Высокотемпературный теплоизоляционный материал и способ его производства

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве изделий для теплоизоляции печных агрегатов и энергетического оборудования с температурой изолируемой поверхности до 1000°С. Готовят шихту состава мас.%: вспученный вермикулит 35-60, огнеупорная глина 36-43, пыль электрофильтров 1-20, бетонит 1-3, шихту увлажняют водным раствором, содержащим полиэлектролит структурообразователь в количестве (сверх 100% от массы шихты) 0,3-0,6 мас.%, прессуют заготовки, сушат их до остаточной влажности не более 1% и обжигают при 1000-1050°С. В качестве структурообразователя используют полиэлектролит с наличием в полимерной молекуле карбоксильных, амидных, нитрильных и эфирных групп. Технический результат: повышение прочности теплоизоляционного материала, снижение линейной и объемной усадки его, сокращение времени и энергозатрат при сушке и обжиге изделий. 2 c.п. ф-лы.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве изделий для теплоизоляции печных агрегатов и энергетического оборудования c температурой изолируемой поверхности до 1000^oC.

Известен высокотемпературный теплоизоляционный материал, описанный в а. с. N 1534039, содержащий в составе шихты, мас.%: вспученный вермикулит 29-48, диатомит 32-49, отходы абразивного производства 11-37. Однако данный теплоизоляционный материал обладает рядом недостатков - низкая прочность, большие объемная и линейная усадки в процессе сушки и обжига, что приводит к необходимости дополнительной механической обработки изделий.

Известен способ производства теплоизоляционных керамовермикулитовых изделий, описанный в а. с. N 1583395, включающий приготовление глиняного шликера, введение в него огнеупорного заполнителя в количестве 25-45 мас.ч. от всего его содержания, перемешивание смеси со вспученным вермикулитом и оставшейся частью огнеупорного заполнителя, подогретого до 80-95^oC, выдерживание массы в течение 1,5-2,0 ч, формование, сушку и обжиг, который осуществляют, помещая в печь с температурой 1000-1050^oC , выдерживают их 35-45 мин, повышают температуру до 1150^oC и выдерживают 75-105 мин. Недостатком предлагаемого способа является его низкая технологичность в условиях организации поточного производства, кроме того, за счет повышенной влажности сырца после его формования имеют место высокие энергозатраты на его сушку и большая линейная и объемная усадки при сушке и обжиге, что приводит к деформации изделий.

Наиболее близким по совокупности признаков (прототипом) к предлагаемому является высокотемпературный теплоизоляционный материал, изготавливаемый из шихты, описанной в а. с. N 1534038, состоящей из вспученного вермикулита, огнеупорной глины, отходов производства электрокорунда, отходов углеобогащения, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Вспученный вермикулит - 26-42, Огнеупорная глина - 24-44, Отходы производства электрокорунда - 9-34, Отходы углеобогащения - 8-14.

Прототипу присущи те же недостатки, что и приведенному выше аналогу.

Наиболее близким по совокупности признаков (прототипом) к описываемому способу является способ производства легковесных теплоизоляционных огнеупоров по патенту РФ N 2083528, заключающийся в том, что в смесительном устройстве готовят шихту состава, мас.%: шамот 45-55, огнеупорная глина 45-55, вспененный полистирол не менее 3 (сверх 100% от веса шихты), перманганата калия 0,1-0,4 (сверх 100% от веса шихты), ее увлажняют, обрабатывают массу в ленточном прессе, прессуют заготовки, в них прокалывают отверстия диаметром 3-5 мм, сушат и обжигают при температуре не более 1330^oC, причем скорость подъема температуры в печи до 800^oC не должна превышать 20^oC/час. Недостатком этого способа является использование в качестве легковесного заполнителя вспененного полистирола, который при нагревании в процессе обжига образует ряд вредных ароматических соединений, опасных для здоровья людей.

Предлагаемый теплоизоляционный материал в сравнении с аналогами имеет более высокую прочность (σ_изг= 25-50 кг/см²), что улучшает его эксплуатационные и ресурсные характеристики в службе, благодаря невысокой линейной и объемной усадке (воздушная 4-7%, огневая 0,4-0,8%) не происходит деформация изделий в сушке. Указанный технический результат достигается тем, что высокотемпературный теплоизоляционный материал, изготавливается из шихты, включающей вспученный вермикулит, огнеупорную глину, дисперсный огнеупорный заполнитель в виде пыли от электрофильтров вращающихся печей по производству шамота, дополнительно бентонит и полиэлектролит структурообразователь, с наличием в полимерной молекуле карбоксильных, амидных, нитрильных и эфирных групп, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Вспученный вермикулит - 35-60, Огнеупорная глина - 36-43, Пыль электрофильтров - 1-20 Бентонит - 1-3, Полиэлектролит структурообразователь (сверх 100 % массы шихты) - 0,3-0,6.

Предлагаемый способ в сравнении с аналогами позволяет за счет снижения влажности перерабатываемой массы сократить время и энергозатраты на сушку изделий, уменьшить линейную и объемную усадки при сушке и обжиге, избежать образования экологически опасных и вредных веществ при переработке ингредиентов в высокотемпературный теплоизоляционный материал, получить низкую теплопроводность изделий (0,1-0,4 Вт/(м·К)). Указанный технический результат достигается тем, что при реализации заявляемого способа производства высокотемпературных теплоизоляционных изделий, включающего дозирование, перемешивание, увлажнение в смесителе компонентов массы, включающей легковесный заполнитель, огнеупорную глину, дисперсный огнеупорный заполнитель, обработку ее в ленточном прессе, прессование сырца, сушку и обжиг, в качестве легковесного заполнителя используют вспученный вермикулит; в качестве дисперсного огнеупорного заполнителя - пыль от электрофильтров вращающихся печей по производству шамота, причем для улучшения структурно-механических свойств массы в нее дополнительно вводят бентонит и полиэлектролит структурообразователь до получения шихты состава, мас. %:
Вспученный вермикулит - 35-60,
Огнеупорная глина - 36-43,
Пыль электрофильтров - 1 -20,
Бентонит - 1-3,
а полиэлектролит структурообразователь в количестве (сверх 100% массы шихты) 0,3-0,6 мас.% вводят при увлажнении шихты в виде водного раствора.

Пыль от электрофильтров представлена сферическими частицами с внутренней полостью частично дегидратированного глинистого минерала - каолинита. Пыль непластична (тощий материал или отощитель) и имеет гранулометрический состав, мас.%: фракция > 200 мкм 0,3-4,2, фракция 50-200 мкм 40,3-54,1; фракция 10-50 мкм 10,5-14,4, фракция 5-10 мкм 14,3-15,5, фракция 1-5 мкм 1,3-5,8, фракция < 1 мкм 10,3-20,4. Химический состав пыли, мас.%: Al₂O₃ 35,4-42,2, Fe₂O₃ 1,28-3,08, SiO₂ 52,0-60,2; CaO 0,3-0,5, MgO 0,2-0,5, Na₂O + K₂O 0,1-0,5; потери массы при прокаливании 2-8.

Использование пыли от электрофильтров позволяет за счет наличия внутренней полости у ее частиц, снизить плотность как заготовки, так и готовых изделий, чем облегчается задача получения изделий с низкой плотностью (ρ = 0,2-0,6 г/см³) и экстремально низкой теплопроводностью (λ = 0,1-0,4 Вт/(м·К)) при высокой прочности (σ_изг = 25-50 кг/см²).

Добавление в глинистую массу бентонита вместе с полиэлектролитом структурообразователем обеспечивает повышение пластичности, снижению водозатворения массы и увеличение отощения, что снижает как воздушную (4-7%), так и огневую усадки изделий (0,4-0,8%), сохраняет точность геометрических размеров и формы изделий, повышает связующую способность глинистого компонента, способствует увеличению прочности изделий.

Полиэлектролит структурообразователь вводят водным раствором.

Пример. Для производства высокотемпературных теплоизоляционных изделий используют шихту следующего состава, мас. %:
Вспученный вермикулит - 57;
Огнеупорная глина - 36
Бентонит - 2;
Пыль электрофильтров - 5;
Полиэлектролит (сверх 100% от массы шихты) - 0,6
Изменение соотношения огнеупорной глины и вермикулита приводит к уменьшению кажущейся плотности и прочности, увеличению потребности количества раствора полиэлектролита. Увеличение содержания в шихте пыли от электрофильтров при постоянном суммарном количестве отощителя (вермикулита вместе с пылью) приводит к повышению прочности и к повышению кажущейся плотности получаемых изделий.

Предлагаемый способ заключается в следующем: весовым способом в заданном соотношении дозируют компоненты шихты (огнеупорную глину, вспученный вермикулит, пыль электрофильтров, бентонит), загружают последовательно в смесительное устройство (бегуны, Z-образная мешалка, двухвальный смеситель) и тщательно перемешивают, после чего производят увлажнение водным раствором полиэлектролита структурообразователя, затем приготовленную массу подают в ленточный пресс, где ее дополнительно обрабатывают, уплотняют и экструдируют валок, из которого прессуют изделия, которые затем сушат до остаточной влажности не менее 1% путем естественной или любым способом принудительной сушки, после чего высушенные изделия обжигают при температуре 1000-1050^oC.

Свойства высокотемпературных теплоизоляционных изделий (факультативно): прочность на изгиб σ_изг = 25-50 кг/см², плотность кажущаяся ρ_каж = 0,2-0,6 г/см³, теплопроводность λ = 0,1-0,4 Вт/(м·K), усадка воздушная 4-7%, усадка огневая 0,4-0,8%.

Формула изобретения

1. Высокотемпературный теплоизоляционный материал, изготовленный из шихты, включающей вспученный вермикулит в качестве легковесного заполнителя, огнеупорную глину и дисперсный огнеупорный заполнитель, отличающийся тем, что шихта содержит в качестве дисперсного огнеупорного заполнителя пыль от электрофильтров вращающихся печей по производству шамота и дополнительно бентонит и полиэлектролит структурообразователь, с наличием в полимерной молекуле карбоксильных, амидных, нитрильных и эфирных групп при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вспученный вермикулит - 35 - 60
Огнеупорная глина - 36 - 43
Пыль электрофильтров - 1 - 3
Полиэлектролит структурообразователь (сверх 100% массы шихты) - 0,3 - 0,6
2. Способ производства высокотемпературных теплоизоляционных изделий, включающий дозирование, перемешивание и увлажнение в смесителе компонентов шихты, включающей огнеупорную глину, легковесный и дисперсный огнеупорный заполнители, обработку ее в ленточном прессе, прессование заготовок, сушку и обжиг, отличающийся тем, что легковесный заполнитель представлен вспученным вермикулитом, в качестве дисперсного огнеупорного заполнителя используется пыль от электрофильтров вращающихся печей по производству шамота, а при приготовлении массы в нее дополнительно вводят бентонит до получения шихты состава, мас.%:
Вспученный вермикулит - 35 - 60
Огнеупорная глина - 36 - 43
Пыль электрофильтров - 1 - 20
Бентонит - 1 - 3
а полиэлектролит структурообразователь, с наличием в полимерной молекуле карбоксильных, амидных, нитрильных и эфирных групп в количестве (сверх 100% массы шихты) 0,3 - 0,6 мас.% вводят при увлажнении шихты в виде водного раствора.