SU1108084A1

SU1108084A1 - Method of manufacturing refractory articles

Info

Publication number: SU1108084A1
Application number: SU813357370A
Authority: SU
Inventors: Юрий Павлович Горлов; Виктор Николаевич Соков; Алихан Хайруллович Бижанов; Серафима Дмитриевна Сокова; Владимир Иванович Дмитриев
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Им.В.В.Куйбышева
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1984-08-15

Abstract

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИИ путем смешивани порошка огнеупорного материала с гранулами полистирола,.размещени смеси в замкнутой перфорированной форме, нагрева, распалубки и обжига сырца, отличающийс тем, что, с целью получени конструкционно-теплоизол ционных изделий с регулируемой по сечению пористостью при одновременном сокращении процесса, при размещении в форме чередуют слои смеси и огнеупорного материала, а нагрев ведут токами промышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 1ин. О)A method of manufacturing refractory products by mixing a powder of refractory material with polystyrene granules. Placing the mixture in a closed perforated form, heating, stripping and roasting raw, characterized in that, in order to obtain a structurally-insulated material, you can obtain a structure with a vesting material, which is equipped with a vesting material, which is used to obtain a structurally thermally insulated material with a veterinated material, which is used to obtain a structurally thermally insulated material with a veterinated material, which is used to obtain a structurally thermally insulated material with a vesting material, in order to obtain a structurally insulative, heat-insulating material with a vesting material, in order to obtain a structurally thermally insulated product with a veterinated, heat-insulated material, such as, for obtaining a structurally thermally insulated material, with a position, you can obtain a structure with heat-insulating, you can get a body with a vesting material, which is provided with a vesting material, and that is used to obtain a structurally heat-insulating material with a veterinated, heat-insulating material that is covered by a veterinated material. , when placed in the form of alternate layers of the mixture and refractory material, and the heating is conducted with industrial frequency currents of 50 Hz for 15-20 1in. ABOUT)

Description

оо о сх oo o cx

Изобретение относитс к огнеупорным материалам, а именно к изготовлению теплоизол ционных изделий, предназначенных дл службы в тепловых агрегатах черной и цветной металургии .The invention relates to refractory materials, namely to the manufacture of heat insulating products intended for service in thermal units of ferrous and non-ferrous metallurgy.

Известен способ изготовлени многослойных огнеупорных изделий, включающий укладку плотных и теплоизол ционных слоев, уплотнение, сушку и . обжиг. Сначала укладывают плотный слой и вибрируют, затем теплоизол ционный слой и уплотн ют оба сло . посредством вибропрессовани в течение 60 с с удельным давлением прессовани 0,3-0,35 кг/см. Далее издели сушат 4 ч при максимальной температуре 120°С и обжигают при ISSO C Cll.A known method of manufacturing multilayer refractory products, including the laying of dense and heat insulating layers, compaction, drying and. burning. First, a dense layer is laid and vibrated, then a heat insulating layer and both layers are sealed. by vibropressing for 60 s with a specific pressing pressure of 0.3-0.35 kg / cm. Next, the products are dried for 4 hours at a maximum temperature of 120 ° C and calcined at ISSO C Cll.

Недостатком этого способа вл етс продолжительность цикла из-за длительности сушки, вызванной высокой остаточной влажностью (30%), что ведет к удорожанию способа, а также недостаточна прочность изделий из-за слабого сцеплени слоев в результате плохого проникновени частиц массы одного сло в другой .The disadvantage of this method is the cycle time due to the drying time caused by high residual moisture (30%), which increases the cost of the method, as well as insufficient product strength due to poor adhesion of the layers as a result of poor penetration of particles of the mass of one layer into the other.

Известен способ электронагрева изделий из подвспененного полистирола с влажностью 0,3-0,6% токами высокой частоты 20-30 Мгц в течениеThere is a method of electrical heating of products from suspended polystyrene with a humidity of 0.3-0.6% by high-frequency currents of 20-30 MHz during

35-90 с 2.35-90 with 2.

В известном способе при нагреве токами высокой частоты (ТЁЧ) происходит испарение влаги и спекание зерен полистирола. При нагреве масс ТВЧ с влажностью 30-4Q% происходит интенсивное.выделение пара, что приводит -к ст руктурному разрушению сырца.In the known method, when heated by high-frequency currents (TEC), evaporation of moisture and sintering of polystyrene grains occurs. When mass is heated by HDTV with a humidity of 30-4Q%, an intense vapor release occurs, which results in structural destruction of the raw material.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс способ изготовлени огнеупорного легковесного материала, включающий приготовление шихты (смесь огнеупорного компонента и гранул полистирола ) , загрузку ее в замкнутую перфорированную форму, сушку при 120-125 в течение 8-10 ч и окончательный обжиг З 3.The closest to the proposed technical essence is a method of manufacturing a refractory lightweight material, including the preparation of the mixture (a mixture of the refractory component and polystyrene granules), loading it into a closed perforated form, drying at 120-125 for 8-10 hours, and final calcining. .

Недостатками данного способа вл ютс продолжительность цикла и невысока механическа прочность изделий . Это объ сн етс тем, что при тепловой обработке гор чим воздухом или паром в материале неравномерно распредел ютс пол температур, что ведет к неодновременному вспениванию полистирола, скоплению влаги в центре сырца и неодновременному возникновению уплотн ющихс усилий. А также энергоемкость и сложность получени многослойных огнеупорных изделий.The disadvantages of this method are cycle time and low mechanical strength of the products. This is due to the fact that during heat treatment with hot air or steam the temperature fields are unevenly distributed in the material, which leads to non-simultaneous foaming of polystyrene, accumulation of moisture in the center of the raw material and non-simultaneous generation of compressive forces. As well as the energy intensity and complexity of producing multilayer refractory products.

Цель изобретени - получение конструкционно-теплоизол ционных изделий с ре.гулируемой по сечениюThe purpose of the invention is to obtain structural and thermal insulation products with cross-adjustable

пористостью при одновременном сокращении процесса.porosity while reducing the process.

Цель достигаетс тем, что согласно способу изготовлени огнеупорных изделий путем смешивани порошка огнеупорного материала с гранулами полистирола, размещени смеси в замкнутой перфорированной форме, нагрева, распалубки и обжига при размещении в форме чередуют слои смеси и огнеупорного материала, а нагрев ведут токами промышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 мин.The goal is achieved in that according to the method of manufacturing refractory products by mixing the powder of refractory material with polystyrene granules, placing the mixture in a closed perforated form, heating, stripping and firing when placed in the form of alternating layers of the mixture and refractory material, and heating is conducted with industrial frequency 50 Hz within 15-20 minutes

Способ осуществл етс следующим образом.The method is carried out as follows.

В перфорированную с двух боковых сторон форму укладывают плотный слой - предварительно приготовленный раствор огнеупорного компонента, затем теплоизол ционный слой - приготовленные в лопастной мешалке раствор огнеупорного компонента с предварительно подвспененным в течение 5-12 мин полистиролом, после этого следующий слой с другим количеством полистирола и т.д. Далее закрывают крышкой форму. Подключают к сети переменного тока электроды, расположенные на боковых гран х, и воздействуют токами промышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 мин. После электрообработки осуществл ют распалубку сырца, который далее подают На поддоне в тоннельную печь, где производ т сушку гор чим воздухом при 120-125°С в течение 1,5-2 ч и обжиг.A dense layer is placed in a perforated form on both sides — a previously prepared solution of the refractory component, then a heat insulating layer — a solution of the refractory component prepared with padded polystyrene prepared in a paddle mixer for 5–12 minutes, then the next layer with a different amount of polystyrene and t .d Next, close the lid shape. Electrodes located on the side edges are connected to the AC network and are subjected to industrial frequency currents of 50 Hz for 15–20 min. After electrotreatment, the raw materials are discharged, which is then fed to the tunnel furnace in the pallet, where they are dried with hot air at 120-125 ° C for 1.5-2 hours and roasted.

На фиг. 1 представлена схема перфорированной формы с электродами и чередующимис сло ми, где прин ты следующие обозначени : 1 - стенки формы, выполненные из диэлектрического материала; 2 - пластинчатые электроды; 3 - плотный слой; 4 и 5 - смесь огнеупорного материала и гранул полистирола с различным % содержанием последнего; б - перфораци стенок формы.FIG. Figure 1 shows a perforated shape with electrodes and alternating layers, where the following notation is accepted: 1 - shape walls made of a dielectric material; 2 - plate electrodes; 3 - dense layer; 4 and 5 - a mixture of refractory material and polystyrene granules with different% content of the latter; b - perforation of the walls of the form.

Электропрогрев массы осуществл етс до 80-95°С. Заданна температура поддерживаетс изменением напр жени автотрансформатором. Полистирол по всему объему формовочной массы (огнеупорный компонент и гранулы полистирола) равномерно вспениваетс . В результате развиваемых уплотн ющихс усилий полистирола происходи уплотнение слоев,при этом физическа свободна влага отжимаетс из формы через перфорацию. Масса теплоизол ционного сло внедр етс в плотный слой, создава тем самым переходный слой. Причем более крупные частицы полистирола, обладающие большими вспучивающими усили ми по сравнению с мелкими, проникают в плотный слой глубже. В зависимости от предъ вл емых требований к издеЛИЮ можно регулировать зойу пористости различным процентным содержанием полистирола. « Сочленение разноплотных слоев в поперечном разрезе представл ет собой шероховатую волнообразную повер ность. В результате увеличиваетс площадь соприкосновени слоев, обеспечивающа надежное их сцепление и увеличение работоспособности материала с комбинированной структурой . На фиг. 2 изображено сочленение слоев с различным градиентом по ристости , где прин ты следующие обо значени : 7 - плотный слой; В - переходный сЛой; 9 - теплоизол ционный слой. Формование и уплотнение формовочных масс на полистироле в замкнутой перфорированной с двух сторон форме, токами промышленной часто ты отличаетс от обработки гор чим воздухом и паром. В отличие от обработки гор чим воздухом и паром в предложенном способе внешн среда не вл етс теплоносителем. Тепло при электропрогреве развиваетс внутримассы и может быть распределено по объему равномерно. Равномерное распределение полей температур по сечению материала способствует равномерному вспениванию полистирола по всему объему. Это обсто тельство играет важную роль дл быстрой выжимки физической влаги из формовочных масс. Обработка массы внешними теплоносител ми (пар, газ) не позвол ет достичь такого эффекта. Механическое выжимание влаги при электропрогреве позвол ет снизить врем последующей сушки Сырца без формы (в известном способе сушка го р чим воздухом в закрытых формах длитс 8-14 предложенном - обработка электротоком 15-20 мин и последующа сушка 1,5-2,0 ч). В данном способе нагрев формуемой массы до 80-95°С вл етс необходимым условием дл лучшего вспенивани полистирола. При температур ниже 80°С не .достигаетс полное всп кивание полистирола, а верхний пред 95°С не должен превышать температур кипени воды затворени , что привод к разрыхлению структуры сырца при выходе паров через перфорацию формы Указанный интервал температуры дост гаетс изменением напр жени в сети автотрансформатором. Электропрогрев производ т 1520 мин. Указанное врем вл етс оп тимальным дл получени качественны конструкционно-теплоизол ционных огнеупорных изделий с высокой прочностью переходных слоев за счет внедрени частиц теплоизол ционных слоев в плотные и лучшего сцеплени разноплотных слоев. При электропрогреве в течение меньшего времени (менее 15 мин) полистиролне успевает прореагировать полностью. Это ведет к недостаточному уплотнению массы и неполному удалению усадочной влаги через жидкую фазу. Сырец не имеет достаточной прочности дл транспортировани . Затем при сушке происходит дальнейшее остаточное вспенивание полистирола, в результате которогов изделии по вл ютс недопустимые трещины и даже разрушени . Электропрогрев более 20 мин нецелесообразен , так как полистирол прореагировал полностью и усадочна влага удалена, а дальнейша электроообработка масс в замкнутом объеме приводит к образованию пара, выход которого затруднен. Скорость парообразовани в объеме сырца начинает превышать скорость выжимани влаги из массы, в результате повышаетс давление пара, разрушающее структуру сырца, а также задерживаетс оборачиваемость формы и увеличиваютс энергозатраты . Раствор формовочной массы теплоизол ционного сло готов т с предварительно подвспененным в течение 5-12 мин полистиролом. Неполное вспенивание полистирола в течение указанного времени необходимо дл того, чтобы в зернах полистирола остались потенциальные силы, необходимые дл уплотнени масс, создани переходного сло н надежного сочленени разноплотных слоев. Предварительное подвспенивание полистирола менее 5 мин приводит к тому, что происходит выдавливание огнеупорной массы через перфорацию формы вследствие избыточных внутренних усилий, развиваемых при вспучивании гранул полистирола. В результате сырец после распалубки получаетс с трещинами и раковинами, что недопустимо . При подвспенивании полистирола более 12 мин вспучивающие усили гранул ослабевают, что приводит к недостаточному уплотнению слоев, некоторому ухудшению проникновени частиц теплоизол ционного сло в плотный, в результате которого уменьшаетс прочность сочленени слоев И в целом издели . После окончани электропрогрева свежеотформованные сырцы имеют четкие геометрические грани и прочность при сжатии 0,5-0,6 МПа. Последующую сушку сырцов без форм провод т гор чим воздухом при 120125°С в течение 1,5-2,0 ч до остаточной влажности 3%. Сушка ниже 120°С ведет к удлинению цикла, свыше 125°С - к образованию микротрещин. Врем сушки определ етс остаточной влажностью массы Сушка менее 1,5 ч ведет к повышению процента остаточной влажности, а более 2 ч нецелесообразна. В примерах используютс следующие материалы: технический немолотый глинозем ГК, технический молотый глинозем ГК|бисерный полистирол, фракции № 5. Пример 1. Готов т формовочную смесь плотного (огнеупорного) сзло следующего состава вес,%: технический немолотый глинозем 60; технический молотый глинозем 40. Влажность приготовленной массы 3540% . Средн плотность плотного сло 1900-2200 кг/м. Теплоизол ционный слой следующего состава, вес.%: технический молотый глинозем 100; предварительно подвспененный полистирол в течение 5 мин - 8 сверх 100%. В лопастную мешалку засыпают полистирол , предварительно подвспененный в вод ной бане в течение 5 мин, увлажн ют водой и перемешивают 2 мин затем добавл ют молотый глинозем и перемешивают 3 мин. Влажность приготовленной смеси 40-45%. Средн плотность смеси 700-750 кг/м. В перфорированную форму укладывают плотный слой, затем теплоизол ционныи . Форму закрывают крышкой, подвод т к пластинчатым электродам переме ный ток 50 Гц и осуществл ют электропрогрев в течение 20 мин. Затем производ т распалубку сырца и производ т сушку при 120-125°С в течение 1,5-2 ч. Прочность сырца 0,5-0,6 МПа. Сырец обжигают при 1600°С. Пример 2. Технологи по примеру 1, но полистирол используют подвспененный в течение 8 мин. Электропрогрев осуществл ют 18 мин. Пример 3. Технологи по примеру 1, но полистирол используют подвспененный в течение 12 мин, электропрогрев производ т 15 мин. Издели после обжига при 1600°С сохран ют свою форму, поэтому шлифовке и обрезке не подвергаютс . Структура материала чеиста . Контакт слоев расплывчатый с переменной плотностью. Сферические поры имеют размеры 25-1600 мкм, преобладающие размеры 300-700 мкм (фиг.2). В таблице приведены основные физико-технические свойства конструкционно-теплоизол ционных корундовых изделий. Как видно из таблицы, предложенный способ позвол ет на 75-80% сократить длительность термообработки в закрытой перфорированной форме , что ведет к сокращению времени цикла в 3-3,5 раза. Предложенный способ изготовлени конструкционно-теплоизол ционных корундовых изделий имеет простую схему производства, регулиру плотность , можно определ ть основные рабочие свойства изделий.The mass is electrically heated up to 80-95 ° C. The desired temperature is maintained by voltage variation by the autotransformer. Polystyrene throughout the volume of the molding material (refractory component and polystyrene granules) is uniformly foamed. As a result of the developed compaction forces of polystyrene, the layers are compacted, with the physical free moisture being squeezed out of the mold through perforations. The mass of the heat insulating layer is embedded in a dense layer, thereby creating a transition layer. Moreover, larger polystyrene particles, possessing greater intumescent efforts as compared with small particles, penetrate deeper into the dense layer. Depending on the requirements for the product, it is possible to regulate the porous porous content with different percentages of polystyrene. The articulation of heterogeneous layers in cross section is a rough undulating surface. As a result, the area of contact between the layers increases, ensuring their reliable adhesion and increasing the efficiency of the material with a combined structure. FIG. Figure 2 shows the articulation of layers with a different gradient of variability, where the following definitions are taken: 7 — a dense layer; B - transitional slO; 9 - heat insulation layer. The molding and compaction of molding masses on polystyrene in a closed form perforated on both sides, with industrial currents often differs from the treatment with hot air and steam. In contrast to the treatment with hot air and steam, in the proposed method, the external environment is not a heat carrier. Heat during electrical heating develops intra-masses and can be evenly distributed throughout the volume. The uniform distribution of temperature fields over the cross section of the material contributes to a uniform foaming of polystyrene throughout the volume. This circumstance plays an important role for quick pressing of physical moisture from the molding materials. The treatment of the mass with external heat carriers (steam, gas) does not allow one to achieve this effect. Mechanical squeezing of moisture during electrical heating allows to reduce the time of subsequent drying of raw material without form (in the well-known method, drying with hot air in closed forms lasts 8-14 times proposed - electrocution for 15-20 minutes and subsequent drying 1.5-2.0 hours) . In this method, heating the moldable mass to 80-95 ° C is a prerequisite for better foaming of the polystyrene. At temperatures below 80 ° C, polystyrene does not fully melt, and the upper 95 ° C should not exceed the boiling water temperature, which leads to loosening of the structure of the raw material when vapor escapes through perforation of the form. The specified temperature range is obtained by varying the network voltage. autotransformer. The electric heating takes 1520 minutes. The indicated time is optimal for obtaining high-quality structural and thermal insulating refractory products with high strength of the transition layers due to the incorporation of particles of thermal insulating layers into dense and better adhesion of different-density layers. When electric heating in less time (less than 15 minutes) polystyrene has time to react completely. This leads to insufficient compaction of the mass and incomplete removal of shrinkage moisture through the liquid phase. Raw does not have sufficient strength to transport. Then, when drying, further residual foaming of polystyrene occurs, resulting in unacceptable cracks and even fracture of the product. Electric heating for more than 20 minutes is impractical, since polystyrene has reacted completely and shrinkage moisture is removed, and further electrical treatment of the masses in a closed volume leads to the formation of steam, the output of which is difficult. The rate of vaporization in the volume of raw material begins to exceed the rate of squeezing moisture from the mass, as a result, the vapor pressure rises, destroying the structure of the raw material, and also the turnover of the mold is delayed and the energy consumption increases. A solution of the molding mass of the heat insulating layer is prepared with polystyrene previously suspended in 5-12 minutes. Incomplete foaming of polystyrene for a specified time is necessary so that the potential forces needed to consolidate the masses and create a transitional layer of reliable interlocking of the different-density layers remain in the polystyrene grains. Preliminary subfoaming of polystyrene for less than 5 minutes leads to the fact that there is an extrusion of the refractory mass through the perforation of the mold due to excessive internal efforts developed during the expansion of polystyrene granules. As a result, the raw material after stripping is obtained with cracks and shells, which is unacceptable. When polystyrene is foamed for more than 12 minutes, the intumescent forces of the granules weaken, which leads to insufficient compaction of the layers, some deterioration in the penetration of the particles of the heat insulating layer into dense ones, as a result of which the joint strength of the AND layers in the whole product decreases. After the end of the electric heating, the newly formed raw materials have clear geometric edges and compressive strength of 0.5-0.6 MPa. Subsequent drying of raw materials without forms is carried out with hot air at 120125 ° C for 1.5-2.0 hours to a residual moisture content of 3%. Drying below 120 ° C leads to a lengthening of the cycle, over 125 ° C - to the formation of microcracks. Drying time is determined by the residual moisture of the mass. Drying less than 1.5 hours leads to an increase in the percentage of residual moisture, and more than 2 hours is impractical. In the examples, the following materials are used: technical unmilled alumina GK, technical ground alumina GK | beaded polystyrene, fractions No. 5. Example 1. Prepare a molding mixture of dense (refractory) clay of the following composition, weight,%: technical unmilled alumina 60; technical ground alumina 40. The moisture content of the prepared mass is 3540%. The average density of the dense layer is 1900-2200 kg / m. Thermal insulation layer of the following composition, wt.%: Technical ground alumina 100; pre-suspended polystyrene for 5 minutes - 8 in excess of 100%. Polystyrene, previously suspended in a water bath for 5 minutes, is poured into the paddle mixer, moistened with water and stirred for 2 minutes, then ground alumina is added and mixed for 3 minutes. The humidity of the prepared mixture is 40-45%. The average density of the mixture is 700-750 kg / m. A dense layer is placed in the perforated form, then heat insulated. The mold is covered with a lid, an alternating current of 50 Hz is applied to the plate electrodes and heated for 20 minutes. Then, the raw materials are dismantled and dried at 120-125 ° C for 1.5-2 hours. The strength of the raw material is 0.5-0.6 MPa. Raw burn at 1600 ° C. Example 2. Technologists of example 1, but polystyrene was used subfoamed for 8 minutes. The heating was carried out for 18 minutes. Example 3. The processors of Example 1, but polystyrene was used sub-foam for 12 minutes, electrical heating was carried out for 15 minutes. The products after firing at 1600 ° C retain their shape, so they are not subjected to grinding and cutting. Structure of the material The contact of the layers is blurry with variable density. Spherical pores have sizes of 25-1600 microns, the prevailing dimensions of 300-700 microns (figure 2). The table shows the main physicotechnical properties of structural thermal insulating corundum products. As can be seen from the table, the proposed method allows a 75-80% reduction in the duration of heat treatment in a closed perforated form, which leads to a reduction in cycle time by 3-3.5 times. The proposed method of manufacturing structural thermal insulating corundum products has a simple production scheme, by adjusting the density, it is possible to determine the basic working properties of the products.

Claims

METHOD FOR PRODUCING REFRACTORY PRODUCTS by mixing powder of refractory material with polystyrene granules, placing the mixture in a closed perforated form, heating, stripping and roasting raw materials, characterized in that, in order to obtain structural and heat-insulating products with porosity controlled by cross-section, while reducing the process when placed in a mold, the layers of the mixture and refractory material alternate, and heating is carried out by currents of industrial frequency 50 Hz for 15-20 minutes.

808011 ^{,, D} AS