PL240284B1

PL240284B1 - Refractory concrete or a precast concrete product

Info

Publication number: PL240284B1
Application number: PL420577A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Czapka; Robert Świerszcz; Renata Czapka
Original assignee: Zakl Magnezytowe Ropczyce Spolka Akcyjna
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2022-03-14
Also published as: PL420577A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest ogniotrwały beton i prefabrykat betonowy, wytwarzany z tego betonu, otrzymywany w postaci sypkich mieszanek lub gotowych prefabrykatów na wiązaniu cementu glinowo-wapniowego, znajdujących zastosowanie zwłaszcza do wykonywania monolitycznych wyłożeń ogniotrwałych króćców RH i wyłożeń monolitycznych kadzi stalowniczych oraz do wytwarzania kształtek układów wylewowych kadzi stalowniczych, sklepień elektrycznych pieców łukowych, rynien spustowych pieców stalowniczych oraz kształtek podstrumieniowych stosowanych w miejscach uderzenia ciekłego metalu, jak również do wytwarzania innych prefabrykowanych wyrobów ogniotrwałych.The subject of the invention is refractory concrete and precast concrete, produced from this concrete, obtained in the form of loose mixtures or ready-made prefabricates on the bond of alumina-lime cement, used in particular for the production of monolithic refractory linings of RH connectors and monolithic linings of steel ladles and for the production of fittings for pouring systems steel ladles, electric arc furnace vaults, spouts of steel furnaces and sub-stream fittings used in the places of impact of liquid metal, as well as for the production of other prefabricated refractory products.

Pod pojęciem betonów ogniotrwałych są rozumiane masy ogniotrwałe, uzyskiwane przez wymieszanie suchych składników z wodą zarobową lub z roztworem zarobowym, które mieszane w formach odlewniczych twardnieją pod wpływem zachodzących reakcji chemicznych i wiązania ogniotrwałego cementu wapniowo-glinowego, stanowiąc w wyniku tego wytrzymały i ogniotrwały budowlany prefabrykat konstrukcyjny.Refractory concretes are refractory masses obtained by mixing dry components with batch water or a batch solution, which, when mixed in foundry molds, harden under the influence of chemical reactions and binding of the refractory calcium-aluminum cement, thus constituting a durable and refractory construction prefabricate. structural.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL190654 ogniotrwały, zasadowy beton samolejny, stosowany do monolitycznego wyłożenia ogniotrwałego oraz do wytwarzania ogniotrwałych wyrobów prefabrykowanych na bazie MgO i/lub chromu, zawierający:It is known from the Polish patent description No. PL190654 as a refractory, basic self-flowing concrete, used for monolithic refractory lining and for the production of refractory prefabricated products based on MgO and / or chromium, containing:

- 35,0 do 85,0% wagowych materiału ogniotrwałego na bazie MgO i/lub rudy chromowej o wielkości ziarna od 0,045 do 15,0 mm;- 35.0 to 85.0% by weight of the MgO refractory and / or chrome ore with a grain size of 0.045 to 15.0 mm;

- 15,0 do 50,0% wagowych wspierającego dylatację materiału ogniotrwałego na bazie MgO i/lub rudy chromowej o wielkości ziarna od 0,1 do 45,0 μm;- 15.0 to 50.0% by weight of a MgO-based dilatation-supporting refractory material and / or chromium ore with a grain size of 0.1 to 45.0 μm;

- 0,1 do 4,0% wagowych co najmniej jednego dyspergatora i środka zwilżającego oraz 5,0 do 10% w agowych wody zarobowej, w odniesieniu do fazy stałej;- 0.1 to 4.0% by weight of at least one dispersant and wetting agent and 5.0 to 10% by weight of mixing water, based on the solid phase;

- 0,1 do 15,0% wagowych co najmniej jednego środka wiążącego lub- 0.1 to 15.0% by weight of at least one binder or

- do 6,5% wagowych co najmniej jednego dodatku ogniotrwałego na bazie AI2O3, Cr2O3, ZrC2, TiO2, SiC, proszków metali, nośników węgla o wielkości ziarna do 3,0 mm.- up to 6.5% by weight of at least one refractory additive based on Al2O3, Cr2O3, ZrC2, TiO2, SiC, metal powders, carbon carriers with grain size up to 3.0 mm.

W innym korzystnym wariancie realizacji beton według tego wynalazku może zawierać także, jako dodatki włókna organiczne i/lub włókna stalowe i/lub kuliste, wyparowujące lub dające się usunąć podczas wypalania materiałów o średnicy 5 do 80 μm mające zróżnicowane działanie na przykład włókna organiczne mogą zapobiec powstawaniu rysy schnięcia podczas procesu rozgrzewania, a włókna stalowe przyczyniają się do poprawy odporności na szok termiczny zasadowego betonu samolejnego.In another preferred embodiment, the concrete according to the invention may also contain, as additives, organic fibers and / or steel fibers and / or spherical, vaporizable or burnable materials with a diameter of 5 to 80 μm having a different effect, for example organic fibers can prevent the formation of a drying scratch during the heating process, and the steel fibers contribute to the improvement of the thermal shock resistance of alkaline self-flowing concrete.

Znany z europejskiego opisu patentowego nr EP0525394A1 kwaśny beton ogniotrwały związany spoiwem hydraulicznym zawiera:The acidic refractory concrete bonded with a hydraulic binder, known from the European patent description No. EP0525394A1, contains:

- 65,0 do 87,0% wagowych materiału ogniotrwałego na bazie Al2O3, ZrO2 i/lub Cr2O3 o wielkości ziarna od 0,05 do 10,0 μm- 65.0 to 87.0% by weight of refractory material based on Al2O3, ZrO2 and / or Cr2O3 with a grain size of 0.05 to 10.0 μm

- 7,0 do 22,0% wagowych reaktywnego ogniotrwałego składnika na bazie Cr2O3 o wielkości ziarna od 0,1 do 10,0 μm- 7.0 to 22.0% by weight of a reactive refractory component based on Cr2O3 with a grain size of 0.1 to 10.0 μm

- 0,5 do 10,0% wagowych spoiwa hydraulicznego o zawartości ponad 68,0% wagowych Al2O3 oraz- 0.5 to 10.0% by weight of a hydraulic binder with more than 68.0% by weight of Al2O3 and

- 0,2 do 6,5% wagowych jednego lub kilku dodatków zwiększających stabilność betonu i/lub zmniejszających zapotrzebowanie na wodę, który po dodaniu 3,5 do 7,0 części wagowych wody zarobowej na 100 części wagowych tej fazy stałej jest betonem samolejnym.- 0.2 to 6.5% by weight of one or more additives increasing the stability of the concrete and / or reducing the water requirement, which after the addition of 3.5 to 7.0 parts by weight of mixing water per 100 parts by weight of this solid phase is self-aligning concrete.

Z polskiego opisu patentowego nr PL171435 znany jest ogniotrwały beton magnezjowy składający się z wysokoprażonego tlenku magnezu zwanego klinkierem magnezjowym o uziarnieniu powyżej 0,3 mm w ilości 80-90% wagowych, szybkosprawnego cementu portlandzkiego o wysokim module krzemianowym powyżej 3,3 i ograniczonej do 5% zawartości związków żelaza w ilości 3-8% wagowych oraz 5-10% wagowych krzemianu dwuwapniowego o uziarnieniu do 4 μm, przy czym w celu nawilżenia masy wprowadza się 5-7% wody w stosunku wagowym lub też korzystnie stosuje się dodatek środków upłynniających masę betonową w ilości do 4% wagowych.From the Polish patent description No. PL171435 there is known refractory magnesia concrete consisting of highly calcined magnesium oxide called magnesia clinker with a grain size greater than 0.3 mm in an amount of 80-90% by weight, fast-setting Portland cement with a high silicate modulus above 3.3 and limited to 5 % iron compounds in the amount of 3-8% by weight and 5-10% by weight of dicalcium silicate with a grain size of up to 4 μm, with 5-7% water being added to the mass in order to moisturize the mass, or it is also preferable to use the addition of flowable agents concrete in an amount up to 4% by weight.

Znane są także z opisów patentowych nr WO 99/28267 oraz WO 99/58468 betony ultrawysokowartościowe zawierające w swych składach recepturowych także włókna metalowe lub włókna mineralne w postaci cząstek iglastych z boksytu, mulitu, tytanianu potasu lub też włókna organiczne otrzymywane z celulozy. Opisane wyżej betony ultrawysokowartościowe pomimo ich dobrych właściwości mechanicznych, odznaczają się jednak niewystarczającą odpornością ogniową, co wyraża się wyraźnie przez wykruszanie się konstrukcji wystawionych na działanie ognia.Also known from the patent specifications No. WO 99/28267 and WO 99/58468 ultra-high-quality concretes containing in their recipe compositions also metal fibers or mineral fibers in the form of acicular particles made of bauxite, mullite, potassium titanate or also organic fibers obtained from cellulose. The ultra-high-performance concretes described above, despite their good mechanical properties, are characterized by insufficient fire resistance, which is clearly expressed by the chipping of structures exposed to fire.

PL 240 284 B1PL 240 284 B1

Z kolei znany z polskiego opisu patentowego nr PL202841 ognioodporny beton ultrawysokowartościowy składa się ze stwardniałej matrycy cementowej, w której rozproszone są włókna metalowe, otrzymywanej przez wymieszanie z wodą kompozycji, która poza tymi włóknami zawiera: cement, cząstki kruszywa o wielkości frakcji D90 co najwyżej 10 mm, cząstki aktywne pucolanowe o jednostkowym wymiarze w zakresie pomiędzy 0,1 μm do 100 μm, przynajmniej jeden środek dyspergujący oraz włókna organiczne o temperaturze topnienia poniżej 200°C, średniej długości powyżej 1 mm oraz o średnicy do 200 μm w ilości takiej, że ich objętość wynosi od 0,1 do 3% objętości betonu po stwardnieniu.In turn, the fire-resistant ultra-high-quality concrete known from the Polish patent description No. PL202841 consists of a hardened cement matrix in which metal fibers are dispersed, obtained by mixing with water a composition, which, in addition to these fibers, contains: cement, aggregate particles with a fraction size of D90 at most 10 mm, active pozzolan particles with a unit size in the range between 0.1 μm to 100 μm, at least one dispersing agent and organic fibers with a melting point below 200 ° C, an average length of more than 1 mm and a diameter of up to 200 μm in an amount such that their volume ranges from 0.1 to 3% of the volume of concrete after hardening.

Celem wynalazku jest opracowanie składu jakościowo-ilościowego ogniotrwałego betonu korundowo-magnezjowo-chromowego na wiązaniu cementowym oraz wytworzonych z niego prefabrykatów cechujących się wysoką odpornością korozyjną na działanie żużli metalurgicznych i ciekłych m etali w wysokich temperaturach wynoszących powyżej 1500°C oraz o wysokiej wytrzymałości mechanicznej i termomechanicznej. Dalszym celem wynalazku jest opracowanie składu recepturowego betonu ogniotrwałego z zastosowaniem surowców i dodatków, których jednoczesne użycie do wykonania mieszanki betonowej zawierać będzie następujące metale:The aim of the invention is to develop the qualitative and quantitative composition of the refractory alumina-magnesia-chromium concrete on the cement bond and the prefabricates made of it, characterized by high corrosion resistance to metallurgical slags and liquid metals at high temperatures, above 1500 ° C, and with high mechanical strength and thermomechanical. A further aim of the invention is to develop a recipe composition of refractory concrete with the use of raw materials and additives, the simultaneous use of which to make the concrete mix will contain the following metals:

- w postaci tlenkowej: Al2O3, MgO, Cr2O3, CaO;- in the oxide form: Al2O3, MgO, Cr2O3, CaO;

- w postaci spinelu: MgAl2O4,- in the form of spinel: MgAl2O4,

- w postaci glinianów wapnia: CaAl2O4, wprowadzanych z cementem glinowo-wapniowym z zachowaniem warunku, że głównym składnikiem tego betonu w postaci tlenkowej będzie Al2O3, który będzie mógł być wprowadzany z surowcem korundowym typu Al2O3, w postaci spinelowej - MgAl2O4 z cementem glinowo-wapniowym (CaAl2O4), przy czym składnik MgO będzie mógł być wprowadzany wraz z surowcem peryklezowym i spinelowym (MgAl2O4), a składnik CaO wraz z cementem glinowo-wapniowym (CaAl2O4) oraz w postaci domieszek mogących wystąpić w pozostałych surowcach.- in the form of calcium aluminates: CaAl2O4, introduced with aluminum-calcium cement, with the condition that the main component of this concrete in the oxide form will be Al2O3, which can be introduced with alumina raw material of the Al2O3 type, in spinel form - MgAl2O4 with aluminum-calcium cement (CaAl2O4), the MgO component will be able to be introduced with pericles and spinel (MgAl2O4) raw materials, and the CaO component with aluminum-calcium cement (CaAl2O4) and in the form of admixtures that may occur in other raw materials.

Istota ogniotrwałego betonu w postaci suchej mieszanki według wynalazku polega na tym, że w swym składzie recepturowym jakościowo-ilościowym zawiera on tlenki metali w postaci:The essence of refractory concrete in the form of a dry mix according to the invention consists in the fact that in its qualitative and quantitative formula composition it contains metal oxides in the form of:

- tlenkowej, które stanowią: Al2O3 w ilości 12% wagowych, MgO w ilości 15% wagowych oraz Cr2O3 w ilości 20% wagowych,- oxide, which are: Al2O3 in the amount of 12% by weight, MgO in the amount of 15% by weight and Cr2O3 in the amount of 20% by weight,

- spinelowej, który stanowi MgAl2O4 w ilości 50% wagowych, o raz cement glinowo-wapniowy w ilości 3% wagowych, zawierający w swym składzie CaO w ilości 0,9% wagowych;- spinel, which is MgAl2O4 in an amount of 50% by weight, and a calcium alumina cement in an amount of 3% by weight, with CaO in an amount of 0.9% by weight;

Z kolei istota ogniotrwałego prefabrykatu betonowego według wynalazku polega na tym, że w swym składzie recepturowym jakościowo-ilościowym zawiera on:In turn, the essence of the refractory concrete precast element according to the invention consists in the fact that in its qualitative and quantitative formula composition it contains:

- 12% wagowych Al2O3,- 12% by weight of Al2O3,

- 15% wagowych MgO,- 15% by weight of MgO,

- 50% wagowych MgAl2O4,- 50% by weight of MgAl2O4,

- 20% wagowych - Cr2O3,- 20% by weight - Cr2O3,

- cement glinowo-wapniowy w ilości 3% wagowych, zawierający w swym składzie CaO w ilości 0,9% wagowych, stanowiących suchą mieszankę oraz- alumina-lime cement in the amount of 3% by weight, containing CaO in the amount of 0.9% by weight, constituting the dry mix, and

- 8% wagowych wody i środków upłynniających, na 100% wagowych tej suchej mieszanki betonowej.- 8% by weight of water and fluidizing agents, based on 100% by weight of this dry concrete mix.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładach jego wykonania, a mianowicie:The subject of the invention is explained in more detail in the examples of its implementation, namely:

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Ogniotrwały beton w postaci jego suchej mieszanki betonowej w swym składzie recepturowym jakościowo-ilościowym zawierał:Fire-resistant concrete in the form of its dry concrete mix in its qualitative and quantitative prescription composition contained:

- Al2O3 w ilości 12% wagowych- Al2O3 in an amount of 12% by weight

- MgO w ilości 15% wagowych- MgO in an amount of 15% by weight

- MgAl2O4 w ilości 50% wagowych- MgAl2O4 in an amount of 50% by weight

- Cr2O3 w ilości 20% wagowych- Cr2O3 in an amount of 20% by weight

- cement glinowo-wapniowy w ilości 3% wagowych, zawierający w swym składzie CaO w ilości 0,9% wagowych.- alumina-lime cement in the amount of 3% by weight, containing CaO in the amount of 0.9% by weight.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Ogniotrwały prefabrykat betonowy w swym składzie recepturowym jakościowo-ilościowym zawierał suchą mieszankę betonową o składzie:The fire-resistant precast concrete in its prescription qualitative and quantitative composition contained a dry concrete mix with the following composition:

PL 240 284 Β1PL 240 284 Β1

- AI2O3 w ilości 12% wagowych- Al2O3 in an amount of 12% by weight

MgO w ilości 15% wagowychMgO in an amount of 15% by weight

MgAl2O4 w ilości 50% wagowychMgAl2O4 in an amount of 50% by weight

- Cr2O3 w ilości 20% wagowych- Cr2O3 in an amount of 20% by weight

- cement glinowo-wapniowy w ilości 3% wagowych, zawierający w swym składzie CaO w ilości 0,9% wagowych, oraz- alumina-lime cement in an amount of 3% by weight, with CaO in an amount of 0.9% by weight, and

- 8% wagowych wody i środków upłynniających na 100% wagowych tej suchej mieszanki betonowej, w których zarobiono tę suchą masę betonową i przeznaczono ją do odlewania w formie profilu tego prefabrykatu oraz do wykonania obmurza ogniotrwałego.- 8% by weight of water and fluidizing agents for 100% by weight of this dry concrete mix, in which this dry concrete mass was made and intended for casting in the form of a profile of this prefabricated element and for making refractory brickwork.

Przeprowadzone badania laboratoryjne wytworzonego prefabrykatu ogniotrwałego otrzymanego z betonu zawierającego skład recepturowy jakościowo-ilościowy przedstawiony w przykładach 1-2 wykazały, że posiadał one parametry fizyczne przedstawione poniżej w tabeli.The conducted laboratory tests of the manufactured refractory prefabricated product obtained from concrete containing the qualitative and quantitative composition presented in examples 1-2, showed that it had the physical parameters presented in the table below.

Próbki prefabrykatów poddanych badaniom po uprzednio przeprowadzonych czynnościach technologicznych Samples of prefabricated products subjected to tests after previously carried out technological activities Porowatość otwarta [%] Open porosity [%] Gęstość pozorna Ig/cm³lApparent density Ig / cm ³ l Wytrzymałość na ściskanie na zimno |MPa] Cold compressive strength | MPa] Uzyskana ognioodporność w °C Fire resistance obtained in ° C Po wysuszeniu prefabrykaty w 110°C After drying, the prefabricated elements at 110 ° C 8-20 8-20 2,80 - 3,30 2.80 - 3.30 40 - 200 40 - 200 — - Po wypaleniu prefabrykatu w 1500°C After firing the prefabricated element at 1500 ° C 10-25 10-25 2,80 - 3,35 2.80 - 3.35 80 -250 80-250 1550- 1700 1550-1700

Do zalet wynalazku oprócz przedstawionych w tabeli należy zaliczyć także to, że odporność korozyjna prefabrykatu ogniotrwałego wytwarzanego z betonu według wynalazku na działanie żużli zasadowych w temperaturach 1550-1770°C jest około 40°o wyższa w porównaniu do stosowanych betonów korondowych oraz o 30° wyższa od betonów korondowo-spinelowych i o 20° wyższa od betonów korondowo-chromowych.The advantages of the invention, apart from those presented in the table, also include the fact that the corrosion resistance of the refractory prefabricated element made of concrete according to the invention to the action of basic slags at temperatures of 1550-1770 ° C is about 40 ° higher compared to the corond concretes used and 30 ° higher. than corond-spinel concretes and by 20 ° higher than corond-chromium concretes.

Claims

1. Fire-resistant concrete in the form of a dry concrete mix, characterized in that its qualitative and quantitative formula composition contains:

- metals in oxide form which are: Al2O3 in an amount of 12% by weight, MgO in an amount of 15% by weight and Cr2O2 in an amount of 20% by weight.

- metal in spinel form, which is MgAl2O4 in an amount of 50% by weight,

- and alumina-calcium cement in the amount of 3% by weight, containing CaO in the amount of 0.9% by weight,

2. Fireproof precast concrete containing in its prescription composition metals in oxide and spinel form and aluminum-calcium cement, characterized in that its qualitative and quantitative prescription composition includes:

- 12% by weight of Al2O3,

- 15% by weight of MgO,

- 50% by weight of MgAl2O4,

- 20% by weight - Cr2O3

- alumina-lime cement in the amount of 3% by weight, containing CaO in the amount of 0.9% by weight. dry mix, and

- 8% by weight of water and fluidizing agents, based on 100% by weight of this dry concrete mix.