Способ изготовления огнеупорных изделий

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЯ путем прессования . массы, включающей аэросил, модифициФованньй аммиаком или его органопроизводными , и утлеродсодержащее кварцевое стекло, сушки, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения технологии и получения крупногабаритных легковесных изделий с высокой мез а№1ческой прочностью и низкой теплопроводностью , в массу дополнительно вводят кварцевое волокно и изделия прессуют из массы, содержащей,мае.%: АэрОСЛЛ, М.ОДИФИЦИ1рованн1 й . аммиаком или органопроизводными 76-89,7 tf) Углеродсодержащее . кварцевое стеклоЮг20 С Кварцевое волокно О,3-4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09 (11) эмв

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3315498/29-33 .(22) 06.07.81 (46) 15.12.84. Бюл. № 46 (72) И.Ф. Ииронюк, В.М. Огенко, . М.И. Хома, В.И. Ватаманюк, П.С. Кислый, Л.П. Смык, С.т. Вовку

Б;И. Бойчук, А.С. Николаев и А.А. Чуйко (71) Специальчое конструкторско-тех нологическое бюро Института физической химии им. Л.В. Писаржевского, и Калушское производственное объеди- йенйе "Хлорвинил" им.60-летия Вели(кой Октябрьской социалистической революции (53) 666. 763.3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 755239, кл. С 04 В 35/T4s 1980.

2. Авторское свидетельство СССР № 996389, кл. С 04 В 35/14, 1981 (прототип) . (54)(57). СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛ Щ путем прессования массы, включающей аэросил, модифицн. рованный аммиаком или: его органо-.

I производными, и углеродсодержащее кварцевое стекло, сушки, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения технологии и получения крупногабаритных легковесных изделий с высокой меаьнической прочностью и низкой теплопроводностью, в массу дополнительно вводят кварцевое волокно и иэделия прессуют из массы, содержащей,мас.X: Аэроспл, модифици,;рованный,аммиаком или оргайопроизводными 76-89,7

Углеродсодержащее, кварцевое стекло 10-, 20

Кварцевое волокно О,3-4

1 1129

Изобретение относится к получению легковесных материалов на основе двуокиси кремния, которые могут применяться для изготовления элементов тепловой или коррозионной защиты в химическом машиностроении, металлургии, криогенной технике. Известен способ получения пенокварцевой керамики путем смешения суспензии кварцевого стекла с пенообразователем и дальнейшим формова.нием из полученной пеномассы отливок, их сушки и спекания. Для снижения плотности в состав суспензии вводят добавки сульфата аммония и водный раствор поливинилового спирта. .Спекание керамики осуществляют при температуре 1280-1320 С Я, Недостатками способа являются сложность технологического приготовления пеномасс, а также невысокие теплоизоляционные и прочностные характеристики материала, обусловленные его пористой структурой.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления огнеупорных изделий путем прессования заготовок объемом 40-100 см иэ порошкообразной массы, включающей аэро.

30 сил, модифицированный аммиаком или его органопроизводными, и углеродсодержащее кварцевое стекло, и сушки (2) .

Недостатками укаэанного способа являются невозможность .непосредственного формования из пирогенной двуокиси кремния — аэросила, обработанного . аммиаком или его органопроизводными, объемных легковесных теплоизоляцион- 4О ных изделий с повышенной механической .прочностью и низкой теглопроводностью ,I так как при высушивании формовок, полученных прессованием увлажненнои шихты, возникают поверхностные силы, 45 .стягивающие частицы друг к другу,что в целом приводит к усадке и растрескиванию заготовок. Кроме того, фор-: мовки имеют недостаточно высокую степень интегральной черноты (0,30,45) и являются прозрачными для

ИК-лучей, особенно в интервале длин волн 4-0,5 мкм,. поэтому легковесные формовки характеризуются недостаточно низкой теплонроводностью при температурах выше 500 С, а также сложностью технологии, предусматривающей обжиг заготовок.

192 2

Цель изобретения - упрощение тех= нологии и получение крупногабаритных легковесных изделий с высокой механической прочностью и низкой теплопроводностью.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления огнеупорных изделий путем прессования массы, включающей аэросил, модифицированный аммиаком или его органопроизводными, и углеродсодержащее кварцевое стекло, сушки, в массу дополнительно вводят кварцевое волбкно и изделия прессуют .из массы, содержащей, мас.7:

Аэросил, модифицированный аммиаком или

его органопроизводными 76-89,7

Углеродсодержащее ,кварцевое стекло 10-20

Кварцевое волокно 0,3-4

В качестве пирогенной двуокиси используют предпочтительно высокодисперсную двуокись кремния — аэросил. Удельная поверхность частиц 150-400 м fr. Обработку двуокиси кремния аммиаком или его органопроизводными осуществляют как парофазным,. так и жидкофазным методами. Такое модифицирование двуокиси кремния можно осуществлять перед смешением компонентов или непосредственно на стадии замешивания шихты.

В результате парофазной или жидкофазной обработки аммиак или амин посредством водородной связи взаимо действует с гидратно-гидроксильным ,покровом 8 0 и образует гидро/окиси аммония или органоаммония.

Адсорбированные молекулы носят основной- характер и способствуют в случае увлажнения порошков поверхностному растворению двуокиси кремния и образованию кремнекислоты. При высушивании опрессованных изделий происходит обратный процесс — цолимеризация кремнекислоты, которая "сшивает" частицы двуокиси кремния в местах их соприкосновения, а это увеличивает механическую прочность материала.

Введение в состав шихты кварцевого волокна устраняет растрескиваниеC получаемого легковесного материала и улучшает формование. Снижение концентрации кварцевого волокна

1129192

3. г ниже 0,3% нерационально, так как при неравномерном распределении волокон возможно образование участков или объемов, не содержащих волокнистой добавки. Повышение. содер- 5 жания волокна выше 4 мас..Х: ухудшает процесс формования, так как Hs-çà упругого последствия происходитрасслаивание,прессовок.

Используемое в качестве добавки !

О углеродсодержащее стекло получают спеканием в инертной атмосфере пористых аэрогелей; пропитанных газообразными органохлорсиланами— диметилдихлорсиланом, триметилхлорсиланом. При спекании происходит пиролиз углеводородных радикалов.

Образующийся углерод равномерно распределяется в объеме спеченного стекла. В зависимости от концен- 20 трации капсулированного углерода меняется степень черноты кварцевого стекла и может составлять

0,6-0,85 соответственно при

0,5-3% веса углерода. Углеродсодержащее кварцевое стекло, обладая . высокой степенью черноты на уровне известных теплоотражающих добавок, имеет наименьшую удельную плотность (p = 2,22 г/см ) и не 30 вызывает кристаллизацию высокодисперсной кремнеземной составляющей а при температуре 90" 1100 С. Тогда как известные добавки, особенно окислы железа, карбид кремния, вызывают кристаллизацию Sioz уже при температуре 800-900 С, тем самым о снйжая прочностные свойства материала.

Увеличение содержания тонкоиз- 40 мельче»»ного углеродсодержащего кварцевого стекла в шихте выше 20Х нецелесообразно. в связи с утяжелением материала. Уменьшение содержания углеродсодержащего стекла ниже 10% 45 малоэффективно для достижения поставленной цели.

Пример -1. Двуокись кремния —. аэросип марки А 380 (удельная поверхность 388-м /г) запари- вают 1 ч в электрообогреваемом: о реакторе аммиаком при 350 С и. давлении О, 2="кг /см - ..

Приготовленные компоненты—

76 мас.% двуокиси кремния, 20% тонкоизмельченного (размер частиц 0,55 мкм) углеродсодержащего кварцевого стекла с интегральной степенью черноты 0,85, 4 мас.Х супертонкого штапельного кварцевого волокна загружают в высокооборотный смеситель, в который при непрерывном перемешивании массы вводят 40 мас.X по отношению к твердым частицам дистиллированной воды. Увлажненную массу при помощи разборной пресс-фор мы прессуют под давлением 20 кг/см .

Отформованные прессовки размером

40,0 ° 40,0 ° 5 см сушат в камерной сушилке при 120 С 10 ч. Высушенный легковесный материал имеет гомогенную тонкодисперсную структуру.

Пример 2. 83 мас.% двуокиси кремния аэросила марки. А-300 (удельная поверхность 306 м /г), 15 мас.Х тонкоизмельченного углеродсодержащего кварцевого стекла с интегральной степенью черноты

0,82 м, 2 мас.X супертонкого штапельного кварцевого волокна загружают в высокооборотный смеситель,в который при непрерывном перемешивании массы вводят 40 мас.Х по отношению к твердым частицам водного раствора аммиака (рН = 10,5).

Увлажненную массу при помощи разборной пресс-формы прессуют под давлением 30 кг/см .Отформованные прессовки 50,50" 5 см сушат в камерной сушилке при 105 С 14 ч.

Высушенный легковесный материал имеет гомогенную тонкодисперсную структуру.

55

Полученный материал обладает повышенной температурной устойчивоо стью. Нагрев материала до 1100 С не приводит к изменению размеров прессовок из-за миграции. частиц.

Такая высокая температурная устойчивость материала связана с образованием в.процессе:сушки проч-, ной. связи между частицам»» SiO< в виде перемь»чек.

Пример 3. 89,7 мас Х двуокиси кремния аэросила марки Л,-175 (удельная поверхность 172 м /г), 10 мас.% тонкоизмельченного углеродсодержащего кварцевого стекла . с интегральной степенью черноты

0,85, 0,3 мас.Х супертонкого штапельного кварцевого волокна загружают в высокооборотный смеситель, в который .при непрерывном перемет»ванин массы вводят 40 мас.Х по

3 отноаению к твердью частицам водного раствора этилендиамина (рн 9,5),,Увлааненную массу при помощи разборной пресс-Формы прессуют под давлением 50 кгlсмз. ОтФормоМнные .прессовки 20 10 5 см суват в камерной сушилке при 105 С

14 ч.

1129192

В таблице приведены характеристики материалов, полученных предлагаемым способом.

Такни образом, способ позволяет без спекания формовок получать легковесный материал с повышенной механической прочностью и предельяо низкой теплопровоцностью.

1129192 о о

О ц 5

О 1- Р, !!! CR и о д

М ооо О

I цР

I 1

I 1

1 1

1 О о

< 3

t ф CÎ

С С ). о о л л о

О о

3.

h4

О сЧ t °

I Н 1

1 g t0

Ж О

Р л

1 дп

oz ев v ..й .14

1 3 93

1,I 1

1 н.и

v o о д. и й "

О Д V

Д Q

1 Ц

) e

О лвч

ОМХ

6 5 аф е3 и

М !!! Х о м

CV л» л

Ch

1! o.

o,w9o.!

ФФд8и

„" ф ЦХ д О ! cII а 5 ! А1. °:, а!! 1O, О! el!It О

Ц Фь Р !4 Ю

a"! ц 4 е.R. å !.

Ы!.й О Ф Ю f» М и Ef gf v )

6,Ф sII I ! O и ttt eC k л в л л л о о о ф с4 л о о о л л л ° о о о сО б б о о о л л a 1 о о о о о о

СЧ e CO о о о о ф е

Ф, сО

1 ь о о о о а о о сч о ф % °

1О Ч. > С

ФЪ 3 Ф о о о

1 о о о

CV С Ъ tf!. л

-э .cv о