RU2092467C1

RU2092467C1 - Blend composition for manufacturing highly porous ceramics

Info

Publication number: RU2092467C1
Application number: RU95117751/03A
Authority: RU
Inventors: С.Е. Виноградов; А.В. Гуц; В.И. Шекалов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 1997-10-10

Abstract

FIELD: manufacture of incombustible corrosion resistant heat- and sound insulating materials. SUBSTANCE: blend comprises swollen vermiculite and ground metallurgical slag, the ratio of components being as follows (wt %): 60-30 fraction 1 with vermiculite particles size of 1-10 mm; 12-15 fraction 2 of ground vermiculite particle size of 0.15 to 0.40 of fraction 1, 2.5-7.5 fraction 3 of ground vermiculite particles size of 0.15 to 0.40 of fraction 2; 2.5-15 fraction 4 of ground metallurgical slag with particle size from 0.15 to 0.40 of fraction 3; 13-20 liquid glass; and 10-12.5 hardening agent. Characteristics: density is 180-220 kg/cubic m and heat conduction is 0.05-0.07 W/m.k. EFFECT: improved properties. 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству высокопористой керамики и может быть использовано для изготовления негорючих и коррозионно-стойких тепло- и звукоизолирующих материалов. The invention relates to the production of highly porous ceramics and can be used for the manufacture of non-combustible and corrosion-resistant heat and sound insulating materials.

Получение высокопористой керамики с минимальным значением теплопроводности представляет значительные трудности, для преодоления которых предложены различные технологические решения, в том числе связанные с изготовлением шихты определенного состава. Так, в а. с. СССР N 1604789, опубликованном 07. 11. 90 г. предлагается следующий состав шихты, жидкое стекло 30-45; вспученный перлит 40-45; цементная пыль 5-20; шлак металлургических производств остальное. Obtaining highly porous ceramics with a minimum value of thermal conductivity presents significant difficulties, to overcome which various technological solutions are proposed, including those associated with the manufacture of a mixture of a certain composition. So, in a. from. USSR N 1604789, published 07. 11. 90 the following composition of the charge, liquid glass 30-45; expanded perlite 40-45; cement dust 5-20; slag metallurgical production the rest.

Наиболее близким к изобретению является техническое решение, защищенное а. с. СССР N 1601089, опубликованное 01.08.90 г. в котором материал содержит всученный вермикулит фракции 1-10 мм (фракция Ф1, основа), жидкое стекло (19-25 мас.) и отверждающий агент (15-16 мас.). Closest to the invention is a technical solution protected by a. from. USSR N 1601089, published 01.08.90, in which the material contains soaked vermiculite fraction 1-10 mm (fraction F1, base), water glass (19-25 wt.) And a curing agent (15-16 wt.).

Недостатком изобретения является высокая теплопроводность. The disadvantage of the invention is the high thermal conductivity.

Целью изобретения является снижение теплопроводности материала. The aim of the invention is to reduce the thermal conductivity of the material.

Цель достигается за счет дополнительного введения в шихту:
молотого вспученного вермикулита (фракция Ф2) с размером частиц от 0,15 до 0,40 от размера частиц фракции Ф1 в количестве от 20 до 50 мас. от фракции Ф1;
молотого вспученного вермикулита (фракция Ф3) с размером частиц от 0,15 до 0,40 от размера частиц фракции Ф2 в количестве от 20 до 50 мас. от фракции Ф2;
молотого шлака металлургических производств (фракция Ф4) размером частиц от 0,15 до 0,40 от размера частиц фракции Ф3 в количестве от 100 до 200 мас. от фракции Ф3 при следующем соотношении компонентов,
Фракция Ф1 60-30
Фракция Ф2 12-15
Фракция Ф3 2,5-7,5
Фракция Ф4 2,5-15
Жидкое стекло 13-20
Отверждающий агент 10-12,5
Использование в качестве основной фракции частиц вспученного вермикулита размером 1-10 мм объясняется тем, что при указанных размерах обеспечивается получение максимальной степени вспучивания и максимальной плотности материала в свободно насыпанном состоянии.The goal is achieved through additional introduction into the charge:
ground expanded vermiculite (fraction Ф2) with a particle size of from 0.15 to 0.40 of the particle size of the F1 fraction in an amount of from 20 to 50 wt. from fraction F1;
ground expanded vermiculite (fraction F3) with a particle size of from 0.15 to 0.40 of the particle size of the fraction F2 in an amount of from 20 to 50 wt. from fraction F2;
ground slag of metallurgical industries (fraction Ф4) particle size from 0.15 to 0.40 of the particle size of fraction Ф3 in an amount of from 100 to 200 wt. from fraction F3 in the following ratio of components,
Fraction F1 60-30
Fraction F2 12-15
Fraction F3 2.5-7.5
Fraction F4 2.5-15
Liquid glass 13-20
Curing Agent 10-12.5
The use of expanded vermiculite particles of 1-10 mm in size as the main fraction is explained by the fact that, with the indicated sizes, the maximum degree of expansion and the maximum density of the material in a freely sprinkled state are obtained.

Однако при таких геометрических размерах частиц материалов размеры пор таковы, что в механизме теплопроводности значительную роль играет конвекция, т. е. перемещение теплового потока за счет перемещения газовой среды, заключенной в порах. Вместе с тем из теорий теплопроводности известно, что при размерах частиц порядка 50 мкм фактор конвекции сводится к минимуму, однако при этом важную роль играет фактор передачи тепла непосредственно через твердую фазу. However, with such geometric particle sizes of materials, the pore sizes are such that convection plays a significant role in the thermal conductivity mechanism, i.e., the movement of the heat flow due to the movement of the gaseous medium enclosed in the pores. At the same time, it is known from theories of thermal conductivity that when the particle size is about 50 μm, the convection factor is minimized, however, the factor of heat transfer directly through the solid phase plays an important role.

Экспериментально было установлено, что совместное использование указанных выше компонентов в заявленных соотношениях и размерах частиц дает возможность заполнять поры более крупной фракции частицами более мелкой фракции и получать устойчивую смесь, не разделяющуюся на отдельные фракции в процессе проведения технологических операций. Если, например, заполнить поры фракции со средним размером частиц 1-10 мкм частицами размером 0,03-0,07 мм без использования частиц промежуточного размера, то полученная смесь легко разделяется на отдельные фракции, более мелкие частицы не удерживаются в крупных порах, значительно превышающих их по размерам. It was experimentally established that the joint use of the above components in the stated ratios and particle sizes makes it possible to fill the pores of a larger fraction with particles of a smaller fraction and to obtain a stable mixture that does not separate into separate fractions during technological operations. If, for example, the pores of a fraction with an average particle size of 1-10 μm are filled with particles of 0.03-0.07 mm in size without using particles of an intermediate size, then the resulting mixture is easily divided into separate fractions, smaller particles are not retained in large pores, significantly exceeding them in size.

Вместе с тем экспериментально было обнаружено, что получение частиц вермикулита меньше 0,1-0,2 мм затруднено или вообще невозможно из-за их специфических свойств в процессе помола. However, it was experimentally found that obtaining particles of vermiculite less than 0.1-0.2 mm is difficult or even impossible due to their specific properties in the grinding process.

Поэтому для заполнения самых мелких пор удобно использовать шлак металлургических производств, в особенности шлак феррохромового и ферромарганцевого производства. Они легко размалываются до требуемых размеров 0,03-0,07 мм, хорошо смачиваются жидким стеклом и заполняют самые мелкие поры. Therefore, to fill the smallest pores, it is convenient to use slag from metallurgical industries, in particular slag from ferrochrome and ferromanganese production. They are easily milled to the required sizes of 0.03-0.07 mm, well wetted with liquid glass and fill the smallest pores.

Пределы введения фракций определяются теплопроводностью, с одной стороны, и устойчивостью смесей к разделению на отдельные фракции, с другой стороны. Увеличение количества вводимых мелких фракций сверх заявленных пределов приводит к повышению плотности и теплопроводности из-за теплопередачи через твердую фазу. Снижение количества мелких фракций приводит к увеличению теплопроводности из-за конвекции, а также к неустойчивости смесей и их разделению на отдельные фракции в процессе технологических операций. The limits of introduction of fractions are determined by thermal conductivity, on the one hand, and the stability of mixtures to separate into separate fractions, on the other hand. An increase in the number of introduced small fractions in excess of the declared limits leads to an increase in density and thermal conductivity due to heat transfer through the solid phase. A decrease in the number of fine fractions leads to an increase in thermal conductivity due to convection, as well as to instability of the mixtures and their separation into separate fractions during technological operations.

Примеры реализации изобретения приведены в таблице. Examples of the invention are shown in the table.

В качестве исходного сырья были использованы: вспученный вермикулит Ковдорского месторождения в исходном состоянии с размером частиц 1-2,5 мм, 5-10 мм; вспученный вермикулит после размола в УДА (универсальном дезинтеграторном агрегате) с размером частиц 0,4-1,5 мм (фракция Ф2) и 0,12-0,36 мм (фракция Ф3); молотый шлак феррохромового производства с размером частиц 0,036-0,072 мм, жидкое стекло (30-ный раствор кремнекислого натрия в воде) и в качестве отвердевающего агента был использован кремнефтористый натрий. The following raw materials were used: expanded vermiculite of the Kovdor deposit in the initial state with a particle size of 1-2.5 mm, 5-10 mm; expanded vermiculite after grinding in UDD (universal disintegrator unit) with a particle size of 0.4-1.5 mm (fraction Ф2) and 0.12-0.36 mm (fraction Ф3); ground slag of ferrochrome production with a particle size of 0.036-0.072 mm, liquid glass (30% solution of sodium silicate in water) and sodium silicofluoride was used as a curing agent.

Смеси из указанных компонентов были приготовлены в смесителе в соотношениях, указанных в таблице, после чего проведено формование образцов для определения основных характеристик и элементов теплозащитных конструкций. Образцы и элементы были высушены в сушильном шкафу, извлечены из форм и термообработаны в печи на воздухе при температуре 500 ^oC с целью обеспечения взаимодействия жидкого стекла с отверждающим агентом.Mixtures of these components were prepared in a mixer in the ratios indicated in the table, after which the samples were formed to determine the main characteristics and elements of heat-protective structures. Samples and elements were dried in an oven, removed from the molds and heat treated in an oven in air at a temperature of 500 ^o C in order to ensure the interaction of water glass with a curing agent.

Данные по определению основных характеристик (плотности и теплопроводности) приведены в таблице и свидетельствуют о правильности предложенного технического решения и выбранных интервалов. Теплопроводность материала в предложенном интервале меньше в 1,5-2 раза по сравнению с материалом прототипа и материалами вне заданных пределов. Data on the determination of the main characteristics (density and thermal conductivity) are given in the table and indicate the correctness of the proposed technical solution and the selected intervals. The thermal conductivity of the material in the proposed interval is less than 1.5-2 times compared with the material of the prototype and materials outside the specified limits.

Предложенный состав материала может найти применение для тепло- и звукоизоляции жилых и производственных помещений, энергетических установок и других объектов, нуждающихся в теплоизоляции. The proposed composition of the material can be used for heat and sound insulation of residential and industrial premises, power plants and other objects in need of thermal insulation.

Экономический эффект от предлагаемого изобретения определяется экономией энергии и теплоизолирующих материалов. The economic effect of the invention is determined by the saving of energy and insulating materials.

Claims

The composition of the mixture for the manufacture of highly porous ceramics containing expanded vermiculite with a particle size of 1 10 mm (fraction F1), water glass and a curing agent, characterized in that it is additionally introduced ground expanded vermiculite (fraction F2) with a particle size of 0.15 0, 40 from the particle size of the F1 fraction in an amount of 20 to 50 wt. from fraction F1, ground expanded vermiculite (fraction F3) with a particle size of 0.15 0.40 from the particle size of fraction F2 in an amount of 20-50 wt. from fraction F2, ground slag of metallurgical industries (fraction F4) with a particle size of 0.15 0.40 from the particle size of fraction F3 in an amount of 100 to 200 wt. from fraction F3 in the following ratio of components, wt.

Fraction
F1 (base) 30 60
F2 12 15
F3 2.5 7.5
Ф4 2.5 15.0
Liquid glass 13 20
Curing Agent 10.0-12.5e