Сырьевая смесь для приготовления огнеупорного бетона Советский патент 1993 года по МПК C04B35/10 

(Изобретение относится к огнеупорным материалам, применяемым для тепловых агрегатов непрерывного и периодического действия, в частности для тепловой защиты агрегатов конверсии углеводородных газов.

Целью изобретения является повышение термостойкости и прочности в высокотемпературной среде.

Поставленная цель достигается тем, что сырьевая смесь, включающая корундовый заполнитель, высокоглиноземистый цемент и добавку, в качестве добавки содержит алюминиевую пудру, гидроокись магния и

перманганат калия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%: Высокоглиноземистый цемент,20-25

Гидроокись магния0,2-5

Алюминиевая пудра 0,2-5 Перманганат калия0,5-2,5

Корундовый заполнительОстальноеБетон, изготовленный из предлагаемой сырьевой смеси, обладает (по сравнению с известными) повышенной термостойкостью низкой теплопроводностью, меньшими сроками изготовления.

00

ю со

00 С

о

со

Предлагаемая сырьевая смесь предназначена, в основном, для изготовления огнеупорного бетьэ, применяемого для футеровки аппаратов конверсии углеводородных газов. Эти аппараты загружены никелевыми катализаторами и работают при температурах 1100-1400°С и давлении 20- 40 атм. Огнеупорный бетон, применяемый в этих условиях при наличии агрессивной среды (пары воды под давлением, СО, С02. Н2, СЬМ). должны обладать высокой химической стойкостью, устойчивостью к действию высоких температур, термической стойкостью, высокой механической прочностью. Кроме того в его составе не должно находиться соединений являющихся ядами для никелевых катализаторов, приводящих к их отравлению и разрушению в указанных условиях эксплуатации. К тому же срок твердения и сушки бетона должен быть непродолжительным, что позволит сократить время вывода агрегата на режим и в конечном итоге сэкономить сырьевые и энергетические ресурсы.

При разложении перманганата калия при температуре порядка 250°С, т.е. при выводе агрегата на режим, выделяется атомарный кислород.

mKMnO.i - пОг + гг.МпхОу + -™ ,

который, реагируя с алюминием, образуе) активную форму окиси алюминия.

4AI 4 ЗОг 2А120з,

которая в свою очередь, взаимодействуя с гидроокисью магния, образует шпинель

МдОхА120з(МуА1.СМ) А120з + + Мд( - МдА1204 +

Кроме мэгнийалюминиевой шпинели, возможно оЬразование марганецалюмини- евой шпинели

А120з + МпО МпАЫЭл

Образовавшиеся шпинели в свою очередь обладают повышенными термическими свойствами. Они в сочетании с другими компонентами сырьевой смеси - цементом и корундом - дают резкое повышение термической стойкости и снижение теплопроводности Кроме того при реализации предложенного соотношения добавки, цемента и корунда в процессе приготовления

бетона происходит быстрое схватывание итвердени Это обусловлено наличием щелочного компонента в смеси, что приводит к повышению рН (щелочности) среды и таким

образом к ускорению процесса твердения цемента. Кроме того, предложенная сырьевая смесь требует меньшего количества введения воды для гидратации, что позволяет ускорить процесс сушки бетона. Увеличение

же пористости приводит к снижению теплопроводности бетона. А это в свою очередь приводит к снижению потерь тепла в окружающую среду, что дает экономию отопительного газа.

5 Соотношение компонентов в добавке является следствием необходимости и достаточности полного превращения исходных веществ в конечный продукт - шпинели. Алюминиевая пудра, в отличие от водора0 створимых соединений алюминия, наряду с вышеуказанными реакциями превращения способствует снижению температуры синтеза этих шпинелей. Кроме того, чистая алюминиевая пудра не содержит нежелательных

5

примесей, вредных для самого процесса конверсии углеводородов. Введение ее в сырьевую смесь менее 0,2% недостаточно для образования приготовленного бетона. Содержание же ее в смеси более 5% вызывает

0 значительное разрыхление структуры материала и потере его механической прочности вследствие того, что обьем образующихся шпинелей больше объема исходных веществ.

5Наличие гидроокиси магния, а также ее

нижний и верхний пределы полностью соответствуют достижению положительного эффекта при введении алюминиевой пудры для образования шпинелей и лимитируется

0 содержанием других компонентов. Кроме того, соединения магния сами по себе являются компонентами для придания материалу прочности.

Перманганат калия введен в сырьевую

5 смесь, как указывалось, для образования атомарного кислорода, способного связывать компоненты добавки с образованием шпинелей и в то же время снижать пористость бетона. Его процентное содержание

0 в смеси является необходимым и достаточным для протекания указанных превращений, т.е. меньшее его количество не приводит к достижению неожиданного положительного фекта а избыток сверх

5 2,5% является балластом что не приводит к дополнительному эффекту

В качестве связующего в смеси используется высокоглиноземистый цемент ТУ 6- 03-339-78 (содержание AljO-- 80%) При введении его в сырьевую СМРСЬ 70% роиду

недостаточного количества цементного теста, необходимого для образования однородной массы, снижается механическая прочность огнеупорного бетона, повышается срок его сушки за счет испарения большего 5 количества воды при гидратации цемента, а введение его в смесь более 25% приводит к уменьшению термостойкости бетона в результате уменьшения трещиностойкости цементного камня,10

Введение в сырьевую смесь заполнителя корундового состава с содержанием АЬОз не менее 95% лимитируется содержанием других компонентов. Уменьшение его содержания в шихте значительно удорожа- 15 ет стоимость бетона, а увеличение содержания понижает механическую прочность и термическую стойкость. В качестве корундового заполнителя можно использовать корунд различных марок, а также смесь его 20 с отходами промышленных катализаторов конверсии углеводородов, содержащих в своем составе А120з также 95%.

Изготовление огнеупорного бетона из предлагаемой сырьевой смеси исключает 25 стадию обжига. Вышеуказанные превращения с образованием шпинелей происходят непосредственно при выводе теплового агрегата ча рабочий ражим.

30

Сырьевую смесь готовят следующим образом.

Вышеуказанные компоненты перемешивают в лопастном смеситепе в течение 3-4 минут Затем добавляют воду и вновь 35 перемешивают до получения однородной массы. После этого полученную смесь подвергают тепловлажностной обработке. Прокалку бетона осуществляют при выводе грегата на рабочий режим при температу- 40 ре до 1300°С.

По предложенному и известным составам были изготовлены образцы и испытаны огласно-существующим методикам.

Пример 1. Для приготовления сырь- 45 вой смеси смешивают, мас.%:

Алюминиевая пудра0,2

Гидроокись магния0,2

Перманганат калия0,5

Высокоглиноземистый50

цемент20

Заполнитель корундового состава (чистый электрокорунд)79,1 Затем смесь укладывают в форму и уп- 55 отняют вибрированием.

Полученные изделия подвергают теплолажностной обработке при температуре 0-75°С, разбирают формы изделие сушат ри 70-75°С, разбирают Формы, изделие сушат при 105-110°С, затем оожигакя при температуре 1300°С.

Механическая прочность бетона, т.е. предел прочности при сжатии 85 МПа.

Термическая стойкость - 70 теплосмен после термообработки при 1350°С (1350°С - вода), пористость 31%, коэффициент теплопроводности 1,35 Вт/°С.

Срок твердения бетон 3-е суток. Срок сушки бетона 70 часов.

Пример 2. Сырьевую смесь готовят аналогичным образом. Соотношение компонентов следующее, мас.%:

Алюминиевая пудра4

Гидроокись магния4

Перманганат калия1,5

Цемент высокоглиноземистый23Заполнитель корундового состава67,5 (70% электрокорунда + 30% отход катализатора ГИАП-14 состава СггОз. ост. - АЬО3)

Предел прочности при сжатии 90 МПа. Термическая стойкость 75 теплосмен. Пори- стос1ь 32%, коэффициент теплопроводности 1,3 Вт/час °С. Срок твердения бетона 3 суток. Сроь сушки бекона 75 ч.

Пример 3. Сырьевую смесь готовят аналогичным образом.

Соотношение компонентов, мас.%: .- Алюминиевая пудра5

Гидроокись мз(ния5

Пермэнганат калия2 5

Пеленг вырокоглино- земистый25

Заполнитель корундового состава (70% электрокорунд + 20% отход катализатора Г1/1АП-3-6Н состава № 1 - 0,4-8, ост. - ) 62,5 Предел прочности при сжатии 95 МПа. Термическая стойкость 80 теплосмен. Пористость 30%, коэффициент теплопроводности 1,4 Вт/ч°С.

Срок твердения бетона 3-е суток. Срок сушки бетона 80 ч. Составы и физико-механические показатели образцов бетона, приготовленного из известной и предлагаемой сырьевой смеси, приведены в таблице, там же указаны значения параметров вне заявленных соотношений компонентов.

Формула изобретения Сырьевая смесь для приготовления огнеупорного бетона, включающая корундовый заполнитель, высокоглиноземистый цемент и гидроокись металла, отличающаяся тем, что, с целью повышения

термостойкости и прочности, она содержит гидроокись магния и дополнительно алюминиевую пудру, и перманганат калия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:

В ысокоглиноземистый

цемент

Гидроокись магния Алюминиевая пудра Пермаиганат калия Корундовый заполнитель

Изобретение относится к огнеупорным материалам, применяемым для тепловых агрегатов непрерывного и периодического действия, в частности для тепловой защиты агрегатов конверсии углеводородных газов. Сырьевая смесь, включающая корундовый заполнитель, высокоглиноземистый цемент и добавку, при этом она в качестве добавки содержит алюминиевую пудру, гидроокись магния и перманганат калия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%: высокоглиноземистый цемент 20- 25, гидроокись магния 0,2-5, алюминиевая пудра 0,2-5, перманганат калия 0,5-2.5, корундовый заполнитель - остальное. Все компоненты перемешивают в лопастном смесителе в течение 3-4 мин. Затем добавляют воду и вновь перемешивают до получе- ния однородной массы. После этого полученную смесь подвергают тепловлаж- ностной обработке. Изобретение позволяет получить огнеупорный бетон с повышенной термостойкостью, прочностью, низкой теплопроводностью. Ё