Литой кремнеземистый керамобетон

 

Изобретение относится к производству огнеупорных бетонов для монолитной футеровки тепловых агрегатов. Керамобетон получают на основе ВКВС из чистых кварцевых песков (SiO₂ > 98%) и кремнеземного заполнителя с размером частиц 0,1-10 мм. Соотношение вяжущее: заполнитель варьирует в пределах 30-40% к 60-70% соответственно. Вяжущее получают в оптимальных условиях, позволяющих получить влажность суспензии в пределах 12-16% при содержании тонких (до 5 мкм) частиц в пределах 30-60%. Влажность бетонной смеси при сохранении текучей (без применения вибрации) консистенции 4,5-6,5%. Допускается введение структурообразующих добавок типа высокоглиноземистого цемента (0,5-3%) или феррохромового шлака (1-5%), вводимых в виде суспензии. Из указанной смеси получают бетон с исходной пористостью 10-18%, прочностью при сжатии 8-40 МПа. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных бетонов для монолитной футеровки тепловых агрегатов, например сталеразливочных ковшей. Для указанных целей в настоящее время известно применение наливных бетонов, состоящих из 80-90% кварцевого песка; 3-4% бентонита или огнеупорной глины; 1,5-8% феррохромового шлака и 6-8% раствора жидкого стекла [1, с. 99].

Для повышения жидкоподвижности в эти бетоны вводят также 1-3% раствора щелочей и 0,2-0,3% пенообразующей добавки [1]. В подобных бетонах в качестве основного материала используют также полифракционный кварцит фракции 0,5-3,0 мм - 50%; 0,1-0,5 мм - 20% и 30% менее 0,1 мм [1, с.100].

Бетоны указанных составов применяют как с использованием вибрации (влажность 8-10%), так и без нее (10-12%). К недостаткам этих бетонов относится их невысокая плотность и прочность, что и определяет пониженную их стойкость. Так, согласно данным [1, с. 101, рис. 47], показатели пористости и предела прочности при сжатии этих бетонов после термообработки в интервале 100-1400^oC изменяются в пределах 28-32% и 5-15 МПа.

В последнее время [2] на основе высококонцентрированных кремнеземистых вяжущих суспензий (ВКВС) кварцевого песка с небольшими добавками огнеупорной глины опробованы некоторые составы кремнеземистых огнеупорных масс, которые значительно превосходят по свойствам известные кварцеглинистые набивные массы [1]. Последние изучены применительно к огнеупорным массам, формуемым методом статического или вибропрессования.

Задачей настоящего изобретения является существенное улучшение свойств и стойкости огнеупорных бетонов данного класса применительно к получению литых масс.

Поставленная цель достигается применением предлагаемого литого саморастекающегося кремнеземистого керамобетона, полученного на основе высококонцентрированной керамической вяжущей суспензии (ВКВС) на основе чистых кварцевых песков или кварцитов (SiO₂>98%) и кварцитового полифракционного заполнителя с размером частиц в пределах 0,1-10 мм. Выбор зернового состава заполнителя в интервале 0,1 - 10 мм осуществляют из условия предельно плотной его упаковки [4, с. 59]. Значение максимального диаметра частиц d_max для масс различного назначения может колебаться в пределах 3 - 10 мм. При этом величина d_max выбирается как с учетом толщины футеровки, так и температурных режимов службы, определяющих полиморфные превращения в системе SiO₂. При этом в зависимости от ряда технологических факторов и типа футеровки или формуемого огнеупора состав керамобетона варьируют в пределах (% на сухое вещество): Вяжущее - 30-40 Заполнитель - 60-70 Вяжущее (ВКВС) получают при оптимальных условиях и с применением разжижающих добавок [3] , позволяющих получить текучие суспензии при влажности 12-16% и содержании 30-60% частиц с диаметром менее 5 мкм.

Ввиду существенной дилатансии предлагаемого бетона смешение ВКВС с заполнителем осуществляют в тихоходных смесителях (типа бетономешалки). Влажность бетонной смеси может варьировать в пределах 4,5 - 6,5% [2].

Структурообразование и твердение кремнеземного керамобетона осуществляется или вследствие частичного (0,1 - 0,3%) обезвоживания за счет пористой арматурной футеровки, или непродолжительной подсушки (заливка бетона в теплую форму или металлический каркас). Могут вводиться также структурирующие добавки в виде высокоглиноземистого цемента (0,5-3%) или феррохромового шлака (1-5%). Причем во избежание коагуляции эти добавки вводятся в виде предварительно полученных суспензий с влажностью 30 - 45%. В случае применения таких добавок исходная ВКВС должна иметь показатель pH в пределах 8,5-9,5, что предохраняет от эффекта гетерокоагуляции при смешении с добавкой [4].

Из предлагаемого литого кремнеземистого керамобетона могут формоваться как крупногабаритные изделия, так и монолитные футеровки. Если в первом случае процесс осуществляется на огнеупорном заводе, то во втором масса в готовом виде поставляется на завод-потребитель. Возможен также промежуточный вариант поставки массы с недостаточной для текучей консистенции влажностью. Корректирование последней, как и введение разжижающих добавок, осуществляется непосредственно перед применением.

Керамобетоны по предлагаемому изобретению существенно превосходят свойства аналога, так как значение его пористости в интервале температуры термообработки 100-1400^oC не превышает интервал 10-18%, а показатель σ_сж равен 8-40 МПа. Кроме того, керамобетон характеризуется более тонкокапиллярным строением по сравнению со всеми известными огнеупорами [3,4].

К преимуществам следует отнести и тот факт, что высокие свойства огнеупоров достигаются без применения вибрации, которая во многих случаях является неприменимой.

Источники информации 1. Великин Б.А., Карклит А.К., Кузнецов Ю.Д. и др. Футеровка сталеразливочных ковшей. - М.: Металлургия, 1990. - 246 с.

2. Пивинский Ю. Е., Череватова А.В. Материалы на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС). Изучение и сопоставительная оценка способов формования кремнеземных керамобетонов // Огнеупоры и техническая керамика. 1997, N10.- С. 6-11.

3. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. - М.: Металлургия, 1990. -272 с.

4. Пивинский Ю.Е. Новые огнеупорные бетоны. - Белгород: БелГТАСМ, 1996. -148 с.

Формула изобретения

1. Литой кремнеземистый керамобетон на основе высококонцентрированной керамической вяжущей кремнеземной суспензии и кремнеземного заполнителя, формируемый из литых саморастекающихся масс, отличающийся тем, что исходная кремнеземная высококонцентрированная керамическая вяжущая суспензия имеет влажность 12 - 16% и содержание частиц размером менее 5 мкм 30 - 60%, а кремнеземный заполнитель имеет размер частиц от 0,1 до 10 мм при общей влажности смеси 4,5 - 6,5% и соотношении компонентов в расчете на сухое вещество, мас.%: Вяжущее - 30 - 40 Заполнитель - 60 - 70 2. Литой кремнеземистый керамобетон по п.1, отличающийся тем, что вяжущее дополнительно содержит добавку высокодисперсного плавленого кварца в количестве 5 - 15 мас.%.

3. Литой кремнеземистый керамобетон по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавку 0,5 - 3% высокоглиноземистого цемента в виде предварительно полученной суспензии с влажностью 30 - 45%.

4. Литой кремнеземистый керамобетон по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавку 1 - 5% шлака феррохромового производства в виде предварительно полученной суспензии влажностью 30 - 45%.