Способ получения алюмосиликатных огнеупорных изделий
Владельцы патента RU 2408557:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (БГТУ им. В.Г. Шухова) (RU)
Изобретение относится к технологии керамики и может быть использовано при производстве огнеупорных шамотных и высокоглиноземистых изделий различного назначения. Техническим результатом изобретения является увеличение прочности при сжатии изделий. Способ получения алюмосиликатных огнеупорных изделий включает предварительный обжиг сырьевой массы при температурах 900-1200°С с последующим приготовлением на ее основе керамической вяжущей суспензии, смешение шамотного заполнителя в количестве 60-70% и керамической вяжущей суспензии - остальное, формование изделий, их сушку и обжиг. 3 табл.
Изобретение относится к технологии керамики и может быть использовано при производстве огнеупорных шамотных и высокоглиноземистых изделий различного назначения.
Известен способ получения огнеупорных высокоглиноземистых изделий, включающий обжиг высокоглиноземистого шамота при температуре 1500°С с последующим его измельчением и рассевом, смешение зернистого наполнителя с глиной - связкой, увлажнение массы, формование изделий, сушка и обжиг изделий при температуре 1400-1450°С [Стрелов, К.К., Кащеев, И.Д., Мамыкин, П.С. Технология огнеупоров / К.К.Стрелов, И.Д.Кащеев, П.С.Мамыкин. - М: Металлургия, 1988. - 528 с.].
Недостатками указанного способа являются недостаточная прочность сырца после сушки, что приводит к увеличению брака, а также невысокая плотность и прочность готовых изделий.
Известен также способ получения огнеупорных изделий на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС) высокоглиноземистого шамота, включающий предварительный обжиг сырьевой массы при температуре 1500°С с последующим измельчением и рассевом шамота, приготовление керамической вяжущей суспензии на основе шамота, смешение 60-70% шамотного заполнителя с керамической вяжущей суспензией, формование изделий, их сушку и обжиг [Дороганов, В.А., Пивинский, Ю.Е. Структурно-механические свойства пластифицированных масс на основе ВКВС высокоглиноземистого огнеупора // В.А.Дороганов, Ю.Е.Пивинский // Новые огнеупоры. - 2004. - №12. - С.62-68].
Недостатком указанного способа являются высокая длительность помола при получении ВКВС на основе стабилизированного при высоких температурах шамота, низкая прочность сырца и невысокие физико-механические характеристики готовых изделий.
Изобретение направлено на повышение механической прочности изделий после сушки и обжига.
Технический результат по изобретению достигается тем, что для получения керамической вяжущей суспензии используют алюмосиликатную массу, термоактивированную в интервалах температур 900-1200°С. При этом состав алюмосиликатной массы соответствует составу шамота, который используют для получения заполнителя. Получение керамической вяжущей суспензии осуществляют путем мокрого помола термоактивированной массы с ее постадийной загрузкой до содержания твердой фазы не менее 75% (мас.), жидкая фаза - остальное.
Пример. Брикеты алюмосиликатной массы, состоящие из глинозема (60%, мас.) и огнеупорной каолинитовой глины (40%, мас.), после сушки подвергают термоактивирующему обжигу при температуре 1050°С с последующим охлаждением и дроблением. Полученную термоактивированную массу подвергают мокрому помолу в шаровой мельнице с постадийной загрузкой твердой фазы до получения керамической вяжущей суспензии с содержанием твердой фазы не менее 75%, жидкая фаза - остальное.
Аналогичным образом получали суспензии из алюмосиликатной массы, термоактивированной при температурах 800, 900, 1200 и 1300°С, и шамота в способе по прототипу. Сравнительные характеристики полученных суспензий по предлагаемому способу и способу по прототипу представлены в табл.1. Примеры 2 и 6 табл.1 по предлагаемому способу являются отрицательными.
| Таблица 1 | |||||
| Сравнительные характеристики вяжущих суспензий | |||||
| № п.п | Способ получения | Температура предварительного обжига шамота, °С | Время помола, ч | Остаток на сите №0063,% | Содержание наночастиц, % |
| 1 | По прототипу | 1500 | 18 | 6,1 | 0,72 |
| 2 | Предлагаемый | 800 | 17 | 2,9 | 0,91 |
| 3 | 900 | 13 | 0,1 | 6,8 | |
| 4 | 1050 | 14 | 0,1 | 7,0 | |
| 5 | 1200 | 15 | 0,3 | 3,6 | |
| 6 | 1300 | 17 | 4,2 | 1,1 |
В способе получения по прототипу предварительный обжиг шамота при температуре 1500°С приводит к интенсивному спеканию и синтезу основных кристаллических фаз, находящихся в стабильном (неактивном) состоянии. Это увеличивает время помола и затрудняет синтез наночастиц, которые и определяют вяжущие свойства керамической суспензии.
Предлагаемая предварительная термообработка алюмосиликатной сырьевой массы при температурах от 900 до 1200°С способствует активации материала за счет процессов дегидратации глинистых минералов, полиморфных превращений кварца, начала синтеза муллита. При этом интенсифицируется процесс измельчения материала, время помола сокращается на 25-30%, а содержание наночастиц увеличивается почти в 10 раз (до 7%), в десятки раз уменьшается остаток на сите №0063 (табл.1).
Применение алюмосиликатной сырьевой массы, термоактивированной при 800°С (пример 2 табл.1), затрудняет процесс помола суспензии из-за повышенной активности материала. В результате резко возрастает водопотребность системы, ее вязкость и, как следствие, замедляется помол и наработка наночастиц.
Термообработка алюмосиликатной сырьевой массы при 1300°С приводит к быстрой стабилизации активных кристаллических фаз, образующихся при более низких температурах. В результате происходит резкое замедление синтеза наночастиц при помоле, ухудшаются вяжущие свойства керамической суспензии.
Таким образом, при предварительном обжиге алюмосиликатной сырьевой массы оптимальной является температура термоактивации 900-1200°С.
Далее для приготовления формовочной массы в качестве заполнителя использовали стабилизированный шамот после термообработки при температуре 1500°С. Шамот предварительно дробят и в качестве заполнителя используют фракции с размером частиц до 5 мм. Для получения формовочной массы перемешивают керамическую вяжущую суспензию в количестве 30% (мас.) и заполнитель (стабилизированный шамот) в количестве 70%. После формования методом вибропрессования образцы высушили при температуре 100°С и обожгли при температурах 1000, 1200 и 1450°С. Физико-механические характеристики изделий представлены в табл.2. Примеры 3, 7 табл.2 по предлагаемому способу являются отрицательными.
| Таблица 2 | ||||||
| Физико-механические характеристики изделий | ||||||
| № состава | Способ получения | Температура предварительного обжига шамота, °С | Предел прочности при сжатии, МПа после обжига изделий при температуре, °С | |||
| 100 | 1000 | 1200 | 1450 | |||
| 1 | Аналог | Нет | 12 | 35 | 38 | 40 |
| 2 | Прототип | 1500 | 5 | 11 | 15 | 20 |
| 3 | Предлагаемый | 800 | 13 | 36 | 42 | 48 |
| 4 | 900 | 25 | 62 | 66 | 80 | |
| 5 | 1050 | 30 | 73 | 78 | 88 | |
| 6 | 1200 | 15 | 47 | 47 | 49 | |
| 7 | 1300 | 6 | 12 | 22 | 31 |
Аналогичным образом по предлагаемой технологии были получены образцы с различным содержанием заполнителя. Для изготовления этих образцов применялась керамическая вяжущая суспензия на основе термоактивированной при температуре 1050°С алюмосиликатной сырьевой массы. Физико-механические характеристики изделий представлены в табл.3. Примеры 1, 4 табл.3 по предлагаемому способу являются отрицательными.
При содержании заполнителя более 80% (пример 1, табл.3) формовочная масса становится очень жесткой, плохо формуется, а после обжига недостаточно спекается, что приводит к снижению прочностных характеристик изделий. При уменьшении содержания заполнителя до 50% масса становится переувлажненной (пример 4, табл.3), отформованные образцы деформируются и не могут быть использованы для дальнейших испытаний.
| Таблица 3 | |||||
| Физико-механические характеристики изделий при изменении содержания заполнителя | |||||
| № состава |
Содержание заполнителя, % | Содержание вяжущего, % | Предел прочности при сжатии, МПа, после обжига изделий при температуре, °С | Примечание | |
| 100 | 1450 | ||||
| 1 | 80 | 20 | 5 | 35 | Жесткая, плохо формуемая масса |
| 2 | 70 | 30 | 30 | 88 | Оптимальный состав |
| 3 | 60 | 40 | 25 | 82 | Оптимальный состав |
| 4 | 50 | 50 | - | - | Образцы после формовки деформируются |
Таким образом, использование для получения алюмосиликатных огнеупорных изделий керамической вяжущей суспензии на основе термоактивированной алюмосиликатной массы, обладающей повышенным содержанием наночастиц (с размером менее 100 нм), обеспечивает существенное увеличение прочности получаемых изделий после сушки и обжига. Снижается температура предварительной термообработки алюмосиликатной массы для получения искусственного керамического вяжущего с 1500°С (шамот по прототипу) до 900-1200°С, на 20-25% снижается время помола. В результате уменьшаются энергозатраты на получение готовых изделий.
Способ получения алюмосиликатных огнеупорных изделий, включающий предварительный обжиг сырьевой массы с последующим приготовлением на ее основе керамической вяжущей суспензии, смешение шамотного заполнителя в количестве 60-70% и керамической вяжущей суспензии - остальное, формование изделий, их сушку и обжиг, отличающийся тем, что предварительный термоактивирующий обжиг сырьевой массы для получения керамической вяжущей суспензии осуществляют при температурах 900-1200°С.
