RU2003936C1 - Огнеупорна литьева масса - Google Patents

Description

Поставленна  цель достигаетс  тем, что огнеупорна  литьева  масса, включающа  алюмосиликатный заполнитель, св зующее и воду, содержит в качестве св зующего ор- тофосфорную кислоту и дополнительно тон- комолотый электрокорунд, огнеупорную глину и периклаз при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюмосиликатный

заполнитель46-51

Тонкомолотый

электрокорунд13-16

Огнеупорна  глина9-11

Периклаз3-9

Ортофосфорна 

кислота10-20

ВодаОстальное

Твердение массы происходит при обычных температурах, так как окись магни  (периклаз ) очень активно вступает в реакцию с ортофосфорной кислотой, сопровождающуюс  большим выделением тепла и разогревом массы. В результате реакции в осадок выпадают нерастворимые в воде кристаллы двух- и трехзамещенного фосфата магни  и выдел ютс  газообразные кислород и водород по следующим реакци м: МдО+НзРОл+ЗНаО IVIg-HPOj/SHgO+t-bft-O

4

ЗМдО + 2НзРОлЧИддГРО У 3HZ0

V

Газообразные кислород и водород в виде пузырьков частично выход т в атмосферу и частично остаютс  внутри застывшей массы , образу  многочисленные поры вокруг зерен заполнител , что, как известно, повышает термостойкость бетона и уменьшает его теплопроводность.

При проведении опытов по разработке состава массы и изготовлении теплоизол - ции труб и монолитной футеровки было установлено следующее.

Дл  хорошего заполнени  углов в огнеупорных блоках и весьма узкого пространства (50-100 мм) между опалубкой и трубами необходимы массы подвижной и жидкоподвижной консистенции. Дл  обеспечени  указанной текучести необходимо, чтобы в массе сумма воды и ортофосфорной кислоты составл ла 19-23%.

При вводе в массу менее 3% периклаза фракции менее 0,5 мм и менее 10% ортофосфорной кислоты плотностью 1,42 г/см3 при соответствующем количестве воды масса не твердеет более 16 ч и через 72 ч вы- держки в естественных услови х имеет прочность менее 5 МПа. При содержании в массе более 9% периклаза и содержании кислоты более10% при соответствующем

количестве воды масса имеет врем  до начала твердени  менее 30 мин и схватываетс  при заливке опалубки или даже в мешалке. При вводе в массу более 20% кислоты свойства бетона не улучшаютс  и экономически нецелесообразно.

Дл  повышени  текучести и уменьшени  количества воды масса содержит 9-11% огнеупорной основной пластичной глины. При вводе в массу более 11 % глины усадка обожженного бетона превышает предельно допустимую норму в 2% дл  теплоизол ционных бетонов. Кроме этого, огнеупорна  глина из-за своего физико-химического состава образует прочные соединени  с ортофосфорной кислотой при нагреве до 100°С и выше.

Тонкомолотый электрокорунд повышает огнеупорность массы, так как фосфаты алюмини  имеют температуру плавлени  до 2050°С. Кроме этого, при высоких температурах корунд вступает в реакцию с кремнеземом глины и заполнител  с образованием термостойкого высокоогнеупорного соединени  муллит 3AI2U3 25102- Эта реакци  сопровождаетс  некоторым увеличением объема, что уменьшает усадку бетона. Количество электрокорунда определено, как необходимое количество дл  св зывани  кремнезема глины в муллит с некоторым избытком. Вводить более 16.% электрокорунда нецелесообразно, так как он очень дорогой.

Кроме роли отвердител  периклаз в форме фосфатных соединений при высоких температурах по мере испарени  P20s образует с электрокорундом, огнеупорной глиной и заполнителем высокотермостойкие соединени  шпинель МдО- и кордие- рит2МдО -2А1гОз -5Si02.

В табл.1 приведены составы огнеупорных литьевых самотвердеющих масс, а в табл.2 представлены свойства бетонов из этих масс, определенных на образцах диаметром 45 мм и высотой 60 мм.

Как видно из табл.2, бетон с шамотным заполнителем и с содержанием периклаза 3-9%, кислоты 10-20% и ооды 3-9% после 3-х суток твердени  имеет прочность на сжатие 5,5-7,3 МПа.

После сушки при 120°С в течение 4 ч прочность шамотных бетонов возоэстэет на 10-20% и составл ет 6,1-8,4 МПа, что на 3-40% превышает прочность прототипа. Повышение прочности происходит из-за дальнейшего образовани  кристаллов трехзамещенного фосфата магни  и алюмосили- катных фосфатов с огнеупорной глиной.

После сушки при 400°С прочность бетонов по сравнению с сырым состо нием увеличиваетс  на 20-40% и составл ет 6,8-9,5 МПа против 4,8 МПа у прототипа. Упрочнение бетонов обусловлено тем, что избыточна  кислота вступает в реакцию с окислами алюмини  и кремни , вход щими в состав корунда и шамота, с образованием полимерных фосфатов, С этими окислами кислота при нормальных услови х почти не реагирует.

Сушка при 800°С приводит к снижению прочности бетона на 20-30% по сравнению с сушкой при 400°С, что, как известно, происходит за счет берлинитового эффекта.

При дальнейшем повышении температуры снова начинаетс  упрочнение бетонов за счет образовани  сложных по составу фосфатных соединений, в том числе и легкоплавных , которые ускор ют процесс замены химических св зок на керамическую. Поэтому спекание зерен и интенсивное упрочнение начинаетс  при довольно низких температурах 1000-1100°С - после обжига при 1200°С прочность шамотного бетона составл ет 9,5-13,6 МПа, что в два раза выше прочности после нагрева при 800°С. При увеличении температуры обжига до 1300°С прочность возрастает до 20 МПа.

Разработанный бетон с шамотным заполнителем несмотр  на высокую пористость (до 42%) имеет высокую термостойкость - 7-12 вод ных теплосмен против 2-3 теплосмен у бетона из массы - прототипа.

При использовании вместо шамотного заполнител  муллита все свойства улучшаютс  на 10-15%. Еще более высокие свойства имеют бетоны с муллитокорундовым заполнителем. Из-за большего содержани  тугоплавкой окиси алюмини  в муллитоко- рундеэти бетоны начинают интенсивно спекатьс  при более высоких температурах, поэтому состав № 8 после обжига при 1200°С имеет несколько меньшую прочность , чем состав N 5 с муллитом.

В печах и зонах печей с рабочей температурой до 1300°С в качестве заполнител  следует примен ть шамот с содержанием окиси алюмини  до 60%, а п-ри более высоких температурах - муллит и муллитоко- рунд.

Массу готов т в смесителе принудительного действи  с объемом готового замеса до 200 л. В работающий смеситель засыпают заполнитель, электрокорунд и глину и перемешивают всухую. Затем заливают кислоту и воду и перемешивают до

равномерного увлажнени . Последним ввод т периклаз и перемешивают до равномерности .

Пример 1. На нагревательной печи

5 производительностью 120 т/ч на подовые трубы диаметром 159 мм в методической зоне и зоне № 1 с рабочей температурой до 1200°С -была нанесена опытна  изол ци  толщиной 70 мм из массы Мз 3 с шамотным

10 заполнителем, а в сварочной зоне № 2 с температурой до 1300°С - из массы № б с муллитовым заполнителем. Через 18 мес эксплуатации изол ци  сохранилась на 90- 95 и продолжает служить. Открыта  пори15 стость бетонов составл ет 40%.

Пример 2. Из состава № 8 с мул ито- корундовым заполнителем были изготовлены 8 горелочных блоков с размерами 600 хбООх 700 мм и отверстием диаметром

20 250 мм дл  боковых горелок нагревательной печи. После 18 мес службы при 1350°С блоки следов разрушений не имеют.

Таким образом, теплоизол ци  и монолитна  футеровка, изготовленна  из пред25 лагаемой массы, за счет более высокой термостойкости и прочности при температурах свыше 100°С имеют значительно более высокий срок службы, чем известные составы .

30 Кроме этого, особенностью разработанной массы  вл етс  низка  ее теплопроводность и соответственно высокие теплоизол ционные свойства, так как открыта  пористость бетонов в зависимости

35 от состава составл ет 30-40%. По пористости эти бетоны занимают промежуточное положение между низкоплотными огнеупорами (пористость до 30%)-и высокопористыми теплоизол ционными издели ми

40 (открыта  пористость свыше 50%). Так например , теплоизол ци  подовых труб толщиной 70 мм и открытой пористостью 40% с шамотным заполнителем имеет среднюю теплопроводность 0,5-0,6 8т/м К и тепло45 вые потери 5-8 кВт/м2 в зависимости от места установки в печи против 80-150 кВт/м при неизолированных трубах.

Применение предлагаемой массы, осо- 50 бенно дл  изол ции подовых труб, позвол ет значительно увеличить срок ее службы и получить большую экономию топлива. Кроме этого, эффективна  изол ци  подовых труб улучшает теплообмен в печи, повышает 55 ее производительность на 20-25%. уменьшает окалинообразование и величину темных п тен в сл бах и снижает расходы на ремонт.

N3 О О

ё CJ

о

13200393614

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  щем со тношении КОМПОНентов( мас.%:

ОГНЕУПОРНАЯ ЛИТЬЕВАЯ МАССА,Алюмосиликатный заполнисодержаща  алюмосиликатный заполни-тель 46-51 тель, св зующее и воду, отличающа с  5 Тонкомолотый электрокорунд 13-16

тем, что оиа в качестве св зующего содер-Огнеупорна  глина 9 -11

.жит ортофосфорную кислоту и дополни-Периклаз 3-9

дельно тонкомо отый электрокорунд,Ортофосфорна  кислота 10 - 20

огнеупорную глину и перик аз при следую-Вода Остальное

ю