Огнеупорная бетонная смесь

Изобретение относится к огнеупорной бетонной смеси, которая может быть использована в черной металлургии для изготовления огнеупорной бетонной футеровки высокотемпературных тепловых агрегатов, преимущественно для футеровки продувочных фурм, погружаемых в жидкий чугун. Технический результат- повышение стойкости футеровки фурм для внепечной обработки жидкого чугуна за счет повышения прочности и термостойкости. Огнеупорная бетонная смесь, включающая шамотный заполнитель, высокоглиноземистый цемент, триполифосфат натрия, стальную сечку, воду, дополнительно содержит пылевидный кварц при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: высокоглиноземистый цемент 15-20, триполифосфат натрия 0,3-0,5, пылевидный кварц 1-5, стальная сечка 2-3, вода 6-8, шамотный заполнитель - остальное, в качестве шамотного заполнителя может быть использован шамот в виде двух фракций - 20-3 мм и 3-0 мм при массовом соотношении 30:70. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для изготовления огнеупорной бетонной футеровки высокотемпературных тепловых агрегатов, преимущественно для футеровки продувочных фурм, погружаемых в жидкий чугун.

Огнеупорная футеровка фурмы должна отвечать повышенным требованиям по механической прочности и термостойкости, обладать низкой теплопроводностью.

Известна огнеупорная масса (А.С. №960141, кл.С 04 В 35/68, 1980) для футеровки фурм, погружаемых в жидкий металл, содержащая ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:

Шамот	35-45
Кокс металлургический	25-35
Глина огнеупорная	20-30
Ортофосфорная кислота	5-10

Основным недостатком данной огнеупорной массы является низкая механическая прочность, что обуславливает недостаточный срок службы фурм и требует частичного восстановления футеровки после каждой продувки.

Известна также огнеупорная бетонная смесь, которая содержит, мас.%: тонкомолотый шлак от алюминотермической выплавки металлического хрома 5-20; ультрадисперсный кремнезем 2-10, поверхностно-активное вещество ПАВ 1-2 и огнеупорный заполнитель остальное (П. №2135433, кл. С 04 В 35/66, 1999). Из-за высокой теплопроводности огнеупорной футеровки в процессе продувки происходит прогрев металлоконструкции фурмы, что вызывает интенсивное растрескивание бетона и приводит к преждевременному выходу фурмы из строя.

Наиболее близким к заявленному изобретению составом является состав огнеупорной бетонной смеси (Технологическая инструкция ОАО "ММК" - ТИ-101-0-31-2002, стр.7). Данная бетонная смесь включает, мас.%:

Шамотный заполнитель	73,1
Высокоглиноземистый цемент	18,3
Триполифосфат натрия	0,3
Стальная сечка	1,8
Вода	6,5

Недостатками прототипа являются низкие механическая прочность и термостойкость.

Технической задачей является повышение стойкости футеровки фурм за счет повышения прочности и термостойкости. Указанный технический результат достигается тем, что в состав огнеупорной бетонной смеси, включающей шамотный заполнитель, высокоглиноземистый цемент, триполифосфат натрия, стальную сечку, воду, дополнительно вводится пылевидный кварц при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Высокоглиноземистый цемент	15-20
Триполифосфат натрия	0,3-0,5
Пылевидный кварц	1-5
Стальная сечка	2-3
Вода	6-8
Шамотный заполнитель	остальное

В качестве заполнителя может быть использован шамот в виде двух фракций - 20-3 мм и 3-0 мм при массовом соотношении 30:70.

В качестве пылевидного кварца могут быть использованы продукты пылеулавливания при сушке кварцевого песка. Добавка пылевидного кварца способствует низкотемпературной муллитизации матрицы бетона, благодаря чему повышается механическая прочность бетона и в процессе службы не наблюдается его разупрочнение, которое характерно для традиционных огнеупорных бетонов на гидравлических вяжущих.

Процесс приготовления предлагаемой огнеупорной бетонной смеси заключается в смешивании до однородного состояния высокоглиноземистого цемента с триполифосфатом натрия, пылевидным кварцем, стальной сечкой, шамотным заполнителем и последующем увлажнении.

Авторами выполнены исследования свойств бетонной смеси, изготовленной из вышеперечисленных компонентов в различных соотношениях (составы №2-7, таблица 1) и бетонной смеси по прототипу (состав №1, таблица 1).

Лабораторные образцы были изготовлены методом заливки бетона в металлические разборные формы с последующим уплотнением на вибростенде. Образцы выдерживали в течение трех суток при температуре 20-25°С, а затем термообрабатывали при максимальной температуре 400°С по разработанному графику.

Для оценки качества бетона у образцов определяли следующие показатели:

- предел прочности при сжатии по ГОСТ 10180-90;

- термостойкость по ГОСТ 7875.0-98 - 7875.2-98;

- температуру начала размягчения по ГОСТ 4070-2000.

Чтобы обеспечить надежную работу фурмы и увеличить время ее эксплуатации, огнеупорный бетон для футеровки должен отвечать следующим требованиям:

- предел прочности при сжатии - более 30 Н/мм²;

- термостойкость - более 10 водяных теплосмен;

- температура начала размягчения - не ниже 1380°С.

Качественные показатели образцов представлены в таблице 2. Из данных таблицы 2 следует:

1. Образцы состава №1, в которых содержание компонентов соответствует прототипу, не достигают минимальных показателей по пределу прочности при сжатии и термостойкости.

2. При содержании пылевидного кварца в количестве менее 1% (состав №2) практически не наблюдается изменение свойств бетонных образцов по сравнению с прототипом.

3. Образцы составов №3-5, в которых соотношения компонентов находятся в предлагаемом диапазоне, характеризуются оптимальными показателями прочности, термостойкости и температуры начала размягчения.

4. Увеличение доли пылевидного кварца до 6% (состав №6) приводит к увеличению прочности и термостойкости, но при этом происходит резкое снижение температуры начала размягчения, что вызывает деформацию бетона в службе.

5. При снижении доли цемента до 10% (состав №7) не достигается минимальный показатель предела прочности при сжатии, происходит снижение прочности бетона.

В результате проведенных исследований установлено, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь, отличительным признаком которой является введение в ее состав пылевидного кварца в предлагаемом диапазоне, имеет лучшие результаты по комплексу наиболее важных для службы бетона свойств - пределу прочности при сжатии, термостойкости и температуре начала размягчения. Это обеспечивает получение технического результата - повышение стойкости футеровки фурм.

Важным преимуществом предлагаемой огнеупорной бетонной смеси является использование отходов производства взамен промышленно выпускаемых продуктов.

Таблица 1 Составы бетонов
№ состава	Массовая доля, %
Шамот фракции 20-3 мм	Шамот фракции 3-0 мм	Пылевидный кварц	Цемент высоко глиноземистый	Стальная сечка	Триполифосфат натрия	Вода
1	20	52	-	18	2,0	0,3	7,7
2	20	49,4	0,5	20	2,0	0,3	8,0
3	20	49,8	1,0	19	2,0	0,3	7,9
4	20	48,5	2,5	19	2,0	0,3	7,7
5	20	50,5	5,0	15	2,0	0,3	7,2
6	20	47,7	6,0	15	2,0	0,3	7,8
7	20	55,2	5,0	10	2,0	0,3	7,5

Таблица 2 Качественные показатели бетонов
№ состава	Предел прочности при сжатии, Н/мм2	Термостойкость, водяные теплосмены	Температура начала размягчения под нагрузкой,°С	Соответствие требуемым техническим характеристикам
1	27,5	7,0	1415	Не соответствует
2	27,9	8,5	1410	Не соответствует
3	30,4	12,5	1400	Соответствует
4	35,9	15,0	1400	Соответствует
5	47,5	14,5	1385	Соответствует
6	52,8	15,0	1320	Не соответствует
7	24,8	12,0	1380	Не соответствует

1. Огнеупорная бетонная смесь, включающая шамотный заполнитель, высокоглиноземистый цемент, триполифосфат натрия, стальную сечку, воду, отличающаяся тем, что смесь дополнительно содержит пылевидный кварц при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Высокоглиноземистый цемент	15-20
Триполифосфат натрия	0,3-0,5
Пылевидный кварц	1-5
Стальная сечка	2-3
Вода	6-8
Шамотный заполнитель	Остальное

2. Огнеупорная бетонная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве заполнителя используется шамот в виде двух фракций - 20-3 мм и 3-0 мм при массовом соотношении 30:70.