Сырьевая смесь для приготовления огнеупорного бетона

 

Изобретение относится к огнеупорным материалам, применяемым для тепловых агрегатов непрерывного и периодического действия, в частности для тепловой защиты агрегатов конверсии углеводородных газов. Сырьевая смесь, включающая корундовый заполнитель, высокоглиноземистый цемент и добавку, при этом она в качестве добавки содержит алюминиевую пудру, гидроокись магния и перманганат калия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%: высокоглиноземистый цемент 20- 25, гидроокись магния 0,2-5, алюминиевая пудра 0,2-5, перманганат калия 0,5-2.5, корундовый заполнитель - остальное. Все компоненты перемешивают в лопастном смесителе в течение 3-4 мин. Затем добавляют воду и вновь перемешивают до получения однородной массы. После этого полученную смесь подвергают тепловлажностной обработке. Изобретение позволяет получить огнеупорный бетон с повышенной термостойкостью, прочностью, низкой теплопроводностью . Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 04 В 35/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) МыиЮзущ

ТЯГ"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5017396/33 (22) 12.07.91 (46) 23.06.93. Бюл. hk 23 (71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза (72) Э.Г. Вакк, Е.Д, Завелев, Т.П. Вьюгина, Н.А. Бухарова, Т.И. Савельева, А.В, Фисенко, Ю.М. Еловский и P.Ñ. Ахмадеев (73) Государственный научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза (56) Авторское свидетельство СССР

hk 773028, кл. С 04 В 35/10, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N 885209, кл, С 04 В 35/10, 1980. (54) СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО БЕТОНА (57) Изобретение относится к огнеупорным материалам, применяемым для тепловых аг,Изобретение относится к огнеупорным материалам. применяемым для тепловых агрегатов непрерывного и периодического действия, в частности для тепловой защиты агрегатов конверсии углеводородных газов.

Целью изобретения является повышение термостойкости и прочности в высокотемпературной среде.

Поставленная цель достигается тем, что сырьевая смесь. включающая корундовый заполнитель, высокоглиноэемистый цемент и добавку, в качестве добавки содержит алюминиевую пудру. гидроокись магния и

„„. Ж„„1823869 АЗ регатов непрерывного и периодического действия, в частности для тепловой защиты агрегатов конверсии углеводородных газов.

Сырьевая смесь, включающая корундовый заполнитель, высокоглиноземистый цемент и добавку, при этом она в качестве добавки содержит алюминиевую пудру, гидроокись магния и перманганат калия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.$: высокоглиноземистый цемент 2025, гидроокись магния 0,2-5, алюминиевая пудра 0,2-5, перманганат калия 0,5-2,5, корундовый заполнитель — остальное. Все компоненты перемешивают в лопастном смесителе в течение 3-4 мин. Затем добавляют воду и вновь перемешивают до получе"ния однородной массы, После этого полученную смесь подвергают тепловлажностной обработке. Изобретение позволяет получить огнеупорный бетон с повышенной термостойкостью. прочностью, низкой теплопроводностью. перманганат калия tlpH следующем соотношении компонентов в смеси. мас,Q:

Высокоглиноэемистый цемент 20-25

Гидроокись магния 0.2 — 5

Алюминиевая пудра 0,2 — 5

Перманганат калия 0,5-2,5

Корундовый заполнитель Остальное

Бетон, изготовленный из предлагаемой сырьевой смеси, обладает (по сравнению с известными) повышенной термостойкостью низкой теплопроводностью, меньшими сроками изготовления.

1823869

Предлагаемая сырьевая смесь предназначена, в основном, для изготовления огнеупорно о be rona, применяемого для футеровки аппаратов конверсии углеводородных газов. Эти аппараты загружены никелевыми катализаторами и работают при температурах 1100-1400 С и давлении 2040 атм. Огнеупорный бетон, применяемый в этих условиях при наличии агрессивной среды (пары воды под давлением, СО, COz. Н2, СН4). должны обладать высокой химической стойкостью, устойчивостью к действию высоких температур, термической стойкостью, высокой механической прочностью. Кроме того в его составе не должно находиться соединений являющихся ядами для никелевых катализаторов, приводящих к их отравлению и разрушению в укаэанных условиях эксплуатации. К тому же срок твердения и сушки бетона должен быть непродолжительным, что позволит сократить время вывода агрегата на режим и в конечном итоге сэкономить сырьевые и энергетические ресурсы.

При разложении перманганата калия при температуре порядка 250 С, т.е. при выводе агрегата на режим, выделяется атомарный кислород.

mKMn04 и02+ rnMnxQy+ — — К20, fTl котогый, реагируя с алюминием, образуе

",ктивную форму окиси алюминия:

4А1+ 3Oz = 2МОз, которая в свою очередь, взаимодействуя с гидроокисью магния, образует шпинель

MgOxAIZ0a(MgAlZ04) AlZO3 +

+Mg(OH)z =- MgAIzO4 - Hz0

Кроме магнийалюминиевой шпинели, возможно образование марганецалюминиевой шиинели:

AlzOg+ л1иО = MnAlz04

Образовавшиеся шпинели в свою очередь обладают повышенными термическими свойствами. Они в сочетании с другими компонентами сырьевой смеси — цементом и корундом — дают резкое повышение термической стойкости и снижение теплопроводности, Кроме того при реализации предложенного соотношения добавки, цемента и корунда н процессе ириго овления бетона происходит быстрое "схватывание" и твердение. Это обусловлено наличием щелочного компонента в смеси, что приводит к повышению рН (щелочности) среды и таким образом к ускорению процесса твердения цемента, Кроме того, предложенная сырьевая смесь требует меньшего количества введения воды для гидратации, что позволяет ускорить процесс сушки бетона. Увеличение

10 же пористости приводит к снижению теплопроводности бетона. А это в свою очередь приводит к снижению потерь тепла в окружающую среду. что дает экономию отопительного газа.

Соотношение компонентов в добавке является следствием необходимости и достаточности полного превращения исходных веществ в конечный продукт — шпинели, Алюминиевая пудра. в отличие от водора20 створимых соединений алюминия, наряду с вышеуказанными реакциями превращения способствует снижению температуры синтеза этих шпинелей. Кроме того, чистая алюминиевая пудра не содержит нежелательных примесей, вредных для самого процесса конверсии углеводородов. Введение ее в сырьевую смесь менее 0,2 недостаточно для образования приготовленного бетона. Содержание же ее в смеси более 5;(, вызывает значительное разрыхление структуры материала и потере его механической прочности вследствие того, что объем образующихся шпинелей больше объема исходных веществ, Наличие гидроокиси магния, а также ее нижний и верхний пределы полностью соответствуют достижению положительного эффекта ири введении алюминиевой пудры для образования шпинелей и лимитируется

40 содержанием других компонентов. Кроме того, соединения магния сами по себе являются компонентами для придания материалу прочности, Перманганат калия введен в сырьевую

45 смесь, как указывалось, для образования атомарного кислорода, способного связывать компоненты добавки с образованием шпинелей и в то же время снижать пористость бетона. Его процентное содержание в смеси является необходимым и достаточным для протекания укаэанных превраще-. ний, т,е, меньшее его количество не приводит к достижению неожиданного положительного эффекта, а избыток сверх

2,5 является балластом. что не приводит к дополнительному эффекту.

В качестве связующего в смеси используется высокоглиноэемистый цемент ТУ б03-339-78 (содержание AlzO. - 80;ь). При введении его в сырьевую с лес 20,(. ениду

1823865 недостаточного количества цементного теста. необходимого для образования однородной массы, снижается механическая прочность огнеупорного бетона, повышается срок его сушки за счет испарения большего количества воды при гидратации цемента, а введение его в смесь более 25;(, приводит к уменьшению термостойкости бетона в результате уменьшения трещиностойкости цементного камня, Введение в сырьевую смесь заполнителя корундового состава с содержанием

А!20э не менее 95 лимитируется содержанием других компонентов. Уменьшение его содержания в шихте значительно удорожает стоимость бетона, а увеличение содержания понижает механическую прочность и термическую стойкость. В качестве корундового заполнителя можно использовать корунд различных марок, а также смесь его с отходами промышленных катализаторов конверсии углеводородов, содержащих в своем составе AI20g также 95 .

Изготовление огнеупорного бетона из предлагаемой сырьевой смеси исключает стадию обжига. Вышеуказанные превращения с образованием шпинелей происходят непосредственно при выводе теплового агрегата на рабочий режим.

Сырьевую смесь готовят следующим образом.

Вышеуказанные компоненты перемешивают в лопастном смесителе в течение

3-4 мину . Затем добавляют воду и вновь перемешивают до получения однородной массы, После этого полученную смесь подвергают тепловлэжностной обработке, Прокалку бетона осуществляют при выводе агрегата на рабочий режим при температуре до 1300 С.

По предложенному и известным составам были изготовлены образцы и испытаны согласно-существующим методикам.

Пример 1. Для приготовления сырьевой смеси смешивают, мас.%:

Алюминиевая пудра 0,2

Гидроокись магния 0,2

Перманганат калия 0,5

Высокоглиноэемистый цемент 20

Заполнитель корундового состава (чистый эл е к1 рокорунд) 79,1

Затем смесь укладывают в форму и уплотняют вибрированием.

Полученные иэделия подвергают тепловлажностной обработке при температуре

70-75"С, разбирают Формы, иэделие сушат при 70-75 С, разбирают Формы, иэделиесу23 шат при 105-110"С, эател обжи аю1 при температуре 1300 С.

Механическая прочность бетона. т.е. предел прочности при сжатии 85 МПа.

5 Термическая стойкость — 70 теплосмен после термообработки при 1350 С (1350 С вЂ” вода), пористость 31, коэффициент теплопроводности 1,35 Вт/ С.

Срок твердения бетон 3-е суток. Срок

10 сушки бетона 70 часов.

П р и и е р 2, Сырьевую смесь готовят аналогичным образом. Соотношение компонентов следующее, мас.7(,:

Алюминиевая пудра 4

15 Гидроокись магния 4

Перманганат калия 1.5

Цемент высокоглинозем истый

Заполнитель корундо20 вого состава 67,5 (70 электрокорунда

+ 30% отход катализатора ГИАП-14 состава

Cr>Оэ. ост. — А 20 )

25 Предел прочности при сжатии 90 МПа, Термическая стойкость 75 теплосмен. Пористость 32 О/, коэффициент теплопроводности 1,3 Вт/час С, Срок твердения бетона 3 суток. Сро сушки бетона 75 ч.

30 П р и л е р 3. Сырьевую смесь готовят аналогичным образом. оотношение компонентов, мас. :

Алюминиевая пудра 5

Гидроокись магния 5

35 Перманганат калия ?,5

Цемент высокоглиноэемистый 25

Заполнитель корундового состава (70% электро40 корунд+ 20 отход катализатора ГИАП-3-6Н состава М 1 — 0.4 — 8, ост, — А)гОэ) 62,5

Предел прочности при сжатии 95 МПа.

Термическая стойкость 80 теплосмен.

45 Пористость 30, коэффициент теплопроводности 1,4 Вт/ч С.

Срок твердения бетона 3-е суток, Срок сушки бетона 80 ч, Составы и физико-механические пока50 зэтели образцов бетона, приготовленного иэ известной и предлагаемой сырьевой смеси, приведены в таблице, там же указаны значения параметров вне заявленных соотношений компонентов, 55 Формула изобретения

Сь рьевая смесь для приготовления огнеупорного бетона. включающая корундовый заполнитель, высокоглиноэемистый цемент и гидроокись металла, о т л и ч а ющ а я с.я тем, что, с целью повышения

1823869

20-25

0.2 — 5

0.2-5

0.5-2,5 термостойкости и прочностй, она содержит гидроокись магния и дополнительно алюминиевую пудру, и перманганат калия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.ф 5

Высокоглиноземистый цемент

Гидроокись магния

Алюминиевая пудра

Пермангэнат калия

Корундовый заполнитель

Остальное

П име ы

Составы и свойства

Запредельные зна чения прототип

Срстэвы, мас.

1. Алюминиевая пудра

2. Гидроокись магния

3. Пермэнгэнат калия

4. Высокоглиноземистый цемент

5. Корундовый заполнитель

Свойства

1. Термостойкость число теплосмен /1300 С-вода/

2. Предел прочности при сжатии

/после обжига при 1300 С/, МПа/

3. Пористость. ф, 4. Коэффициент теплопроводности, ВТ/чэс С

5. Срок твердения, сутки/ по на. ору прочности-80 /

6. С ок с шки час

0,2

0,5

0,2

79,1

0,1

0,3

0,1

84.5

3

5

2.5

62,5

1,5

23

67,5

18

75

10

73

18-20

77

1,35

1,4

1,3

1,55

1,5

90

80

75

70

100

Составитель О. Моторина

Техред М.Моргентал Корректор С. Патрушева

Редактор Н, Козлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5