Огнеупорная бетонная смесь – характеристики и состав, как сделать своими руками, цены

Огнеупорная сухая бетонная смесь «БОСС-200» (СТО 05802307-3-002-2010)

В ООО «Торговый Дом ПромСтройКомплект» вы найдете качественные изоляционные материалы по оптимальным ценам. Мы предлагаем широкий выбор продукции и удобные условия покупки. Уверены, что каждый клиент найдет именно то, что ему нужно, и останется доволен уровнем обслуживания.

Расчет стоимости Сухая огнеупорная бетонная смесь «БОСС-200»

Наши менеджеры ответят Вам в течение 2 минут и помогут выгодно купить данный материал

Огнеупорная бетонная смесь используется для получения особого строительного раствора, который впоследствии применяют в производстве огнеупорных конструкций. Например, для ограждения промышленных электрических котлов, футеровки печей и другого теплового оборудования.

Огнеупорная бетонная сухая смесь «БОСС-200» выполнена на цементной основе, обладает светло-серым или темно-серым цветом. По своему составу и ряду характеристик она очень похожа на обычный бетон: он также состоит из щебня, песка, цемента, но здесь все применяемые ингредиенты являются огнеупорными. Кроме этого, в состав добавлено несколько дополнительных веществ. Рецептура приготовления (пропорции раствора) смеси рассчитывается для каждого объекта отдельно и должна быть обязательно указана в проектной документации.












Обозначение показателяНорма для марки «БОСС-200»
Массовая доля, %
Al2O3, не менее45
CaO, в пределах4,0-7,0
Fe2O3, не более2,5
Массовая доля влаги, %, не более2,0
Изменение массы при прокаливании, %, не более8,0
Предел прочности при сжатии бетона, Н/мм2, не менеена 3 сутки в течение 72 часов 20
ЦветОт светло серого до темно-серого
Теплопроводность, Вт/(мК), не более, при средней температуре,0С: 350± 25
Плотность кажущаяся, г/см3, не более, при 1000 0С
Предельная температура службы, 0С1450

Бережно доставим «Сухая огнеупорная бетонная смесь «БОСС-200» »
в ваш город

Расчет стоимости

А ТАКЖЕ:

При взаимодействии с материалом нужно применять средства защиты от строительной пыли. Список и требования к их характеристикам содержатся в ГОСТ Р12.4.041, 12.4.028, 12.4.041. Работать можно только на воздухе и в помещениях с вытяжной вентиляцией.

Представленный материал создан по внутреннему стандарту «Сухоложского огнеупорного завода» СТО 05802307-3-002-2010. Норматив основан на различных ГОСТах и одобрен органами государственного контроля. В СТО 05802307-3-002-2010 прописаны нормы безопасности работы с продукцией, правила и порядок её приемки, а также другие моменты, с которыми следует ознакомиться.

Чтобы получить из огнеупорной бетонной сухой смеси «БОСС-200» раствор правильной консистенции и сформировать из него изделие, необходимо строго соблюдать технологии работы:

  1. Композит помещается в смеситель и заливается водой. Чтобы не допустить расфракционирования, нужно использовать целый мешок, не оставлять остатков. Температура воды должна находиться в пределах +20… +70 °С. Стандартная пропорция — 8% жидкости от общего объема загруженного материала. При этом сначала рекомендуется залить примерно 7% воды, а остаток добавлять по мере размешивания. Чтобы проверить, достиг ли раствор необходимого состояния, надо сформировать небольшую лепешку путем перебрасывания её из руки в руку (сжимать материал не рекомендуется правилами безопасности). Если комок рассыпается на части во время полета, то необходимо долить воды, а если просачивается сквозь пальцы и на руках остается вода, жидкости слишком много — нужно либо более качественно замешать раствор, либо досыпать материал. При идеальной консистенции формируется лепешка, которая не рассыпается во время полета и не оставляет на руках воды. В среднем перемешивание раствора занимает примерно 1–3 минуты.
  2. Выполняется послойная укладка сухой огнеупорной бетонной смеси «БОСС-200». Минимальная толщина слоя составляет 100 мм, максимальная — 300 мм.
  3. Нельзя укладывать один слой дольше получаса.
  4. На уложенную массу необходимо воздействовать с помощью вибрации. Слой 100 мм обрабатывается 60–180 секунд, толщиной 300 мм — 180–300 секунд.
  5. Второй слой можно наносить не раньше, чем через полдня.
  6. Время приобретения раствором сухой огнеупорной бетонной смеси «БОСС-200» 70 процентов постоянной прочности составляет 72 часа.

Обжиг и сушка полученной конструкции выполняются в следующем режиме:

  • нагрев до +600 °C и выше выполняется со скоростью до 30 °C в час;
  • нагрев до температуры из диапазона +200…+600 °C — со скоростью до 20 °C в час;
  • нагрев до температуры из диапазона +100…+200 °C — со скоростью до 2,5 °C в час;
  • нагрев до +100 °С — со скоростью до 5 °С в час.

Охлаждение не должно выполняться быстрее, чем на 55 °С в час.

Материал необходимо хранить в сухих помещениях. Нарушение целостности упаковки и повышенная влажность в помещении недопустимы. Допустимый срок хранения — полгода от даты производства.

psknn.ru

Огнеупорная бетонная смесь (варианты)

Изобретение относится к огнеупорной бетонной смеси и может быть использовано для изготовления огнеупорных футеровок тепловых агрегатов, применяемых в различных отраслях промышленности. Огнеупорная бетонная смесь содержит, мас.%: огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига высокоглиноземистого шлака производства металлического хрома при температуре 1500-1750°С с последующим его измельчением до заданного зернового состава — 0-6 мм, 65,0-70,0, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, 20,0-25,0, высокоглиноземистый цемент 5,0-10,0 и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров 0,1-0,2 (сверх 100%). В другом варианте огнеупорная бетонная смесь содержит, мас.%: указанный огнеупорный заполнитель 55-57, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую алюмомагнезиальную шпинель, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, 20-25, высокоглиноземистый цемент 5,0-10,0 и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров 0,1-0,2 (сверх 100%) и алюмомагнезиальную шпинель фракции 0-0,5 мм 10,0-13,0. В третьем варианте огнеупорная бетонная смесь содержит, мас.%: указанный огнеупорный заполнитель 50,0-57,0, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, 20-25, высокоглиноземистый цемент 5,0-10,0, дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров 0,1-0,2 (сверх 100%), карбид кремния фракции 0-2 мм 13,0-20,0. Технический результат — повышение максимальной температуры применения бетона до 1650°С, обеспечение его объемопостоянства в интервале температур 1400-1650°С, снижение разупрочнения бетона в этом интервале температур, повышение температуры деформации его под нагрузкой. 3 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Группа изобретений относится к огнеупорной промышленности и может быть использована для изготовления огнеупорных футеровок тепловых агрегатов, применяемых в различных отраслях промышленности.

Известна огнеупорная бетонная смесь, включающая, мас.%: синтезированный гексаалюминат кальция — бонит в качестве зернистого и тонкомолотого заполнителя — 70,0, тонкодисперсную матричную композицию — 25,0, содержащую, в том числе, бонит — 12,0 и реактивный глинозем — 13,0, высокоглиноземистый цемент — 5,0 и дефлокулянт в виде смеси дисперсных глиноземов марок ADS-3 и ADW-1 — 1,0. Для изготовления огнеупорного бетона из такой смеси требуется 6,2 мас.% воды [1].

Огнеупорный бетон из известной смеси имеет высокие физико-керамические показатели в широком температурном интервале, в частности характеризуется постоянством объема вплоть до максимальной температуры его применения.

Синтезированный гексаалюминат — бонит, использованный в качестве основы известной смеси, обладает рядом уникальных свойств, таких как высокая огнеупорность, низкая растворимость в железосодержащем шлаке, высокая стабильность в восстановительной атмосфере (например, в СО), высокая химическая устойчивость в щелочной среде, низкая смачиваемость расплавами как черных, так и цветных металлов, низкая теплопроводность. Благодаря сочетанию перечисленных свойств огнеупорные бетоны на основе бонита перспективны для использования в алюминиевой, цементной, нефтехимической отраслях промышленности, а также в черной металлургии.

Однако в настоящее время отечественная промышленность не производит синтезированный гексаалюминат кальция, а предлагаемый на рынке зарубежный заполнитель — бонит — имеет высокую цену, превышающую стоимость отечественных высокоглиноземистых заполнителей и корунда. Поэтому, несмотря на всю перспективность известной огнеупорной бетонной смеси, она не получила применения в отечественных футеровках тепловых агрегатов.

Известна огнеупорная бетонная смесь, включающая, мас.%: огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки (дробления) высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, — 85 и высокоглиноземистый цемент — 15 [2].

Известная смесь содержит дешевый доступный шлаковый заполнитель следующего минерального состава, мас.%: хромистый гексаалюминат кальция (Хромистый гексаалюминат кальция содержит включения хромистого щелочного алюмината, (Na,K)2O·12(Al,Cr)2O3 в незначительном количестве), СаО·6(Al,Cr)2O3 55-70, хромистый корунд, (Al,Cr)2O3 — 15-33, шпинель, Mg(Al,Cr)2O4 — 2-4, низкоосновные алюминаты кальция 5-9, в том числе, диалюминат кальция, СаО·2AlO3, 3-5 и майенит, 12СаО·7Al2O3, 2-4, хром металлический, Cr, 1-2 [3].

Как видно из приведенного минерального состава, основу огнеупорного заполнителя известной смеси составляет хромистый гексаалюминат кальция, другими словами, гексаалюминат кальция с изоморфной примесью оксида трехвалентного хрома, называемый в [3] хромистым бонитом, который аналогичен по свойствам синтезированному гексаалюминату кальция.

Недостатком известной огнеупорной бетонной смеси является то, что она не обеспечивает футеровкам на ее основе стабильной работы в интервале температур выше 800°С. При температуре 800°С в результате дегидратации высокоглиноземистого цемента происходит разупрочнение бетона, при этом потеря прочности составляет 50%

от первоначальной величины. При подъеме температуры до 1400°С и выше начинается процесс перехода низкоосновных алюминатов кальция — диалюмината кальция и майенита, присутствующих в шлаковом заполнителе, в хромистый гексаалюминат кальция. Процесс сопровождается увеличением объема бетона за счет разрыхления заполнителя, при этом показатели прочности бетона недостаточны для успешной эксплуатации футеровок, а температура деформации под нагрузкой составляет 1400°С.

В связи с отсутствием высокотемпературной стабильности известная огнеупорная бетонная смесь не нашла широкого применения при температурах выше 1400°С, несмотря на указанные в [2] высокие значения температуры применения.

Наиболее близкой к предлагаемой группе изобретений является огнеупорная бетонная смесь, включающая, мас.%: огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки (дробления) высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, — 70,0, тонкомолотые корунд — 7,5 и спеченный глинозем — 7,5, реактивный глинозем — 5,0, образующие тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм с соотношением вышеперечисленных компонентов, соответственно, 1,5:1,5:1,0 в суммарном количестве — 20,0, высокоглиноземистый цемент — 10,0, дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров — 0,15 (сверх 100%) [4].

Снижение содержания высокоглиноземистого цемента в смеси и введение в ее состав тонкодисперсной матричной композиции в сочетании с дефлокулянтом позволило предотвратить разупрочнение бетона при 800°С. Однако вследствие процессов, протекающих в заполнителе при 1400°С и выше, связанных с кристаллизацией хромистого гексаалюмината кальция, структура бетона разрыхляется, о чем свидетельствуют снижение его объемопостоянства (увеличение объема в интервале температур 1400-1650°С превышает 2%), разупрочнение бетона и низкая температура деформации под нагрузкой — 1400°С. Все вышеперечисленные факторы указывают на то, что максимальная температура применения бетона из известной смеси не превышает 1400°С.

Задачей группы изобретений является создание огнеупорных бетонных смесей на основе дешевого шлакового заполнителя, обеспечивающих стабильную работу бетонных футеровок при более высокой температуре эксплуатации.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании группы изобретений, заключается в повышении максимальной температуры применения до 1650°С за счет обеспечения объемопостоянства бетона в интервале температур 1400-1650°С, снижении разупрочнения в этом температурном интервале и повышении температуры деформации под нагрузкой.

Указанный технический результат достигается тем, что огнеупорная бетонная смесь, включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, согласно первому варианту группы изобретений содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель65,0-70,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров0,1-0,2

(сверх 100%).

Указанный технический результат достигается также тем, что огнеупорная бетонная смесь, включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую оксидный компонент, включающий оксид алюминия, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, согласно второму варианту группы изобретений содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°С с последующим его измельчением до заданного зернового состава, дополнительно содержит алюмомагнезиальную шпинель фракции 0,5-0 мм, а тонкодисперсная матричная композиция, в качестве оксидного компонента, включающего оксид алюминия, содержит алюмомагнезиальную шпинель, фракции менее 0,063 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель55,0-57,0
алюмомагнезиальная шпинель фракции 0,5-0 мм10,0-13,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров0,1-0,2

(сверх 100%).

Указанный технический результат достигается также тем, что огнеупорная бетонная смесь, включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, согласно третьему варианту группы изобретений содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава и дополнительно содержит карбид кремния фракции 2-0 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель50,0-57,0
карбид кремния фракции 2-0 мм13,0-20,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров0,1-0,2

(сверх 100%).

Использование в составе предлагаемых смесей огнеупорного заполнителя на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученного путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава, позволяет повысить температуру применения бетона до 1650°С.

Более высокая температура применения бетона из предлагаемых вариантов смесей обусловлена стабильностью структуры бетона в интервале температур 1400-1650°С, что связано с минеральным составом заполнителя, образовавшимся в процессе обжига указанного шлака при 1500-1750°С.

Огнеупорный заполнитель имеет следующий минеральный состав, мас.%: хромистый гексаалюминат кальция, СаО·6(Al,Cr)2O3, 86,0-94,0, хромистый корунд, (Al,Cr)2O3 — 1,5-10,0, шпинель, Mg(Al,Cr)2O4 — 2,0-4,0, диалюминат кальция, СаО·2Al2O3, 0,1-0,5. В процессе обжига низкоосновные алюминаты кальция, присутствующие в необожженном шлаке, почти полностью перекристаллизовались в объемопостоянный хромистый гексаалюминат кальция, содержание которого в заполнителе повысилось до 86,0-94,0 мас.%, примеси металлического хрома при обжиге окислились до Cr2O3, который в виде изоморфной примеси вошел в состав минеральных фаз заполнителя.

Таким образом, используемый в группе изобретений прореагировавший, разрыхлившийся и спекшийся при обжиге заполнитель включает объемопостоянные минеральные фазы хромистых гексаалюмината кальция, корунда и шпинели, благодаря чему снижается объемный рост заполнителя при повторных нагревах, обеспечивая тем самым повышение объемопостоянства бетонов в интервале температур 1400-1650°С, снижение разупрочнения в этом температурном интервале и повышение температуры деформации под нагрузкой.

Вместе с тем, низкоосновные алюминаты кальция высокоглиноземистого цемента при температуре 1400°С и выше реагируют с оксидом алюминия матричной композиции с образованием гексаалюмината кальция. В связи с тем, что процесс протекает в матрице бетона, сопровождающее его увеличение объема осуществляется за счет уменьшения объема пор и уплотнения структуры бетона, при этом существенного изменения объема самого бетона и разрыхления его структуры не происходит.

Общее количество вводимого огнеупорного заполнителя определенного зернового состава во всех трех вариантах смесей связано с созданием наиболее плотного каркаса бетона.

Во втором варианте часть заполнителя на основе хромистого гексаалюмината кальция заменена мелкозернистой алюмомагнезиальной шпинелью, а корунд в тонкодисперсной матричной композиции — на тонкодисперсную алюмомагнезиальную шпинель. Введение шпинели в состав смеси, как в заполнитель, так и в ее связующую часть, создает условия для повышения шлакоустойчивости и термостойкости бетона за счет различия КЛТР шпинели и хромистого гексаалюмината кальция, при этом стабильность работы бетона при температурах до 1650°С сохраняется, так как алюмомагнезиальная шпинель не вступает в реакции с компонентами смеси, связанными с разупрочнением или изменением объема бетона, и не ухудшает его деформативных свойств.

Количество вводимой в смесь по второму варианту шпинели обеспечивает наилучшие результаты по объемопостоянству, прочности, шлакоустойчивости и термостойкости.

Третий вариант предусматривает замену части заполнителя на основе хромистого гексаалюмината кальция на карбид кремния фракции 2-0 мм. Введение карбида кремния не оказывает влияния на объемопостоянство и прочность бетона. Вместе с тем, огнеупорный бетон с добавкой SiC не смачивается расплавами металла и шлака и приобретает более термостойкую структуру за счет различия КЛТР карбида кремния и хромистого гексаалюмината кальция.

Содержание карбида кремния в заявляемой смеси менее 13 мас.% не дает положительных результатов по увеличению металло- и шлакоустойчивости и термостойкости бетона. Увеличение указанного компонента более 20 мас.% снижает прочность бетона.

Таким образом, все три варианта смеси обеспечивают стабильность работы бетона до температуры 1650°С, характеризуются постоянством объема, не разупрочняются и имеют высокую температуру деформации под нагрузкой.

Первый вариант смеси целесообразно применять для изготовления футеровок тепловых агрегатов, работающих в восстановительной и щелочной средах.

Второй вариант смеси дает положительные результаты в футеровках сталеразливочных ковшей, подверженных воздействию расплавленных металла и шлака.

Третий вариант смеси предназначен для футеровок тепловых агрегатов с резким колебанием температур, работающих в восстановительной среде.

Пример выполнения

Для изготовления огнеупорных бетонных смесей использовали следующие сырьевые материалы.

1. Высокоглиноземистый шлак алюминотермического производства металлического хрома, изготовляемый ОАО «Ключевский завод ферросплавов» по ТУ 14-141-41-99 марки ПГ-75 кусковой (50-150 мм).

2. Высокоглиноземистый цемент марки Secar-71 фирмы Kerneos.

3. Электрокорунд белый производства ОАО «Бокситогорский глинозем» по ТУ 3988-012-00658716-2002.

4. Спеченный глинозем производства ОАО «Бокситогорский глинозем» марки ГН.

5. Реактивный глинозем марки СТС-40 фирмы Almatis (Германия).

6. Алюмомагнезиальную шпинель марки АМШ-Т производства ОАО «Первоуральский динасовый завод» по ТУ 1527-031-00187085-2004.

7. Карбид кремния по ГОСТ 3647-80.

8. Дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров FS-40 фирмы BASF (Германия).

9. Вода питьевая.

Шлак обжигали при 1650°С, после чего дробили до получения фракции 6-0 мм.

Компоненты, входящие в состав матричной композиции (кроме реактивного глинозема), подвергали вибропомолу до получения фракции менее 0, 063 мм.

Исходные компоненты смесей, составы которых приведены в таблице 1, смешивали всухую в течение 2 минут, после чего затворяли водой в количестве 5,00% (сверх 100%) и вновь перемешивали.

Для изготовления изделий полученные массы помещали в формы, подвергали виброуплотнению, отверждению и термообработке по определенному режиму при температуре 350°С для удаления из микропористой структуры бетона физической и химически связанной влаги.

Свойства огнеупорных бетонов, приведенные в таблице 2, определяли на образцах в соответствии с существующими ГОСТами.

Как видно из таблицы 2, предлагаемые составы огнеупорных бетонных смесей (примеры 1-3) сохраняют постоянство объемов бетона на их основе до температуры 1650°С, остаточные изменения размеров находятся в пределах допустимого, то есть не превышают 2%, в то время как бетон из известной смеси (пример 4) уже при 1500°С имеет рост 2,8%, а при 1650°С увеличение объема достигает 3,4%, что свидетельствует о разрыхлении структуры бетона. Последнее подтверждается также падением прочности бетона из известной смеси в интервале температур 1200-1500°С почти в 2 раза, в то время как предлагаемые составы обеспечивают более стабильную прочность бетона до 1650°С. Температура деформации под нагрузкой у бетонов из предлагаемых смесей на 250°С выше, чем у бетона из смеси известного состава.

Таким образом, огнеупорные бетоны из предлагаемых смесей с использованием обожженного шлакового заполнителя на основе хромистого гексаалюмината кальция смогут обеспечить стабильную эксплуатацию футеровок до температуры 1650°С, являющейся максимальной температурой их применения.

Сравнение показателей бетонов из предлагаемых смесей с показателями бетона из смеси аналогичного состава с корундовым заполнителем (пример 5) позволяет сделать вывод, что бетоны из смесей с дешевым шлаковым заполнителем могут с успехом заменить, в ряде случаев, бетоны из смесей с более дорогостоящим корундовым заполнителем.

Таблица 1
Составы огнеупорных бетонных смесей
Компоненты смесейСодержание компонентов, мас.%
Примеры выполнения2
12345
Заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный из необожженного шлака, фракции 6-0 мм70,0
Заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный из шлака, обожженного при 1650°С, фракции 6-0 мм70,057,055,0
Заполнитель корундовый фракции 6-0 мм70,0
Алюмомагнезиальная шпинель фракции 0,5-0 мм13,0
Карбид кремния фракции 2-0 мм15,0
Тонкодисперсная матричная композиция фракции менее 0,063 мм,20,020,020,020,020,0
в том числе:
корунд7,57,57,57,5
алюмомагнезиальная шпинель7,5
спеченный глинозем7,57,57,57,57,5
реактивный глинозем5,05,05,05,05,0
Высокоглиноземистый цемент10,010,010,010,010,0
Дефлокулянт на основе доликарбоксилатных эфиров FS-40 (сверх 100%)0,150,150,150,150,15
Вода (сверх 100%)5,05.05,05,05,0
2Примеры 1, 2 и 3 соответствуют вариантам смеси 1, 2 и 3; 4 — известный состав, пример 5 — смесь с корундовым заполнителем, приведенная для сравнения.
Таблица 2
Свойства огнеупорных бетонных смесей
Наименование показателейПоказатели свойств
Примеры выполнения
12345
1234567
1.Предел прочности при сжатии, Н/мм2, после 3 суток твердения352251,314.520
после термообработке при °С
15060
35013098,558,7112
80068,8
100010312488,4160 (1150°С)60
1200121124131
150010916166,8 (1400°C)68
1650111132100
2.Остаточные изменения размеров, %, после термообработки, °С
150-0,20,03-0,06
350-0,080,05-0,03-0,06-0,8
1000-0,03-0,050,020,07-0,02
1200-0,160,0450,31
14000,840,750,861,51
15001,590,452,80
16501,640,05не опр.3,40-0,8
3.Кажущаяся плотность, г/см3, после термообработки при температуре, °С
1502,863,13
3502,823,162,863,0
8002,86
10002,862,772,842,90
12002,842,742,90
14002,782,802,82
15002,752,772,77
16503,032,792,823,10
4.Температура деформации под нагрузкой t0.6, P, °С165016501650314001650
5.Максимальная температура применения, °С165016501650314001650
3В восстановительной среде

Источники информации

1. Бюхель Г., Бур А., Гириш Д., Рэчер Р.П. Бонит — новый сырьевой материал, предлагающий новые возможности в производстве огнеупоров // Новые огнеупоры, 2006, №7, с.66-73, табл.2, 3.

2. Абызов А.Н., Перепелицын В.А., Рытвин В.М. и др. Жаростойкие бетоны на основе алюминотермических шлаков ОАО «Ключевский завод ферросплавов» // Новые огнеупоры, 2007, №12, с.15-18.

3. Перепелицын В.А., Рытвин В.М., Игнатенко В.Г. Техногенная сокровищница Урала // Минеральное сырье Урала, 2007, №4 (12), с.24-26.

4. Технологический регламент производства бонитовых бетонных низкоцементных изделий ТР69-2009 // Сборник технологических инструкций и регламентов ЗАО «Опытный завод огнеупоров». Верхняя Пышма, 2009.

1. Огнеупорная бетонная смесь (вариант 1), включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, отличающаяся тем, что она содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава — 0-6 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель65,0-70,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров0,1-0,2
(сверх 100%).

2. Огнеупорная бетонная смесь (вариант 2), включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую оксидный компонент, включающий оксид алюминия, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, отличающаяся тем, что она содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°С с последующим его измельчением до заданного зернового состава — 0-6 мм, и дополнительно содержит алюмомагнезиальную шпинель фракции 0-0,5 мм, тонкодисперсная матричная композиция в качестве оксидного компонента, включающего оксид алюминия, содержит алюмомагнезиальную шпинель фракции менее 0,063 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель55,0-57,0
алюмомагнезиальная шпинель фракции 0-0,5 мм10,0-13,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров0,1-0,2
(сверх 100%).

3. Огнеупорная бетонная смесь (вариант 3), включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, отличающаяся тем, что она содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава — 0-6 мм, и дополнительно содержит карбид кремния фракции 0-2 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель50,0-57,0
карбид кремния фракции 0-2 мм13,0-20,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров0,1-0,2
(сверх 100%).

www.findpatent.ru

Огнеупорная бетонная смесь

Огнеупорная бетонная смесь (ОБС) предназначена для футеровки различных тепловых агрегатов, например крышек тепловых агрегатов общего назначения, арматурных слоев промежуточных ковшей и желобов доменного производства, футеровки водоохлаждаемых глиссажных труб методических печей. ОБС содержит андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, высокоглиноземистый цемент, тонкодисперсный кремнезем, триполифосфат натрия и лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: 77-82 андалузит, 10-12 реактивный глинозем, 4,5-5 тонкодисперсный кремнезем, 4-6 высокоглиноземистый цемент, а также сверх 100% 0,12-0,15 триполифосфат натрия и 0,012-0,015 лимонная кислота. Андалузитовый заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 72-77 фракция 0-5 мм и 23-28 фракция менее 55 мкм. Введение в ОБС тонкодисперсного кремнезема в указанных количествах обеспечивает высокую степень муллитизации структуры бетона в службе при температуре ниже 1600°С. Огнеупорный бетон, полученный из ОБС, имеет стабильность объема при высоких температурах, высокие механическую прочность и температуру начала деформации под нагрузкой, повышенную стойкость. 1 табл.

 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных бетонных смесей для футеровки различных тепловых агрегатов, например крышек тепловых агрегатов, арматурных слоев промежуточных ковшей и желобов доменного производства, футеровки водоохлаждаемых глиссажных труб методических печей.

Известны огнеупоры на основе андалузита, например, из статьи авт. П.Дюбрей, В.М.Соболев «Андалузит — перспективный материал для производства высококачественных огнеупоров», Огнеупоры и техническая керамика, 1999 №4, (стр.24-30) [1]; статьи авт. П.Дюбрей, Э.Филари, В.М.Соболев «Применение андалузитовых огнеупоров в черной металлургии», Огнеупоры и техническая керамика, 1999 №6, (стр.27-34) [2]; патента CN 1450020, С04В 35/66, 2003 [3].

Огнеупоры [1], [2] содержат андалузит или смесь андалузита с бокситом или глиноземом, а также реактивный или тонкодисперсный глинозем и могут быть изготовлены по низкоцементной технологии.

По совокупности общих существенных признаков наиболее близкой к патентуемой является огнеупорная бетонная смесь [3], содержащая, мас.%: 4-5 цемента на основе алюминатов кальция, 3-4 реактивный глинозем (микропорошок Al2О3 размером менее 10 мкм), 2-4 микропорошка SiO2 и 87-90 наполнитель андалузит (основа), включающий 75-77% зерен фракции 0-5 мм и 23-25% зерен фракции менее 88 мкм.

Недостатком известной огнеупорной бетонной смеси является необходимость ее термообработки при 1600°С, так как недостаточно микропорошка SiO2 и реактивного глинозема для достижения полной муллитизации андалузита при более низкой температуре. Высокая температура в условиях службы огнеупорных бетонов не всегда создается, в результате чего не достигаются положительные свойства муллитовой матрицы: стабильность объема, высокие механическая прочность и температура деформации под нагрузкой.

Задачей настоящего изобретения является создание огнеупорного бетона с высокой степенью муллитизации, осуществимой при температуре менее 1600°С и повышении эксплуатационных свойств.

Технический результат состоит в повышении содержания муллита, увеличении механической прочности и снижении объемных температурных изменений огнеупорного бетона.

Для достижения этого согласно формуле изобретения огнеупорная бетонная смесь, включающая андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, тонкодисперсный кремнезем и высокоглиноземистый цемент, дополнительно содержит триполифосфат натрия и лимонную кислоту, а андалузитовый заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 72-77 — фр. 0-5 мм и 23-28 — фр. менее 55 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 77-82 андалузитовый заполнитель, 10-12 реактивный глинозем, 4,5-5,0 тонкодисперсный кремнезем, 4-6 высокоглиноземистый цемент, 0,12-0,15 триполифосфат натрия и 0,012-0,015 лимонная кислота,

Сущность изобретения состоит в том, что введение тонкодисперсного кремнезема (менее 5 мкм) в количестве 4,5-5,0 мас.% позволяет получить в структуре огнеупорного бетона жидкую стеклофазу анортитового состава (CaO*Al2O3*2SiO2) в необходимом количестве при температуре ниже 1300°С, то есть до начала процесса муллитизации андалузита, сопровождающегося выделением из его зерен стеклофазы, которая реагирует с реактивным глиноземом и образует вторичный муллит. Эта первичная жидкая фаза, полученная в результате взаимодействия оксида кремния с оксидом кальция, содержащемся в высокоглиноземистом цементе, обеспечивает более мягкое протекание процесса муллитизации матрицы бетона без появления дефектов в виде сетки трещин. Кроме этого, введение тонкодисперсного кремнезема в заявленных пределах позволяет не только связать весь оксид кальция в анортит, но ускорить и усилить процесс вторичной муллитизации за счет реакции избытка кремнезема с реактивным глиноземом бетонной смеси.

Введение тонкодисперсного кремнезема менее заявленного предела не обеспечивает достаточного образования жидкой стеклофазы для вторичной муллитизации и создания прочной керамической связки в бетоне.

Введение тонкодисперсного кремнезема более заявленного предела ведет к образованию избытка жидкой стеклофазы и снижению температуры деформации бетона под нагрузкой.

Оптимальный зерновой состав андалузита в заявляемой бетонной смеси с достаточно высоким содержанием тонкой фракции также повышает образование вторичного муллита и в комплексе с тонкодисперсным кремнеземом позволяет достичь высокой степени муллитизации матрицы бетона, что обеспечивает ему высокую температуру деформации, механическую прочность и объемопостоянство.

При увеличении верхнего предела размера зерна и содержания крупной фракции сверх заявленного повышается пористость бетона и снижаются его плотность и тиксотропные свойства. Увеличение содержания тонкой фракции против заявленного предела снижает механическую прочность бетона.

Триполифосфат натрия и лимонная кислота улучшают реологические свойства бетонной смеси. Триполифосфат натрия образует тончайшую пленку с отрицательным зарядом на поверхности зерен цемента при введении воды, которая вызывает взаимное отталкивание частиц, обеспечивая текучесть смеси при малом водопотреблении. Одновременно снижается адсорбция ультрадисперсных частиц кремнезема, также обладающих отрицательным зарядом.

Лимонная кислота снижает щелочность раствора триполифосфата натрия, усиливая его диспергирующие свойства. Введение ее менее 0,012 мас.% не оказывает положительного влияния на реологические свойства, а избыток (более 0,015 мас.%) ухудшает процесс твердения бетона.

Введение триполифосфата натрия менее 0,12 мас.% недостаточно для обеспечения хорошей текучести и удобоукладываемости бетона, а введение его более 0,15 мас.% отрицательно влияет на его схватываемость и огневые свойства.

Примеры составов бетонной смеси для изготовления образцов огнеупорного бетона и их свойства указаны в таблице.

Для получения огнеупорного бетона из заявляемого состава смеси использовали следующие материалы: андалузит марок Durandal D-59 фр. 0-5 мм (Al2O3 59,5 мас.%, SiO2 38,0 мас.%) и Kerphalite K-F 55 фр. менее 55 мкм (Al2O3 59,5 мас.%, SiO2 38,0 мас.%), реактивный глинозем марки СТС 20 (Al2O3 99,7 мас.%), тонкодисперсный кремнезем — микросилика марки 971U (SiO2 97,5 мас.%), кальцийалюминатный цемент марки СА-14М (Al2О3 72 мас.%), триполифосфат натрия (ТУ 2148-037-0019441-02), кислота лимонная (ГОСТ 908-79).

Для получения огнеупорного бетона указанные компоненты дозировали в количествах, приведенных в формуле изобретения, смешивали всухую, затем добавляли воду для обеспечения влажности массы 4,5% и снова смешивали.

Из полученной массы виброформованием готовили образцы, которые выстаивали в форме 24 часа, затем сушили в естественных условиях и термообрабатывали при температуре 120°С и 1000°С с выдержкой 5 часов.

Из таблицы видно, что огнеупорный бетон, изготовленный из патентуемой смеси, лучше муллитизирован (при более низкой температуре), имеет высокие огневые свойства, малые объемные высокотемпературные изменения, повышенную механическую прочность против образца по прототипу, изготовленному в сопоставимых условиях из бетонной смеси, не содержащей тонкодисперсного кремнезема, при допущении зернового состава андалузитового заполнителя аналогично заявленному. Матрица бетона из патентуемой смеси после обжига при 1000°С содержит немуллитизированного андалузита менее 10 мас.%, в то время как образец по прототипу, обожженный при 1300°С, содержит его 63,2 мас.%.

Совокупность положительных свойств данного бетона: объемопостоянство, высокие механическая прочность и температура начала деформации под нагрузкой позволяют успешно его эксплуатировать, что подтвердили результаты промышленных испытаний в укрытии желобов доменного производства чугуна и промежуточных ковшей. Гарантированная стойкость укрытий транспортных желобов и качающегося желоба при температуре эксплуатации 1450°С — 1 год. Гарантированная стойкость укрытий промежуточных ковшей сталеразливочного тракта при температуре эксплуатации 1450-1500°С — 500 плавок.

Остаточное изменение линейных размеров при нагреве определяли по ГОСТ 5402.1-2000, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94, температуру начала деформации под нагрузкой по ГОСТ 4070-83.

Источники информации

1. Огнеупоры и техническая керамика 1999 №4, (стр.24-30).

2. Огнеупоры и техническая керамика 1999 №6, (стр.27-34).

Составы огнеупорной бетонной смеси и свойства полученного бетона
СоставСодержание компонентов, мас.%Свойства образцов после обжига при 1000°С
андалузит фр. 0.5 ммандалузит фр. менее 55 мкмреактивный глиноземвысоко-глиноземистый цементтонкодисперсный кремнеземтриполи фосфат натрия (сверх 100%)кислота лимонная (сверх 100%)содержание андалузита, мас.%содержание муллита, мас.%содержание стекло-фазы, мас.%изменение линейных размеров, %предел прочности при сжатии, Н/мм2температура начала деформации под нагрузкой, °С
15921105.54,50,150,0155,778,515,8-0,081101650
260,518,511550,140,0146,177,716,2-0,101201650
361,519104.550,130,0138,573,118,4-0,101301650
4*652010563.226,810,0-0,121001650
4* данные по прототипу} после обжига при 1300°С (температуре начала процесса муллитизации андалузита) с выдержкой в течение 2-х часов.

Огнеупорная бетонная смесь, содержащая андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, тонкодисперсный кремнезем и высокоглиноземистый цемент, отличающаяся тем, что огнеупорная бетонная смесь дополнительно содержит триполифосфат натрия и лимонную кислоту, а андалузитовый заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 72-77 фр. 0-5 мм, 23-28 фр. менее 55 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

андалузитовый заполнитель77-82
реактивный глинозем10-12
тонкодисперсный кремнезем4,5-5
высокоглиноземистый цемент4-6
триполифосфат натрия (сверх 100%)0,12-0,15
лимонная кислота (сверх 100%)0,012-0,015

www.findpatent.ru

огнеупорная бетонная смесь — патент РФ 2331617

Огнеупорная бетонная смесь (ОБС) предназначена для футеровки различных тепловых агрегатов, например крышек тепловых агрегатов общего назначения, арматурных слоев промежуточных ковшей и желобов доменного производства, футеровки водоохлаждаемых глиссажных труб методических печей. ОБС содержит андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, высокоглиноземистый цемент, тонкодисперсный кремнезем, триполифосфат натрия и лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: 77-82 андалузит, 10-12 реактивный глинозем, 4,5-5 тонкодисперсный кремнезем, 4-6 высокоглиноземистый цемент, а также сверх 100% 0,12-0,15 триполифосфат натрия и 0,012-0,015 лимонная кислота. Андалузитовый заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 72-77 фракция 0-5 мм и 23-28 фракция менее 55 мкм. Введение в ОБС тонкодисперсного кремнезема в указанных количествах обеспечивает высокую степень муллитизации структуры бетона в службе при температуре ниже 1600°С. Огнеупорный бетон, полученный из ОБС, имеет стабильность объема при высоких температурах, высокие механическую прочность и температуру начала деформации под нагрузкой, повышенную стойкость. 1 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных бетонных смесей для футеровки различных тепловых агрегатов, например крышек тепловых агрегатов, арматурных слоев промежуточных ковшей и желобов доменного производства, футеровки водоохлаждаемых глиссажных труб методических печей.

Известны огнеупоры на основе андалузита, например, из статьи авт. П.Дюбрей, В.М.Соболев «Андалузит — перспективный материал для производства высококачественных огнеупоров», Огнеупоры и техническая керамика, 1999 №4, (стр.24-30) [1]; статьи авт. П.Дюбрей, Э.Филари, В.М.Соболев «Применение андалузитовых огнеупоров в черной металлургии», Огнеупоры и техническая керамика, 1999 №6, (стр.27-34) [2]; патента CN 1450020, С04В 35/66, 2003 [3].

Огнеупоры [1], [2] содержат андалузит или смесь андалузита с бокситом или глиноземом, а также реактивный или тонкодисперсный глинозем и могут быть изготовлены по низкоцементной технологии.

По совокупности общих существенных признаков наиболее близкой к патентуемой является огнеупорная бетонная смесь [3], содержащая, мас.%: 4-5 цемента на основе алюминатов кальция, 3-4 реактивный глинозем (микропорошок Al2О 3 размером менее 10 мкм), 2-4 микропорошка SiO 2 и 87-90 наполнитель андалузит (основа), включающий 75-77% зерен фракции 0-5 мм и 23-25% зерен фракции менее 88 мкм.

Недостатком известной огнеупорной бетонной смеси является необходимость ее термообработки при 1600°С, так как недостаточно микропорошка SiO2 и реактивного глинозема для достижения полной муллитизации андалузита при более низкой температуре. Высокая температура в условиях службы огнеупорных бетонов не всегда создается, в результате чего не достигаются положительные свойства муллитовой матрицы: стабильность объема, высокие механическая прочность и температура деформации под нагрузкой.

Задачей настоящего изобретения является создание огнеупорного бетона с высокой степенью муллитизации, осуществимой при температуре менее 1600°С и повышении эксплуатационных свойств.

Технический результат состоит в повышении содержания муллита, увеличении механической прочности и снижении объемных температурных изменений огнеупорного бетона.

Для достижения этого согласно формуле изобретения огнеупорная бетонная смесь, включающая андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, тонкодисперсный кремнезем и высокоглиноземистый цемент, дополнительно содержит триполифосфат натрия и лимонную кислоту, а андалузитовый заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 72-77 — фр. 0-5 мм и 23-28 — фр. менее 55 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 77-82 андалузитовый заполнитель, 10-12 реактивный глинозем, 4,5-5,0 тонкодисперсный кремнезем, 4-6 высокоглиноземистый цемент, 0,12-0,15 триполифосфат натрия и 0,012-0,015 лимонная кислота,

Сущность изобретения состоит в том, что введение тонкодисперсного кремнезема (менее 5 мкм) в количестве 4,5-5,0 мас.% позволяет получить в структуре огнеупорного бетона жидкую стеклофазу анортитового состава (CaO*Al2O3 *2SiO2) в необходимом количестве при температуре ниже 1300°С, то есть до начала процесса муллитизации андалузита, сопровождающегося выделением из его зерен стеклофазы, которая реагирует с реактивным глиноземом и образует вторичный муллит. Эта первичная жидкая фаза, полученная в результате взаимодействия оксида кремния с оксидом кальция, содержащемся в высокоглиноземистом цементе, обеспечивает более мягкое протекание процесса муллитизации матрицы бетона без появления дефектов в виде сетки трещин. Кроме этого, введение тонкодисперсного кремнезема в заявленных пределах позволяет не только связать весь оксид кальция в анортит, но ускорить и усилить процесс вторичной муллитизации за счет реакции избытка кремнезема с реактивным глиноземом бетонной смеси.

Введение тонкодисперсного кремнезема менее заявленного предела не обеспечивает достаточного образования жидкой стеклофазы для вторичной муллитизации и создания прочной керамической связки в бетоне.

Введение тонкодисперсного кремнезема более заявленного предела ведет к образованию избытка жидкой стеклофазы и снижению температуры деформации бетона под нагрузкой.

Оптимальный зерновой состав андалузита в заявляемой бетонной смеси с достаточно высоким содержанием тонкой фракции также повышает образование вторичного муллита и в комплексе с тонкодисперсным кремнеземом позволяет достичь высокой степени муллитизации матрицы бетона, что обеспечивает ему высокую температуру деформации, механическую прочность и объемопостоянство.

При увеличении верхнего предела размера зерна и содержания крупной фракции сверх заявленного повышается пористость бетона и снижаются его плотность и тиксотропные свойства. Увеличение содержания тонкой фракции против заявленного предела снижает механическую прочность бетона.

Триполифосфат натрия и лимонная кислота улучшают реологические свойства бетонной смеси. Триполифосфат натрия образует тончайшую пленку с отрицательным зарядом на поверхности зерен цемента при введении воды, которая вызывает взаимное отталкивание частиц, обеспечивая текучесть смеси при малом водопотреблении. Одновременно снижается адсорбция ультрадисперсных частиц кремнезема, также обладающих отрицательным зарядом.

Лимонная кислота снижает щелочность раствора триполифосфата натрия, усиливая его диспергирующие свойства. Введение ее менее 0,012 мас.% не оказывает положительного влияния на реологические свойства, а избыток (более 0,015 мас.%) ухудшает процесс твердения бетона.

Введение триполифосфата натрия менее 0,12 мас.% недостаточно для обеспечения хорошей текучести и удобоукладываемости бетона, а введение его более 0,15 мас.% отрицательно влияет на его схватываемость и огневые свойства.

Примеры составов бетонной смеси для изготовления образцов огнеупорного бетона и их свойства указаны в таблице.

Для получения огнеупорного бетона из заявляемого состава смеси использовали следующие материалы: андалузит марок Durandal D-59 фр. 0-5 мм (Al2 O3 59,5 мас.%, SiO2 38,0 мас.%) и Kerphalite K-F 55 фр. менее 55 мкм (Al 2O3 59,5 мас.%, SiO 2 38,0 мас.%), реактивный глинозем марки СТС 20 (Al 2O3 99,7 мас.%), тонкодисперсный кремнезем — микросилика марки 971U (SiO2 97,5 мас.%), кальцийалюминатный цемент марки СА-14М (Al 2О3 72 мас.%), триполифосфат натрия (ТУ 2148-037-0019441-02), кислота лимонная (ГОСТ 908-79).

Для получения огнеупорного бетона указанные компоненты дозировали в количествах, приведенных в формуле изобретения, смешивали всухую, затем добавляли воду для обеспечения влажности массы 4,5% и снова смешивали.

Из полученной массы виброформованием готовили образцы, которые выстаивали в форме 24 часа, затем сушили в естественных условиях и термообрабатывали при температуре 120°С и 1000°С с выдержкой 5 часов.

Из таблицы видно, что огнеупорный бетон, изготовленный из патентуемой смеси, лучше муллитизирован (при более низкой температуре), имеет высокие огневые свойства, малые объемные высокотемпературные изменения, повышенную механическую прочность против образца по прототипу, изготовленному в сопоставимых условиях из бетонной смеси, не содержащей тонкодисперсного кремнезема, при допущении зернового состава андалузитового заполнителя аналогично заявленному. Матрица бетона из патентуемой смеси после обжига при 1000°С содержит немуллитизированного андалузита менее 10 мас.%, в то время как образец по прототипу, обожженный при 1300°С, содержит его 63,2 мас.%.

Совокупность положительных свойств данного бетона: объемопостоянство, высокие механическая прочность и температура начала деформации под нагрузкой позволяют успешно его эксплуатировать, что подтвердили результаты промышленных испытаний в укрытии желобов доменного производства чугуна и промежуточных ковшей. Гарантированная стойкость укрытий транспортных желобов и качающегося желоба при температуре эксплуатации 1450°С — 1 год. Гарантированная стойкость укрытий промежуточных ковшей сталеразливочного тракта при температуре эксплуатации 1450-1500°С — 500 плавок.

Остаточное изменение линейных размеров при нагреве определяли по ГОСТ 5402.1-2000, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94, температуру начала деформации под нагрузкой по ГОСТ 4070-83.

Источники информации

1. Огнеупоры и техническая керамика 1999 №4, (стр.24-30).

2. Огнеупоры и техническая керамика 1999 №6, (стр.27-34).

Составы огнеупорной бетонной смеси и свойства полученного бетона
СоставСодержание компонентов, мас.%Свойства образцов после обжига при 1000°С
андалузит фр. 0.5 ммандалузит фр. менее 55 мкмреактивный глиноземвысоко-глиноземистый цементтонкодисперсный кремнезем триполи фосфат натрия (сверх 100%)кислота лимонная (сверх 100%)содержание андалузита, мас.%содержание муллита, мас.% содержание стекло-фазы, мас.%изменение линейных размеров, %предел прочности при сжатии, Н/мм2температура начала деформации под нагрузкой, °С
15921 105.54,5 0,150,0155,778,515,8 -0,081101650
260,5 18,5115 50,140,014 6,177,716,2 -0,101201650
361,5 19104.5 50,130,013 8,573,118,4 -0,101301650
4*65 20105 63.226,810,0-0,12100 1650
4* данные по прототипу} после обжига при 1300°С (температуре начала процесса муллитизации андалузита) с выдержкой в течение 2-х часов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Огнеупорная бетонная смесь, содержащая андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, тонкодисперсный кремнезем и высокоглиноземистый цемент, отличающаяся тем, что огнеупорная бетонная смесь дополнительно содержит триполифосфат натрия и лимонную кислоту, а андалузитовый заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 72-77 фр. 0-5 мм, 23-28 фр. менее 55 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

андалузитовый заполнитель 77-82
реактивный глинозем 10-12
тонкодисперсный кремнезем4,5-5
высокоглиноземистый цемент4-6
триполифосфат натрия (сверх 100%)0,12-0,15
лимонная кислота (сверх 100%) 0,012-0,015

www.freepatent.ru

огнеупорная бетонная смесь (варианты) — патент РФ 2239612

Изобретение относится к области производства огнеупоров, в частности корундовых низкоцементных гидравлически твердеющих масс, и преимущественно может быть использовано для изготовления монолитных футеровок различных высокотемпературных тепловых агрегатов. Огнеупорная бетонная смесь содержит, мас.%: зернистого электрокорунда фр. 6-3 мм 15-22, фр. 3-1 мм 8-20, фр. 1-0 мм или смеси фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм 13-27, карбида кремния 13-27, тонкодисперсного корунда 14-24, высокоглиноземистого цемента 7-16 и пластифицирующей добавки 0,03-0,55. Во втором варианте смесь содержит, мас.%: зернистого электрокорунда фр. 3-1 мм 28-42 или смеси фр. 6-3 мм в количестве 17-25 и фр. 3-1 мм в количестве 27-33, фр. 1-0 мм 18-42, тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм 5-10, табулярного корунда фр. -20 мкм 14-17, высокоглиноземистого цемента 6-8 и пластифицирующей добавки 0,03-0,55. В третьем варианте смесь содержит, мас.%: зернистого электрокорунда фр. 3-1 мм 18-40 или смеси фр. 6-3 мм в количестве 18-25 и фр. 3-1 мм количестве 18-32, фр. 1-0,5 мм 9-42, тонкодисперсного электрокорунда фр. <63 мкм 30-35, высокоглиноземистого цемента 7-9 и пластифицирующей добавки 0,2-0,3. В качестве пластифицирующей добавки могут быть использованы триполифосфат натрия, смесь кальцинированной соды и лигносульфоната натрия, смесь борной кислоты, лимонной кислоты, кальцинированной соды и карбоната лития, смесь лимонной кислоты, кальцинированной соды и оксида лития, или органическое волокно. Огнеупоры, полученные из данной смеси, обладают высокими характеристиками шлакоустойчивости и предела прочности при сжатии после сушки. 3 с. и 13 з.п.ф-лы, 8 табл.

Изобретение относится к области производства огнеупоров, в частности, корундовых низкоцементных гидравлически твердеющих масс и преимущественно может быть использовано в металлургической, теплоэнергетической, химической, строительной и других отраслях промышленности для изготовления монолитных футеровок различных высокотемпературных тепловых агрегатов, например, монолитных днищ сталеразливочных ковшей, желобов доменных печей, фурм для продувки металла дуговых сталеплавильных печей и патрубков установок внепечной обработки стали в черной металлургии.

Применяемые в металлургии монолитные футеровки используются, как правило, в условиях чрезвычайно высоких температур, достигающих 1600°С и более, ввиду контакта с расплавленными металлами и шлаками. Поэтому качество монолитных футеровок определяется, прежде всего, теми значениями физико-механических показателей, которые приобретаются ими в процессе эксплуатации при столь высоких температурах.

Известна корундовая гидравлически твердеющая масса марки МКН-94 (Огнеупоры для вакуумных металлургических агрегатов. М.: Металлургия, 1982, с.92, табл.34), широко используемая для изготовления и ремонта футеровок установок внепечной обработки стали и содержащая электрокорунд и высокоглиноземистый цемент. Однако изготовленные из указанной массы огнеупоры после обжига при температуре 1600°С обладают низким пределом прочности при сжатии, не превышающим 20 Н/мм2, и достаточно высокой открытой пористостью, составляющей около 32%. При указанной открытой пористости огнеупора происходит пропитка его расплавленным металлом и шлаком, что приводит к разрушению футеровки. Этот процесс протекает еще более интенсивно в случае низкого значения предела прочности при сжатии монолитной футеровки.

Улучшения указанных физико-механических показателей добиваются введением в корундовые гидравлически твердеющие массы титансодержащих добавок.

Известны следующие виды титансодержащих корундовых гидравлически твердеющих масс:

титансодержащие корундовые гидравлически твердеющие массы марок МКТН-1 и МКТН-2 (Огнеупоры для вакуумных металлургических агрегатов. М.: Металлургия, 1982, с.92, табл.34), содержащие белый электрокорунд и высокоглиноземистый цемент с добавлением соответственно титанистого электрокорунда и диоксида титана. Огнеупоры из указанных известных масс после обжига при температуре 1600°С имеют предел прочности при сжатии, составляющий около 35 Н/мм2, и открытую пористость, равную 30% и 28% соответственно;

корундовая гидравлически твердеющая масса (SU 1678808, 1991), содержащая высокоглиноземистый цемент в количестве 13-20 мас.%, титановый шлак в количестве 0,8-3,0 мас.% и электрокорунд (остальное). После обжига при температуре 1600°С огнеупорные футеровки, изготовленные из указанной массы, обладают пределом прочности при сжатии, равным 43,0-47,1 Н/мм2, и открытой пористостью в пределах 22,5-23,2%;

корундовая гидравлически твердеющая масса (RU 2098386, 1997), которая содержит высокоглиноземистый цемент в количестве 13-20 мас.%, ильменитовый концентрат в качестве титансодержащей добавки в количестве 0,7-3,0 мас.% и электрокорунд (остальное) и позволяет получать огнеупорные футеровки, имеющие после обжига при температуре 1600°С предел прочности при сжатии, равный 57,8-69,4 Н/мм2, и открытую пористость в пределах 18,4-19,0%.

Однако приведенные выше значения физико-механических показателей огнеупоров, получаемых из указанных гидравлически твердеющих масс, оказываются, в ряде случаев, далеко недостаточными. Кроме того, достаточно высокое процентное содержание во всех выше перечисленных гидравлически твердеющих массах высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего, с одной стороны, обеспечивает указанные выше прочностные показатели получаемых огнеупоров как на сырце, так и после сушки и обжига, но, с другой стороны, приводит к снижению термостойкости, выражающейся в снижении температуры деформации под нагрузкой и увеличении изменений линейных размеров при сушке и обжиге.

В этом отношении определенными преимуществами обладают низкоцементные огнеупорные бетонные смеси с тиксотропными свойствами, в состав которых входит комплексное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего и тонкодисперсного огнеупорного материала с пластифицирующими добавками.

В соответствии с этим известен огнеупорный бетон (DD 267387, 1987), содержащий огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия и в качестве комплексного связующего смесь глиноземистого цемента, тонкодисперсных оксида алюминия, диоксида кремния, оксида магния и дефлокулянта. Однако данный огнеупорный бетон обладает низкой металло- и шлакоустойчивостью из-за высокой открытой пористости, недостаточно высоким пределом прочности при сжатии после обжига и сравнительно невысокой рабочей температурой, не превышающей 1450°С.

Наиболее близкой по составу и физико-механическим показателям к предлагаемому изобретению следует считать огнеупорную бетонную смесь по патенту Российской Федерации №2140407, 1999, С 04 В 35/66, используемую для изготовления монолитных футеровок и фасонных изделий различных тепловых агрегатов. Указанная огнеупорная бетонная смесь содержит огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия, например, спеченный или электроплавленный зернистый корунд, боксит или шамот, и комплексное тонкодисперсное связующее, включающее высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент, оксид алюминия или смесь оксида алюминия и двуокиси кремния, оксид магния или алюмомагнезиальную шпинель и дефлокулянт в качестве пластифицирующей добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%: огнеупорный наполнитель фр. 7-3 мм 25-45, фр. 3-1 мм 15-35, фр. 1-0 мм 20-45, оксид алюминия или смесь оксида алюминия и диоксид кремния фр. 6-0,1 мкм 2-25, высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент фр. <40 мкм 2-8, оксид магния или алюмомагнезиальная шпинель фр. <20 мкм 5-15 и дефлокулянт 0,1-1,5.

Как следует из примеров, приведенных в описании изобретения к данному патенту, указанная огнеупорная бетонная смесь содержит при следующем соотношении компонентов, мас.%: электрокорунд с содержанием оксида алюминия не менее 98% фр. 7-3 мм 35, фр. 3-1 мм 25, фр. 1-0 мм 21, ультрадисперсный порошок оксида алюминия фр. 6-0,1 мкм 8, высокоглиноземистый цемент фр. <40 мкм 5, оксид магния фр. <20 мкм 5,5 и дефлокулянт 0,5, и при использовании 5,5 мас.% воды затворения (сверх 100% сухой массы смеси) обеспечивает получение огнеупоров, обладающих пределом прочности при сжатии 17 Н/мм 2 и 87 Н/мм2 соответственно после 5 часов твердения (после сушки) и после термообработки при температуре 800-850°С, а также шлакоустойчивостью, равной 3 мм. Эти данные свидетельствуют о недостаточных шлакоустойчивости огнеупоров и их пределе прочности при сжатии, в особенности после сушки.

Поэтому недостатками известной огнеупорной бетонной смеси, выбранной за прототип, являются недостаточно высокая шлакоустойчивость и низкий предел прочности при сжатии, прежде всего, после сушки, огнеупоров, получаемых на ее основе.

Задачей настоящего изобретения является повышение шлакоустойчивости и предела прочности при сжатии после сушки огнеупоров, получаемых на основе предлагаемой огнеупорной бетонной смеси.

Поставленная задача решается согласно изобретению, во-первых, тем, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь, содержащая, в соответствии с прототипом, зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличается от прототипа тем, что она содержит карбид кремния и тонкодисперсный корунд в качестве тонкодисперсного оксида алюминия при следующем содержании компонентов, мас.%:

Зернистый электрокорунд

фр. 6-3 мм 15-22

фр. 3-1 мм 8-20

фр. 1-0 мм или смесь фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм 13-27

Карбид кремния 13-27

Тонкодисперсный корунд 14-24

Высокоглиноземистый цемент 7-16

Пластифицирующая добавка 0,03-0,55

В этом случае огнеупорная бетонная смесь содержит карбид кремния фр. 1,6-1,25 мм, смесь зернистого электрокорунда фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм, взятых в соотношении (0,8:1,2) (1,2:0,8), в качестве тонкодисперсного корунда шлам электрокорунда фр. -50 мкм в количестве 14-18 мас.% или смесь шлама электрокорунда фр. -50 мкм в количестве 4-6 мас.% и табулярного корунда фр. -20 мкм в количестве 16-18 мас.%, а в качестве пластифицирующей добавки триполифосфат натрия в количестве 0,45-0,55 мас.%, либо смесь кальцинированной соды в количестве 0,15-0,25 мас.% и лигносульфоната натрия в количестве 0,045-0,055 мас.%, либо смесь борной кислоты в количестве 0,015-0,025 мас.%, лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и карбоната лития в количестве 0,001-0,002 мас.%, либо смесь лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и оксида лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

Поставленная задача решается согласно изобретению, во-вторых, тем, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь, содержащая, в соответствии с прототипом, зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличается от прототипа тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного оксида алюминия смесь тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%:

Зернистый электрокорунд

фр. 3-1 мм 28-42

или смесь фр. 6-3 мм 17-25

и фр. 3-1 мм 27-33

фр. 1-0 мм 18-42

Тонкодисперсный шлам электрокорунда фр. -50 мкм 5-10

Табулярный корунд фр. -20 мкм 14-17

Высокоглиноземистый цемент 6-8

Пластифицирующая добавка 0,03-0,55

В этом случае огнеупорная бетонная смесь содержит в качестве пластифицирующей добавки либо триполифосфат натрия в количестве 0,45-0,55 мас.%, либо смесь кальцинированной соды в количестве 0,15-0,25 мас.% и лигносульфоната натрия в количестве 0,045-0,055 мас.%, либо смесь борной кислоты в количестве 0,015-0,025 мас.%, лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и карбоната лития в количестве 0,001-0,002 мас.%, либо смесь лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и оксида лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

Поставленная задача решается согласно изобретению, в-третьих, также тем, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь, содержащая, в соответствии с прототипом, зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличается от прототипа тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного оксида алюминия тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%:

Зернистый электрокорунд

фр. 3-1 мм 18-40

или смесь фр. 6-3 мм 18-25

и фр. 3-1 мм 18-32

фр. 1-0,5 мм 9-42

Тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм 30-35

Высокоглиноземистый цемент 7-9

Пластифицирующая добавка 0,2-0,3

В этом случае огнеупорная бетонная смесь содержит в качестве пластифицирующей добавки органическое волокно.

Введение в состав одного из вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси в качестве тонкодисперсного оксида алюминия тонкодисперсного корунда при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фр. 6-3 мм 15-22, фр. 3-1 мм 8-20, фр. 1-0 мм или смесь фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм 13-27, карбид кремния 13-27, тонкодисперсный корунд 14-24, высокоглиноземистый цемент 7-16 и пластифицирующая добавка 0,03-0,55, когда в качестве тонкодисперсного корунда использован шлам электрокорунда фр. -50 мкм в количестве 14-18 мас.% или смесь шлама электрокорунда фр. -50 мкм в количестве 4-6 мас.% и табулярного корунда фр. -20 мкм в количестве 16-18 мас.%, а смесь зернистого электрокорунда фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм взята в соотношении (0,8:1,2) (1,2:0,8), обеспечивает получение одного варианта огнеупорной бетонной смеси с рационально выбранным составом по размерам фракций и их процентному содержанию таких компонентов смеси, как зернистый электрокорунд в качестве огнеупорного наполнителя и тонкодисперсный корунд в качестве компонента комплексного тонкодисперсного связующего.

Введение в состав второго варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси в качестве тонкодисперсного оксида алюминия смеси тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фр. 3-1 мм 28-42 или смесь фр. 6-3 мм в количестве 17-25 и фр. 3-1 мм в количестве 27-33, фр. 1-0 мм 18-42, тонкодисперсный шлам электрокорунда фр. -50 мкм 5-10, табулярный корунд фр. -20 мкм 14-17, высокоглиноземистый цемент 6-8 и пластифицирующая добавка 0,03-0,55, обеспечивает получение второго варианта огнеупорной бетонной смеси также с рационально выбранным составом по размерам фракций и их процентному содержанию таких компонентов смеси, как зернистый электрокорунд в качестве огнеупорного наполнителя и тонкодисперсный корунд в качестве компонента комплексного тонкодисперсного связующего.

Введение в состав третьего варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси в качестве тонкодисперсного оксида алюминия тонкодисперсного электрокорунда фр. <63 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фр. 3-1 мм 18-40 или смесь фр. 6-3 мм в количестве 18-25 и фр. 3-1 мм в количестве 18-32, фр. 1-0,5 мм 9-42, тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм 30-35, высокоглиноземистый цемент 7-9 и пластифицирующая добавка 0,2-0,3, обеспечивает получение третьего варианта огнеупорной бетонной смеси также с рационально выбранным составом по размерам фракций и их процентному содержанию таких компонентов смеси, как зернистый электрокорунд в качестве огнеупорного наполнителя и тонкодисперсный корунд в качестве компонента комплексного тонкодисперсного связующего.

Такой рациональный выбор составов вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси сделан авторами изобретения опытным путем и, по их предположению, обеспечивает получение более плотной структурной матрицы изготовленного из смеси огнеупора. Этим, с одной стороны, достигается снижение открытой пористости получаемого из смеси огнеупора и, как следствие, повышение его металло- и шлакоустойчивости, а с другой стороны, обеспечивается повышение предела прочности при сжатии, прежде всего, после сушки огнеупора, а в ряде случаев и после его обжига, в том числе, и при температуре 1600°С.

При этом использование в вариантах огнеупорной бетонной смеси в качестве компонента комплексного тонкодисперсного связующего смеси шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм, тонкодисперсные частицы которого имеют пластинчатую форму, по мнению авторов изобретения, дополнительно способствует получению более плотной структурной матрицы огнеупора и обеспечивает повышение предела прочности при сжатии, а также снижение открытой пористости, приводящей к повышению металло- и шлакоустойчивости. В этом случае использование шлама электрокорунда фр. -50 мкм, являющегося отходами корундового производства и поэтому обладающего низкой себестоимостью, позволяет получать огнеупорную бетонную смесь со сравнительно небольшим процентным содержанием (до 18 мас.%) обладающего высокой себестоимостью табулярного корунда фр. -20 мкм или вообще без содержания последнего. Это, с одной стороны, не вызывает существенного повышения себестоимости предлагаемой огнеупорной бетонной смеси, а с другой стороны, не приводит к заметному снижению термостойкости изготавливаемых на ее основе огнеупоров.

Введение в состав одного из вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси карбида кремния, например карбида кремния фр. 1,6-1,25 мм, приводит, во-первых, к повышению металло- и шлакоустойчивости получаемых из нее огнеупоров ввиду низкой адгезионной способности карбида кремния к металлам и шлакам и, во-вторых, к повышению их термостойкости, характеризуемой числом теплосмен до появления трещин или разрушения огнеупора.

При этом использование в комплексном тонкодисперсном связующем тонкодисперсного корунда указанных выше фракций совместно с применением перечисленных пластифицирующих добавок позволило сохранить незначительным процентное содержание высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего и поэтому предотвратить снижение температуры деформации под нагрузкой получаемых огнеупоров, а также не только сохранить, но и увеличить предел прочности при сжатии после сушки огнеупора. Эта же причина позволила практически не увеличивать по сравнению с прототипом количество используемой для предлагаемой огнеупорной смеси воды затворения, что не привело к увеличению открытой пористости получаемых огнеупоров и поэтому способствовало еще большему повышению металло- и шлакоустойчивости.

Применение в третьем варианте предлагаемой огнеупорной бетонной смеси в качестве пластифицирующей добавки органического волокна, как предполагают авторы изобретения, также способствует повышению металло- и шлакоустойчивости после обжига получаемых из нее огнеупоров. Вероятно, это объясняется тем, что при обжиге в результате выгорания мельчайших органических волокон в поверхностном слое огнеупора образуются тончайшие капиллярные тупиковые каналы, проникающие в объем огнеупора на чрезвычайно малую глубину. При контакте огнеупора с расплавленным металлом или шлаком мельчайшие частицы металла или шлака проникают лишь в эти капиллярные каналы, но совсем на незначительную глубину, а не проходят вглубь объема огнеупора, чем и обеспечивается повышение металло- и шлакоустойчивости.

Указанные качественные и количественные соотношения компонентов вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси были получены авторами изобретения опытным путем и являются наиболее приемлемыми, так как при выходе за заявляемые диапазоны количественных соотношений компонентов смеси декларируемый выше технический результат не достигается.

Например, уменьшение суммарного процентного содержания зернистого электрокорунда всех указанных фракций приводит к снижению огнеупорных свойств получаемых футеровок, а его чрезмерное увеличение к снижению прочности футеровки как в сырце, так и после сушки и обжига. Уменьшение процентного содержания карбида кремния за указанный диапазон приводит к снижению металло- и шлакоустойчивости получаемых футеровок, а его увеличение также к снижению прочности футеровки как в сырце, так и после сушки и обжига. Уменьшение процентного содержания высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего и перечисленных выше разновидностей тонкодисперсного корунда за пределы заявленных диапазонов вызывает снижение прочности получаемой футеровки в сырце, после сушки и обжига, а его увеличение приводит к существенному снижению температуры деформации под нагрузкой. Применение пластифицирующих добавок в количестве, меньшем заявленного процентного диапазона, требует использования большего количества воды затворения, что приводит к увеличению открытой пористости огнеупора и поэтому ухудшает его металло- и шлакоустойчивость. Увеличение же процентного содержания пластифицирующих добавок выше заявленного диапазона все равно не позволит еще больше уменьшить количество воды затворения и поэтому не является целесообразным. Использование табулярного корунда фр. -20 мкм, придающего смеси пластифицирующие свойства, также позволяет уменьшить количество применяемой воды затворения и поэтому приводит к снижению открытой пористости огнеупора, но увеличение его процентного содержания выше заявленного диапазона нецелесообразно, так как не приводит к заметному улучшению пластифицирующих свойств, но вызывает увеличение себестоимости огнеупорной бетонной смеси.

Указанные обстоятельства свидетельствуют о решении декларированной выше задачи настоящего изобретения благодаря наличию у вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси перечисленных отличительных признаков.

В составе вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси использованы карбид кремния фр. 1,6-1,25 мм, например, карбид кремния №125, зернистый электрокорунд указанных выше фракций с содержанием оксида алюминия не менее 99,4 мас.% и оксида железа не более 0,1 мас.%, высокоглиноземистый цемент с содержанием оксида алюминия в пределах 70-80 мас.%, а также тонкодисперсный шлам электрокорунда фр. -50 мкм и тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм, полученный, например, помолом в мельнице, с содержанием оксида алюминия не менее 98 мас.% и оксида железа не более 1,5 мас.%.

Заявителем были изготовлены контрольный образец огнеупора из огнеупорной бетонной смеси, выбранной за прототип, а также различающиеся по составу опытные образцы №1-19 предлагаемой огнеупорной бетонной смеси и соответствующие им по номерам опытные образцы огнеупоров №1-19. Контрольный образец огнеупора из смеси-прототипа и опытные образцы №1-19 из предлагаемой смеси были выполнены в виде куба с размером ребра 60 мм. В таблице 1 приведены составы использованной смеси-прототипа и опытных образцов №1-4 первого варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси для случая, когда она содержит карбид кремния и в качестве тонкодисперсного корунда шлам электрокорунда фр. -50 мкм. В таблице 2 приведены составы опытных образцов №5-7 первого варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси для случая, когда она содержит карбид кремния и в качестве тонкодисперсного корунда смесь шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм. В таблице 3 приведены составы опытных образцов №8-13 второго варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси для случая, когда она не содержит карбида кремния, а в качестве тонкодисперсного оксида алюминия содержит смесь тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм. В таблице 4 приведены составы опытных образцов №14-19 третьего варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси для случая, когда она не содержит карбида кремния, а в качестве тонкодисперсного оксида алюминия содержит тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм.

В таблицах 1-4 содержание воды затворения и пластифицирующей добавки указано в процентах от общей массы остальных компонентов смеси (сверх 100%), за исключением данных о смеси-прототипе (см. таблицу 1), для которой процентное содержание пластифицирующей добавки, как и в описании изобретения-прототипа, входит в 100% массы смеси (не сверх 100%). В качестве пластифицирующей добавки были использованы для опытных образцов смеси №3, 5 и 9 триполифосфат натрия, для опытных образцов смеси №1, 6 и 11 смесь кальцинированной соды и лигносульфоната натрия при их соотношении 4:1, для опытных образцов смеси №4, 7, 10 и 12 смесь борной кислоты, лимонной кислоты, кальцинированной соды и карбоната лития при их соотношении 2:3:1:0,15, для опытных образцов смеси №2, 8 и 13 смесь лимонной кислоты, кальцинированной соды и оксида лития при их соотношении 3:1:0,15, а для опытных образцов смеси №14-19 органическое волокно.

Контрольный образец огнеупора из смеси-прототипа был изготовлен в соответствии с технологией, изложенной в описании изобретения-прототипа.

Процесс изготовления предлагаемой огнеупорной бетонной смеси и получения из нее огнеупорной футеровки для всех вариантов изобретения и опытных образцов огнеупоров носит аналогичный характер и заключается в следующем.

Первоначально смешивают в бетоносмесителе принудительного действия или лопастном смесителе все фракции зернистого электрокорунда или зернистого электрокорунда и карбида кремния в течение 1-2 минут. Затем добавляют в смеситель 50% от необходимого количества воды затворения и перемешивают еще 1,0-1,5 минуты. На перемешанный и увлажненный зернистый электрокорунд или смесь зернистого электрокорунда с карбидом кремния подают комплексное тонкодисперсное связующее в виде смеси высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего, пластифицирующей добавки и тонкодисперсного корунда, то есть либо тонкодисперсного электрокорунда фр. <63 мкм, либо тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм, либо смеси тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм, после чего перемешивают в течение 1,5-2,0 минут. Затем добавляют в смеситель оставшуюся часть (50%) воды затворения и перемешивают до получения однородной массы, как правило, в течение 1,5-2,0 минут.

Для получения огнеупорной футеровки полученную бетонную массу укладывают слоями в форму, опалубку или шаблон в условиях воздействия вибрации с использованием площадочных или глубинных вибраторов или вибраторов, установленных на стенках форм, опалубке или шаблонов. Время формования каждого слоя массы в форме с момента приложения вибрации составляет, как правило, 5-6 минут. Изготовление огнеупорной футеровки осуществляют при температуре окружающей среды от 20 до 25°С. Через 24 часа форму или опалубку разбирают и полученные образцы огнеупоров выдерживают в течение 3 суток во влажных условиях при температуре 18-20°С.

Сушку и первый разогрев футеровки, выполненной из предлагаемой огнеупорной бетонной смеси, производят следующим образом. Первоначально нагревают футеровку до температуры 105°С со скоростью нагрева не более 15°С в час, затем выдерживают при данной температуре не менее 24 часов, вновь нагревают до температуры 500°С со скоростью нагрева не более 30°С в час, выдерживают при данной температуре не менее 15 часов, после чего нагревают до температуры 1000°С со скоростью нагрева не более 50°С в час и выдерживают при ней не менее 15 часов.

Опытные образцы №1-19 огнеупоров в виде куба с размером ребра 60 мм, которые были подвергнуты испытаниям для определения их основных физико-механических показателей, изготавливались следующим образом. Затворение смеси для изготовления образцов производили питьевой водой с температурой 20-25°С. Заливку разъемной стальной формы, смазанной изнутри машинным маслом, осуществляли послойно вручную шпателем при работающей виброустановке. Каждый загруженный слой массы дополнительно нагружали пригрузом, обеспечивающим нагрузку 0,05-0,10 кг/см2 до выступления на его поверхности влаги. После заливки поверхность образца тщательно выравнивали металлической пластиной. Отформованные образцы накрывали влажной хлопчатобумажной тканью в два слоя. После выдержки в течение 24 часов форму раскрывали, полученный образец устанавливали на ровную металлическую пластину, накрывали влажной хлопчатобумажной тканью в два слоя и выдерживали двое суток. По мере высыхания ткань дополнительно увлажняли.

При испытаниях основные физико-механические показатели контрольного образца огнеупора из смеси-прототипа и опытных образцов №1-19 огнеупоров из предлагаемой огнеупорной бетонной смеси определяли согласно ГОСТ 2409-95 и ГОСТ 4071-94, причем испытания на шлакоустойчивость проводили согласно методике, изложенной в описании изобретения-прототипа, в качестве насыщающей жидкости использовали воду и нагрузку прилагали параллельно слоям укладки. Полученные при испытаниях основные физико-механические показатели контрольного образца огнеупора из смеси-прототипа и опытных образцов №1-19 огнеупоров приведены в таблицах 5-8.

Анализ результатов испытаний (см. таблицы 5-8) образцов огнеупоров показал, что полученные из вариантов предлагаемой огнеупорной смеси огнеупоры обладают шлакоустойчивостью в пределах от 1,5-1,9 мм (образцы №2, 5, 7, 8, 11 и 13) до 2,5-2,8 мм (образцы №1, 4, 9, 10, 15, 16, 17 и 19), которая существенно лучше шлакоустойчивости контрольного образца огнеупора из смеси-прототипа, составляющей 3 мм. При этом открытая пористость почти всех опытных образцов огнеупоров оказалась ниже, чем у контрольного образца из смеси-прототипа, за исключением опытных образцов №1, 2 и 15, для которых открытая пористость сохранилась примерно на уровне тех же значений, что и у контрольного образца.

Предел прочности при сжатии после сушки у всех опытных образцов №1-19 огнеупоров лежит в пределах от 24,1 Н/мм2 (у опытного образца №5) до 90 Н/мм2 (у опытного образца №8), что существенно выше предела прочности при сжатии после сушки контрольного образца из смеси-прототипа, составляющего 20 Н/мм2. При этом у отдельных опытных образцов огнеупоров наблюдается существенное повышение предела прочности при сжатии после обжига при температуре 1600°С до значений 100-135 Н/мм2 (опытные образцы №8, 9 и 15), а также после обжига при температуре 1000°С, то есть в интервале температур разупрочнения, до значения 72,5 Н/мм2 (опытный образец №8) по сравнению с контрольным образцом, у которого эти значения составляют соответственно 87 Н/мм2 и 65 Н/мм2.

Испытания на термостойкость в режиме нагрева до 1300°С и последующего охлаждения водой показали, что огнеупорные футеровки, полученные на основе предлагаемой огнеупорной бетонной смеси, выдерживают 13-17 теплосмен до появления первой трещины и 38-42 теплосмены до разрушения футеровки, в то время как у огнеупорных футеровок на основе смеси-прототипа эти показатели имеют значения соответственно 4 и 7 теплосмен. Это свидетельствует о существенном повышении термостойкости огнеупоров на основе предлагаемой огнеупорной бетонной смеси.

Таким образом, предлагаемая огнеупорная бетонная смесь обеспечивает получение огнеупоров, обладающих более высокими шлакоустойчивостью и пределом прочности при сжатии после сушки.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Огнеупорная бетонная смесь, содержащая зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличающаяся тем, что она содержит карбид кремния и тонкодисперсный корунд в качестве тонкодисперсного оксида алюминия при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фракции 6-3 мм 15-22, фракции 3-1 мм 8-20, фракции 1-0 мм или смесь фракции 0,5-0 мм и фракции 1-0,5 мм 13-27, карбид кремния 13-27, тонкодисперсный корунд 14-24, высокоглиноземистый цемент 7-16, пластифицирующая добавка 0,03-0,55.

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит карбид кремния фракции 1,6-1,25 мм.

3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит смесь зернистого электрокорунда фракции 0,5-0 мм и фракции 1-0,5 мм, взятых в соотношении (0,8:1,2) -(1,2:0,8).

4. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного корунда шлам электрокорунда фракции -50 мкм в количестве 14-18 мас.%.

5. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве тонкодисперсного корунда она содержит смесь шлама электрокорунда фракции -50 мкм в количестве 4-6 мас.% и табулярного корунда фракции -20 мкм в количестве 16-18 мас.%.

6. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки триполифосфат натрия в количестве 0,45-0,55 мас.%.

7. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь кальцинированной соды в количестве 0,15-0,25 мас.% и лигносульфоната натрия в количестве 0,045-0,055 мас.%.

8. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь борной кислоты в количестве 0,015-0,025 мас.%, лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и карбоната лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

9. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и оксида лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

10. Огнеупорная бетонная смесь, содержащая зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличающаяся тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного оксида алюминия смесь тонкодисперсного шлама электрокорунда фракции -50 мкм и табулярного корунда фракции -20 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фракции 3-1 мм 28-42 или смесь фракции 6-3 мм в количестве 17-25 и фракции 3-1 мм в количестве 27-33, фракции 1-0 мм 18-42, тонкодисперсный шлам электро корунда фракции -50 мкм 5-10, табулярный корунд фракции -20 мкм 14-17, высокоглиноземистый цемент 6-8, пластифицирующая добавка 0,03-0,55.

11. Смесь по п.10, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки триполифосфат натрия в количестве 0,45-0,55 мас.%.

12. Смесь по п.10, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь кальцинированной соды в количестве 0,15-0,25 мас.% и лигносульфоната натрия в количестве 0,045-0,055 мас.%.

13. Смесь по п.10, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь борной кислоты в количестве 0,015-0,025 мас.%, лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и карбоната лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

14. Смесь по п.10, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и оксида лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

15. Огнеупорная бетонная смесь, содержащая зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличающаяся тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного оксида алюминия тонкодисперсный электрокорунд фракции <63 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фракции 3-1 мм 18-40 или смесь фракции 6-3 мм в количестве 18-25 и фракции. 3-1 мм в количестве 18-32, фракции 1-0,5 мм -9-42, тонкодисперсный электрокорунд фракции <63 мкм 30-35, высокоглиноземистый цемент 7-9, пластифицирующая добавка 0,2-0,3.

16. Смесь по п.15, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки органическое волокно.

www.freepatent.ru

Огнеупорная бетонная смесь | Банк патентов

Изобретение относится к огнеупорной промышленности. Огнеупорная бетонная смесь содержит огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия 50-85 мас. % и связующее 15-50 мас.% следующего состава, мас.%: огнеупорный компонент на основе оксида алюминия 84-97; триполифосфат натрия 1,8-15,0; щавелевая кислота 0,2-2,0. Щавелевая кислота совместно с триполифосфатом натрия образует золь, которая способствует снижению трения между частицами и придает большую текучесть бетонному раствору. Малое количество воды и отсутствие химически связанной влаги позволяет интенсифицировать скорость термообработки бетонного раствора футеровки. 1 табл.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к производству огнеупорных растворов для изготовления футеровок, например сталеразливочных ковшей, промежуточных ковшей и других агрегатов. Известны огнеупорные бетонные смеси, включающие огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия, например, а.с. СССР 673634, С 04 В 35/00 1979, а. с. СССР 555064, С 04 В 35/18 1977, а.с. СССР 876593, С 04 В 19/04, 1981. Наиболее близким по существу и совпадающим признакам следует считать огнеупорную бетонную смесь по а.с. СССР 673634, С 04 В 35/00 1979. Она содержит огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия и триполифосфата натрия. Недостаток прототипа состоит в том, что при скоростях подъема температуры выше 50o/ч не обеспечивается необходимый набор прочности огнеупорного бетона. Изобретение направленно на сокращение времени термообработки футеровки из огнеупорного бетона. Технический результат, который достигается изобретением, состоит в ускорении набора прочности огнеупорного бетона при нагревании. Для обеспечения этого связующее дополнительно содержит щавелевую кислоту в составе, мас. %: огнеупорный компонент на основе оксида алюминия 84-97, триполифосфат натрия 1,8-15,0, Щавелевая кислота 0,2-2,0 при следующем соотношении компонентов, мас.%: огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия 50-85, указанное связующее 15-50. Триполифосфат натрия, имея низкую растворимость в воде, совместно с щавелевой кислотой образует золь, которая способствует снижению трения между частицами и придает большую текучесть бетонному раствору. При нагреве происходит химическое взаимодействие с образованием прочных соединений при более низких температурах. Малое количество воды и отсутствие химически связанной влаги позволяет интенсифицировать скорость термообработки бетонного раствора футеровки. При содержании щавелевой кислоты менее 0,2 мас.% образуется недостаточное количество золя для придания текучести огнеупорного раствора при затворении минимальным количеством воды. В результате, потребуется увеличить количество воды, что снижает плотность, повышает пористость футеровки и удлиняет время ее термообработки. При увеличении содержания щавелевой кислоты более 2,0 мас.% снижается огнеупорность бетона. При содержании указанного связующего в огнеупорной бетонной смеси менее 15 мас. % огнеупорный бетонный раствор не обладает необходимой текучестью, что требует увеличения содержания воды и приводит к удлинению времени термообработки бетона. При увеличении содержания указанного связующего более 50 мас. % снижается огнеупорность и температура начала деформации под нагрузкой огнеупорного бетона. Изобретение поясняется следующими примерами. Для получения огнеупорной бетонной смеси использовали следующие исходные материалы:
— корунд фр. 5-0 мм с содержанием Аl2О3 не менее 97 мас.%;
— алюмомагниевая шпинель фр. 5-0 мм с содержанием Аl2O3 72 мас.%, MgO 26 мас%;
— триполифосфат натрия по ГОСТ 3447.2-91, порошок фр. менее 1 мм;
— щавелевая кислота, порошок фр. менее 1 мм;
— связующее по прототипу: огнеупорная глина 15, каолин 15, пыль из электрофильтров сушильного барабана 60, триполифосфат натрия 1,0; сульфитно-дрожжевая бражка 9. Конкретные составы связующих и огнеупорных бетонных смесей приведены в таблице. Для получения связующего в шаровую мельницу одновременно загружали в заявленных соотношениях огнеупорный компонент (корунд или алюмомагниевую шпинель), триполифосфат натрия и щавелевую кислоту. Совместный сухой помол компонентов производили в течение 3-х часов до получения фракций менее 50 мкм. Для получения огнеупорной бетонной смеси огнеупорный заполнитель (корунд или алюмомагниевую шпинель) равномерно перемешивали с полученным огнеупорным связующим в заявленных соотношениях. Огнеупорный бетонный раствор приготовляли по месту изготовления футеровки сталеразливочного ковша. Для этого в огнеупорную бетонную смесь добавляли 5 мас.% воды сверх 100% и тщательно перемешивали до получения текучей бетонной массы, которую заливали в зазор между шаблоном и арматурным слоем ковша. Затем футеровку сушили в течение 6 часов с помощью газовой горелки, а после удаления шаблона термообрабатывали до 1500oС со скоростью подъема температуры 100o/ч. Свойства огнеупорных бетонных смесей в зависимости от скорости термообработки определяли на образцах размером 100х100х100 мм составов, приведенных в таблице. После затворения водой огнеупорные бетонные массы заливались в металлические формы и подвергались вибрации на вибростоле в течение 30 секунд. Залитые в формы образцы помещали в сушильный шкаф и сушили при температуре 90oС в течение 2-х часов. После этого формы разбивали и образцы устанавливали в муфельную печь, где их термообрабатывали до температуры 1500oС по двум режимам: первый — при подъеме температуры в печи 30o/ч, второй — 100o/ч. У термообработанных образцов определяли внешний вид и следующие показатели: предел прочности при сжатии по ГОСТ 8462-85, открытую пористость по ГОСТ 4071.1-94, линейную усадку или рост по ГОСТ 5402-81. Свойства образцов приведены в таблице. Как видно из таблицы, свойства образцов патентуемых составов и прототипа при скорости термообработки 30o/ч приблизительно одинаковые. Однако при скорости термообработки 100o/ч предел прочности при сжатии у образцов патентуемых составов существенно выше, а открытая пористость ниже, чем у образцов прототипа. Внешний вид образцов составов 1, 2 не изменился, в то время как образцы прототипа, нагретые со скоростью 30o/ч, имели сетку трещин, а нагретые со скоростью 100o/ч, имели трещины и разрушения. Об этом свидетельствуют данные о росте материала прототипа, что приводит к сколам и разрушениям футеровки агрегата. Таким образом, использование патентуемых составов огнеупорной бетонной смеси позволяет сократить время термообработки огнеупорного бетона для футеровки металлургического агрегата, не ухудшая его термомеханических характеристик.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Огнеупорная бетонная смесь, содержащая огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия и связующее в виде тонкомолотой смеси огнеупорного компонента на основе оксида алюминия и триполифосфата натрия, отличающаяся тем, что связующее дополнительно содержит щавелевую кислоту в составе, мас.%:
Огнеупорный компонент на основе оксида алюминия — 84 — 97
Триполифосфат натрия — 1,8 — 15,0
Щавелевая кислота — 0,2 — 2,0
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия — 50 — 85
Указанное связующее — 15 — 50н

bankpatentov.ru

огнеупорная бетонная смесь — патент РФ 2320617

Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий, выполнению монолитных футеровок различных высокотемпературных агрегатов в металлургии и других отраслях промышленности. Огнеупорная бетонная смесь для изготовления низкоцементного огнеупорного бетона содержит, мас.%: огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия фр.6-3 мм 20-25, фр.3-1 мм 13-25, фр.1-0 мм 8-20 и алюмомагнезиальную шпинель фр. 0,5-0 мм 10-20, меламиновый или поликарбоксилатный пластификатор 0,045-0,07 (сверх 100%), тонкодисперсную матрицу фр.<0,063 мм 15-30 и высокоглиноземистый цемент фр.0,045 мм 2-8, дисперсный глинозем фр.0,0075 0,2-0,4 (сверх 100%). В качестве тонкодисперсной матрицы смесь содержит, мас.%: корунд фр.<0,063 мм 35-40, реактивный глинозем фр.<0,005 мм 35-40 и алюмомагнезиальную шпинель фр.<0,063 мм 30-20. Огнеупорная бетонная смесь дополнительно содержит органическое волокно 0,02-0,05 мас.% (сверх 100%). Технический результат — повышение термостойкости и снижение открытой пористости. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий, выполнению монолитных футеровок различных высокотемпературных агрегатов в металлургии и других отраслях промышленности.

Известен огнеупор, включающий огнеупорный наполнитель, в качестве связующего используют глиноземистый цемент, тонкодисперсный Al 2О3, SiO2, добавку MgO, дефлокулянт (Патент ГДР №267387, МКИ С04В 35/66, 1987). Недостатком этого бетона являются невысокие высокотемпературная прочность и температура применения (около 1450°С).

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является огнеупорная бетонная смесь, содержащая огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия, в качестве связующего — комплекс тонкодисперсных материалов, включающий Al2O 3 или смесь Al2О3 и SiO2 фр.6-0,1 мкм, высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент, оксид магния или алюмомагнезиальную шпинель фр.<20 мкм, дефлокулянт при следующем соотношении компонентов, мас.%: огнеупорный заполнитель фр.7-3 мм 25-45, фр.3-1 мм 15-35, фр.1-0 мм 20-45, Al2О 3 или смесь Al2О3 и SiO2 фр.6-0,1 мкм 2-25, высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент фр.<40 мкм 2-8, MgO или алюмомагнезиальная шпинель фр.<20 мкм 5-15, дефлокулянт 0,1-1,5 (Патент РФ №2140407, МКИ С04В 35/66, 1999).

Недостатком этой бетонной смеси является присутствие тонкодисперсного оксида магния, который склонен к гидратации, а это приводит к взрывному растрескиванию футеровки в процессе ее сушки и снижению термостойкости.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение термостойкости, снижение открытой пористости и расширение ассортимента используемых огнеупорных заполнителей без изменения тонкодисперсной матрицы.

Решение проблемы достигается в результате использования огнеупорной бетонной смеси, содержащей в качестве огнеупорного заполнителя — корунда, или муллитокорунда, или андалузита и алюмомагнезиальную шпинель, комплексное тонкодисперсное связующее, включающее матрицу и высокоглиноземистый цемент, а также пластификатор и дополнительно диспергирующий глинозем при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Огнеупорный заполнитель фр.6-3 мм20-25
 фр.3-1 мм13-25
 фр.1-0 мм8-20
Алюмомагнезиальная шпинельфр.0,5-0 мм 10-20
Высокоглиноземистый цементфр.<0,045 мм2-8
Меламиновый или поликаброксилатный пластификатор  0,045-0,07 (сверх 100%)
Диспергирующий глиноземфр.<0,0075 мм 0,2-0,4 (сверх 100%)
а тонкодисперсная матрицафр.<0,063 мм 15-30

включает корунд фр.<0,063 мм в количестве 35-40 мас.%, реактивный глинозем фр.<0,005 мм 35-40 мас.% и алюмомагнезиальную шпинель фр.<0,063 мм 30-20 мас.%.

Кроме того, в смесь дополнительно вводят органическое волокно в количестве 0,02-0,05 мас.% (сверх 100%).

Использование органического волокна в огнеупорной бетонной смеси ускоряет и облегчает процесс удаления влаги во время термообработки и обжига, таким образом, уменьшается напряжение и риск растрескивания и разрыва бетона. В качестве органических применяют полиакрилонитриловые, полиэтиленовые, полиамидные и полипропиленовые волокна, но при этом длина волокон должна быть не более 6 мм, а их диаметр не более 25 мкм. Более длинные волокна ухудшают кладочные свойства. Применение волокон диаметром свыше 25 мкм приводит к увеличению диаметра пор в бетоне при термообработке и, соответственно, снижению прочности. Использование в предлагаемой огнеупорной бетонной смеси, например, органического волокна в количестве 0,02-0,05% (сверх 100) является оптимальным и способствует повышению термостойкости, характеризуемой числом теплосмен до появления трещин.

В качестве пластификатора в предлагаемой шихте используют меламиновый или поликарбоксилатный пластификаторы.

Принцип действия пластификаторов — электростатическое диспергирование. Кроме того, поликарбоксилатные пластификаторы имеют стерическую структуру полимера, характеризующуюся длинными боковыми цепями. При стерической стуктуре вокруг цементных зерен образуется абсорбционный слой, который приводит к снижению внутреннего трения. За счет действия сил электростерического отталкивания разрушаются агломераты минеральных частиц, что способствует выходу воды, попавшей в агломераты.

В предлагаемой огнеупорной бетонной смеси вяжущая система является полидисперсной и наряду с высокоглиноземистым цементом содержит матрицу, представляющую собой тонкодисперсные компоненты: корунд фр.<0,063 мм в количестве 35-40 мас.%, реактивный глинозем фр.<0,005 мм в количестве 35-40 мас.% и алюмомагнезиальную шпинель фр.<0,063 мм 30-20 мас.%. Указанная вяжущая система включает тонкодисперсные материалы, характеризующиеся низкотемпературным (до 1000-1100°С) упрочнением. Применение высокоглиноземистого цемента, содержащего не менее 70% Al2О 3, не более 25% СаО, в количестве 2-8 мас.% в составе комплексного тонкодисперсного связующего для огнеупорной бетонной смеси является оптимальным. Такое количество высокоглиноземистого цемента обеспечивает при минимальном содержании СаО в бетонной смеси прочность, уменьшает влажность смеси.

Использование в комплексном тонкодисперсном связующем матрицы, содержащей Al2O 3 не менее 92%, MgO не менее 6,0%, Fe2 О3 0,4%, способствует улучшению реологических свойств и получению формовочной системы с очень низкой (5%) влажностью. Применение тонкодисперсной матрицы в количестве 15-30 мас.% в составе огнеупорного бетона позволяет уменьшить содержание высокоглиноземистого цемента до 2-8 мас.% и в конечном итоге получить высокие значения термостойкости. Введение в матрицу реактивного глинозема, который представляет собой ультрадисперсный материал (размер частиц <5 микрон), в количестве не менее 35%, корунда фр.<0,063 мм 35-40 мас.% и алюмомагнезиальной шпинели фр.<0,063 мм 35-40 мас.% является оптимальным. Поскольку с одной стороны происходит уменьшение содержание высокоглиноземистого цемента в смеси за счет введения тонкодисперсной матрицы — материала с увеличенной удельной поверхностью и, следовательно, с реакционной способностью частиц, которые активнее вступают в гидратацию. С другой стороны, при росте продуктов гидратации наблюдается резкое падение пластифицирующего эффекта. Поэтому в смесь вводится добавка пластификатора 0,045-0,07 мас.% (сверх 100%).

Для регулирования процессов схватывания и укладки используется диспергирующий глинозем.

Применение меламинового или поликарбоксилатного пластификатора при оптимально подобранном зерновом составе дает эффект разжижения смеси и последующее тиксотропное структурообразование при условиях низкой объемной доли жидкости и достаточной гидратации высокоглиноземистого цемента, что в свою очередь позволяет получить монолитные футеровки за сравнительно короткое время.

Подобранный зерновой состав, а именно, использование крупнозернистой составляющей (огнеупорный заполнитель фр.6-3 мм 20-25 мас.%, фр.3-1 мм 13-25 мас.%, фр.1-0 мм 8-20 мас.%) и введение мелкозернистой составляющей (алюмомагнезиальной шпинели фр.0,5-0 мм в количестве 10-20 мас.%), его распределение в предлагаемой бетонной смеси снижает пористость при формовании.

Введение алюмомагнезиальной шпинели в смесь обусловлено еще и тем, что шпинель имеет повышенную устойчивость к воздействию металла, металлургических шлаков, устойчивость к воздействию переменной окислительно-восстановительной атмосферы в тепловых агрегатах. Высокая термостойкость шпинели характеризуется низким коэффициентом термического расширения и высокой теплопроводностью.

Примеры реализации изобретения

Приготовление массы для образца №1 осуществляют в смесителе периодического действия: электрокорунд фракции 6-3 мм в количестве 25 мас.%, фракции 3-1 в количестве 13 мас.% и фракции 1-0 в количестве 8 мас.%, алюмомагнезиальная шпинель фракции 0,5-0 мм в количестве 20 мас.%, тонкодисперсная матрица в количестве 30 мас.%, высокоглиноземистый цемент фракции менее 45 мкм в количестве 4 мас.%, суперпластификатор поликарбоксилатный 0,045 мас.% (сверх 100%) и диспергирующий глинозем ADS1 0,2 мас.% (сверх 100%) смешивают в сухом виде в течение 2-3 минут, добавляют воду в количестве 5-6 мас.% (сверх 100%) и перемешивают в течение 4-5 минут.

Приготовление массы для образцов №2 и №3 аналогично, а для образца №4 в смеситель дополнительно вводят полипропиленовое волокно марки «Polysteen cut F-0782» в количестве 0,035 мас.% (сверх 100%), затем все компоненты смешивают в сухом виде в течение 1-2 минут, добавляют воду в количестве 5 мас.% (сверх 100%) и перемешивают в течение 4-5 минут.

Полученной массой заполняют формы без применения вибрации, в которых она находится до полного затвердевания. После извлечения изделий из форм они выдерживаются в естественных условиях до 5 суток. Затем изделия подвергаются термообработке при 1300°С.

В остальных примерах приготовление смеси осуществляется аналогично, но формование образцов производится с применением минимальной вибрации.

На образцах определяли предел прочности при сжатии (ГОСТ 4070.1-00), открытую пористость (ГОСТ 2409-95), термостойкость (ГОСТ 7875.0-94).

Использование бетонной смеси на месте у потребителя производят следующим образом: готовая сухая смесь подается в смеситель периодического действия, перемешивается в течение 1-2 минут насухо, затем добавляется необходимое количество воды (˜6% сверх 100% массы). Полученной массой производится футеровка или ремонт металлургического агрегата.

В таблице 1 приведены составы смесей и физико-механические свойства образцов.

Таблица 1
Наименование компонентаСодержание компонентов в составах, %
Состав №1Состав №2Состав №3Состав №4Прототип
12 345 6
Корунд, сод. Al 2O3>98% фр.7-3 мм35
Корунд, сод. Al2O3 не менее 98,8% фр.6-3 мм2522
Корунд, сод. Al 2O3 не менее 98,8% фр.3-1 мм131526
Корунд, сод. Al2O 3 не менее 98,8% фр.1-0 мм810 20
Шамот, сод. Al 2O3 не менее 78% фр.6-325
Шамот, сод. Al2O3 не менее 78% фр.3-115
Шамот, сод. Al2O 3 не менее 78% фр.1-0 20
Андалузит, сод. Al 2O3 не менее 57,6% фр.6-330
Андалузит, сод. Al2O3 не менее 57,6% фр.3-115
Андалузит, сод. Al 2O3 не менее 57,6% фр.1-010
Ультрадисперсный порошок фр.6-0,1 мкм 11
Алюмомагнезиальная шпинель фр.0,5-0 мм2015 1521
Алюмомагнезиальная шпинель фр.<20 мкм5
Тонкодисперсная матрица3020 2228
ВГЦ4 584 2
Пластификатор 0,0450,070,070,0451,0
Органическое волокно 0,035
Диспергирующий глинозем0,20,40,40,2
Предел прочности при сжатии, МПа9085 609180
Открытая пористость, %212019 2022
Термостойкость, т/см (1300°С-вода)30 2710034 25

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Огнеупорная бетонная смесь для изготовления низкоцементного огнеупорного бетона, включающая огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия, комплексное тонкодисперсное связующее и пластификатор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит диспергирующий глинозем, алюмомагнезиальную шпинель фр.0,5-0 мм, в качестве комплексного тонкодисперсного связующего используют тонкодисперсную матрицу фр. менее 0,063 мм и высокоглиноземистый цемент, меламиновый или поликарбоксилатный пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Огнеупорный заполнитель фр.6-3 мм 20-25
фр.3-1 мм 13-25
фр.1-0 мм 8-20
Алюмомагнезиальная шпинель фр.0,5-0 мм10-20
Высокоглиноземистый цемент фр.<0,045 мм2-8
Пластификатор0,045-0,07 (сверх 100%)
Диспергирующий глинозем фр.<0,0075 мм0,2-0,4 (сверх 100%)
Тонкодисперсная матрица фр.<0,063 мм15-30

включает корунд фр.<0,063 мм 35-40 мас.%, реактивный глинозем фр.<0,005 мм 35-40 мас.% и алюмомагнезиальную шпинель фр.<0,063 мм 30-20 мас.%.

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит органическое волокно 0,02-0,05 мас.% (сверх 100%).

www.freepatent.ru