрый помол ведут с загрузкой жидкого натриевого стекла на каждом этапе. Недостатком является повышенное водопоглощение полученной керамобетонной массы, влияющее на морозоустойчивость и износостойкость.

Технической задачей является улучшение эксплуатационных характеристик материала и изделий из данного материала.

Технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик за счет повышения химической стойкости материала, температуростойкости, а также прочности и износостойкости изготовленных из него изделий.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения огнеупорной керамобетонной массы, включающем получение вяжущего и заполнителя из глиноземсодержащего материала с содержанием глинозема 15-70 мас.%, их смешение, согласно изобретению получают коллоидное вяжущее мокрым помолом алюмосиликатного огнеупорного порошка с содержанием глинозема 15-70 мас.% в присутствии воды и щелочного электролита до получения частиц размером до 5 мкм 30-50%, свыше 63 мкм - до 1,5% влажностью 14,5-15,5%, проводят стабилизацию полученной массы, вводят в нее микрокремнезем не более 3% от массы коллоидного вяжущего, готовят заполнитель из алюмосиликатного огнеупорного порошка, с тем же содержанием глинозема, что и коллоидное вяжущее, следующего фракционного состава мас.%:

0-2 мм 6 2-5 мм 41 5-10 мм 53,

затворяют заполнитель водой, смешивают с коллоидным вяжущим, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

коллоидное вяжущее 33-45 заполнитель 55-67

Технический результат обеспечивается за счет того, что получают коллоидное вяжущее с размером частиц до 5 мкм 30-50 мас.%, свыше 63 мкм - до 1,5 мас.%. Данное вяжущее обладает свойствами химического раствора за счет наличия в нем частиц размером менее 5 мкм, включающих и частицы менее 10^-7 см, и свойствами грубой взвеси, т.е. суспензии, за счет наличия в нем твердых частиц размером более 10^-5 см. За счет данного состава коллоидное вяжущее обладает высокой реакционной способностью и механохимической активностью, что способствует повышению вяжущих свойств материала в процессе сушки при изготовлении из него изделий, тем самым повышается прочность этих изделий. Эксплуатационные свойства материала повышаются за счет введения высокоактивной минеральной добавки в виде микрокремнезема, которая вводится непосредственно перед смешением коллоидного вяжущего с заполнителем. В способе используется микрокремнезем марки МК85, получаемый как побочный продукт производства муллитокремнеземистых материалов. Данный порошок состоит из мелких шарообразных частиц аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью более 30000 см²/г (или 3 м²/г). При введении микрокремнезема в получаемую смесь поверхностные атомы микрокремнезема взаимодействуют с оксидным заполнителем, образуя прочные связи между вяжущим и заполнителем. Происходит заполнение пор сферическими микрочастицами, что способствует значительному уменьшению капиллярной пористости и проницаемости материала. Низкая проницаемость и повышенная плотность цементного камня, образующегося в результате применения заявляемого материала, обеспечивают повышенную температуростойкость, в том числе морозостойкость. Это объясняется отсутствием несовместимости микрокремнезема с воздухововлекающими добавками. Стабильная реологическая структура пластичного бетона с микрокремненземом уменьшает потерю вовлеченного воздуха при транспортировке и вибрации. За счет низкой проницаемости повышается устойчивость материала к воздействию агрессивных сред. Опытным путем определено оптимальное количество микрокремнезема для повышения требуемых характеристик огнеупорной керамобетонной массы - не более 3% от массы загружаемого в бетонную смесь коллоидного вяжущего. Получение вяжущего и заполнителя из одного и того же глиноземсодержащего материала одного состава из одного исходного сырья, которое является браком производства ОАО «Сухоложского огнеупорного завода», и выбор оптимальных размеров частиц заполнителя позволяет повысить прочность материала за счет однородности внутренней структуры. Соотношение мас.%: заполнитель 55-67%, коллоидное вяжущее 33-45%, является оптимальным для получения высокоплотного огнеупорного материала за счет повышенного процентного содержания заполнителя, в качестве которого используют дробленый глиноземосодержащий материал, обладающий большей плотностью и твердостью, чем вяжущее.

Сравнительные характеристики изделий из материалов, полученных по традиционной технологии, отраженной в ближайшем аналоге, и изделий из материала, полученного заявляемым способом, отражены в таблице.

Характеристика Керамобетонная масса, полученная по традиционной технологии Керамобетонная масса, полученная с добавлением микрокремнезема Термообработка изделий при 200°С Термообработка изделий при 1200°С Термообработка изделий при 200°С Термообработка изделий при 1200°С Прочность при сжатии, МПа 20,1 32,4 24,6 68,6 Открытая пористость, % 22,6 21,7 19,7 20,6 Кажущаяся плотность, г/см³ 2,05 2,09 2,17 2,14 Водопоглощение, % 11 10,4 9,1 9,65 Расплавопоглощение, % 4,68 11,3 3,24 9,32 ТРУ, расплав/воздух
Теплосмены:         до появления трещин 10 4 11 6,5 до начала разрушения 14 7 15 10 до потери 20% массы 24 23 >29 26 Температура начала деформации под нагрузкой:         0,05 МПа - - - - 0,2 МПа 1240 1330 1270 1350 Огнеупорность, °С 1730 1730 1750 1750 Теплопроводность, λ Вт/(м*К) 1,38 1,43 1,31 1,41

Способ получения огнеупорных керамобетонных изделий осуществляют следующим образом.

Пример 1

В качестве сырья используют переработанный брак собственного производства ОАО «Сухоложский огнеупорный завод». Готовят коллоидное вяжующее мокрым помолом в шаровой мельнице огнеупорной крошки алюмосиликатного состава с содержанием AL₂О₃ 15 мас.% и размером зерна до 5 мм в водной щелочной среде pH 8-11, влажность 14,5-15,5%. При 15 мас.% глинозема исходное сырье представляет собой смесь шамота и кварцевого песка. Во время физико-химического процесса помола образуются смеси различных кремниевых кислот, которые в присутствии активного натрия жидкого стекла в водной среде образуют коллоидные растворы. Процесс ведут при температуре 50-70°С до получения pH 7-9, частиц размером более 63 мкм - до 1,5 мас.% и частиц размером до 5 мкм 40 мас.%. В качестве щелочного электролита используется жидкое стекло натриевое каустическое с силикатным модулем 2,45-2,5 и плотностью 1,45-1,55 г/см³. Жидкое стекло натриевое каустическое загружают в количестве 0,8-1,6% от массы загружаемого огнеупорного сырья, воду - в количестве 18-19% от общей массы суспензии с учетом химически связанной воды. Коллоидное вяжущее сливают в стабилизатор в виде гуммированной герметичной емкости и при перемешивании в течение 26 часов проводят стабилизацию. Далее в полученное коллоидное вяжущее добавляют до 3% микрокремнезема МК 85, который получают как побочный продукт производства муллитокремнеземистых материалов. Готовят огнеупорный заполнитель, рассеивая исходное сырье, с тем же содержанием глинозема, что и в коллоидном вяжущем, по фракциям: менее 2 мм 6 мас.%, 2-5 мм 41 мас.%, свыше 5, не более 10 мм 53 мас.%, затворяют заполнитель водой в количестве до 3% от общей массы загрузки для получения формовочной влажности 6,5-9,5%. Загружают заполнитель вместе с коллоидным вяжущим в бетоносмеситель принудительного действия и получают огнеупорную керамобетонную массу. При содержании глинозема в исходном сырье 15 мас.% полученная керамобетоппая масса имеет огнеупорность 1580°С, температуру начала деформации 1270°С, имеет высокую трещинностойкость - около 20 теплосмен, и высокую кислотостойкость.

Пример 2

В качестве сырья также используют переработанный брак собственного производства ОАО «Сухоложский огнеупорный завод». В шаровой мельнице готовят коллоидное вяжующее мокрым помолом огнеупорной крошки алюмосиликатного состава с содержанием глинозема от 28 до 37% и размером зерна до 5 мм в водной щелочной среде pH 8-11, влажность 14,5-15,5%. Во время физико-химического процесса помола образуются смеси различных кремниевых кислот, которые в присутствии активного натрия жидкого стекла в водной среде образуют коллоидные растворы. Процесс ведут при температуре 45-70°С до получения pH 7-9, частиц размером более 63 мкм - до 1,5 мас.% и частиц размером до 5 мкм 45 мас.%. В качестве щелочного электролита используется жидкое стекло натриевое каустическое с силикатным модулем 2,45-2,5 и плотностью 1,45-1,55 г/см³. Жидкое стекло натриевое каустическое загружают в количестве 0,8-1,6% от массы загружаемого огнеупорного сырья, воду - в количестве 18-19% от общей массы суспензии с учетом химически связанной воды. При достижении необходимых значений влажности, pH и размера частиц коллоидное вяжущее сливают в стабилизатор в виде гуммированной герметичной емкости и при перемешивании в течение 22-26 часов проводят стабилизацию. Далее в полученное коллоидное вяжущее добавляют до 3% микрокремнезема МК 85, который получают как побочный продукт производства муллитокремнеземистых материалов. Готовят огнеупорный заполнитель, рассеивая то же исходное сырье по фракциям: менее 2 мм 6 мас.%, 2-5 мм 41 мас.%, свыше 5, не более 10 мм 53 мас.%, затворяют заполнитель водой в количестве до 3% от общей массы загрузки для получения формовочной влажности 6,5-9,5%. Загружают заполнитель вместе с коллоидным вяжущим в бетоносмеситель принудительного действия и получают огнеупорную керамобетонную массу.

Пример 3

Готовят коллоидное вяжующее из переработанного брака вышеуказанного производства мокрым помолом в шаровой мельнице огнеупорной крошки алюмосиликатного состава с содержанием глинозема 70 мас.% и размером зерна до 5 мм в водной щелочной среде pH 8-11, влажность 14,5-15,5%. При таком содержании глинозема исходное сырье представляет собой смесь муллита и электрокорунда, в результате чего на выходе получаются несколько иные эксплуатационные характеристики. Так получаемая керамобетонная масса имеет высокую огнеупорность 1850°С, высокую температуру начала деформации 1540°С и повышенную стойкость в щелочной среде, по несколько меньшую термостойкость - 5-6 теплосмен. Помол ведут при температуре 50-70°С до получения частиц размером более 63 мкм - до 1,5 мас.% и частиц размером до 5 мкм 40 мас.%. Жидкое стекло натриевое каустическое с силикатным модулем 2,45-2,5 загружают в количестве 0,8-1,6% от массы загружаемого огнеупорного сырья, воду - в количестве 18-19% от общей массы суспензии с учетом химически связанной воды. Коллоидное вяжущее сливают в стабилизатор в виде гуммированной герметичной емкости и при перемешивании в течение 26 часов проводят стабилизацию. Далее в полученное коллоидное вяжущее добавляют до 3% микрокремнезема МК 85, который получают как побочный продукт производства муллитокремнеземистых материалов. Готовят огнеупорный заполнитель, рассеивая исходное сырье, с тем же содержанием глинозема, что и в коллоидном вяжущем, по фракциям: менее 2 мм 6 мас.%, 2-5 мм 41 мас.%, свыше 5, не более 10 мм 53 мас.%, затворяют заполнитель водой в количестве до 3% от общей массы загрузки для получения формовочной влажности 6,5-9,5%. Загружают заполнитель вместе с коллоидным вяжущим в бетоносмеситель принудительного действия и получают огнеупорную керамобетонную массу.

Изделия, изготовленные из полученной массы, имеют повышенную химическую стойкость, водонепрницаемость, прочность и долговечность. В зависимости от требований эксплуатации того или иного теплового агрегата, для которого будет использоваться получаемая керамобетонная масса, подбирается состав с определенным содержанием глинозема или AL₂O₃ в химическом выражении.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить эксплуатационные характеристики огнеупорной керамобетонной массы.

Изобретение может быть использовано при производстве фасонных огнеупорных изделий для работы в области средних и высоких температур, в агрессивных средах, в расплавах. Для осуществления способа получают коллоидное вяжущее мокрым помолом алюмосиликатного огнеупорного порошка с содержанием глинозема 15-70 мас.% в присутствии воды и щелочного электролита до получения частиц размером до 5 мкм 30-50%, свыше 63 мкм - до 1,5%. Проводят стабилизацию полученной массы и вводят в нее микрокремнезем не более 3% от массы полученного коллоидного вяжущего. Далее из огнеупорного порошка с тем же содержанием глинозема, что и коллоидное вяжущее, готовят заполнитель следующего фракционного состава, мас.%: менее 2 мм 6%, 2-5 мм 41%, 5-10 мм 53%. Заполнитель затворяют водой, смешивают с коллоидным вяжущим при следующем соотношении компонентов, мас.%: коллоидное вяжущее 33-45, заполнитель 55-67. Технический результат изобретения - изделия из керамобетонной массы, полученной заявленным способом, имеют повышенную химическую стойкость, водонепроницаемость, прочность и долговечность. 3 пр., 1 табл.

Способ получения огнеупорной керамобетонной массы, включающий получение вяжущего и заполнителя с содержанием глинозема 15-70 мас.%, их смешение, отличающийся тем, что получают коллоидное вяжущее мокрым помолом алюмосиликатного огнеупорного порошка с содержанием глинозема 15-70 мас.% в присутствии воды и щелочного электролита до получения частиц размером до 5 мкм 30-50%, свыше 63 мкм - до 1,5%, проводят стабилизацию полученной массы, вводят в нее микрокремнезем не более 3% от массы коллоидного вяжущего, готовят заполнитель из алюмосиликатного огнеупорного порошка с тем же содержанием глинозема, что и коллоидное вяжущее, следующего фракционного состава, мас.%:
0-2 мм 6 2-5 мм 41 5-10 мм 53,