Сырьевая смесь для производства керамовермикулитовых изделий
Владельцы патента RU 2379264:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Сырьевая смесь для производства керамовермикулитовых изделий относится к высокотемпературной теплоизоляции, в виде кирпичей и плит, промышленного оборудования, в частности для футеровки катодной части электролизеров в алюминиевой промышленности, а также промышленности строительных материалов. Техническим результатом изобретения является повышение прочности, термостойкости, огнеупорность и снижение усадки изделий. Сырьевая смесь для производства керамовермикулитовых изделий содержит вспученный вермикулит, огнеупорную глину и глинофосфатное связующее, при следующем соотношении компонентов, мас.%: вспученный вермикулит - 65-25; огнеупорная глина - 25-65; глинофосфатное связующее - 7-15. 3 табл.
Изобретение относится к высокотемпературной (до 1100°С) теплоизоляции, в виде кирпичей и плит, промышленного оборудования, в частности для футеровки катодной части электролизеров в алюминиевой промышленности, а также промышленности строительных материалов.
Известен теплоизоляционно-конструкционный материал и способ его получения на основе вспученного вермикулита огнеупоров (РФ п. №2161142 С1, кл. С04В 28/24, 06.06.2000), заключающийся в том, что смешивают вспученный вермикулит со связующим - жидким стеклом и технологической добавкой, формуют пласт и осуществляют горячее прессование с продувкой горячим газообразным агентом с изотермической выдержкой, в качестве технологической добавки используется материал, выбранный из группы: вермикулитовая пыль, уловленная в процессе обжига вермикулита, аморфный кремнезем органогенного происхождения, а в качестве горячего газообразного агента используют дымовые газы печей обжига вермикулита или углекислый газ с температурой 100-350°С.
Недостатки способа и материала заключаются в том, что он менее производительный за счет высоких технологических и временных затрат, а в качестве связующего используется жидкое стекло, которое снижает огнеупорность изделия и, как следствие, область применения.
Известен высокотемпературный теплоизоляционный материал (SU 1648938 А1, кл. С04В 38/08, 28/34), состоящий из вспученного вермикулита марки 150, который затворяют водными растворами кислот 10%-ной концентрации. Смесь помещают в реактор, где выдерживают при обычном атмосферном давлении и обычной температуре в состоянии покоя до достижения жидкой фазы смеси рН 7, затем обработанный кислотой вспученный вермикулит прессуют под давлением 15 и 30 кг/см2 соответственно для теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструктивных изделий и подают на сушку при 100-120°С.
Недостатки заключаются в том, что при высоком расходе кислотного фосфатного связующего (до 26 мас.%), прочность изделий не превышает 2 Мпа.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ производства теплоизоляционных керамовермикулитовых изделий (SU 1583395 A1, кл. С04В 35/56, опубл. 07.08.1990, (прототип)), 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°С, выдерживание массы в течение 1,5-2,0 ч, формование, сушку и обжиг, который осуществляют, помещая в печь с температурой 1000-1050°С, выдерживают их 35-45 мин, повышают температуру до 1150°С и выдерживают 75-105 мин.
Недостатками этого способа и материала являются его низкая технологичность, в частности, слишком жесткий режим нагрева, вследствие этого полученные изделия обладают низкой механической прочностью из-за пережога вермикулита и из-за объемной и линейной усадки - повышенной плотностью и деформативностью.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности изделия, за счет использования глинофосфатного связующего, понижение линейной и объемной усадки и деформативности, за счет линейного режима нагрева, и, как следствие, повышение эксплуатационных и ресурсных характеристик.
Технический результат достигается тем, что в сырьевой смеси для производства керамовермикулитовых изделий, включающей вспученный вермикулит, огнеупорную глину и связующее, новым является то, что в качестве связующего содержит глинофосфатную связку, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
вспученный вермикулит - 65-25
огнеупорная глина - 25-65
глинофосфатное связующее - 7-15
Фосфатные связки - это растворы фосфатов (обычно кислых), получаемые или нейтролизацией кислоты (оксидами или гидрооксидами), или растворением фосфатов в воде. Растворы кислых фосфатов обладают вяжущими свойствами.
Применение глинофосфатного связующего позволяет получить материалы с рядом ценных свойств: с высокой прочностью при сжатии, термостойкостью и огнеупорностью, при пониженных температурах спекания.
Для приготовления связующего использовали огнеупорную глину и ортофосфорную кислоту. Глинофосфатную связку получали кипячением глины с ортофосфорной кислотой в течение 5-7 минут. При этом соотношение в связующем
Р2O5/Аl2O3=0.56.
Использование огнеупорной глины позволяет, за счет ее высокой пластичности и спекаемости, формовать изделия различных форм, исключая отдачу за счет силы упругости изделия; повысить огнеупорность, линейный темп нагрева изделия позволяет минимизировать линейную и объемную усадку, не доводя температуру до максимальной, при которой глина сильно спекается, таким образом можно получать изделия невысокой плотности и исключить дефекты внутри кристаллической решетки обожженного образца.
Перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию «новизна».
Признаки, отличающие заявляемые технические решения от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
В Красноярском крае к числу крупных по количеству запасов огнеупорных глин относится группа Уярских месторождений. Добыча огнеупорного глинистого сырья производится на Кампановском месторождении, входящем в группу Уярских месторождений.
Характеристика огнеупорной глины Кампановского месторождения приведена ниже:
Микроскопическая характеристика - белая с желтым оттенком, содержит большое количество зернистых включений (11-34%), значительная часть которых имеет размеры 0.5-50 мм. Зернистые примеси каолинов представлены кварцем, полевым шпатом, гидрооксидами железа.
Влажность - 15.5%.
Реакция с 10% НСl - не вскипает.
Гранулометрический состав по ГОСТ 21216-81 (метод пипетки). Размер фракций в мм: более 0.05 - 16.1%, 0.05÷0.01 - 38.3%, 0.005÷0.001 - 14.7%, менее 0.001 - 9.7%.
Плотность - 1.96 т/м3.
Предел прочности при сжатии обожженных образцов при 1200°С - 29.4 МПа.
Огнеупорность -1690°С.
Спекаемость - высокотемпературного спекания.
Чувствительность к сушке - 0.91 (малочувствительная).
Нормальная формовочная влажность - 18.6%.
Пластичность - 9.4 (умеренно пластичная).
Связующая способность высушенных образцов - 2.1 МПа.
Предел прочности при сжатии обожженных образцов при 1000°С - 8.9 МПа.
Рентгенофазовый анализ - каолинит - 73%, α-SiO2 - небольшое количество, микроклин - мало, мусковит - следы.
Химический состав огнеупорной глины приведен в таблице 1:
| № п/п |
Наименование сырья |
Содержание оксидов, % | ||||||||
| SiO2 | Аl2О3 | Fе2О3 | TiO2 | CaO | MgO | К2O | Na2O | п.п.п. | ||
| 1 | Каолин Кампановского месторождения | 54.78 | 29.99 | 1.29 | 0.88 | 0.70 | 0.40 | 1.43 | 0.11 | 10.42 |
Способ производства керамовермикулитовых изделий заключается в следующем: весовым способом в заданном соотношении дозируют компоненты шихты (вспученный вермикулит, глину огнеупорную), загружают последовательно в смесительное устройство (двухвальный смеситель, Z-образная мешалка) и тщательно перемешивают (10-15 мин), после чего производят увлажнение глинофосфатным связующим до полусухой массы и перемешивают еще в течение 10-15 мин, приготовленную смесь выгружают, дозируют, уплотняют и прессуют в карусельном прессе. Затем сушат в сушильных шкафах до остаточной влажности 3% при температуре (150±10°С), после чего высушенные изделия обжигают при температуре 950-1050°С.
Для производства высокотемпературных теплоизоляционных изделий используют, например шихту следующего состава, мас.%: вспученный вермикулит - 65, глина огнеупорная - 25, глинофосфатное связующее - 10.
Примеры состава шихт приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Компоненты | Состав, мас.%: | ||
| Вспученный вермикулит | 65 | 55 | 25 |
| Огнеупорная глина | 28 | 35 | 60 |
| Глинофосфатное связующее | 7 | 10 | 15 |
Варьирование содержания вспученного вермикулита и глины огнеупорной в шихте позволяет уменьшать или увеличивать плотность и прочность; изменение соотношения ортофосфорной кислоты в глинофосфатном связующем позволяет повысить или понизить спекаемость, пористость и огнеупорность.
Результаты испытаний изделий представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||||
| Свойства изделий | Показатели по примеру | |||
| известному | предлагаемому | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Плотность изделий, кг/м3 | 585 | 590 | 598 | 605 |
| Прочность при сжатии, МПа | 1,39 | 2,53 | 2,67 | 2,86 |
| Дополнительная усадка, % | 0,39 | 0,23 | 0,26 | 0,32 |
| Термостойкость, количество циклов воздушных теплосмен | 134 | 139 | 140 | 137 |
| Огнеупорность, °С | - | 1415 | 1455 | 1520 |
Преимущества получаемых керамовермикулитовых изделий заключаются в повышении их огнеупорности, за счет введения в структуру огнеупорной глины и фосфатного связующего. Снижение линейной и объемной усадки и исключение деформации изделия происходит за счет предварительной сушки и обжига изделия. За счет снижения технологических и временных затрат происходит повышение эффективности производства.
Сырьевая смесь для производства керамовермикулитовых изделий, включающая вспученный вермикулит, огнеупорную глину и связующее, отличающаяся тем, что в качестве связующего содержит глинофосфатную связку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| вспученный вермикулит | 65-25 |
| огнеупорная глина | 25-65 |
| глинофосфатное связующее | 7-15 |
