СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМОВЕРМИКУЛИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2024 года по МПК C04B33/04 C04B35/16 C04B38/08 

Изобретение относится к технологии производства керамовермикулитовых изделий для высокотемпературной теплоизоляции в виде кирпичей, блоков, скорлуп и плит, промышленного оборудования, для футеровки камер печей обжига с рабочей температурой до 1070°С, а также производства строительных материалов.

Известен способ получения керамических изделий на основе волластонита, РФ № 2358951 С1, опубл. 20.06.2009, МПК C04B 33/28, C04B 35/16, сущность которого заключается в том, что производится приготовление водного шликера путем одновременного помола природного волластонита, каолина, глины с добавлением воды, жидкого стекла и кальцинированной соды, при следующем соотношении компонентов шликера, мас.%: волластонит 75-80, каолин 12-15, глина 8-10, жидкое стекло и кальцинированная сода (вводимые в шликер в качестве стабилизаторов), 0,3 и 0,2 соответственно, при влажности шликера 29-30 мас.%,формование изделий шликерным литьем в пористые формы, сушку и обжиг. В шликер дополнительно вводят вермикулит вспученный с зерновым составом 0,6-2,5 мм в количестве 2,0-3,0% от массы шликера.

Недостатком данного способа является:

- высокая плотность материала (1,3-1,4 г/см³), что снижает теплоизоляционные характеристики готовых изделий;

- необходимость большого объема заливочной форм-оснастки;

- необходимость выдержки шликера длительное время для набора распалубочной прочности;

- высокая стоимость природного волластонита, являющегося основной составляющей изделия, что сказывается на конечной стоимости изделия.

Известен способ получения теплоизоляционно-конструкционного материала на основе вспученного вермикулита, РФ №2161142С1, опубл. 27.12.2000, МПК С04В28/24, С04В111/20, сущность которого заключается в том, что изготовление материала производится путем смешивания вспученного вермикулита со связующим - жидким стеклом и технологической добавкой, формование пласта и его горячего прессования с продувкой горячим газообразным агентом с изотермической выдержкой, жидкое стекло перед смешиванием подогревают до температуры 40 - 90°С, формование и прессование пласта осуществляют на гибких сетчатых поддонах, а изотермическую выдержку совмещают с плавным сбросом давления в течение 0,5 - 5 мин, причем в качестве технологической добавки для ускорения процесса твердения связующего используют материал, выбранный из группы: вермикулитовая пыль, уловленная в процессе обжига вермикулита, аморфный кремнезем органогенного происхождения – диатомит, трепел, опока, промышленные отходы, содержащие аморфный кремнезем-кремнегель, микрокремнезем, сиштоф, зола от сжигания рисовой соломки, в качестве горячего газообразного агента используют дымовые газы печей обжига вермикулита или углекислый газ с температурой 100-350°С, а продувку осуществляют через конусообразные сопла, расположенные на одной из греющих плит, при одновременном вакуумировании парогазовой смеси через сетчатый поддон и конусообразные отверстия, расположенные на противоположной плите.

Недостатком данного способа является:

- сложность процесса формовки и отверждения изделий;

- использование жидкого стекла вызывает повышенную адгезию к форм-оснастке;

- при использовании в камерах обжига в качестве футеровочного слоя направленного к огню с изделия данного типа подвержены огневой усадке, вследствие чего происходит деформация кладки;

- использование жидкого стекла в качестве связующего снижает огнеупорность изделий и как следствие область применения.

Известен способ производства керамовермикулитовых изделий из сырьевой смеси на основе вспученного вермикулита, РФ 2379264 С1, опубл. 20.01.2010, МПК С04В 38/08, сущность которого заключается в том, что сырьевая смесь для производства керамовермикулитовых изделий содержит вспученный вермикулит, огнеупорную глину и глинофосфатное связующее, при следующем соотношении компонентов, мас. %: вспученный вермикулит - 65-25, огнеупорная глина - 25-65, глинофосфатное связующее - 7-15.

Недостатком данного состава является:

- сильные усадочные явления в изделиях во время сушки и обжига.

Задачей изобретения является снижение количества и продолжительности технологических процессов, сокращение сопутствующей форм-оснастки и трудозатрат на ее обслуживание, снижение объемной усадки и деформации, повышение прочности изделий с сохранением низкой плотности и высоких теплоизоляционных свойств, повышение эксплуатационных и ресурсных характеристик, снижение себестоимости изделий.

Технический результат изобретения:

- сокращение технологического цикла при производстве легковесных теплоизоляционных изделий, а именно технологической операции по образованию пор в теле изделия;

- получаемые заготовки при прессовании шихты с пониженной влажностью в форм-оснастку обладают достаточной механической прочностью для дальнейших перемещений заготовок в сушильные камеры;

- формование изделий из шихты с пониженной влажностью исключает необходимость наличия форм для выдержки, необходимых при шликерном литье;

- возможность получения материала с пониженной теплопроводностью и повышенной термостойкостью с сохранением высокой механической прочности;

- возможность изготовления крупногабаритных и сложно профильных изделий с высокой точностью;

- повышение огнестойкости конечного изделия;

- снижение объемной усадки заготовок во время сушки и обжига;

- снижение температуры спекания изделия из предложенной композиции.

Технический результат достигается тем, что керамовермикулитовые изделия изготавливают способом, включающим приготовление шихты с формовочной влажностью 18-25% путем смешения огнеупорной шамотной глины, молотого силиката кальция, вспученного вермикулита с зерновым составом 0,3-2,5 мм, аморфного микрокремнезема с добавлением воды и жидкого стекла, при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: огнеупорная глина 25-35, молотый силикат кальция 30-40, вспученный вермикулит с зерновым составом 0,3-2,5 мм 20-25, аморфный микрокремнезем 10-15, жидкое стекло 1-2, формование изделий методом прессовки в пресс-формах, сушку и обжиг.

Вспученный вермикулит, присутствующий в предлагаемом составе, обладает собственной высокой пористостью, что весьма эффективно для снижения кажущейся плотности и обеспечивает упрощение процесса формования (отсутствие сложных технологических операций по порообразованию шликера), снижение объема требуемого оборудования для выдержки щликера до набора требуемой механической прочности.

Вспученный вермикулит характеризуется низким коэффициентом теплопроводности (0,048-0,09 Вт/мК), что позволяет получать изделия с высокими теплоизоляционными свойствами. Низкая плотность вспученного вермикулита (80-120 кг/м³) позволяет получать легковесные изделия с объемным весом 600-800 кг/м³, что имеет немаловажное значение в футеровке, например, камер обжига керамического кирпича. Вспученный вермикулит обладает высокой температурой плавления (1240-1350°С), что обеспечивает высокую огнестойкость изделий. Кроме того, зерна вермикулита, равномерно распределенные в объеме материала, блокируют распространение микротрещин, которые возникают в режимах резких температурных перепадов в процессе эксплуатации изделий, а также значительно облегчают технологические процессы сушки и обжига изделий.

В предлагаемом способе применяется вспученный вермикулит с фракционным составом зерен 0,3-2,5 мм. Данный размер зерен обеспечивает равномерную упаковку состава без образования крупных агломераций. Объем вспученного вермикулита, вводимый в шихту по массе 20-25% в соотношении к остальным компонентом, в конечном изделии, ввиду низкой насыпной плотности, занимает 45-65% общего объема. Данный объем позволяет создавать оптимальную структуру изделия, при которой зерна вспученного вермикулита равномерно распределены и окружены без образования пустот связующим компонентом и модифицирующими наполнителями, создающими прочный пространственный каркас. Это позволяет создавать изделия с высокой механической прочностью, с сохранением низкого коэффициента теплопроводности и низкого объемного веса изделий.

Вспученный вермикулит, из-за своей пластинчатой структуры, обладает способностью сильно пластифицировать формовочную массу с низким содержанием воды в смеси, что позволяет изготавливать крупногабаритные и сложно профильные изделия с высокой точностью.

Огнеупорная глина, используемая в предлагаемом составе, характеризующаяся хорошей пластичностью и высокой связующей способностью, обеспечивает необходимую механическую прочность сформованной заготовки и высушенного сырца для свободного перемещения во время технологических операций загрузки в сушильную камеру и перемещения в обжиговую печь, без разрушения целостности изделия, обеспечивает получение в готовых обожженных изделиях прочных керамический каркас. Высокая огнеупорность глины (не менее 1670°С) оказывает влияние на огнеупорность готового изделия. Объем огнеупорной глины, вводимой в шихту по массе 25-35% в соотношении к остальным компонентам, в данной композиции считается оптимальным для создания прочного керамического каркаса изделия, с сохранением низкого объемного веса и высокой механической прочностью для теплоизоляционных изделий.

Для снижения сильных усадочных явлений во время сушки и обжига изделий с керамической связкой, повышения теплостойкости готовых изделий в состав шихты в предлагаемом способе вводится тонкомолотый силикат кальция по массе 30-40% в отношении к остальным компонентам. Низкая усадка материала (1-5%) объясняется тем, что происходит образование каркаса из разнонаправленных игольчато-волокнистых кристаллов силиката кальция.

Высокая удельная поверхность и аморфное состояние микрокремнезема, используемого в предлагаемом составе, обуславливает его высокую химическую активность и снижение температур реакций, протекающих при обжиге изделий. Это приводит к раннему накоплению жидкой фазы и спеканию изделия. Данная особенность аморфного микрокремнезема позволяет снизить начальную температуру спекания материала до 930-950°С, при этом не снижая огнеупорность готового изделия. Это снижает требования, предъявляемые к устройству камер обжиговых печей. При этом сокращается время и стоимость обжига изделий, снижается стоимость затрат на устройство и обслуживание камер обжиговых печей. Также аморфный микрокремнезем вводится в состав шихты с целью снижения средней плотности, теплопроводности и повышения прочностных характеристик готовых изделий. Для предотвращения запыленности рабочих мест и снижения стоимости перевозки в предлагаемом составе используется уплотненный микрокремнезем.

Формовка изделий в предлагаемой технологии, производится методом полусухого прессования на прессах под давлением 5-20 Мпа, с влажностью шихты 18-25%. Данный метод формовки позволяет получать изделия с высокой точностью форм и размеров. Значительно сокращается длительность производственного цикла и объем требуемого оборудования по отношению к шликерной формовке. Низкая формовочная влажность заготовки сокращает время сушки сырца и снижает стоимость затрат на данный производственный цикл.

Сушка изделий производится в сушильных камерах до получения требуемой остаточной влажности заготовки.

Обжиг изделий производится в печах обжига при температуре 950-1000°С.

Примеры осуществления изобретения:

Пример №1

Соотношение компонентов шихты, мас.%: огнеупорная глина - 34, молотый силикат кальция - 30, вспученный вермикулит с зерновым составом 0,3-2,5 мм - 25, аморфный микрокремнезем -10, жидкое стекло -1.

В шихту добавляли воду до достижения влажности 25% и формовали изделия методом прессовки в пресс-формах, сушку производили при температуре 120°С до остаточной влажности 6%, после чего производили обжиг при температуре 950°С.

Готовые изделия, произведённые из данного состава имеют следующие характеристики: плотность - 0,8 г/см³; прочность на сжатие - 48 кг/см²; термостойкость -50 т/см; огнеупорность - 1140°С; температура начала деструкции - 1090°С; рабочая температура применения - 1050°С; коэффициент теплопроводности - 0,275 Вт/мК.

Пример №2: Соотношение компонентов шихты, мас.%: огнеупорная глина - 25, молотый силикат кальция - 40, вспученный вермикулит с зерновым составом 0,3-2,5 мм - 20, аморфный микрокремнезем -13, жидкое стекло 2.

В шихту добавляли воду до достижения влажности 18% и формовали изделия методом прессовки в пресс-формах, сушку производили при температуре 120°С до остаточной влажности 6%, после чего производили обжиг при температуре 950°С.

Готовые изделия произведённые из данного состава имеют следующие характеристики: плотность - 1,2 г/см³; прочность на сжатие - 80 кг/см²; термостойкость - 48 т/см; огнеупорность - 1140°С; температура начала деструкции - 1090°С; рабочая температура применения - 1070°С; коэффициент теплопроводности - 0,31 Вт/мК.

Изобретение относится к технологии производства керамовермикулитовых изделий для высокотемпературной теплоизоляции в виде кирпичей, блоков, скорлуп и плит, промышленного оборудования, для футеровки камер печей обжига с рабочей температурой до 1070°С, для производства строительных материалов. Способ изготовления керамовермикулитовых изделий включает приготовление шихты с формовочной влажностью 18-25%, формование изделий методом прессовки в пресс-формах, сушку и обжиг. Приготовление шихты осуществляют путем смешения огнеупорной шамотной глины, молотого силиката кальция, вспученного вермикулита с зерновым составом 0,3-2,5 мм, аморфного микрокремнезема с добавлением воды и жидкого стекла. Соотношение компонентов шихты следующее, мас.%: огнеупорная глина 25-35, молотый силикат кальция 30-40, вспученный вермикулит с зерновым составом 0,3-2,5 мм 20-25, аморфный микрокремнезем 10-15, жидкое стекло 1-2. Технический результат – сокращение технологического цикла при производстве легковесных теплоизоляционных изделий, обеспечение пониженной теплопроводности и повышенной термостойкости с сохранением высокой механической прочности изделий, повышение огнестойкости изделия, снижение объемной усадки заготовок во время сушки и обжига, снижение температуры спекания. 2 пр.

Способ изготовления керамовермикулитовых изделий, включающий изготовление шихты с формовочной влажностью 18-25% путем смешения огнеупорной шамотной глины, молотого силиката кальция, вспученного вермикулита с зерновым составом 0,3-2,5 мм, аморфного микрокремнезема с добавлением воды и жидкого стекла при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: огнеупорная глина 25-35, молотый силикат кальция 30-40, вспученный вермикулит с зерновым составом 0,3-2,5 мм 20-25, аморфный микрокремнезем 10-15, жидкое стекло 1-2, формование изделий методом прессовки в пресс-формах, сушку и обжиг.