RU2451000C1

RU2451000C1 - Способ производства стеклокристаллических пеноматериалов

Info

Publication number: RU2451000C1
Application number: RU2010150698/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Степанович Черепанов (RU); Борис Степанович Черепанов; Андрей Борисович Черепанов (RU); Андрей Борисович Черепанов; Игорь Николаевич Долманов (RU); Игорь Николаевич Долманов; Юрий Маратович Винжегин (RU); Юрий Маратович Винжегин; Михаил Васильевич Шульженко (RU); Михаил Васильевич Шульженко; Эрнст Иосифович Винокур (RU); Эрнст Иосифович Винокур
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Керапен"
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-05-20

Abstract

Изобретение относится к производству пористых силикатных пеноматериалов, а именно стеклокристаллических пеноматериалов, которые могут быть использованы в строительной, радиотехнической и медицинской отраслях народного хозяйства. Техническим результатом изобретения является изготовление пенокерамических материалов толщиной до 200 мм с равномерно замкнутой мелкопористой структурой по всему объему материала. Способ изготовления стеклокристаллических пеноматериалов включает шликерную подготовку шихты с введением в нее карбида кремния, обезвоживание шихты с последующим формованием заготовок, сушку заготовок, скоростной обжиг, спекание заготовок с образованием единого бруса, нагревание бруса до завершения процесса вспенивания, последующее охлаждение единого вспененного бруса, разделение его на блоки заданного размера, отжиг блоков. Количество вводимого в шихту карбида кремния или отходов переработки изделий, содержащих в своем составе не менее 25% SiC, составляет 0,1-5,0%. Заготовки прессуют толщиной от 10 до 60 мм, нижние и боковые поверхности высушенных заготовок перед обжигом обмазывают огнеупорным ангобом, а разделение вспененного бруса на блоки производят по поверхностям обмазки заготовок. 9 з.п. ф-лы, 10 пр., 1 табл.

Description

Изобретение относится к производству пористых силикатных пеноматериалов, а именно стеклокристаллических пеноматериалов, которые могут быть использованы в строительной, радиотехнической и медицинской отраслях народного хозяйства.

Изделия из пористых силикатных пеноматериалов (пеностекло, пенокерамика, ячеистые и газобетоны), а также изделия, изготовленные на основе легких пористых заполнителей, находят самое широкое применение в качестве строительных материалов при возведении жилых домов, промышленных зданий, сельскохозяйственных построек, промышленных холодильных камер. Изделия из указанных материалов высокоэффективны в данном качестве благодаря малой теплопроводности, достаточной конструктивной прочности, формостабильности и пожаробезопасности.

Наиболее высокими теплоизоляционными свойствами в сочетании с наибольшей механической прочностью обладают материалы указанной группы, содержащие при всех прочих равных условиях большое количество мелких и замкнутых пор, заполненных газом. Именно такими материалами являются [1, 2] пеностекло и стеклокристаллическая пенокерамика (стеклокристаллические пеноматериалы), вспененные в обжиге (керапен).

Известна [3] предложенная И.И.Китайгородским еще в 1932 году и опубликованная в 1953 году технология производства пеностекла, заключающаяся в подготовке шихты с добавкой газообразователя, обжиге (вспенивании) полученного после помола и сушки (при мокром помоле) порошка материала на вагонетках в туннельной печи в металлических формах, отжиге полученного ячеистого материала и его механической обработке или дроблении для получения вспененного щебня.

В более поздних работах по пеностеклу Шилла Ф. и Б.К.Демидовича [4, 5] технология его производства практически не изменялась, а в многочисленных авторских свидетельствах патентовались различные составы вспениваемых стекол и газообразователи, наиболее подходящие для улучшения качества пеностекла [6-15]. Вспенивание же по-прежнему проводилось в дорогостоящих металлических формах с разгрузкой их при температурах около 500-600° и последующим помещением блоков в леер для отжига. Низкое качество продукции, обусловленное образованием пор увеличенного размера близ поверхности вспениваемого из порошкообразной массы в металлической форме крупногабаритного изделия, вследствие неравномерного его прогрева, а также загрязнение окружающей среды частицами порошкообразной массы привели в 90-х годах к закрытию всех крупных производств в России и закупке используемого для теплоизоляции кровли пеностекла за границей.

В настоящее время в Российской Федерации проводятся исследовательские и опытно-конструкторские работы по совершенствованию технологии пеностекла марки «Неопорм», сопровождаемые многочисленными патентами РФ [16-18], касающиеся в основном модификации исходного сырья. Применение данных разработок позволило улучшить гомогенность сырьевой смеси и отказаться от энергоемких и громоздких мероприятий по удалению кислорода воздуха из зоны вспенивания. Сравнение данной технологии с технологической схемой [3] производства пеностекла 1932 года показывает их практическую идентичность, кроме двух чрезвычайно дорогостоящих операций по сверхтонкому помолу и модификации стеклянного порошка.

Основные технологические этапы изготовления изделий из блочного пеностекла (Патент РФ №2225373 от 09.06.2002 г.) включают изготовление композиции с добавлением газообразователя, вспенивание и термообработку сформованных из полученной композиции гранул в формах до образования единого блока пеносиликата. Вспенивание по-прежнему производят в металлических формах, что не позволяет организовать поточное производство пористых изделий. Кроме того, в известной технологии используется большое количество высокомодульного растворимого стекла, которое является достаточно дорогим продуктом и существенно повышает себестоимость изделий. Наличие в составе растворимого стекла, выделяющего газообразные продукты (пары воды) в широком интервале температур, обуславливает образование открытой пористости в изделиях, что недопустимо в условиях повышенной влажности, например в промышленных холодильных камерах.

Таким образом, во всех рассмотренных работах, включая последнюю обзорную статью академика РАН П.Д.Саркисова с сотрудниками «Пористые материалы на основе стекла» [20], вспенивание стекольных или стеклокристаллических композиций проводят в металлических формах.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, известный (А.С. СССР №1715777) способ изготовления керамических изделий (пеноматериалов) методом вспенивания, включающий подготовку (измельчение, размешивание) шихты с введением в нее карбида кремния, обезвоживание шликера, полусухое прессование плиток, сушку отпрессованных плиток, обжиг плиток до спекания, последующее нагревание плиток до завершения вспенивания, охлаждение, разделение полученного бруса на блоки заданного размера, охлаждение до комнатной температуры (отжиг), последующую механическую обработку блоков.

Однако известный способ обладает рядом недостатков, осложняющих технологию, а в ряде случаев и не позволяющих получить продукцию высокого качества:

- стопирование плиток для увеличения толщины вспениваемого бруса после сушки приводит к образованию больших полостей-пустот во вспененном блоке из-за выделения газообразных продуктов в процессе быстрого обжига, т.е. к браку в изделиях;

- формирование сплошного бруса из стопированных плиток приводит к нарушению прямолинейности его движения по печному каналу и, как следствие, к прилипанию стеклокристаллической массы к боковым стенкам печного канала в зоне вспенивания, а значит, и к вынужденным остановкам печи;

- значительные трудности разделения бруса после вспенивания на блоки путем его резки при температурах 500-600°C в сочетании с точной синхронизацией скорости продвижения бруса по каналу печи с точным позицированием его относительно инструмента резательного устройства;

- некачественная пропрессовка плиток толщиной 10-12 мм при удельном давлении прессования 150 кг/см² и, как следствие, образование крупных, до 20-30 мм в диаметре, пор, снижающих физико-механические и теплофизические свойства изделий;

- используемая для термообработки плиток печь с транспортером из металлических роликов не обеспечивает рабочих температур вспенивания выше 1050°C, что в значительной степени сужает выбор оптимальных составов масс из различных ингредиентов.

Кроме того, следует отметить, что полусухое прессование заготовок в виде плоских изделий (плиток) существенно ограничивает возможности получения готовых конструкционных изделий с повышенными прочностными свойствами, так как это требует увеличения толщины прессованных заготовок, что не всегда возможно осуществить методом полусухого прессования плиток.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности производства перспективных теплоизоляционных и конструкционных строительных стеклокристаллических пеноматериалов.

Основной технический результат, который может быть получен в результате осуществления данного изобретения, состоит в создании непрерывного технологического цикла изготовления пенокерамических материалов толщиной до 200 мм с равномерно замкнутой мелкопористой структурой по всему объему материала и улучшении качества этих изделий.

Указанный технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа изготовления стеклокристаллических пеноматериалов, включающего шликерную подготовку шихты с введением в нее карбида кремния, обезвоживание шихты с последующим формованием заготовок, сушку заготовок, скоростной обжиг, спекание заготовок с образованием единого бруса, нагревание бруса до завершения процесса вспенивания, последующее охлаждение единого вспененного бруса, разделение его на блоки заданного размера, отжиг блоков, количество вводимого в шихту карбида кремния или отходов переработки изделий, содержащих в своем составе не менее 25% SiC, составляет 0,1-5,0%, заготовки прессуют толщиной от 10 до 60 мм, нижние и боковые поверхности высушенных заготовок перед обжигом обмазывают огнеупорным ангобом, а разделение вспененного бруса на блоки производят по поверхностям обмазки заготовок.

Непрерывность технологического цикла изготовления стеклокристаллических пеноматериалов (керапена) обеспечивается согласованностью работы всех задействованных агрегатов на всех этапах производства (помольного оборудования, распылительной сушилки или фильтр-прессов, формовочного пресса, сушилки, печи, узла разделения, узла перегрузки разделенных блоков в леер для охлаждения и последующей их механической обработки). Благодаря устранению стопирования высушенных заготовок и совершенствованию операции разделения единого вспененного бруса на блоки заданного размера, трудноосуществимый при температурах 500-600°C процесс резки бруса на блоки, приводящий к вынужденным остановкам технологического процесса, заменен на операцию разделения бруса на блоки по предварительно смазанным перед обжигом огнеупорным аногобом поверхностям отпрессованных и высушенных заготовок.

Увеличение толщины формуемых заготовок до 10-60 мм позволяет облегчить условия вспенивания заготовок и получить после завершения вспенивания готовый брус толщиной до 200 мм с равномерно замкнутой мелкопористой структурой по всему объему материала.

При прессовании заготовок меньшей толщины возникают трудности при последующем формировании из них сплошного вспененного бруса необходимой толщины.

Добавление в шихту карбида кремния или отходов переработки изделий, содержащих в своем составе не менее 25% SiC, в количестве от 0,1 до 5,0% приводит к улучшению качества готовых изделий и существенному снижению их стоимости. Карбид кремния, являясь газообразователем, обеспечивает получение вспененных материалов с матричной структурой пористости.

Улучшение качества готовых изделий при заявленном способе производства и значительное снижение стоимости готовой продукции достигается также:

- при использовании вводимых в шихту тонкомолотого (величина зерна до 10-50 мкм) карбида кремния или отходов переработки изделий, содержащих в своем составе не менее 25% SiC;

- при использовании шихты, состоящей на 15-80% из неорганических связующих компонентов и плавней в виде природных или искусственно полученных материалов (легкоплавких соединений (эрклеза) или стеклобоя), что позволяет получать высококачественные изделия при приемлемых температурах вспенивания до 1280°C.

В частных случаях исполнения изобретения обезвоживание шихты производят сушкой или фильтрпрессованием шликерной массы до влажности 6-18%.

Для полного окисления газообразователя одновременно с последним в шихту дополнительно вводят окислители при недостаточном их количестве в сырьевых компонентах.

Формование заготовок в заявленном способе осуществляют полусухим (прессование заготовок из пресс-порошка с влажностью 6-8% на гидравлических прессах) или пластическим прессованием (прессование заготовок из массы с влажностью 14-18% на ленточных вакуум-прессах). Пластическое прессование в отличие от полусухого позволяет получать заготовки различной конфигурации, что в ряде случаев облегчает условия вспенивания бруса. Так, например, при вспенивании заготовок с лицевой поверхностью в форме гребенки с высотой пирамидальных зубцов до 60 мм увеличивается площадь поверхности прогрева заготовки, что изменяет направление пенообразования не только вверх, но и в стороны.

Образованию закрытых мелких полостей в теле керамической плитки способствует обжиг заготовок до пористости 5-10%, который производят, как правило, в щелевой печи с роликовым транспортером. Последующее же вспенивание при температурах на 100-300°C выше температуры спекания приводит к образованию равномерной мелкопористой структуры по всему объему вспененного бруса. Указанный интервал температур позволяет также использовать шихту более широкого спектра.

Полученный после вспенивания брус резко охлаждают до температуры 500-600°C, которая является предельно низкой температурой, при которой материал находится еще в пиропластичном состоянии и может без потери прочности релаксировать термические напряжения.

Как правило, полученные в результате разделения вспененного бруса блоки медленно охлаждают (отжиг) и подвергают механической обработке, разрезая алмазными дисками на более удобные для строительства изделия.

С целью увеличения толщины готовых изделий блоки после механической обработки склеивают между собой в несколько слоев влагостойкими клеевыми композициями. При склеивании заготовок с различной плотностью получают разноплотное изделие.

Дополнительный технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения - гибкость производственного процесса получения пеноматериалов по заявленной технологии: возможность получения при непрерывном технологическом цикле на одной и той же линии производства пеноматериалов различной толщины, разноплотных, а также с декоративным покрытием.

Для получения разноплотных изделий заготовки при обжиге покрывают гранулами вспенивающейся стеклокристаллической керамики.

Для получения изделий с декоративной поверхностью заготовки посыпают слоем порошка или гранул, образующих при обжиге глазурованную поверхность с различной цветовой гаммой.

Возможность получения разноплотных по толщине изделий с декоративным покрытием может быть реализована в туннельной (щелевой) печи, снабженной раздельно регулируемыми горелками с верхним и нижним их размещением относительно роликового транспортера и устройством, позволяющим нагревать порошок покрытия или вспененные гранулы и равномерно наносить их на поверхность вспененного блока.

Для устранения вынужденных остановок печи, вследствие прилипания перемещаемого по каналу печи сформированного из отпрессованных заготовок вспененного бруса к боковым стенкам канала печи, вспенивание заготовок производят в канале печи, содержащей устройства, обеспечивающие прямолинейное движение заготовок и вспененного бруса, сплошность (минимизация зазоров между соседними заготовками) потока и ограничивающие движение заготовок и вспененного бруса в сторону боковых стенок печного канала.

Ниже приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления заявленного изобретения с получением вышеуказанного основного технического результата.

С целью получения изделий из стеклокристаллических пеноматериалов (керапена) толщиной до 200 мм с равномерно замкнутой мелкопористой структурой по всему объему и улучшения их качества, способ осуществляют следующим образом.

Шихту, состоящую на 15-80% из неорганических связующих компонентов (пластичных глин, суглинков, жидкого стекла) и плавней в тех же пределах в виде природных материалов (перлита; нефелин-сиенита; липедолита; данбурита; бората кальция; отсева, полученного при переработке гранита; стеклобоя; эрклеза и т.д.), измельчают в шаровых мельницах периодического или непрерывного действия мокрым способом до удельной поверхности 8000-10000 см²/г т.е. с величиной зерна менее 50 мкм. За 1-2 часа до конца помола в мельницы добавляют 0,1-5,0% тонкомолотого карбида кремния или отходов переработки изделий, содержащих в своем составе не менее 25% SiC, измельченного до 10-30 мкм. Одновременно с газообразователем, которым является карбид кремния, при необходимости вводят окислители в количествах, достаточных для полного окисления SiC, например Sb₂O₃, Fe₂O₃, V₂O₅, MO₃, CrO₃. После окончания помола шликерную массу с влажностью 40-60% сливают в расходные бассейны, а затем сушат в башенной распылительной сушилке до влажности 6-8% или обезвоживают до получения пластичной массы с влажностью 14-18%. Затем масса вакуумируется и подается в ленточные пресса для прессования заготовок оптимальной формы с толщиной 10-60 мм. Отпрессованные заготовки сушат в конвейерной сушилке до остаточной влажности не более 0,5%. При большей остаточной влажности и скоростях нагрева, которые имеют место при производстве плиток (50°/мин), происходит взрыв плиток. Наиболее рациональным способом сушки заготовок является их сушка в конвейерной сушилке.

Далее обмазывают тыльную и боковые поверхности высушенных заготовок ангобом, состоящим из связующего и тугоплавких компонентов, и обжигают в щелевой (туннельной) печи с роликовым транспортером, спекая до пористости 5-10%, и затем вспенивают. Обжиг плиток в современных щелевых (туннельных) печах производится со скоростью 50-60°/мин при нагреве до 1200-1250 градусов и охлаждении до 500-600°C за исключением 20-45-минутной выдержки при спекании и 30-60-минутной выдержки при вспенивании. Температура вспенивания определяется составом исходной шихты и обычно бывает на 100-300°C выше температуры спекания.

Образовавшийся после вспенивания единый брус стеклокристаллической пенокерамики, имеющий ширину около 2 м и длину около 40-50 м резко (50-60°/мин) охлаждают до температуры 500-600°C и разделяют по поверхностям обмазки заготовок. Как правило, брус делится на блоки, длина которых кратна длине обоженных в печи заготовок, и составляет обычно 300-400 мм, т.к. блоки большего размера трудно транспортировать, охлаждать и обрабатывать.

Полученные в результате разделения блоки помещают в многоярусный леер для медленного охлаждения и завершения процесса образования в материале кристаллических фаз. Чем медленнее производится охлаждение заготовок, тем лучше физико-механические свойства получаемого материала.

После охлаждения вспененные блоки подвергают механической обработке и при необходимости склеиванию в большеразмерные изделия. Так, блок размером 2000×300 мм разрезается после охлаждения алмазными дисками на более мелкие блоки, удобные для строительства тех или иных конструкций.

Способ позволяет создать гибкое непрерывное производство конструкционно-теплоизоляционных и радиотехнических пеноматериалов нового класса: стеклокристаллической пенокерамики с размерами изделий не менее 200×300 мм, толщиной до 200 мм, с кажущейся плотностью от 180 до 800 кг/м³, объемным водопоглощением не более 1-1,5%, пределом прочности на сжатие от 1 до 30 МПа, на изгиб от 0,7 до 10 МПа, теплопроводностью от 0,06 до 1,0 Вт/мК, диэлектрической проницаемостью от 1,2 до 2,5 и тангенсом угла диэлектрических потерь, в сантиметровом диапазоне не превышающем 0,001.

Опытная реализация способа производства стеклокристаллических пеноматериалов проводилась сотрудниками ООО «Керапен» и ООО «Инновационный центр пенокерамики» на Волгоградском керамическом заводе (г.Волгоград, Мачтозаводская ул., д.1) и в Научно-исследовательском институте технического стекла (г.Москва, ул. Кржижановского, д.29, корп.5). Ранее исследовательские и опытно-конструкторские работы были проведены в институте «Ниистройкерамика» и на Кучинском опытно-керамическом заводе (г.Железнодорожный, Московской области).

В связи с большим количеством шихтовых масс, пригодных для получения стеклокристаллических пеноматериалов рассматриваемым способом, в таблице приводится химический состав тех из них, которые опробованы в последние 2 года. Некоторые из них фигурируют и в приведенных ниже примерах реализации заявленного способа производства стеклокристаллических пеноматериалов.

Таблица 1
Наименование сырья	Химический состав сырья
Наименование сырья	SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	П.п.п.	сумма	B₂O₃	H₂O
Глина Лукошкинская	69,9	17,35	-	3,26	0,34	0,42	1,52	0,3	6,21	99,3	-	-
Глина Кольчугинская	69,17	15,33	0,69	4,91	2,3	1,93	1,38	0,77	2,85	99,33
Глина Себряковская	52,8	19,51	1,16	8,47	2,5	4,8	3,05	1,22	6,12	99,63
Песок Чепурниковск	98,27	1,34		0,16						99,77
Гранитный отсев	65,14	17,14		3,18	2,64	1,63	5,24	4,1	0,92	99,99
Стеклобой	71,00	2,9		0,15	7,15	4,65	0,8	13,8	-	103,46
Данбурит	36	-	-	-	34	-	-	-	-	98,7	28,7
Датолит	37,6	-	-	-	35	-	-	-	-		21,8
Перлит	75,5	13,6	-	1,0	1,0	0,3	4,8	3,8		100		6-10

Пример 1

Состав шихты: глина Себряковская - 50%, гранитные отсевы - 15%, стеклобой - 35%.

Измельченную мокрым способом шихту с добавкой 0,5% карбида кремния сверх 100% (далее во всех примерах содержание карбида кремния приводится в % сверх 100%, что дает возможность упростить массовые расчеты шихты и наиболее точно оценить добавку карбида кремния) сушат до влажности 7%, прессуют при давлении около 250 кг/кв.см заготовки 305×305×13 мм, заготовки сушат до остаточной влажности не более 0,5%, после чего нижнюю и боковые поверхности обмазывают ангобом, содержащим жидкое стекло, каолин и тонкомолотые отходы стеклокристаллической пенокерамики того же состава. Заготовки обжигают в роликовой туннельной печи при скорости нагрева 50-60°/мин, выдерживают при 1000°C 30 мин для прохождения процесса спекания и затем вспенивают при 1155°C в течение 45 минут с образованием вспененного бруса, который вначале охлаждают со скоростью 60-80°/мин до 500°C, а затем подвергают разлому на блоки по местам обмазки, перпендикулярной направлению движения. Полученные блоки перегружают в леер, где их охлаждают со скоростью 0,5-0,6°/мин до комнатной температуры, а затем обрабатывают механическим способом в изделия с размерами 300×300×50 мм. Получают материал с равномерной замкнутой пористостью, плотность которого составляет 0,26-0,28 т/м³, водопоглощением не более 0,8%, пределом прочности при сжатии 3 МПа, теплопроводностью 0,15 Вт/м³.

Пример 2

Состав шихты: глина Лукошкинская - 60%, стеклобой - 40%, карбид кремния - 0,5% (сверх 100%).

Технология изготовления стеклокристаллической пенокерамики идентична приведенной в примере 1.

Плотность полученного материала при температуре вспенивания, увеличенной до 1170°C, составила 0,55 т/м³, пористость неравномерна, предел прочности при сжатии около 9 МПа.

Вывод: процесс окисления SiC прошел не полностью вследствие нехватки кислорода, что сказалось на недостаточном вспенивании массы.

Пример 3

Состав шихты: глина Лукошкинская - 57%, стеклобой - 40%, железный сурик (Fe₂O₃) - 3%, SiC - 0,5% (свыше 100%).

Технология изготовления образцов идентична приведенной в примере 1.

Плотность полученного материала с равномерной замкнутой пористостью при температуре вспенивания 1160°C составила 0,35 т/м³ с пределом прочности при сжатии 5 МПа.

Вывод: улучшение вспенивание массы того же состава вследствие добавки окислителя (Fe₂O₃).

Пример 4

Способ изготовления стеклокристаллических пеноматериалов из шихты с отходами производства, содержащими более 25% карбида кремния, с применением пластического формования заготовок.

Для получения материала с увеличенной плотностью до 0,5-0,7 т/м³ используют метод пластического формования заготовок, позволяющий изготавливать заготовки сложной гребенчатой формы с высотой пирамидальных зубцов до 60 мм. Такая форма заготовки облегчает процесс вспенивания и позволяет получить стеклокристаллическую пенокерамику высокого качества с плотностью выше 0,4 т/м³.

Состав шихты: глина Лукошкинская - 57%, стеклобой - 40%, железный сурик (Fe₂O₃) - 3%, SiC - 0,15%, (свыше 100%).

Шихту измельчают мокрым способом в шаровой мельнице, за 1,5 часа до конца помола в мельницу добавляют измельченные отходы карбида кремния (отслужившие свой срок карбидкремниевые нагреватели, содержащие в своем составе около 50% SiC). После помола шликер подают в фильтр-пресс, где обезвоживают до влажности 16%. Коржи обезвоженной массы транспортируют в ленточный вакуумный пресс, в котором производят формование заготовок гребенчатой формы. Заготовки шириной 300 мм разрезают струной на более мелкие длиной 500 мм, которые затем сушат до остаточной влажности не более 0,5%, обмазывают с пяти сторон и помещают в печь для обжига по режиму, приведенному в примере 1. Вспененный брус разламывают по местам обмазки, перпендикулярным направлению движения бруса, на блоки, которые затем медленно охлаждают и механически обрабатывают. Полученная стеклокристаллическая пенокерамика имеет равномерную пористость (до 100 мкм) при плотности 0,55-0,6 т/м³ с пределом прочности при сжатии 11-13 МПа.

Пример 5

С целью уменьшения энергозатрат на обжиг заготовок путем снижения температуры вспенивания стеклокристаллической пенокерамики до 950°C используют следующий состав шихты: глина Себряковская - 40%, стеклобой - 60%, SiC -0,15% (свыше 100%).

Технология изготовления стеклокристаллической пенокерамики идентична примеру 1.

Спекание проводят при температуре 850°C в течение 40 минут, а вспенивание при 950°C с выдержкой 50 минут. Скорости нагрева и охлаждения заготовок, вспененного бруса и блоков после разламывания те же, как в примере 1.

Плотность полученного материала составляет 0,5 т/м³, предел прочности при сжатии 10,5-11 МПа. Пористость однородная (диаметр пор до 250 мкм), водопоглощение - не более 1%.

Пример 6

С целью снижения температуры вспенивания и понижения плотности пенокерамики используют шихту следующего состава: глина Себряковская - 50%, стеклобой - 40%, данбурит - 10%, SiC - 0,75% (свыше 100%).

Технология изготовления стеклокристаллической пенокерамики идентична приведенной в примере 5. Плотность полученного материала составляет 0,21-0,25 т/м³, предел прочности при сжатии 2-3 МПа, водопоглощение - до 1,5%, пористость однородная (диаметр пор до 400 мкм).

Пример 7

Для получения стеклокристаллической пенокерамики строительного назначения в диапазоне плотностей 0,5-0,2 т/м³ применяют шихту следующего состава: глина Себряковская - 30%, стеклобой - 25%, перлит - 25%, борат кальция или данбурит - 20%, при добавках газообразователя SiC от 0,1 до 1,5% (свыше 100%).

Технология изготовления керапена идентична приведенной в примере 1. Заготовки спекают при температуре 900°C в течение 45 минут и вспенивают при 1020°C в течение 1 часа. Нагрев и охлаждение заготовок производят по тому же режиму, что и в примере 1.

Плотность полученного материала находится в пределах 0,19-0,55 т/м³, предел прочности при сжатии - 1,5-10 МПа, водопоглощение - до 1,5%, пористость однородная (диаметр пор от 100 до 400 мкм в зависимости от кажущейся плотности материала), теплопроводность от 0,1 до 0,7 Вт/м³.

Пример 8

Реализация способа при использовании глины другого месторождения.

Состав шихты: глина Кольчугинская - 60%, стеклобой - 40%, SiC - 0,5% (сверх 100%). Технология идентична приведенной в примере 1. Температура спекания 950°C - 30 минут, температура вспенивания 1120°C - 1 час, плотность - 0,35 т/м³, предел прочности при сжатии около 5 МПа.

Пример 9

Осуществление способа при использовании минимального количества связующего и низкой температуры вспенивания.

Состав шихты: глина Себряковская - 15%, стеклобой - 85%, SiC - 1,5% (сверх 100%). Температура спекания 730°C, температура вспенивания 820-830°C, плотность - 0,21 т/м³, предел прочности при сжатии около 2 МПа и теплопроводность около 0,11 Вт/м³.

Пример 10

Осуществление способа при использовании шихты низкой стоимости.

Состав шихты: глина Себряковская - 45%, песок Чепурниковский - 20%, стеклобой - 35%, карбид кремния - 0,5% (сверх 100%).

Спекание проводят при 1000°C, вспенивание - при 1160°C.

Пенокерамика имеет плотность 0,33-0,35 т/м³, предел прочности при сжатии около 5 МПа, коэффициент теплопроводности около 0,22 Вт/м³.

Список литературы:

1. Черепанов Б.С. Керамические теплоизоляционные материалы. Энциклопедия. - Стройиндустрия и промышленность строительных материалов. - М., 1996, с.117.

2. Черепанов Б.С. Пенокерамика. Энциклопедия. - Стройиндустрия и Промышленность строительных материалов. - М., 1996, с.184-185.

3. Китайгородский И.И., Кешищян Т.Н. Пеностекло. - М.: Промстройиздат, 1953. - 80 с.

4. Шилл Ф. Пеностекло (пер. с чешского). - М.: Стройиздат, 1965. - 308 с., с.43-51.

5. Демидович Б.К. Пеностекло. - Минск.: Наука и техника. 1975. - 248 с., с.63-84, 117-174.

6. А.С. СССР №709582 от 21.09.1979 г.

7. А.С. СССР №1056894 от 23.11.1983 г.

8. А.С. СССР №1089069 от 30.04.1984 г.

9. А.С. СССР №1211236 от 15.10.1984 г.

10. А.С. СССР №1413067 от 01.04.1988 г.

11. А.С. СССР №1470693 от 08.12.1988 г.

12. А.С. СССР №1537654 от 15.09.1989 г.

13. А.С. СССР №1608147 от 22.07.1990 г.

14. А.С. СССР №1654279 от 07.06.1991 г.

15. А.С. СССР №1805109 от 30.03.1993 г.

16. Патент РФ №2255057 приложение от 28.11.2007 г.

17. Патент РФ №2255058 приложение от 28.11.2007 г.

18. Патент РФ №2255059 приложение от 28.11.2007 г.

19. Патент РФ №2225373 от 09.06.2002 г.

20. П.Д.Саркисов, Е.Е.Строганова, Н.Ю.Михайленко, Н.В.Бучилин. - «Пористые материалы на основе стекла», «Стекло и керамика», 2008, №10, стр.13-16.

Claims

1. Способ изготовления стеклокристаллических пеноматериалов, включающий шликерную подготовку шихты с введением в нее карбида кремния, обезвоживание шихты с последующим формованием заготовок, сушку заготовок, скоростной обжиг, спекание заготовок с образованием единого бруса, нагревание бруса до завершения процесса вспенивания, последующее охлаждение единого вспененного бруса, разделение его на блоки заданного размера, отжиг блоков, отличающийся тем, что количество вводимого в шихту карбида кремния или отходов переработки изделий, содержащих в своем составе не менее 25% SiC, составляет 0,1-5,0%, заготовки прессуют толщиной от 10 до 60 мм, нижние и боковые поверхности высушенных заготовок перед обжигом обмазывают огнеупорным ангобом, а разделение вспененного бруса на блоки производят по поверхностям обмазки заготовок.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование заготовок осуществляют полусухим или пластическим прессованием.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что используют шихту, состоящую на 15-80% из неорганических связующих компонентов и плавней в виде природных или искусственно полученных материалов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят окислители.

5. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что обжиг заготовок производят, спекая их до пористости 5-10%, а последующее вспенивание - при температурах на 100-300°С выше температуры спекания.

6. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что полученные в результате разделения бруса блоки после отжига подвергают механической обработке.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что блоки после механической обработки склеивают между собой, при этом заготовки могут иметь различную плотность.

8. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что вспенивание заготовок производят в канале печи, содержащей устройства, обеспечивающие прямолинейное движение заготовок и вспененного бруса, сплошность потока и ограничивающие движение заготовок и вспененного бруса в сторону боковых стенок печного канала.

9. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что для получения разноплотных изделий заготовки при обжиге дополнительно покрывают гранулами вспенивающейся стеклокристаллической керамики.

10. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что для получения изделий с декоративной поверхностью заготовки дополнительно посыпают слоем порошка или гранул, образующих при обжиге глазурованную поверхность с различной цветовой гаммой.