RU2263647C2 - Heat-insulating foamed carbon-containing material - Google Patents

Heat-insulating foamed carbon-containing material Download PDF

Info

Publication number
RU2263647C2
RU2263647C2 RU2003136382/03A RU2003136382A RU2263647C2 RU 2263647 C2 RU2263647 C2 RU 2263647C2 RU 2003136382/03 A RU2003136382/03 A RU 2003136382/03A RU 2003136382 A RU2003136382 A RU 2003136382A RU 2263647 C2 RU2263647 C2 RU 2263647C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
heat
charge
water glass
liquid glass
Prior art date
Application number
RU2003136382/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.А. Карпухин (RU)
И.А. Карпухин
С.Е. Мойзис (RU)
С.Е. Мойзис
В.С. Владимиров (RU)
В.С. Владимиров
М.А. Илюхин (RU)
М.А. Илюхин
Е.С. Мойзис (RU)
Е.С. Мойзис
С.Ю. Рыбаков (RU)
С.Ю. Рыбаков
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество Научно-производственно-Коммерческая фирма "МаВР" (ЗАО НПКФ "МаВР")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество Научно-производственно-Коммерческая фирма "МаВР" (ЗАО НПКФ "МаВР") filed Critical Закрытое Акционерное Общество Научно-производственно-Коммерческая фирма "МаВР" (ЗАО НПКФ "МаВР")
Priority to RU2003136382/03A priority Critical patent/RU2263647C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2263647C2 publication Critical patent/RU2263647C2/en

Links

Abstract

FIELD: building materials.
SUBSTANCE: invention relates to manufacturing light porous carbon-containing heat-insulating materials. Invention proposes material of inorganic cellular structure prepared by foaming and hardening the slip composition prepared by mixing ground charge with a gas-forming component - finely divided crystalline silicon mixed with water glass in the following components in the slip composition: water glass : silicon = (3-6):1 and charge : water glass = (1.0-1.5):1. Charge comprises the following components, mas. p. p.: mineral filling agent, 22.5-47.0; calcined shungite, 12.5-17.5 and aluminum powder, 5.0-7.5. Quartz sand, quartzite, perlite, vermiculite, chamotte, dinas, cement, fly ash, slags are used as a mineral filling agent. Material shows porosity 60-81% and heat conductivity 0.08-0.18 Wt/m x K at 20° and shows high mechanical indices and stability in oxidizing medium and can be prepared without large energy and labor consumptions.
EFFECT: improved and valuable properties of material.
2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству легких пористых углеродсодержащих теплоизоляционных материалов, способных удовлетворить требования эффективной теплозащиты различных тепловых установок и агрегатов в энергетике, металлургии, стройиндустрии и многих других отраслях промышленности, а также обеспечить надежную теплоизоляцию конструкций или их узлов в авиационно-космической технике, авто- и судостроении.The invention relates to the production of light porous carbon-containing heat-insulating materials capable of satisfying the requirements of effective thermal protection of various thermal installations and assemblies in the energy sector, metallurgy, construction industry and many other industries, as well as to provide reliable thermal insulation of structures or their assemblies in aerospace, auto and shipbuilding.

Одними из наиболее термо- и коррозионностойких материалов, известных в настоящее время, являются углеродные композиционные материалы (УКМ), в частности углерод-углеродные композиты на основе углеродных волокон (Соколкин Ю.В. и др. Технология и проектирование углерод-углеродных композитов и конструкций. М.: Наука-Физматлит, 1996 г.). Пористые УКМ обладают на порядок меньшей теплопроводностью, чем уплотненные.One of the most thermally and corrosion-resistant materials currently known are carbon composite materials (UKM), in particular carbon-carbon composites based on carbon fibers (Sokolkin Yu.V. et al. Technology and design of carbon-carbon composites and structures Moscow: Nauka-Fizmatlit, 1996). Porous UKMs have an order of magnitude lower thermal conductivity than compacted ones.

Наряду с достоинствами УКМ имеют и ряд существенных недостатков. Во-первых, углеродное волокно отличается высокой стоимостью, а процесс изготовления композиционных материалов на его основе является сложным и трудоемким. Но главное, наличие углерода в составе композитов влечет за собой появление проблемы его выгорания из поверхностных рабочих слоев в окислительной среде при высоких температурах (свыше 500°С), поэтому эффективным является использование УКМ в вакууме или в инертной среде.Along with the advantages of UKM, there are a number of significant drawbacks. Firstly, carbon fiber has a high cost, and the process of manufacturing composite materials based on it is complex and time-consuming. But most importantly, the presence of carbon in the composition of the composites entails the appearance of a problem of its burning out from surface working layers in an oxidizing medium at high temperatures (above 500 ° C), therefore, it is effective to use UKM in a vacuum or in an inert medium.

Для борьбы с этим явлением предлагаются различные способы. Например, известен способ защиты от окисления изделий из УКМ, обладающих открытой внутренней пористостью, путем нанесения на поверхность пропитывающего состава на основе фосфата (RU 2159755 С2, С 04 В 41/81, С 04 В 35/52, 27.11.2000) или раствора, содержащего компоненты для образования при последующей термообработке фосфатного стекла (RU 96101994 А, С 04 В 35/52, С 04 В 41/85,27.03.98).Various methods are proposed to combat this phenomenon. For example, a method is known for protecting against oxidation of UKM products having open internal porosity by applying a phosphate-based impregnating composition to the surface (RU 2159755 C2, C 04 V 41/81, C 04 V 35/52, 11/27/2000) or a solution containing components for the formation of phosphate glass during subsequent heat treatment (RU 96101994 A, C 04 B 35/52, C 04 B 41 / 85.27.03.98).

Как показал опыт, наиболее эффективным способом борьбы с окислительной деструкцией УКМ является введение в их состав одновременно с углеродом функциональных добавок - антиоксидантов, в роли которых могут выступать, например, металлы (имеющие максимальное химическое сродство к кислороду). К разряду наиболее эффективных антиоксидантов для УКМ относятся Al, Mg, Si и некоторые другие элементы. Введение таких добавок в УКМ не только резко уменьшает выгорание углерода при высоких температурах их эксплуатации в окислительной среде, но поскольку сопровождается образованием тугоплавких оксидов (Al2O3, MgO, SiO2 и др.) - приводит к дополнительному упрочнению структуры материала (Кащеев И.Д. Оксидно-углеродистые огнеупоры. - М.: Интермет Инжиниринг, 2000, с.80-88).As experience has shown, the most effective way to combat the oxidative degradation of UKM is to introduce functional additives, antioxidants, simultaneously with carbon, into their composition, for example, metals (having maximum chemical affinity for oxygen). The most effective antioxidants for UKM include Al, Mg, Si and some other elements. The introduction of such additives in UKM not only sharply reduces the carbon burnout at high temperatures of their operation in an oxidizing medium, but since it is accompanied by the formation of refractory oxides (Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , etc.), it leads to additional hardening of the material structure (Kashcheev I . D. Oxide-carbon refractories. - M .: Intermet Engineering, 2000, S.80-88).

Известен теплоизоляционный вспененный УКМ, включающий пиролизованную матрицу из смеси термореактивной смолы и волокон углерода (US, патент №4442165, кл. 428-3077, 1984). Данный материал отличается высокой трудоемкостью и сложностью процесса изготовления и недостаточной механической прочностью.Known heat-insulated foam UKM, including a pyrolyzed matrix of a mixture of thermosetting resin and carbon fibers (US patent No. 4442165, CL 428-3077, 1984). This material is characterized by high complexity and complexity of the manufacturing process and insufficient mechanical strength.

Известен конструкционный теплоизоляционный углеродный материал низкой плотности на основе углеродных волокон, который получают путем перемешивания дискретных углеродных волокон в дисперсионной термопластичной жидкости (глицерине, полигликолях, нефтяных маслах) с последующим удалением через нутч-фильтр части дисперсионной жидкости и формованием подпрессовкой в пресс-форме заготовки, которую затем подвергают обжигу (RU 2093494 C1, C 04 B 35/52, С 04 В 35/83, 20.10.1997). Материал не подвержен усадкам при высоких температурах, обладает достаточно низким коэффициентом теплопроводности, но имеет очень сложную технологию изготовления.Known structural heat-insulating carbon material of low density based on carbon fibers, which is obtained by mixing discrete carbon fibers in a dispersion thermoplastic liquid (glycerin, polyglycols, petroleum oils), followed by removal through the suction filter of a part of the dispersion liquid and molding by pressing in the mold of the workpiece, which is then fired (RU 2093494 C1, C 04 B 35/52, C 04 B 35/83, 10.20.1997). The material is not subject to shrinkage at high temperatures, has a sufficiently low coefficient of thermal conductivity, but has a very complex manufacturing technology.

Известен пористый теплоизоляционный материал на основе углерода, пористую структуру в котором получают путем введения в состав исходных компонентов порообразующих веществ, в частности хлоридов металлов (Заявка Японии №59141410, C 04 B 31/02, 1984 г.). Согласно этому изобретению порошкообразный графит смешивают со связующим (синтетической смолой или нефтяным пеком) и порошком NaCl. Полученную смесь формуют и после коксования при высокой температуре подвергают выщелачиванию, при котором соль растворяется, освобождая поры. Недостатком данного углеродного материала является высокая теплопроводность.A carbon-based porous heat-insulating material is known, the porous structure of which is obtained by introducing pore-forming substances, in particular metal chlorides, into the composition of the starting components (Japanese Application No. 59141410, C 04 B 31/02, 1984). According to this invention, powdered graphite is mixed with a binder (synthetic resin or petroleum pitch) and NaCl powder. The resulting mixture is molded and after coking at a high temperature is subjected to leaching, in which the salt dissolves, freeing the pores. The disadvantage of this carbon material is its high thermal conductivity.

Описанным здесь пористым материалам, как и всем УКМ, присуща проблема выгорания углерода из поверхностных рабочих слоев в окислительной среде при высоких температурах, о чем говорилось выше.The porous materials described here, like all UKM, have the inherent problem of carbon burnout from surface working layers in an oxidizing medium at high temperatures, as mentioned above.

Известен теплоизоляционный вспененный углеродный композиционный материал, имеющий ячеистую углеродную структуру, которая содержит наполнитель - нитевидные кристаллы карбида кремния в количестве 1-2 мас.%. Ячеистая углеродная структура материала является продуктом термообработки синтетической термореактивной смолы (олигомера фурфурилового спирта) при температуре до 1000°С со средней скоростью подъема температуры 10°С/час в инертной среде (RU 2099310 C1, C 04 B 35/52, 35/83, 20.12.97).Known heat-insulating foamed carbon composite material having a cellular carbon structure, which contains a filler - whiskers of silicon carbide in an amount of 1-2 wt.%. The cellular carbon structure of the material is the product of heat treatment of a synthetic thermosetting resin (furfuryl alcohol oligomer) at temperatures up to 1000 ° C with an average temperature rise rate of 10 ° C / hour in an inert medium (RU 2099310 C1, C 04 B 35/52, 35/83, 12/20/97).

Недостатком данного теплоизоляционного материала является высокая теплопроводность, а также достаточно легкое выгорание углерода из поверхностных слоев в окислительной среде при высоких температурах (свыше 500°С), поэтому эффективным является использование данного материала только в вакууме или в инертной среде. Кроме того, использование в материале дорогостоящих нитевидных кристаллов карбида кремния приводит к повышению его стоимости. Способ изготовления материала требует больших энергозатрат.The disadvantage of this heat-insulating material is its high thermal conductivity, as well as fairly easy burnout of carbon from the surface layers in an oxidizing medium at high temperatures (above 500 ° C), so it is effective to use this material only in a vacuum or in an inert environment. In addition, the use of expensive whiskers of silicon carbide in the material leads to an increase in its cost. A method of manufacturing a material requires high energy consumption.

Наиболее близким к заявленному изобретению является огнеупорный вспененный материал, имеющий ячеистую структуру, полученную вспениванием и отверждением шликерного состава, приготовленного смешиванием молотой шихты, содержащей минеральный наполнитель, с газообразователем - мелкодисперсным кристаллическим кремнием, смешанным с жидким стеклом, при следующих массовых соотношениях компонентов в шликерном составе: жидкое стекло:кремний =(3-6):1 и шихта:жидкое стекло =(1,0-1,5):1. В качестве минерального наполнителя используют либо природные минеральные вещества, такие как песок, глина, перлит и т.п., либо строительные материалы, либо промышленные и строительные отходы, в том числе углеродсодержащие, например золу-унос (RU 2197450, кл. С 04 В 38/02, опубл. 27.01.2003 - прототип).Closest to the claimed invention is a refractory foam material having a cellular structure obtained by foaming and curing a slip composition prepared by mixing a ground mixture containing a mineral filler, with a gasifier - fine crystalline silicon mixed with liquid glass, with the following mass ratios of components in the slip composition : liquid glass: silicon = (3-6): 1 and a charge: liquid glass = (1.0-1.5): 1. As a mineral filler, either natural mineral substances, such as sand, clay, perlite, etc., or building materials, or industrial and construction waste, including carbonaceous, such as fly ash (EN 2197450, class C 04 In 38/02, publ. 01/27/2003 - prototype).

Недостатками данного известного пористого огнеупорного материала являются недостаточное количество углеродсодержащего компонента, высокая теплопроводность, высокая плотность и низкие прочностные характеристики.The disadvantages of this known porous refractory material are insufficient carbon-containing component, high thermal conductivity, high density and low strength characteristics.

Задачей предлагаемого изобретения является создание пористого теплоизоляционного углеродсодержащего материала, имеющего низкую плотность, обладающего низкой теплопроводностью, высокими механическими характеристиками и повышенной стойкостью в различных условиях его эксплуатации, в том числе в окислительной среде.The objective of the invention is the creation of a porous heat-insulating carbon-containing material having a low density, low thermal conductivity, high mechanical characteristics and high resistance under various conditions of its operation, including in an oxidizing environment.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым теплоизоляционным вспененным углеродсодержащим материалом, имеющим ячеистую структуру, полученную вспениванием и отверждением шликерного состава, приготовленного смешиванием молотой шихты, содержащей минеральный наполнитель, с газообразователем - мелкодисперсным кристаллическим кремнием, смешанным с жидким стеклом, при следующих массовых соотношениях компонентов в шликерном составе:жидкое стекло:кремний =(3-6):1 и шихта:жидкое стекло =(1,0-1,5):1, в котором шихта, согласно изобретению, дополнительно содержит прокаленный шунгит и порошок алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:The solution of this problem is achieved by the proposed heat-insulating foamed carbon-containing material having a cellular structure obtained by foaming and curing of a slip composition prepared by mixing ground mixture containing a mineral filler, with a gasifier - fine crystalline silicon mixed with liquid glass, with the following mass ratios of the components in the slip : liquid glass: silicon = (3-6): 1 and the mixture: liquid glass = (1.0-1.5): 1, in which the mixture according to the invention, additionally contains calcined schungite and aluminum powder in the following ratio of components, parts by weight:

Минеральный наполнитель Mineral filler 22,5-47,022.5-47.0 Прокаленный шунгит Calcined Shungite 12,5-17,512.5-17.5 Порошок алюминия Aluminum powder 5,0-7,55.0-7.5

при этом материал имеет пористость до 60-81% и теплопроводность при 20°С 0,08-0,18 Вт/м·К.the material has a porosity of up to 60-81% and thermal conductivity at 20 ° C of 0.08-0.18 W / m · K.

Минеральный наполнитель выбран из группы: кварцевый песок, кварцит, перлит, вермикулит, шамот, динас, цемент, зола-унос, шлаки.The mineral filler is selected from the group: quartz sand, quartzite, perlite, vermiculite, chamotte, dinas, cement, fly ash, slag.

Главными отличиями предлагаемого материала от известного (прототипа) являются выбор дополнительного углеродсодержащего компонента - шунгита - и введение его в состав шихты, что приводит к уменьшению теплопроводности и существенному повышению стойкости материала к окислительной деструкции.The main differences of the proposed material from the known (prototype) are the choice of an additional carbon-containing component - schungite - and its introduction into the charge, which leads to a decrease in thermal conductivity and a significant increase in the resistance of the material to oxidative degradation.

При выборе углеродсодержащего компонента предпочтение было отдано шунгиту, который представляет собой природную углеродсиликатную композицию, в которой углеродная и минеральная фазы равномерно распределены по объему.When choosing a carbon-containing component, preference was given to shungite, which is a natural carbon-silicate composition in which the carbon and mineral phases are uniformly distributed throughout the volume.

В изобретении был использован шунгит следующего состава: углерод 28,6%, SiO2 57,2%, остальное - окислы Al, Mg, Ti, Fe, К. Отношение минеральной и углеродной фаз составляет 3,6. Для шунгитовых пород подобного типа (около 30% углерода) характерны следующие свойства (после термообработки при 200-380°С):In the invention, shungite of the following composition was used: carbon 28.6%, SiO 2 57.2%, the rest - oxides of Al, Mg, Ti, Fe, K. The ratio of the mineral and carbon phases is 3.6. The following properties are characteristic of schungite rocks of this type (about 30% carbon) (after heat treatment at 200-380 ° C):

Плотность Density 2310 кг/м3 2310 kg / m 3 Пористость Porosity 8,8%8.8% Прочность на сжатие Compressive strength 155 МПа155 MPa

Твердость по шкале Мооса 4,5 ед. (Калинин Ю.К. Углеродсодержащие шунгитовые породы и их практическое применение. Автореферат диссертации на соискание степени доктора технических наук. М., 2002).Mohs hardness 4.5 units (Kalinin Yu.K. Carbon-containing shungite rocks and their practical application. Abstract of dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. M., 2002).

Хотя шунгит, как любой другой углеродный компонент, характеризуется высокими значениями тепло- и электропроводности, его включение в предлагаемый композиционный материал не приводит к нежелательному снижению эффективных характеристик теплоизоляционного материала, поскольку частицы углеродсодержащей фазы в нем изолированы друг от друга как по причине высокой пористости, так и в силу умеренного содержания шунгита (не более 26%). При нагревании шунгит вспучивается (из-за потери кристаллизационной воды), поэтому в заявленном материале используют прокаленный шунгит, что позволяет избежать его дегидратации при эксплуатации материала и дополнительно снизить плотность материала.Although shungite, like any other carbon component, is characterized by high values of heat and electrical conductivity, its inclusion in the proposed composite material does not lead to an undesirable decrease in the effective characteristics of the heat-insulating material, since the particles of the carbon-containing phase in it are isolated from each other because of the high porosity and due to the moderate content of shungite (not more than 26%). When heated, shungite swells (due to loss of crystallization water), therefore, calcined shungite is used in the claimed material, which avoids its dehydration during operation of the material and further reduces the density of the material.

Введение в шихту порошка алюминия приводит к дополнительному повышению стойкости материала к окислительной деструкции и улучшению прочностных характеристик материала при его эксплуатации в высокотемпературных окислительных средах, так как Al является прекрасным антиоксидантом для УКМ, о чем было сказано выше. Такую же роль играют и остатки не прореагировавшего с жидким стеклом кремния.The introduction of aluminum powder into the charge leads to an additional increase in the resistance of the material to oxidative degradation and an improvement in the strength characteristics of the material during its operation in high-temperature oxidizing environments, since Al is an excellent antioxidant for UKM, as was mentioned above. The same role is played by the residues of silicon that did not react with liquid glass.

Технология получения вспененного отвержденного материала из шликерного состава на основе минеральной шихты методом "холодного" вспучивания (за счет экзотермической реакции газообразователя кремния с водно-щелочным раствором жидкого стекла) была разработана нами ранее (RU 2197450 C1 C 04 B 38/02,27.01.2003, RU 2182569 C1, C04B 35/65, 35/185, 35/66, 20.05.2002). При создании предлагаемого материала были исследованы параметры процесса для выбора оптимальных условий.The technology for producing foamed cured material from a slip composition based on a mineral mixture by the method of "cold" expansion (due to the exothermic reaction of a silicon gas former with an aqueous alkaline solution of liquid glass) was developed by us earlier (RU 2197450 C1 C 04 B 38 / 02.27.01.2003 , RU 2182569 C1, C04B 35/65, 35/185, 35/66, 05/20/2002). When creating the proposed material, process parameters were studied to select optimal conditions.

При получении заявляемого материала применялось промышленное жидкое стекло (ЖС), соответствующее ГОСТ 130078-81, с плотностью 1,45 г/см3, модулем основности 2,8 (состав: SiO2 29,6%, Na2O 10,6%, вода - остальное). В качестве газообразователя использовался кристаллический кремний марки КР-00 (состав: Si - 98,5-99%, Fe - 0,3%, Al - 0,2%, Са - 0,25%), который измельчался на струйной мельнице до дисперсности <100 мкм. В качестве порошка Al использовали алюминиевую пудру марки АСД-1 (эффективный размер частиц 91,5 мкм).Upon receipt of the claimed material, industrial liquid glass (ZhS) was used, corresponding to GOST 130078-81, with a density of 1.45 g / cm 3 , a basicity modulus of 2.8 (composition: SiO 2 29.6%, Na 2 O 10.6% , water - the rest). Crystalline silicon of the KR-00 grade (composition: Si - 98.5-99%, Fe - 0.3%, Al - 0.2%, Ca - 0.25%) was used as a blowing agent, which was ground in a jet mill to dispersion <100 microns. As an Al powder, aluminum powder of the ASD-1 brand was used (effective particle size 91.5 μm).

Предлагаемый материал получают следующим образом.The proposed material is obtained as follows.

Кристаллический измельченный кремний смешивают с жидким стеклом и добавляют сухую молотую (предварительно перемешанную) шихту (дисперсность минерального наполнителя <100 мкм, шунгита - 100-250 мкм), тщательно перемешивают до получения однородной жидковязкой массы шликерного состава и разливают в разборные формы, перфорированные по боковым поверхностям. Формы имеют также перфорированную ограничительную крышку для предотвращения выхода вспененной массы наружу при высоких значениях коэффициента вспучивания. После завершения процесса вспенивания и испарения воды форму разбирают и получают готовое твердое изделие из предлагаемого материала.The crushed crystalline silicon is mixed with liquid glass and a dry ground (pre-mixed) mixture is added (dispersion of the mineral filler <100 μm, shungite - 100-250 μm), mixed thoroughly to obtain a homogeneous liquid-viscous mass of slip composition and poured into collapsible forms, perforated along the side surfaces. The molds also have a perforated restriction cover to prevent the foam mass from escaping out at high expansion ratios. After the process of foaming and evaporation of water is completed, the mold is disassembled and a finished solid product is made from the proposed material.

Контрольная сушка полученных изделий в термошкафу в течение 1-2 часов при 120-150°С показала, что материал не подвержен усадке (изменений геометрической формы изделий не наблюдалось). Потеря веса при сушке не превышала 5%.Control drying of the obtained products in a heating cabinet for 1-2 hours at 120-150 ° C showed that the material is not subject to shrinkage (no changes in the geometric shape of the products were observed). Weight loss during drying did not exceed 5%.

При необходимости проведения футеровочных или ремонтных работ предлагаемый материал можно получать непосредственно на ремонтируемых конструкциях с применением опалубки.If it is necessary to carry out lining or repair work, the proposed material can be obtained directly on repaired structures using formwork.

В таблице приведены примеры рецептур заявляемого материала и его характеристики.The table shows examples of formulations of the claimed material and its characteristics.

Как видно из таблицы, рецептура №1 не обеспечивает необходимого коэффициента вспучивания и, как следствие, материал имеет недостаточную пористость и более высокие значения плотности и теплопроводности. Рецептура №7 из-за большого содержания кремния приводит к излишней пористости с ноздреватой структурой (размер пор достигает 10 мм), что приводит к резкому снижению прочностных характеристик.As can be seen from the table, recipe No. 1 does not provide the necessary coefficient of expansion and, as a result, the material has insufficient porosity and higher values of density and thermal conductivity. Recipe No. 7, due to the high silicon content, leads to excessive porosity with a nodule structure (pore size reaches 10 mm), which leads to a sharp decrease in strength characteristics.

Анализ теплофизических свойств заявленного материала показывает, что по уровню теплоизоляции он превосходит известный материал-прототип и не уступает углеродным волокнистым материалам.Analysis of the thermophysical properties of the claimed material shows that in terms of thermal insulation it exceeds the known prototype material and is not inferior to carbon fiber materials.

Возможность получения высокопористой самоотверждаемой жесткой структуры теплозащитного углеродсодержащего материала при комнатной температуре без предварительного подогрева, достигнутая в настоящем изобретении, привлекает к себе особое внимание специалистов по теплозащите различных тепловых установок, в том числе и в теплоэнергетике. Предлагаемый материал может широко применяться при ремонте футеровки котлов типа ДЕ, НВТМ, ДКВР, а также для теплозащиты многих тепловых агрегатов в металлургии (теплоизоляция желобов, ковшей, миксеров и др.) взамен легких шамотных материалов. На примере ремонта трубчатого теплового котла ДЕ-25, где для заливки в зазоры между трубами был использован заявленный материал по примерам 4 и 5 в таблице, а заливку межтрубного расстояния производили материалом с рецептурой примера 2, была продемонстрирована эффективность теплозащитных свойств предлагаемого материала: КПД котла увеличился на 2%, коэффициент избытка воздуха снизился с 1.38 до 1.20, что привело к сокращению удельного расхода топлива до нормативного. Температура наружной поверхности обшивки котла снизилась в среднем на 30°С и стала составлять 55°С, что соответствует требованиям СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».The possibility of obtaining a highly porous self-curing rigid structure of a heat-protective carbon-containing material at room temperature without preheating, achieved in the present invention, attracts the special attention of specialists in thermal protection of various thermal installations, including in the power system. The proposed material can be widely used in the repair of the lining of boilers of type DE, NVTM, DKVR, as well as for thermal protection of many thermal units in metallurgy (thermal insulation of gutters, ladles, mixers, etc.) instead of light chamotte materials. On the example of repair of a DE-25 tubular heat boiler, where the claimed material was used according to examples 4 and 5 in the table for pouring into the gaps between the pipes, and the pipe-to-pipe distance was filled with the material with the formulation of Example 2, the effectiveness of the heat-shielding properties of the proposed material was demonstrated: boiler efficiency increased by 2%, the coefficient of excess air decreased from 1.38 to 1.20, which led to a reduction in specific fuel consumption to standard. The temperature of the outer surface of the boiler lining decreased by an average of 30 ° C and began to reach 55 ° C, which corresponds to the requirements of SNiP 2.04.14-88 “Thermal insulation of equipment and pipelines”.

Таким образом, из приведенных данных видно, что предложенный материал имеет низкую плотность, высокую пористость, обладает низкой теплопроводностью, достаточно высокими механическими характеристиками и повышенной стойкостью к окислительной деструкции. Технология изготовления материала отличается простотой, не требует больших энерго- и трудозатрат и широко доступна по ассортименту используемых компонентов.Thus, from the above data it is seen that the proposed material has a low density, high porosity, has a low thermal conductivity, sufficiently high mechanical characteristics and increased resistance to oxidative degradation. The manufacturing technology of the material is simple, does not require large energy and labor costs and is widely available in the range of components used.

КомпонентыComponents Состав, мас.чComposition, parts by weight 11 22 33 44 55 66 77 ШихтаCharge SiO2 (кварц.песок)SiO 2 (quartz sand) 4040 4747 4545 2525 30*thirty* 22,522.5 30thirty ШунгитShungite 14,514.5 17,517.5 17,517.5 17,517.5 14,014.0 12,512.5 12,012.0 АлюминийAluminum 7,57.5 7,57.5 7,57.5 7,57.5 6,06.0 5,05,0 6,06.0 СвязующееBinder Жидкое стекло (ЖС)Liquid glass (ZhS) 4040 4848 4747 4242 4040 4040 50fifty Кремний (Si)Silicon (Si) 6,56.5 8,08.0 8,08.0 7,07.0 8,08.0 13,313.3 2525 ОтношениеAttitude Шихта/ЖСBurden / ZhS 1,551.55 1,501,50 1,491.49 1,191.19 1.251.25 1,01,0 0,960.96 ЖС/SiZhS / Si 6,156.15 6,06.0 5,855.85 6,06.0 5,05,0 3,03.0 2,02.0 СвойстваProperties Плотность, кг/м3 Density, kg / m 3 650650 600600 520520 430430 350350 250250 180180 Коэффициент вспучиванияExpansion coefficient 2,02.0 3,03.0 3,73,7 4,24.2 5,45,4 8,18.1 8,68.6 Пористость,%Porosity,% 5151 6060 6363 7171 7575 8181 9292 Предел прочности на сжатие, МПаThe limit of compressive strength, MPa 16,216,2 13,013.0 9,69.6 6,46.4 5,15.1 3,83.8 0,60.6 Теплопроводность при 20°С, Вт/м·КThermal conductivity at 20 ° С, W / m · K 0,200.20 0,180.18 0,150.15 0,110.11 0,090.09 0,080.08 0,110.11 Термостойкость, °СHeat resistance, ° С 13001300 12501250 11001100 950950 800800 Температура применения, °СApplication temperature, ° С 14001400 13001300 12001200 11501150 10501050

*- смесь 15 мас.ч. SiO2 и 15 мас.ч. шамота* - a mixture of 15 parts by weight SiO 2 and 15 parts by weight fireclay

Claims (2)

1. Теплоизоляционный вспененный углеродсодержащий материал, имеющий ячеистую структуру, полученную вспениванием и отверждением шликерного состава, приготовленного смешиванием молотой шихты, содержащей минеральный наполнитель, с газообразователем - мелкодисперсным кристаллическим кремнием, смешанным с жидким стеклом, при следующих массовых соотношениях компонентов в шликерном составе: жидкое стекло : кремний = (3-6):1 и шихта : жидкое стекло = (1,0-1,5):1, отличающийся тем, что шихта дополнительно содержит прокаленный шунгит и порошок алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:1. Heat-insulating foamed carbon-containing material having a cellular structure obtained by foaming and curing of a slip composition prepared by mixing ground mixture containing mineral filler, with a gasifier - fine crystalline silicon mixed with liquid glass, with the following mass ratios of components in slip composition: liquid glass : silicon = (3-6): 1 and a charge: liquid glass = (1.0-1.5): 1, characterized in that the charge further comprises calcined schungite and aluminum powder in the following ratio of components, parts by weight: Минеральный наполнительMineral filler 22,5-47,022.5-47.0 Прокаленный шунгитCalcined Shungite 12,5-17,512.5-17.5 Порошок алюминияAluminum powder 5,0-7,55.0-7.5
при этом материал имеет пористость до 60-81% и теплопроводность при 20°С 0,08-0,18 Вт(м·К).the material has a porosity of up to 60-81% and a thermal conductivity at 20 ° C of 0.08-0.18 W (m · K).
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что минеральный наполнитель выбран из группы кварцевый песок, кварцит, перлит, вермикулит, шамот, динас, цемент, зола-унос, шлаки.2. The material according to claim 1, characterized in that the mineral filler is selected from the group of quartz sand, quartzite, perlite, vermiculite, chamotte, dinas, cement, fly ash, slag.
RU2003136382/03A 2003-12-17 2003-12-17 Heat-insulating foamed carbon-containing material RU2263647C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003136382/03A RU2263647C2 (en) 2003-12-17 2003-12-17 Heat-insulating foamed carbon-containing material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003136382/03A RU2263647C2 (en) 2003-12-17 2003-12-17 Heat-insulating foamed carbon-containing material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2263647C2 true RU2263647C2 (en) 2005-11-10

Family

ID=35865538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003136382/03A RU2263647C2 (en) 2003-12-17 2003-12-17 Heat-insulating foamed carbon-containing material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2263647C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103112083A (en) * 2013-02-06 2013-05-22 中国科学院广州能源研究所 Preparation method for aerated concrete ecological flowerpot
RU2526449C2 (en) * 2010-05-24 2014-08-20 Корпорация "Инновация Производство Интеграция" Heat-noise-moisture insulating, heat-resistant material and method for production thereof
CN115959871A (en) * 2023-01-04 2023-04-14 武汉市武昌市政建设(集团)有限公司 Self-compacting concrete and preparation process thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526449C2 (en) * 2010-05-24 2014-08-20 Корпорация "Инновация Производство Интеграция" Heat-noise-moisture insulating, heat-resistant material and method for production thereof
CN103112083A (en) * 2013-02-06 2013-05-22 中国科学院广州能源研究所 Preparation method for aerated concrete ecological flowerpot
CN103112083B (en) * 2013-02-06 2015-04-22 中国科学院广州能源研究所 Preparation method for aerated concrete ecological flowerpot
CN115959871A (en) * 2023-01-04 2023-04-14 武汉市武昌市政建设(集团)有限公司 Self-compacting concrete and preparation process thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101995184B1 (en) Method for producing light ceramic materials
EP0677495B1 (en) Nonhazardous pumpable refractory insulating composition
CN100378027C (en) Porous mullite ceramic materials and method for preparing same
CN109553428B (en) Ceramic fiber refractory castable and preparation method thereof
CN104446625A (en) High-porosity porous ceramic and preparation method thereof
EP0344284A1 (en) Porous ceramic shapes, compositions for the preparation thereof, and method for producing same.
JP4714640B2 (en) Manufacturing method of heat insulating gradient material
GB2213141A (en) Porous ceramic shapes
CN108101480A (en) A kind of preparation method of Anti-pressure aerated bricks
EP0639164B1 (en) Ceramic products
US5206191A (en) Method of producing refractory materials and their applications in the casting of corrosive alloys
RU2263647C2 (en) Heat-insulating foamed carbon-containing material
RU2387623C2 (en) Raw mix for production of porous, fireproof, heat insulation material
MX2009000161A (en) Cement-free refractory.
CN104311109A (en) Method for preparing foamed ceramic through foaming, injection molding and cementing of aluminum dihydrogen phosphate
Suvorov et al. High-temperature heat-insulating materials based on vermiculite
RU2263648C2 (en) Refractory foamed carbon-containing material
JPH01176260A (en) High-strength hydraulic material composition
AU2697801A (en) Method of making a product from an expanded mineral
US3778281A (en) Fusion bonded vermiculite molding material
EP1622848B1 (en) Manufacturing method of a heat-resistant material, heat-resistant structure, structural material and dry matter composition
DE2339139B2 (en) Ceramic insulating stones
JP3216034B2 (en) Porous sintered body and method for producing the same
US3752684A (en) Insulating refractory and a method for manufacturing same
CN113735551B (en) Residue soil base baking-free light thermal insulation material and preparation method and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171218