Состав шихты для изготовления высокопористой керамики
Использование: для изготовления негорючих и коррозионно-стойких тепло - и звукоизолирующих материалов. Сущность изобретения: состав шихты включает, мас. %: вспученный вермикулит и молотый шлак металлургических производств при следующем соотношении компонентов: фракция Ф1 из исходного вермикулита с размером частиц 1-10 мм - основа (60-30); фракция Ф2 из молотого вермикулита с размером частиц от 0,15 до 0,40 от фракции Ф1 - 12-15; фракция Ф3 из молотого вермикулита с размером частиц от 0,15 до 0,40 от фракции Ф2 - 2,5-7,5; фракция Ф4, состоящая из частиц молотого шлака металлургических производств с размером частиц от 0,15 до 0,40 от фракции Ф3 в количестве от 2,5-15; жидкое стекло 13-20; отверждающий агент - 10-12,5. Характеристика: плотность 180-220 кг/м3, теплопроводимость 0,05-0,07 Вт/м.к. 1 табл.
Изобретение относится к производству высокопористой керамики и может быть использовано для изготовления негорючих и коррозионно-стойких тепло- и звукоизолирующих материалов.
Получение высокопористой керамики с минимальным значением теплопроводности представляет значительные трудности, для преодоления которых предложены различные технологические решения, в том числе связанные с изготовлением шихты определенного состава. Так, в а. с. СССР N 1604789, опубликованном 07. 11. 90 г. предлагается следующий состав шихты, жидкое стекло 30-45; вспученный перлит 40-45; цементная пыль 5-20; шлак металлургических производств остальное. Наиболее близким к изобретению является техническое решение, защищенное а. с. СССР N 1601089, опубликованное 01.08.90 г. в котором материал содержит всученный вермикулит фракции 1-10 мм (фракция Ф1, основа), жидкое стекло (19-25 мас.) и отверждающий агент (15-16 мас.). Недостатком изобретения является высокая теплопроводность. Целью изобретения является снижение теплопроводности материала. Цель достигается за счет дополнительного введения в шихту: молотого вспученного вермикулита (фракция Ф2) с размером частиц от 0,15 до 0,40 от размера частиц фракции Ф1 в количестве от 20 до 50 мас. от фракции Ф1; молотого вспученного вермикулита (фракция Ф3) с размером частиц от 0,15 до 0,40 от размера частиц фракции Ф2 в количестве от 20 до 50 мас. от фракции Ф2; молотого шлака металлургических производств (фракция Ф4) размером частиц от 0,15 до 0,40 от размера частиц фракции Ф3 в количестве от 100 до 200 мас. от фракции Ф3 при следующем соотношении компонентов, Фракция Ф1 60-30 Фракция Ф2 12-15 Фракция Ф3 2,5-7,5 Фракция Ф4 2,5-15 Жидкое стекло 13-20 Отверждающий агент 10-12,5Использование в качестве основной фракции частиц вспученного вермикулита размером 1-10 мм объясняется тем, что при указанных размерах обеспечивается получение максимальной степени вспучивания и максимальной плотности материала в свободно насыпанном состоянии. Однако при таких геометрических размерах частиц материалов размеры пор таковы, что в механизме теплопроводности значительную роль играет конвекция, т. е. перемещение теплового потока за счет перемещения газовой среды, заключенной в порах. Вместе с тем из теорий теплопроводности известно, что при размерах частиц порядка 50 мкм фактор конвекции сводится к минимуму, однако при этом важную роль играет фактор передачи тепла непосредственно через твердую фазу. Экспериментально было установлено, что совместное использование указанных выше компонентов в заявленных соотношениях и размерах частиц дает возможность заполнять поры более крупной фракции частицами более мелкой фракции и получать устойчивую смесь, не разделяющуюся на отдельные фракции в процессе проведения технологических операций. Если, например, заполнить поры фракции со средним размером частиц 1-10 мкм частицами размером 0,03-0,07 мм без использования частиц промежуточного размера, то полученная смесь легко разделяется на отдельные фракции, более мелкие частицы не удерживаются в крупных порах, значительно превышающих их по размерам. Вместе с тем экспериментально было обнаружено, что получение частиц вермикулита меньше 0,1-0,2 мм затруднено или вообще невозможно из-за их специфических свойств в процессе помола. Поэтому для заполнения самых мелких пор удобно использовать шлак металлургических производств, в особенности шлак феррохромового и ферромарганцевого производства. Они легко размалываются до требуемых размеров 0,03-0,07 мм, хорошо смачиваются жидким стеклом и заполняют самые мелкие поры. Пределы введения фракций определяются теплопроводностью, с одной стороны, и устойчивостью смесей к разделению на отдельные фракции, с другой стороны. Увеличение количества вводимых мелких фракций сверх заявленных пределов приводит к повышению плотности и теплопроводности из-за теплопередачи через твердую фазу. Снижение количества мелких фракций приводит к увеличению теплопроводности из-за конвекции, а также к неустойчивости смесей и их разделению на отдельные фракции в процессе технологических операций. Примеры реализации изобретения приведены в таблице. В качестве исходного сырья были использованы: вспученный вермикулит Ковдорского месторождения в исходном состоянии с размером частиц 1-2,5 мм, 5-10 мм; вспученный вермикулит после размола в УДА (универсальном дезинтеграторном агрегате) с размером частиц 0,4-1,5 мм (фракция Ф2) и 0,12-0,36 мм (фракция Ф3); молотый шлак феррохромового производства с размером частиц 0,036-0,072 мм, жидкое стекло (30-ный раствор кремнекислого натрия в воде) и в качестве отвердевающего агента был использован кремнефтористый натрий. Смеси из указанных компонентов были приготовлены в смесителе в соотношениях, указанных в таблице, после чего проведено формование образцов для определения основных характеристик и элементов теплозащитных конструкций. Образцы и элементы были высушены в сушильном шкафу, извлечены из форм и термообработаны в печи на воздухе при температуре 500 oC с целью обеспечения взаимодействия жидкого стекла с отверждающим агентом. Данные по определению основных характеристик (плотности и теплопроводности) приведены в таблице и свидетельствуют о правильности предложенного технического решения и выбранных интервалов. Теплопроводность материала в предложенном интервале меньше в 1,5-2 раза по сравнению с материалом прототипа и материалами вне заданных пределов. Предложенный состав материала может найти применение для тепло- и звукоизоляции жилых и производственных помещений, энергетических установок и других объектов, нуждающихся в теплоизоляции. Экономический эффект от предлагаемого изобретения определяется экономией энергии и теплоизолирующих материалов.
Формула изобретения
Ф1 (основа) 30 60
Ф2 12 15
Ф3 2,5 7,5
Ф4 2,5 15,0
Жидкое стекло 13 20
Отверждающий агент 10,0 12,5е
РИСУНКИ
Рисунок 1