Огнеупорная масса для футеровки тепловых агрегатов
Владельцы патента RU 2530935:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ ДАГЕСТАНСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (RU)
Изобретение относится к огнеупорной промышленности. Оно может быть использовано для выполнения защитных обмазок, а также монолитных футеровок высокотемпературных тепловых агрегатов. Технический результат изобретения - повышение термостойкости и механических свойств. Огнеупорная масса для футеровки тепловых агрегатов включает электрокорунд, высокоглиноземистый цемент, цирконовый концентрат, водный раствор полисиликата натрия с силикатным модулем 6,5 при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Изобретение относится к огнеупорной промышленности. Оно может быть использовано для выполнения защитных обмазок, а также монолитных футеровок высокотемпературных тепловых агрегатов.
Известна огнеупорная масса, включающая электрокорунд, цемент высокоглиноземистый и двуокись циркония [1].
Недостатком этой массы являются невысокие значения механической прочности и термостойкости, которые приводят к отслаиванию и растрескиванию защитной обмазки и огнеупорного монолита.
Наиболее близкой является огнеупорная масса [2], включающая, масс.%:
Электрокорунд | 67-88.5 |
Цемент высокоглиноземистый | 5-10 |
Циркон | 5-20 |
Водорастворимое соединение алюминия | 1.5-3 |
Недостатком этой массы являются низкие термостойкость, прочность при сжатии и изгибе.
Повышение этих показателей огнеупорной массы достигается тем, что она дополнительно вместо водорастворимого соединения алюминия содержит водный раствор полисиликата натрия, в вместо циркона - цирконовый концентрат при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Электрокорунд | 65-87.5 |
Цемент высокоглиноземистый | 5-10 |
Цирконовый концентрат | 5-20 |
Водный раствор полисиликата натрия | 2.5-5 |
Полисиликат натрия с модулем 6.5 получали в лабораторных условиях согласно пат. 2124475 путем взаимодействия силиката натрия с диоксидом кремния при 95°C. При этом взаимодействие осуществлялось путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16 масс.% гидрозоля диоксида кремния, которые брали в соотношении 1:1.5 соответственно, с последующей выдержкой 0.5 ч.
В качестве цирконсодержащего компонента нами выбран цирконовый концентрат, имеющий следующий химсостав, масс.%: SiO2 - 34,1; Al2O3 - 1,5; Fe2O3 - 0,21; CaO - 0,1; MgO - 0,1; ZrO2 - 63,4; ТiO2; прочие примеси - 0,39.
Массу приготавливали в следующей последовательности. Вначале водный раствор полисиликата натрия перемешивали совместно с высокоглиноземистым цементом до получения однородной смеси. Затем в полученную смесь вводили цирконовый концентрат и электрокорунд при непрерывном смешивании до получения однородной массы.
Из огнеупорной массы для испытания изготавливались образцы разных составов, приведенные в табл.1.
Испытания образцов на термостойкость проводились по ГОСТ, результаты которых приведены в табл.2.
Таблица 1 | ||||||
Составляющие массы | Состав масс, масс.% | |||||
известный | предлагаемый | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Злектрокорунд | 85 | 77 | 67 | 87.5 | 75 | 65 |
Высокоглиноземистый цемент | 5 | 10 | 10 | 5 | 10 | 10 |
Циркон | 5 | 10 | 20 | - | - | - |
Цирконовый концентрат | 5 | 10 | 20 | |||
Сернокислый алюминий | 5 | 3 | 3 | - | - | - |
Водный раствор полисиликата натрия с модулем 6,5 | 2.5 | 5 | 5 |
Таблица 2 | ||||||
Свойства масс | Показатели | |||||
известный | предлагаемый | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Предел прочности при сжатии необожженных образцов, МПа | 8.93 | 3.46 | 11.0 | 13.09 | 5.05 | 14.88 |
Предел прочности при сдвиге необожженных образцов, МПа | 1.96 | 3.16 | 2.34 | 2.94 | 4.34 | 3.21 |
Предел прочности при сдвиге обожженных образцов при 1650°C, МПа | 3.72 | 3.52 | 4.48 | 5.67 | 5.13 | 6.56 |
Термостойкость теплосмен (1500°C-20°C вода) | 4-8 | 4-8 | 4-8 | 6-12 | 7-13 | 7-14 |
Анализ результатов, приведенных в табл.2 показывает, что введение композиции из цирконового концентрата и полисиликата натрия с модулем 6.5 в состав огнеупорной массы существенно повышает прочность и термостойкость огнеупорного материала на их основе.
Преимущество композиции из цирконового концентрата и полисиликата натрия заключается в их способности превращаться в устойчивые фазы при высоких температурах. На рентгенограммах этих композиций, нагретых до 1600°C, обнаружены линии, интенсивность которых соответствует в основном диоксиду циркония ZiO2 (dA - 3.69; 3,78; 2,86), силициду циркона ZrSi2 (dA - 3,75; 2,63; 2,36), и кристобалиту SiO2 (dA - 4.10). Аморфный кремнезем, образовавшийся из полисиликата натрия, при высоких температурах переходит в кристобалит.
При смешивании и формовании изделий на основе этих циркон-силикат-натриевых композиций формируется специфическая пространственная структура, характерной особенностью которой является локальность контактных омоноличивающих швов, т.е. отсутствие сплошного шва.
Такая схема омоноличивания обеспечивает, с одной стороны, высокую прочность структуры, а с другой стороны, локализует распространение трещин. Последнее очень важно для огнеупорных материалов, работающих в условиях циклических теплосмен, так как способствует повышению термостойкости, что подтверждается результатами опытов, приведенных в табл.2.
Повышение содержания водного раствора полисиликата натрия сверх приведенных в табл.1 значений, приводит к снижению прочности при нагреве за счет повышения содержания Na2O, входящего в состав полисиликата натрия, которая, являясь плавнем, снижает огнеупорность, а также приводит к образованию сплошных швов, т.е. контактная схема переходит в объемную схему омоноличивания, а это, в свою очередь, приводит к снижению термостойкости (см. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988).
1. Патент Японии №29-4640, кл. 20 B4, 1954.
2. Авторское свидетельство СССР №540843, кл. C04B 35/10, 1976.
Огнеупорная масса для футеровки тепловых агрегатов, включающая электрокорунд, высокоглиноземистый цемент, отличающаяся тем, что взамен водорастворимого соединения она содержит водный раствор полисиликата натрия с силикатным модулем 6,5, а в качестве цирконсодержащего компонента - цирконовый концентрат, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Электрокорунд | 65-87.5 |
Цемент высокоглиноземистый | 5-10 |
Цирконовый концентрат | 5-20 |
Водный раствор полисиликата натрия | 2.5-5 |