Огнеупорная бетонная смесь (варианты). Огнеупорная бетонная смесь

Огнеупорная бетонная смесь (варианты)

Изобретение относится к огнеупорной бетонной смеси и может быть использовано для изготовления огнеупорных футеровок тепловых агрегатов, применяемых в различных отраслях промышленности. Огнеупорная бетонная смесь содержит, мас.%: огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига высокоглиноземистого шлака производства металлического хрома при температуре 1500-1750°С с последующим его измельчением до заданного зернового состава - 0-6 мм, 65,0-70,0, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, 20,0-25,0, высокоглиноземистый цемент 5,0-10,0 и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров 0,1-0,2 (сверх 100%). В другом варианте огнеупорная бетонная смесь содержит, мас.%: указанный огнеупорный заполнитель 55-57, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую алюмомагнезиальную шпинель, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, 20-25, высокоглиноземистый цемент 5,0-10,0 и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров 0,1-0,2 (сверх 100%) и алюмомагнезиальную шпинель фракции 0-0,5 мм 10,0-13,0. В третьем варианте огнеупорная бетонная смесь содержит, мас.%: указанный огнеупорный заполнитель 50,0-57,0, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, 20-25, высокоглиноземистый цемент 5,0-10,0, дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров 0,1-0,2 (сверх 100%), карбид кремния фракции 0-2 мм 13,0-20,0. Технический результат - повышение максимальной температуры применения бетона до 1650°С, обеспечение его объемопостоянства в интервале температур 1400-1650°С, снижение разупрочнения бетона в этом интервале температур, повышение температуры деформации его под нагрузкой. 3 н.п. ф-лы, 2 табл.

Группа изобретений относится к огнеупорной промышленности и может быть использована для изготовления огнеупорных футеровок тепловых агрегатов, применяемых в различных отраслях промышленности.

Известна огнеупорная бетонная смесь, включающая, мас.%: синтезированный гексаалюминат кальция - бонит в качестве зернистого и тонкомолотого заполнителя - 70,0, тонкодисперсную матричную композицию - 25,0, содержащую, в том числе, бонит - 12,0 и реактивный глинозем - 13,0, высокоглиноземистый цемент - 5,0 и дефлокулянт в виде смеси дисперсных глиноземов марок ADS-3 и ADW-1 - 1,0. Для изготовления огнеупорного бетона из такой смеси требуется 6,2 мас.% воды [1].

Огнеупорный бетон из известной смеси имеет высокие физико-керамические показатели в широком температурном интервале, в частности характеризуется постоянством объема вплоть до максимальной температуры его применения.

Синтезированный гексаалюминат - бонит, использованный в качестве основы известной смеси, обладает рядом уникальных свойств, таких как высокая огнеупорность, низкая растворимость в железосодержащем шлаке, высокая стабильность в восстановительной атмосфере (например, в СО), высокая химическая устойчивость в щелочной среде, низкая смачиваемость расплавами как черных, так и цветных металлов, низкая теплопроводность. Благодаря сочетанию перечисленных свойств огнеупорные бетоны на основе бонита перспективны для использования в алюминиевой, цементной, нефтехимической отраслях промышленности, а также в черной металлургии.

Однако в настоящее время отечественная промышленность не производит синтезированный гексаалюминат кальция, а предлагаемый на рынке зарубежный заполнитель - бонит - имеет высокую цену, превышающую стоимость отечественных высокоглиноземистых заполнителей и корунда. Поэтому, несмотря на всю перспективность известной огнеупорной бетонной смеси, она не получила применения в отечественных футеровках тепловых агрегатов.

Известна огнеупорная бетонная смесь, включающая, мас.%: огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки (дробления) высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, - 85 и высокоглиноземистый цемент - 15 [2].

Известная смесь содержит дешевый доступный шлаковый заполнитель следующего минерального состава, мас.%: хромистый гексаалюминат кальция (Хромистый гексаалюминат кальция содержит включения хромистого щелочного алюмината, (Na,K)2O·12(Al,Cr)2O3 в незначительном количестве), СаО·6(Al,Cr)2O3 55-70, хромистый корунд, (Al,Cr)2O3 - 15-33, шпинель, Mg(Al,Cr)2O4 - 2-4, низкоосновные алюминаты кальция 5-9, в том числе, диалюминат кальция, СаО·2AlO3, 3-5 и майенит, 12СаО·7Al2O3, 2-4, хром металлический, Cr, 1-2 [3].

Как видно из приведенного минерального состава, основу огнеупорного заполнителя известной смеси составляет хромистый гексаалюминат кальция, другими словами, гексаалюминат кальция с изоморфной примесью оксида трехвалентного хрома, называемый в [3] хромистым бонитом, который аналогичен по свойствам синтезированному гексаалюминату кальция.

Недостатком известной огнеупорной бетонной смеси является то, что она не обеспечивает футеровкам на ее основе стабильной работы в интервале температур выше 800°С. При температуре 800°С в результате дегидратации высокоглиноземистого цемента происходит разупрочнение бетона, при этом потеря прочности составляет 50%

от первоначальной величины. При подъеме температуры до 1400°С и выше начинается процесс перехода низкоосновных алюминатов кальция - диалюмината кальция и майенита, присутствующих в шлаковом заполнителе, в хромистый гексаалюминат кальция. Процесс сопровождается увеличением объема бетона за счет разрыхления заполнителя, при этом показатели прочности бетона недостаточны для успешной эксплуатации футеровок, а температура деформации под нагрузкой составляет 1400°С.

В связи с отсутствием высокотемпературной стабильности известная огнеупорная бетонная смесь не нашла широкого применения при температурах выше 1400°С, несмотря на указанные в [2] высокие значения температуры применения.

Наиболее близкой к предлагаемой группе изобретений является огнеупорная бетонная смесь, включающая, мас.%: огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки (дробления) высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, - 70,0, тонкомолотые корунд - 7,5 и спеченный глинозем - 7,5, реактивный глинозем - 5,0, образующие тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм с соотношением вышеперечисленных компонентов, соответственно, 1,5:1,5:1,0 в суммарном количестве - 20,0, высокоглиноземистый цемент - 10,0, дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров - 0,15 (сверх 100%) [4].

Снижение содержания высокоглиноземистого цемента в смеси и введение в ее состав тонкодисперсной матричной композиции в сочетании с дефлокулянтом позволило предотвратить разупрочнение бетона при 800°С. Однако вследствие процессов, протекающих в заполнителе при 1400°С и выше, связанных с кристаллизацией хромистого гексаалюмината кальция, структура бетона разрыхляется, о чем свидетельствуют снижение его объемопостоянства (увеличение объема в интервале температур 1400-1650°С превышает 2%), разупрочнение бетона и низкая температура деформации под нагрузкой - 1400°С. Все вышеперечисленные факторы указывают на то, что максимальная температура применения бетона из известной смеси не превышает 1400°С.

Задачей группы изобретений является создание огнеупорных бетонных смесей на основе дешевого шлакового заполнителя, обеспечивающих стабильную работу бетонных футеровок при более высокой температуре эксплуатации.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании группы изобретений, заключается в повышении максимальной температуры применения до 1650°С за счет обеспечения объемопостоянства бетона в интервале температур 1400-1650°С, снижении разупрочнения в этом температурном интервале и повышении температуры деформации под нагрузкой.

Указанный технический результат достигается тем, что огнеупорная бетонная смесь, включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, согласно первому варианту группы изобретений содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель	65,0-70,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция	20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент	5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров	0,1-0,2

(сверх 100%).

Указанный технический результат достигается также тем, что огнеупорная бетонная смесь, включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую оксидный компонент, включающий оксид алюминия, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, согласно второму варианту группы изобретений содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°С с последующим его измельчением до заданного зернового состава, дополнительно содержит алюмомагнезиальную шпинель фракции 0,5-0 мм, а тонкодисперсная матричная композиция, в качестве оксидного компонента, включающего оксид алюминия, содержит алюмомагнезиальную шпинель, фракции менее 0,063 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель	55,0-57,0
алюмомагнезиальная шпинель фракции 0,5-0 мм	10,0-13,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция	20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент	5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров	0,1-0,2

(сверх 100%).

Указанный технический результат достигается также тем, что огнеупорная бетонная смесь, включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, согласно третьему варианту группы изобретений содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава и дополнительно содержит карбид кремния фракции 2-0 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель	50,0-57,0
карбид кремния фракции 2-0 мм	13,0-20,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция	20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент	5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров	0,1-0,2

(сверх 100%).

Использование в составе предлагаемых смесей огнеупорного заполнителя на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученного путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава, позволяет повысить температуру применения бетона до 1650°С.

Более высокая температура применения бетона из предлагаемых вариантов смесей обусловлена стабильностью структуры бетона в интервале температур 1400-1650°С, что связано с минеральным составом заполнителя, образовавшимся в процессе обжига указанного шлака при 1500-1750°С.

Огнеупорный заполнитель имеет следующий минеральный состав, мас.%: хромистый гексаалюминат кальция, СаО·6(Al,Cr)2O3, 86,0-94,0, хромистый корунд, (Al,Cr)2O3 - 1,5-10,0, шпинель, Mg(Al,Cr)2O4 - 2,0-4,0, диалюминат кальция, СаО·2Al2O3, 0,1-0,5. В процессе обжига низкоосновные алюминаты кальция, присутствующие в необожженном шлаке, почти полностью перекристаллизовались в объемопостоянный хромистый гексаалюминат кальция, содержание которого в заполнителе повысилось до 86,0-94,0 мас.%, примеси металлического хрома при обжиге окислились до Cr2O3, который в виде изоморфной примеси вошел в состав минеральных фаз заполнителя.

Таким образом, используемый в группе изобретений прореагировавший, разрыхлившийся и спекшийся при обжиге заполнитель включает объемопостоянные минеральные фазы хромистых гексаалюмината кальция, корунда и шпинели, благодаря чему снижается объемный рост заполнителя при повторных нагревах, обеспечивая тем самым повышение объемопостоянства бетонов в интервале температур 1400-1650°С, снижение разупрочнения в этом температурном интервале и повышение температуры деформации под нагрузкой.

Вместе с тем, низкоосновные алюминаты кальция высокоглиноземистого цемента при температуре 1400°С и выше реагируют с оксидом алюминия матричной композиции с образованием гексаалюмината кальция. В связи с тем, что процесс протекает в матрице бетона, сопровождающее его увеличение объема осуществляется за счет уменьшения объема пор и уплотнения структуры бетона, при этом существенного изменения объема самого бетона и разрыхления его структуры не происходит.

Общее количество вводимого огнеупорного заполнителя определенного зернового состава во всех трех вариантах смесей связано с созданием наиболее плотного каркаса бетона.

Во втором варианте часть заполнителя на основе хромистого гексаалюмината кальция заменена мелкозернистой алюмомагнезиальной шпинелью, а корунд в тонкодисперсной матричной композиции - на тонкодисперсную алюмомагнезиальную шпинель. Введение шпинели в состав смеси, как в заполнитель, так и в ее связующую часть, создает условия для повышения шлакоустойчивости и термостойкости бетона за счет различия КЛТР шпинели и хромистого гексаалюмината кальция, при этом стабильность работы бетона при температурах до 1650°С сохраняется, так как алюмомагнезиальная шпинель не вступает в реакции с компонентами смеси, связанными с разупрочнением или изменением объема бетона, и не ухудшает его деформативных свойств.

Количество вводимой в смесь по второму варианту шпинели обеспечивает наилучшие результаты по объемопостоянству, прочности, шлакоустойчивости и термостойкости.

Третий вариант предусматривает замену части заполнителя на основе хромистого гексаалюмината кальция на карбид кремния фракции 2-0 мм. Введение карбида кремния не оказывает влияния на объемопостоянство и прочность бетона. Вместе с тем, огнеупорный бетон с добавкой SiC не смачивается расплавами металла и шлака и приобретает более термостойкую структуру за счет различия КЛТР карбида кремния и хромистого гексаалюмината кальция.

Содержание карбида кремния в заявляемой смеси менее 13 мас.% не дает положительных результатов по увеличению металло- и шлакоустойчивости и термостойкости бетона. Увеличение указанного компонента более 20 мас.% снижает прочность бетона.

Таким образом, все три варианта смеси обеспечивают стабильность работы бетона до температуры 1650°С, характеризуются постоянством объема, не разупрочняются и имеют высокую температуру деформации под нагрузкой.

Первый вариант смеси целесообразно применять для изготовления футеровок тепловых агрегатов, работающих в восстановительной и щелочной средах.

Второй вариант смеси дает положительные результаты в футеровках сталеразливочных ковшей, подверженных воздействию расплавленных металла и шлака.

Третий вариант смеси предназначен для футеровок тепловых агрегатов с резким колебанием температур, работающих в восстановительной среде.

Пример выполнения

Для изготовления огнеупорных бетонных смесей использовали следующие сырьевые материалы.

1. Высокоглиноземистый шлак алюминотермического производства металлического хрома, изготовляемый ОАО "Ключевский завод ферросплавов" по ТУ 14-141-41-99 марки ПГ-75 кусковой (50-150 мм).

2. Высокоглиноземистый цемент марки Secar-71 фирмы Kerneos.

3. Электрокорунд белый производства ОАО "Бокситогорский глинозем" по ТУ 3988-012-00658716-2002.

4. Спеченный глинозем производства ОАО "Бокситогорский глинозем" марки ГН.

5. Реактивный глинозем марки СТС-40 фирмы Almatis (Германия).

6. Алюмомагнезиальную шпинель марки АМШ-Т производства ОАО "Первоуральский динасовый завод" по ТУ 1527-031-00187085-2004.

7. Карбид кремния по ГОСТ 3647-80.

8. Дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров FS-40 фирмы BASF (Германия).

9. Вода питьевая.

Шлак обжигали при 1650°С, после чего дробили до получения фракции 6-0 мм.

Компоненты, входящие в состав матричной композиции (кроме реактивного глинозема), подвергали вибропомолу до получения фракции менее 0, 063 мм.

Исходные компоненты смесей, составы которых приведены в таблице 1, смешивали всухую в течение 2 минут, после чего затворяли водой в количестве 5,00% (сверх 100%) и вновь перемешивали.

Для изготовления изделий полученные массы помещали в формы, подвергали виброуплотнению, отверждению и термообработке по определенному режиму при температуре 350°С для удаления из микропористой структуры бетона физической и химически связанной влаги.

Свойства огнеупорных бетонов, приведенные в таблице 2, определяли на образцах в соответствии с существующими ГОСТами.

Как видно из таблицы 2, предлагаемые составы огнеупорных бетонных смесей (примеры 1-3) сохраняют постоянство объемов бетона на их основе до температуры 1650°С, остаточные изменения размеров находятся в пределах допустимого, то есть не превышают 2%, в то время как бетон из известной смеси (пример 4) уже при 1500°С имеет рост 2,8%, а при 1650°С увеличение объема достигает 3,4%, что свидетельствует о разрыхлении структуры бетона. Последнее подтверждается также падением прочности бетона из известной смеси в интервале температур 1200-1500°С почти в 2 раза, в то время как предлагаемые составы обеспечивают более стабильную прочность бетона до 1650°С. Температура деформации под нагрузкой у бетонов из предлагаемых смесей на 250°С выше, чем у бетона из смеси известного состава.

Таким образом, огнеупорные бетоны из предлагаемых смесей с использованием обожженного шлакового заполнителя на основе хромистого гексаалюмината кальция смогут обеспечить стабильную эксплуатацию футеровок до температуры 1650°С, являющейся максимальной температурой их применения.

Сравнение показателей бетонов из предлагаемых смесей с показателями бетона из смеси аналогичного состава с корундовым заполнителем (пример 5) позволяет сделать вывод, что бетоны из смесей с дешевым шлаковым заполнителем могут с успехом заменить, в ряде случаев, бетоны из смесей с более дорогостоящим корундовым заполнителем.

Таблица 1
Составы огнеупорных бетонных смесей
Компоненты смесей	Содержание компонентов, мас.%
Компоненты смесей	Примеры выполнения2
1	2	3	4	5
Заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный из необожженного шлака, фракции 6-0 мм	-	-	-	70,0
Заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный из шлака, обожженного при 1650°С, фракции 6-0 мм	70,0	57,0	55,0	-	-
Заполнитель корундовый фракции 6-0 мм	-	-	-	-	70,0
Алюмомагнезиальная шпинель фракции 0,5-0 мм	-	13,0	-	-	-
Карбид кремния фракции 2-0 мм	-		15,0	-	-
Тонкодисперсная матричная композиция фракции менее 0,063 мм,	20,0	20,0	20,0	20,0	20,0
в том числе:
корунд	7,5	-	7,5	7,5	7,5
алюмомагнезиальная шпинель	-	7,5	-	-	-
спеченный глинозем	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5
реактивный глинозем	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Высокоглиноземистый цемент	10,0	10,0	10,0	10,0	10,0
Дефлокулянт на основе доликарбоксилатных эфиров FS-40 (сверх 100%)	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15
Вода (сверх 100%)	5,0	5.0	5,0	5,0	5,0
2Примеры 1, 2 и 3 соответствуют вариантам смеси 1, 2 и 3; 4 - известный состав, пример 5 - смесь с корундовым заполнителем, приведенная для сравнения.

Таблица 2
Свойства огнеупорных бетонных смесей
	Наименование показателей	Показатели свойств
	Наименование показателей	Примеры выполнения
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5	6	7
1.	Предел прочности при сжатии, Н/мм2, после 3 суток твердения	35	22	51,3	14.5	20
	после термообработке при °С
	150	-	-	-	-	60
	350	130	98,5	58,7	112	-
	800	-	-	68,8	-	-
	1000	103	124	88,4	160 (1150°С)	60
	1200	121	124	-	131	-
	1500	109	161	66,8 (1400°C)	68	-
1650	111	132	-	-	100
2.	Остаточные изменения размеров, %, после термообработки, °С
	150	-0,2	0,03	-0,06	-	-
	350	-0,08	0,05	-0,03	-0,06	-0,8
	1000	-0,03	-0,05	0,02	0,07	-0,02
	1200	-0,16	0,045	-	0,31	-
	1400	0,84	0,75	0,86	1,51	-
	1500	1,59	0,45	-	2,80	-
1650	1,64	0,05	не опр.	3,40	-0,8
3.	Кажущаяся плотность, г/см3, после термообработки при температуре, °С
	150	2,86	3,13	-	-	-
	350	2,82	3,16	-	2,86	3,0
	800	-	-	2,86	-	-
	1000	2,86	2,77	-	2,84	2,90
	1200	2,84	2,74	-	2,90	-
	1400	2,78	-	2,80	2,82	-
	1500	2,75	2,77	-	2,77	-
1650	3,03	2,79	-	2,82	3,10
4.	Температура деформации под нагрузкой t0.6, P, °С	1650	1650	16503	1400	1650
5.	Максимальная температура применения, °С	1650	1650	16503	1400	1650
3В восстановительной среде

Источники информации

1. Бюхель Г., Бур А., Гириш Д., Рэчер Р.П. Бонит - новый сырьевой материал, предлагающий новые возможности в производстве огнеупоров // Новые огнеупоры, 2006, №7, с.66-73, табл.2, 3.

2. Абызов А.Н., Перепелицын В.А., Рытвин В.М. и др. Жаростойкие бетоны на основе алюминотермических шлаков ОАО "Ключевский завод ферросплавов" // Новые огнеупоры, 2007, №12, с.15-18.

3. Перепелицын В.А., Рытвин В.М., Игнатенко В.Г. Техногенная сокровищница Урала // Минеральное сырье Урала, 2007, №4 (12), с.24-26.

4. Технологический регламент производства бонитовых бетонных низкоцементных изделий ТР69-2009 // Сборник технологических инструкций и регламентов ЗАО "Опытный завод огнеупоров". Верхняя Пышма, 2009.

1. Огнеупорная бетонная смесь (вариант 1), включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, отличающаяся тем, что она содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава - 0-6 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель	65,0-70,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция	20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент	5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров	0,1-0,2
	(сверх 100%).

2. Огнеупорная бетонная смесь (вариант 2), включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую оксидный компонент, включающий оксид алюминия, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, отличающаяся тем, что она содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°С с последующим его измельчением до заданного зернового состава - 0-6 мм, и дополнительно содержит алюмомагнезиальную шпинель фракции 0-0,5 мм, тонкодисперсная матричная композиция в качестве оксидного компонента, включающего оксид алюминия, содержит алюмомагнезиальную шпинель фракции менее 0,063 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель	55,0-57,0
алюмомагнезиальная шпинель фракции 0-0,5 мм	10,0-13,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция	20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент	5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров	0,1-0,2
	(сверх 100%).

3. Огнеупорная бетонная смесь (вариант 3), включающая огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем переработки высокоглиноземистого шлака алюминотермического производства металлического хрома, тонкодисперсную матричную композицию фракции менее 0,063 мм, содержащую корунд, спеченный и реактивный глиноземы в соотношении 1,5:1,5:1,0, высокоглиноземистый цемент и дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров, отличающаяся тем, что она содержит огнеупорный заполнитель на основе хромистого гексаалюмината кальция, полученный путем обжига указанного шлака при температуре 1500-1750°C с последующим его измельчением до заданного зернового состава - 0-6 мм, и дополнительно содержит карбид кремния фракции 0-2 мм, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанный заполнитель	50,0-57,0
карбид кремния фракции 0-2 мм	13,0-20,0
указанная тонкодисперсная матричная композиция	20,0-25,0
высокоглиноземистый цемент	5,0-10,0
дефлокулянт на основе поликарбоксилатных эфиров	0,1-0,2
	(сверх 100%).

www.findpatent.ru

Огнеупорная бетонная смесь

Огнеупорная бетонная смесь (ОБС) предназначена для футеровки различных тепловых агрегатов, например крышек тепловых агрегатов общего назначения, арматурных слоев промежуточных ковшей и желобов доменного производства, футеровки водоохлаждаемых глиссажных труб методических печей. ОБС содержит андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, высокоглиноземистый цемент, тонкодисперсный кремнезем, триполифосфат натрия и лимонную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: 77-82 андалузит, 10-12 реактивный глинозем, 4,5-5 тонкодисперсный кремнезем, 4-6 высокоглиноземистый цемент, а также сверх 100% 0,12-0,15 триполифосфат натрия и 0,012-0,015 лимонная кислота. Андалузитовый заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 72-77 фракция 0-5 мм и 23-28 фракция менее 55 мкм. Введение в ОБС тонкодисперсного кремнезема в указанных количествах обеспечивает высокую степень муллитизации структуры бетона в службе при температуре ниже 1600°С. Огнеупорный бетон, полученный из ОБС, имеет стабильность объема при высоких температурах, высокие механическую прочность и температуру начала деформации под нагрузкой, повышенную стойкость. 1 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных бетонных смесей для футеровки различных тепловых агрегатов, например крышек тепловых агрегатов, арматурных слоев промежуточных ковшей и желобов доменного производства, футеровки водоохлаждаемых глиссажных труб методических печей.

Известны огнеупоры на основе андалузита, например, из статьи авт. П.Дюбрей, В.М.Соболев «Андалузит - перспективный материал для производства высококачественных огнеупоров», Огнеупоры и техническая керамика, 1999 №4, (стр.24-30) [1]; статьи авт. П.Дюбрей, Э.Филари, В.М.Соболев «Применение андалузитовых огнеупоров в черной металлургии», Огнеупоры и техническая керамика, 1999 №6, (стр.27-34) [2]; патента CN 1450020, С04В 35/66, 2003 [3].

Огнеупоры [1], [2] содержат андалузит или смесь андалузита с бокситом или глиноземом, а также реактивный или тонкодисперсный глинозем и могут быть изготовлены по низкоцементной технологии.

По совокупности общих существенных признаков наиболее близкой к патентуемой является огнеупорная бетонная смесь [3], содержащая, мас.%: 4-5 цемента на основе алюминатов кальция, 3-4 реактивный глинозем (микропорошок Al2О3 размером менее 10 мкм), 2-4 микропорошка SiO2 и 87-90 наполнитель андалузит (основа), включающий 75-77% зерен фракции 0-5 мм и 23-25% зерен фракции менее 88 мкм.

Недостатком известной огнеупорной бетонной смеси является необходимость ее термообработки при 1600°С, так как недостаточно микропорошка SiO2 и реактивного глинозема для достижения полной муллитизации андалузита при более низкой температуре. Высокая температура в условиях службы огнеупорных бетонов не всегда создается, в результате чего не достигаются положительные свойства муллитовой матрицы: стабильность объема, высокие механическая прочность и температура деформации под нагрузкой.

Задачей настоящего изобретения является создание огнеупорного бетона с высокой степенью муллитизации, осуществимой при температуре менее 1600°С и повышении эксплуатационных свойств.

Технический результат состоит в повышении содержания муллита, увеличении механической прочности и снижении объемных температурных изменений огнеупорного бетона.

Для достижения этого согласно формуле изобретения огнеупорная бетонная смесь, включающая андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, тонкодисперсный кремнезем и высокоглиноземистый цемент, дополнительно содержит триполифосфат натрия и лимонную кислоту, а андалузитовый заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 72-77 - фр. 0-5 мм и 23-28 - фр. менее 55 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 77-82 андалузитовый заполнитель, 10-12 реактивный глинозем, 4,5-5,0 тонкодисперсный кремнезем, 4-6 высокоглиноземистый цемент, 0,12-0,15 триполифосфат натрия и 0,012-0,015 лимонная кислота,

Сущность изобретения состоит в том, что введение тонкодисперсного кремнезема (менее 5 мкм) в количестве 4,5-5,0 мас.% позволяет получить в структуре огнеупорного бетона жидкую стеклофазу анортитового состава (CaO*Al2O3*2SiO2) в необходимом количестве при температуре ниже 1300°С, то есть до начала процесса муллитизации андалузита, сопровождающегося выделением из его зерен стеклофазы, которая реагирует с реактивным глиноземом и образует вторичный муллит. Эта первичная жидкая фаза, полученная в результате взаимодействия оксида кремния с оксидом кальция, содержащемся в высокоглиноземистом цементе, обеспечивает более мягкое протекание процесса муллитизации матрицы бетона без появления дефектов в виде сетки трещин. Кроме этого, введение тонкодисперсного кремнезема в заявленных пределах позволяет не только связать весь оксид кальция в анортит, но ускорить и усилить процесс вторичной муллитизации за счет реакции избытка кремнезема с реактивным глиноземом бетонной смеси.

Введение тонкодисперсного кремнезема менее заявленного предела не обеспечивает достаточного образования жидкой стеклофазы для вторичной муллитизации и создания прочной керамической связки в бетоне.

Введение тонкодисперсного кремнезема более заявленного предела ведет к образованию избытка жидкой стеклофазы и снижению температуры деформации бетона под нагрузкой.

Оптимальный зерновой состав андалузита в заявляемой бетонной смеси с достаточно высоким содержанием тонкой фракции также повышает образование вторичного муллита и в комплексе с тонкодисперсным кремнеземом позволяет достичь высокой степени муллитизации матрицы бетона, что обеспечивает ему высокую температуру деформации, механическую прочность и объемопостоянство.

При увеличении верхнего предела размера зерна и содержания крупной фракции сверх заявленного повышается пористость бетона и снижаются его плотность и тиксотропные свойства. Увеличение содержания тонкой фракции против заявленного предела снижает механическую прочность бетона.

Триполифосфат натрия и лимонная кислота улучшают реологические свойства бетонной смеси. Триполифосфат натрия образует тончайшую пленку с отрицательным зарядом на поверхности зерен цемента при введении воды, которая вызывает взаимное отталкивание частиц, обеспечивая текучесть смеси при малом водопотреблении. Одновременно снижается адсорбция ультрадисперсных частиц кремнезема, также обладающих отрицательным зарядом.

Лимонная кислота снижает щелочность раствора триполифосфата натрия, усиливая его диспергирующие свойства. Введение ее менее 0,012 мас.% не оказывает положительного влияния на реологические свойства, а избыток (более 0,015 мас.%) ухудшает процесс твердения бетона.

Введение триполифосфата натрия менее 0,12 мас.% недостаточно для обеспечения хорошей текучести и удобоукладываемости бетона, а введение его более 0,15 мас.% отрицательно влияет на его схватываемость и огневые свойства.

Примеры составов бетонной смеси для изготовления образцов огнеупорного бетона и их свойства указаны в таблице.

Для получения огнеупорного бетона из заявляемого состава смеси использовали следующие материалы: андалузит марок Durandal D-59 фр. 0-5 мм (Al2O3 59,5 мас.%, SiO2 38,0 мас.%) и Kerphalite K-F 55 фр. менее 55 мкм (Al2O3 59,5 мас.%, SiO2 38,0 мас.%), реактивный глинозем марки СТС 20 (Al2O3 99,7 мас.%), тонкодисперсный кремнезем - микросилика марки 971U (SiO2 97,5 мас.%), кальцийалюминатный цемент марки СА-14М (Al2О3 72 мас.%), триполифосфат натрия (ТУ 2148-037-0019441-02), кислота лимонная (ГОСТ 908-79).

Для получения огнеупорного бетона указанные компоненты дозировали в количествах, приведенных в формуле изобретения, смешивали всухую, затем добавляли воду для обеспечения влажности массы 4,5% и снова смешивали.

Из полученной массы виброформованием готовили образцы, которые выстаивали в форме 24 часа, затем сушили в естественных условиях и термообрабатывали при температуре 120°С и 1000°С с выдержкой 5 часов.

Из таблицы видно, что огнеупорный бетон, изготовленный из патентуемой смеси, лучше муллитизирован (при более низкой температуре), имеет высокие огневые свойства, малые объемные высокотемпературные изменения, повышенную механическую прочность против образца по прототипу, изготовленному в сопоставимых условиях из бетонной смеси, не содержащей тонкодисперсного кремнезема, при допущении зернового состава андалузитового заполнителя аналогично заявленному. Матрица бетона из патентуемой смеси после обжига при 1000°С содержит немуллитизированного андалузита менее 10 мас.%, в то время как образец по прототипу, обожженный при 1300°С, содержит его 63,2 мас.%.

Совокупность положительных свойств данного бетона: объемопостоянство, высокие механическая прочность и температура начала деформации под нагрузкой позволяют успешно его эксплуатировать, что подтвердили результаты промышленных испытаний в укрытии желобов доменного производства чугуна и промежуточных ковшей. Гарантированная стойкость укрытий транспортных желобов и качающегося желоба при температуре эксплуатации 1450°С - 1 год. Гарантированная стойкость укрытий промежуточных ковшей сталеразливочного тракта при температуре эксплуатации 1450-1500°С - 500 плавок.

Остаточное изменение линейных размеров при нагреве определяли по ГОСТ 5402.1-2000, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94, температуру начала деформации под нагрузкой по ГОСТ 4070-83.

Источники информации

1. Огнеупоры и техническая керамика 1999 №4, (стр.24-30).

2. Огнеупоры и техническая керамика 1999 №6, (стр.27-34).

Составы огнеупорной бетонной смеси и свойства полученного бетона
Состав	Содержание компонентов, мас.%	Свойства образцов после обжига при 1000°С
андалузит фр. 0.5 мм	андалузит фр. менее 55 мкм	реактивный глинозем	высоко-глиноземистый цемент	тонкодисперсный кремнезем	триполи фосфат натрия (сверх 100%)	кислота лимонная (сверх 100%)	содержание андалузита, мас.%	содержание муллита, мас.%	содержание стекло-фазы, мас.%	изменение линейных размеров, %	предел прочности при сжатии, Н/мм2	температура начала деформации под нагрузкой, °С
1	59	21	10	5.5	4,5	0,15	0,015	5,7	78,5	15,8	-0,08	110	1650
2	60,5	18,5	11	5	5	0,14	0,014	6,1	77,7	16,2	-0,10	120	1650
3	61,5	19	10	4.5	5	0,13	0,013	8,5	73,1	18,4	-0,10	130	1650
4*	65	20	10	5	-	-	-	63.2	26,8	10,0	-0,12	100	1650
4* данные по прототипу} после обжига при 1300°С (температуре начала процесса муллитизации андалузита) с выдержкой в течение 2-х часов.

Огнеупорная бетонная смесь, содержащая андалузитовый заполнитель, реактивный глинозем, тонкодисперсный кремнезем и высокоглиноземистый цемент, отличающаяся тем, что огнеупорная бетонная смесь дополнительно содержит триполифосфат натрия и лимонную кислоту, а андалузитовый заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 72-77 фр. 0-5 мм, 23-28 фр. менее 55 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

андалузитовый заполнитель	77-82
реактивный глинозем	10-12
тонкодисперсный кремнезем	4,5-5
высокоглиноземистый цемент	4-6
триполифосфат натрия (сверх 100%)	0,12-0,15
лимонная кислота (сверх 100%)	0,012-0,015

www.findpatent.ru

Огнеупорная бетонная смесь

Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий и выполнению монолитных футеровок тепловых агрегатов, эксплуатируемых при высокой температуре в контакте с агрессивными расплавленными материалами: шлаками, металлами, клинкерами, стеклами в различных отраслях промышленности. Технический результат - уменьшение газопроницаемости и повышение коррозионной стойкости. Огнеупорная бетонная смесь содержит огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия различных фракций, алюмомагнезиальную шпинель, реактивный глинозем и/или кальцинированный глинозем, кальцийалюминатный цемент, дефлокулянт и органическое волокно, при этом согласно изобретению алюмомагнезиальная шпинель представлена фракциями 0-1 мм и менее 8 мкм и/или менее 3 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия фракции 0-12 мм - основа, алюмомагнезиальная шпинель фракции 0-1 мм - 2-18, алюмомагнезиальная шпинель фракции менее 8 мкм и/или фракции менее 3 мкм - 3-14, кальцийалюминатный цемент - 3-18, реактивный и/или кальцинированный глинозем - 5-15, дефлокулянт, сверх 100%, - 0,01-1,0, органическое волокно, сверх 100%, - 0,02-0,07. Дополнительно огнеупорная бетонная смесь может содержать микросилику в количестве 0,2-0,5 мас.% (сверх 100%) и стальное волокно в количестве 0,1-3,5 мас.% (сверх 100%). 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Известна огнеупорная бетонная смесь для изготовления низкоцементного огнеупорного бетона, содержащая огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия и связующее, представляющее собой комплекс тонкодисперсных материалов, в качестве комплексного связующего используют Al2O3 или смесь Al2O3 и SiO2, высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент, оксид магния или алюмомагнезиальную шпинель и дефлокулянт при следующем соотношении компонентов, мас. %: огнеупорный заполнитель фр. 7-3 мм - 25-45, фр. 3-1 мм - 15-35, фр. 1-0 мм - 20-45, Al2O3 или смесь Al2O3 и SiO2 фр. 6-0,1 мкм - 2-25, высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент фр. < 40 мкм - 2-8, MgO или алюмомагнезиальная шпинель фр. < 20 мкм - 5-15, дефлокулянт - 0,1-1,5 (RU 2140407 от 18.01.1999, С04В 35/66).

Недостатком данного изобретения является отсутствие указания на долю SiO2 в составе бетонной смеси: превышение определенного процента резко снижает устойчивость к воздействию агрессивной среды. Отсутствие супертонкой алюмомагнезиальной шпинели (размером менее 8 мкм) не позволяет сформировать микропористую структуру, устойчивую к пропитке металлургическими шлаками и расплавам цементного клинкера. Кроме того, отсутствие органического волокна затрудняет процесс удаления паров воды в процессе сушки и провоцирует растрескивание огнеупора (изделия или монолитной футеровки).

Известна также огнеупорная бетонная смесь, включающая 60-61% табулярного глинозема фракций ¼ - 8 mesh, 8-14 mesh, 28-48 mesh, <48 mesh, 11-23% алюмомагниевой шпинели фракций 0-0,09 мм, 0-0,5 мм, 0,5-1 мм (0-0,5 мм, 0,5-1 мм), 10-11% реактивного глинозема, 6-18% кальцийалюминатного цемента (СМА72), воду, гексаметафосфат натрия, борную кислоту (US 6730159 от 04.05.2004 г., С04В 35/66).

Отсутствие супертонкой алюмомагнезиальной шпинели (размером менее 8 мкм) в нужном количестве и в нужном соотношении в составе матричной части огнеупора существенно снижает устойчивость огнеупора к воздействию агрессивных расплавов (шлаки, цементный клинкер и т.д.) при эксплуатации огнеупора вследствие не оптимальной поровой структуры. Ограничение содержания реактивного глинозема 10-11% не позволяет регулировать термомеханические свойства изделий и футеровок, изготовленных из предлагаемой бетонной смеси. Отсутствие органического волокна затрудняет процесс удаления паров воды в процессе сушки и провоцирует растрескивание огнеупора (изделия или монолитной футеровки).

Наиболее близка к заявляемой огнеупорная бетонная смесь для изготовления низкоцементного бетона, содержащая огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия фр. 6-3 мм 20-25%, фр. 3-1 мм 13-25%, фр. 1-0 мм 8-20% и алюмомагнезиальную шпинель фр. 0,5-0 мм 10-20%, меламиновый или поликарбоксилатный пластификатор 0,045-0,07% (сверх 100%), тонкодисперсную матрицу фр. < 0,063 мм 15-30% и высокоглиноземистый цемент фр. 0,045 мм 2-8%, диспергирующий глинозем фр. 0,0075 0,2-0,4% (сверх 100%). В качестве тонкодисперсной матрицы смесь содержит, мас.%: корунд фр. < 0,063 мм 35-40, реактивный глинозем фр. < 0,005 мм 35-40 и алюмомагнезиальную шпинель фр. < 0,063 мм 30-20. Огнеупорная бетонная смесь дополнительно содержит органическое волокно 0,02-0,05 мас.% (сверх 100%) (RU 2320617 от 10.02.2006 г, С04В 35/66).

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в получении поровой структуры огнеупора (изделия или монолитной футеровки), где снижена доля сообщающихся пор, снижена газопроницаемость и в процессе эксплуатации огнеупора имеет место высокая устойчивость к воздействию агрессивных компонентов.

Заявленный технический результат достигается в результате того, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь содержит огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия различных фракций, алюмомагнезиальную шпинель, реактивный глинозем и/или кальцинированный глинозем, кальцийалюминатный цемент, дефлокулянт и органическое волокно, при этом алюмомагнезиальная шпинель представлена фракциями 0-1 мм и менее 8 мкм и/или менее 3 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

огнеупорный наполнитель на основе
оксида алюминия фракции 0-12 мм	основа
алюмомагнезиальная шпинель фракции 0-1 мм	2-18
алюмомагнезиальная шпинель фракции менее 8 мкм
и/или фракции менее 3 мкм	3-14
кальцийалюминатный цемент	3-18
реактивный и/или кальцинированный глинозем	5-15
дефлокулянт	0,01-1,0
органическое волокно	0,02-0,07

Кроме того, смесь дополнительно может содержать микросилику в количестве 0,2-0,5 мас.%, сверх 100%, и стальное волокно в количестве 0,1-3,5 мас.%, сверх 100%.

Огнеупорный наполнитель может быть представлен плавленым корундом с содержанием основного вещества (93-99% Al2O3), табулярным глиноземом, комбинацией различных фракций этих материалов, позволяющей обеспечить максимально плотную упаковку зерен в структуре огнеупора. В контексте настоящего изобретения огнеупорный наполнитель фракции 0-12 мм означает, что указанный наполнитель может быть представлен различными комбинациями фракций внутри обозначенного диапазона (0-12 мм), в частности: 12-8 мм, 8-5 мм, 6-3 мм, 6-4 мм, 4-2 мм, 4-1 мм, 3-1 мм, 2-0 мм, 1-0 мм, 0,5-0 мм, менее 0, 088 мм, менее 0,063 мм, менее 0,045 мм, менее 0,020 мм.

Алюмомагнезиальная шпинель может быть изготовлена плавкой в руднотермических печах или спеканием в шахтных или иных печах, предлагаемые пределы содержания этого компонента в сочетании с его фракционным составом позволяют распределить этот компонент в матричной части огнеупорной бетонной смеси оптимальным образом.

Структура матрицы и стыка матрицы с наполнителем за счет близкого ТКЛР корунда (8,8·10-6К-1) как основного наполнителя (плавленый корунд, табулярный глинозем) и компонента, присутствующего в матричной части (реактивный и/или кальцинированный глинозем), в сочетании с алюмомагнезиальной шпинелью (ТКЛР 8,0·10-6К-1) плотная во всем интервале температур службы огнеупора. Проходящие процессы спекания, образования твердых растворов не сопровождаются объемными изменениями фаз, поэтому не возникают и микротрещины.

Использование алюмомагнезиальной шпинели фракции более 1 мм приведет к ослаблению структуры в рабочей части огнеупора в процессе службы в тепловом агрегате. При использовании менее 2% алюмомагнезиальной шпинели обозначенной фракции (0-1 мм) не будет получен огнеупор с низкой газопроницаемостью, высокой устойчивостью к воздействию газообразного агрессивного агента и достаточной высокотемпературной прочностью. При превышении 18% алюмомагнезиальной шпинели в составе бетонной смеси неизбежно снижение устойчивости к воздействию агрессивных компонентов из окружающей среды (расплавы шлака, клинкера, боросодержащих стекол и т.д.).

Алюмомагнезиальную шпинель фракции менее 8 и менее 3 мкм получают в процессе помола алюмомагнезиальной шпинели. Например, материал (указанная шпинель) синтезируется в шахтной или руднотермической печи с последующим дроблением и помолом в атриттерной мельнице, шаровой мельнице либо в ином агрегате. Возможно использование и тонкомолотого материала, в котором алюмомагнезиальная шпинель получена в процессе реакции "in-situ", например, в процессе производства кальций алюминатного цемента (под маркой СМА 72, где шпинель составляет 68-72%, остальное алюминаты кальция, причем шпинель менее 8 мкм 100%, в том числе менее 3% не менее 50%) или в процессе высокотемпературного синтеза из соответствующих смесей солей магния и алюминия, получаемых механическим путем, либо смешением растворов с последующим высушиванием и обжигом смеси.

Установлено, что дополнительное наличие в огнеупорной бетонной смеси менее 3% и более 14% алюмомагнезиальной шпинели фракции менее 8 мкм и/или 3 мкм не создает структуры, устойчивой к воздействию агрессивных компонентов. Наличие связей наполнитель и глинозем (реактивный и/или кальцинированный) с менее чем 3% указанной алюмомагнезиальной шпинели через твердый раствор на контакте этих материалов недостаточно для достижения заявленного технического результата, избыток твердого раствора, обогащенного оксидом магния, при введении более чем 14% указанной алюмомагнезиальной шпинели в матричной части огнеупора ухудшает его шлакоустойчивость.

При наличии в составе огнеупорной бетонной смеси алюмомагнезиальной шпинели фракции менее 3 мкм пределы концентрации этого материала закономерно изменяются в меньшую сторону. Целесообразность использования столь мелкого материала определяется экономической составляющей, так как увеличение энергетических затрат на измельчение приводит к удорожанию и тонкомолотого компонента, и изделий, и монолитных футеровок с его использованием.

Пределы содержания кальцийалюминатного цемента (3-18%) определены опытным путем. Кальций алюминатный цемент может содержать 35-10% СаО, остальное - глинозем и/или глиноземсодержащий компонент в сочетании с реактивным и/или кальцинированным глиноземом в указанных количествах, обеспечивающих формирование гидравлической связки при оптимальном соотношении Al2O3 и СаО. Алюминаты кальция, в основном, отвечают за прочностные свойства огнеупорного бетона (являются вяжущим), причем к нижнему пределу (3-8%) ближе применение кальцийалюминатного цемента с 25-35% СаО (например, цемент марки Secar 71, СА-270), а к среднему (8-12%) с 15-25% СаО (например, цемент марки СА-25) и к верхнему пределу (12-18%) с 10-15% СаО (например, цемент марки СМА 72, где содержится 28-32% алюминатов кальция, остальное алюмомагнезиальная шпинель), возможно и сочетание различных цементов в составе смеси в обозначенных пределах (3-18%) для придания прочности изделию или монолитной футеровке при их изготовлении за счет вяжущих свойств композиции и в то же время достаточной высокотемпературной прочности при формировании керамической связки, при температуре службы огнеупора в сочетании с оптимальной устойчивостью к воздействию агрессивных компонентов. Необходимость использования реактивного глинозема и/или кальцинированнного глинозема в сочетании с кальцийалюминатным цементом позволяет существенно упрочнить структуру даже при минимальном количестве упомянутого цемента. Чем больше содержание СаО в сухой массе, тем ниже устойчивость к воздействию шлаков, глиноземы позволяют снизить количество используемого цемента. Заявленные пределы содержания глинозема определены из практики, при использовании более дорогого реактивного глинозема количество глинозема может быть уменьшено, при увеличении доли кальцинированного глинозема целесообразно использовать большее суммарное количество глинозема и при этом необходимо для конкретной задачи определять соотношение глинозема и кальций алюминатного цемента.

Минимизация сообщающихся пор за счет наличия в матрице одновременно с кальций алюминатным цементом алюмомагнезиальной шпинели фракции менее 8 мкм и/или фракции менее 3 мкм способствует формированию газоплотной структуры и одновременно препятствует удалению паров воды в процессе сушки.

Использование дефлокулянта - под дефлокулянтом в данном случае понимаем органический (лимонная кислота, меламиновый, поликарбоксилатный и полиакрилатный пластификатор, соли глютаминовой кислоты и т.д.) и/или неорганический (полифосфат натрия, борная кислота и т.д.) компонент, который позволяет регулировать процесс схватывания бетона в зависимости от температуры окружающей среды и требований к времени схватывания. Например, при изготовлении крупногабаритных изделий время схватывания требуется увеличить для того, что бы последующие порции свежеприготовленного бетона образовывали единое целое с предыдущими. Дефлокулянт, например меламиновый или поликарбоксилатный пластификатор, регулирует растекаемость огнеупорного бетона, в том числе его сплошность, при заполнении формы или зазора между шаблоном и металлической стенкой при выполнении монолитной футеровки. Введение в состав огнеупорной бетонной смеси менее 0,01% дефлокулянта не оказывает влияния на сроки схватывания и растекаемость бетона. Превышение заявленного верхнего предела количества дефлокулянта способствует снижению стойкости огнеупора в службе, так как необходимо увеличение времени выстаивания бетона до сушки и разогрева. Увеличение времени на эти операции не всегда поддается учету, особенно для крупногабаритных изделий.

Наличие органического волокна формирует каналы для интенсивного пароудаления в процессе сушки и нагрева огнеупора. Можно вводить любые органические волокна, температура плавления которых не превышает 320°C. Пределы внесения в огнеупорную бетонную смесь органического волокна, например полипропиленового или полиамидного длиной 6-12 мм с поперечным сечением 15-25 мкм, определены экспериментально. При внесении менее 0,02% волокна отсутствует эффект ускорения процесса сушки огнеупора, при внесении более 0,07% имеет место наличие избытка сообщающихся пор при температуре службы, что снижает устойчивость к воздействию жидких и газообразных агрессивных агентов.

Дополнительно в огнеупорную бетонную смесь можно вводить металлическое волокно (стальную фибру) в количестве 0,1-3,5%. Наличие металлического волокна армирует структуру изделия и монолитной футеровки, что способствует замедлению процесса разрушения огнеупора при его растрескивании.

Дополнительный положительный эффект по увеличению шлакоустойчивости достигается введением в состав огнеупорной бетонной смеси фиксированного количества микросилики. Эффект особенно ощутим при наличии в атмосфере теплового агрегата агрессивных материалов в газовой фазе. Наличие микросилики в заявляемом количестве (0,2-0,5%) способствует возникновению в матричной части и на контакте матрицы с наполнителем барьерного слоя, сравнительно легкоплавкой жидкости в системе Al2O3-MgO-CaO-SiO2 (Тпл 1300-1450°C), с преобладанием высокотемпературных соединений и твердых растворов, при наличии упомянутых более низкоплавких фаз. Барьерный слой препятствует пропитке поровой структуры агрессивными компонентами в газовой фазе и жидкой фазе. Наличие жидкости в огнеупоре при температуре его эксплуатации сопровождается заполнением (запечатыванием устьев) пор этой жидкостью и резким снижением газопроницаемости сформировавшегося барьерного слоя. Проникающие в футеровку металлургического агрегата агрессивные газообразные и жидкофазные компоненты (железо-, марганецсодержащие, в первую очередь, или хлор-, серо-, щелочесодержащие) не преодолевают сформировавшийся барьер в толще огнеупора в зоне температуры 1350-1450°C.

Экспериментально установлено, что при увеличении содержания микросилики более 0,5% интенсифицируется взаимодействие шлака с огнеупором именно по пленкам легкоплавких алюмо-кальций-магний силикатов, в то время как при введении менее 0,2% микросилики образующееся количество жидкой фазы недостаточно для перекрытия доступа газовой фазы на всех участках структуры огнеупора.

Далее приведен конкретный пример осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения. Исходные компоненты огнеупорной сухой смеси (табл. 1) перемешиваются в смесителе при увлажнении водой питьевого качества.

В качестве сырьевых материалов для приготовления сухой огнеупорной бетонной смеси использовали: табулярный глинозем марки Т60/Т64, плавленый белый корунд с содержанием 98,3% Al2O3, спеченный глинозем марки BSA 96 требуемых фракций, спеченная алюмомагнезиальная шпинель марки MR 78 (фракции 0-1 мм), алюмомагнезиальная шпинель фракции менее 8 мкм и менее 3 мкм, полученная помолом в аттриторной мельнице, высокоглиноземистый цемент марок Secar 71 и СА 25 (содержащие 100% алюминатов кальция) и марки СМА 72, в том числе крупностью менее 3 мкм (не менее 50%), реактивный глинозем марки CL 270 и кальцинированный глинозем марки СТ 9G, в качестве дефлокулянта использовали поликарбоксилатный пластификатор марки RCE-2, а также микросилику марки Microsilica 971. Увлажненный бетон размещается в формы под воздействием вибрации с вертикально направленной амплитудой, частота 50 Гц, амплитуда 0,2-0,4 мм, изготовленные из полиуретана (куб с ребром 70 мм и выемкой в форме усеченного конуса высотой 40 мм). Полученные образцы в виде тиглей подвергаются термообработке при максимальной температуре 380°C. В тигель помещали таблетку модельного шлака (шлак из сталеразливочного ковша) высотой 25 мм состава, мас.%: 48% СаО, 15% Al2O3, 20% SiO2, 12% FeO и 5% Fe2O3. Тигли с шлаком размещали в муфель, обжигали при 1600°C в течение 4 часов, остывшие тигли разрезали по диагонали и, используя планиметр (по площади), определяли величину эрозии стенки и площадь пропитки + коррозии. Полученные результаты также приведены в табл. 1. Газопроницаемость определяли на цилиндрах диаметром 50 мм, изготовленных по той же технологии. Определение газопроницаемости проводили на установке по ГОСТ 11573-98.

Огнеупоры из огнеупорной сухой смеси, изготовленные в соответствие с заявленным составом, характеризуются повышенной устойчивостью к воздействию агрессивного шлака и меньшей газопроницаемостью.

Примечание: при введении в состав сухой смеси кальций алюминатного цемента марки СМА 72 (пример 2) в количестве 18% вводится кальций алюминатов (вяжущего) 6% и шпинели фракции менее 8 мкм - 12%;

пример 7 - введен цемент СМА 72 в количестве 9%, в том числе кальций алюминатов (вяжущего) 3% и шпинели фракции менее 8 мкм - 6%;

пример 9 - введен цемент СМА 72 в количестве 12%, в том числе кальций алюминатов (вяжущего) 4% и шпинели фракции менее 8 мкм - 8%;

пример 11 - введен цемент СМА 72 в количестве 15%, в том числе кальций алюминатов (вяжущего) 5% и шпинели фракции менее 8 мкм - 10%.

1. Огнеупорная бетонная смесь, содержащая огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия различных фракций, алюмомагнезиальную шпинель, реактивный глинозем и/или кальцинированный глинозем, кальцийалюминатный цемент, дефлокулянт и органическое волокно, отличающаяся тем, что алюмомагнезиальная шпинель представлена фракциями 0-1 мм и менее 8 мкм и/или менее 3 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

огнеупорный наполнитель на основе
оксида алюминия фракции 0-12 мм	основа
алюмомагнезиальная шпинель фракции 0-1 мм	2-18
алюмомагнезиальная шпинель фракции менее 8 мкм
и/или фракции менее 3 мкм	3-14
кальций алюминатный цемент	3-18
реактивный и/или кальцинированный глинозем	5-15
дефлокулянт, сверх 100%	0,01-1,0
органическое волокно, сверх 100%	0,02-0,07

2. Огнеупорная бетонная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит микросилику в количестве 0,2-0,5 мас.% (сверх 100%).

3. Огнеупорная бетонная смесь по пп. 1, 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит стальное волокно в количестве 0,1-3,5 мас.% (сверх 100%).

www.findpatent.ru

Огнеупорная бетонная смесь и способ изготовления из нее бетона

Изобретение относится к получению цементных смесей и бетона различного назначения, работающих при высоких деформирующих нагрузках, и может быть использовано в металлургической, строительной и других отраслях промышленности. Технический результат изобретения - получение бетона с повышенными прочностными характеристиками на сжатие. Огнеупорная бетонная смесь содержит, мас.%: корунд 13,0-20,0; высокоглиноземистый цемент 5,0-10,0; наночастицы диоксида кремния с удельной поверхностью 180-300 м2/г и/или модифицированного оксида алюминия удельной поверхностью 25-50 м2/г 0,04-0,08; порошковый муллит фракцией 50-100 мкм 1,0-3,0; муллит фракцией 3-7 мм - остальное. Часть компонентов смеси в сухом виде, состоящую из высокоглиноземистого цемента, порошкового муллита фракцией 50-100 мкм, наночастиц диоксида кремния и/или модифицированного оксида алюминия, предварительно обрабатывают вращающимся электромагнитным полем в аппарате с вихревым слоем в герметичной капсуле в течение 100-140 секунд, при соотношении обрабатываемых компонентов смеси и ферромагнитных частиц (2-4):1, затем добавляют остальные компоненты и затворяют смесь водой. Герметичная капсула выполнена из немагнитного твердосплавного материала. Напряженность магнитного поля аппарата с вихревым слоем составляет 0,18-0,22 Тл. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к получению цементных смесей и бетона различного назначения, работающих при высоких деформирующих нагрузках, требующих высокой степени сопротивления внешним воздействиям с повышенными прочностными характеристиками, и может быть использовано в металлургической, строительной и других отраслях промышленности.

Известна сырьевая смесь для получения пористого, огнеупорного, теплоизоляционного материала (RU 2387623, С04В 38/02, 27.04.2010). Сырьевая смесь содержит алюминий, минеральный наполнитель, в качестве связующего по крайней мере один полиметаллофосфат из группы, включающей алюмоборфосфат, магнийборфосфат, алюмомагнийфосфат, алюмохромфосфат, в жидком агрегатном состоянии с содержанием Р2О5 не менее 36%, при массовом отношении минерального наполнителя к связующему 1,25-1,54, при массовом отношении алюминия к связующему 0,009-0,067, наномодификатор - тугоплавкие оксиды кремния, алюминия, частично стабилизированный диоксид циркония или бинарные или тройные оксидные системы из ряда CaO, Al2O3, SiO2, MgO.

Недостатком сырьевой смеси является невысокое значение прочности на сжатие изготовленного из нее бетона, не обеспечивающее работу в высокотемпературной области под нагрузкой.

Наиболее близким по составу к предлагаемому изобретению является огнеупорная бетонная смесь, содержащая огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия и в качестве связующего - комплекс тонкодисперсных материалов, включающий Al2O3 или смесь Al2O3 и SiO2 фракции 6-0,1 мкм, высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент, дефлокулянт, оксид магния или алюмомагнезиальную шпинель фракции <20 мкм (RU 2140407, С04В 35/66, 27.10.1999).

Недостатком огнеупорной бетонной смеси является недостаточная прочность бетона на сжатие при высоких температурах.

Известны технические решения, где с целью интенсификации процесса гомогенизации различных смесей используют аппараты с вихревым слоем ферромагнитных частиц, который создается путем воздействия на частицы вращающегося электромагнитного поля. Известен, например, способ получения серного цемента, заключающийся в гомогенизации раствора серы и модификатора во вращающемся электромагнитном поле аппарата вихревого слоя В150К-01 при температуре 140-150°C в течение 5-20 с (RU 2154602, С01В 17/00, С04В 28/36, 20.08.2000).

За прототип выбран способ, заключающийся в измельчении и гомогенизации в аппаратах с вихревым слоем (ABC) различных смесей, в том числе глин различного происхождения для получения керамзита общестроительного и специального назначения, с целью понижения объемной массы и повышения прочности («Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем» Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. «Техника», 1976, с.127-131).

Недостатком способа является унос обрабатываемого материала из рабочей зоны аппарата в процессе обработки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка состава огнеупорной бетонной смеси и технологии изготовления бетона с повышенными прочностными характеристиками на сжатие.

Указанный технический результат достигается тем, что огнеупорная бетонная смесь, содержит огнеупорный заполнитель и связующее - высокоглиноземистый цемент, согласно изобретению смесь дополнительно содержит диоксид кремния или модифицированный оксид алюминия в виде наноразмерных частиц, а в качестве огнеупорного заполнителя используется муллит состава и корунд, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Корунд	13,0-20,0
Высокоглиноземистый цемент	5,0-10,0
Наночастицы диоксида кремния и/или
модифицированного оксида алюминия	0,04-0,08
Порошковый муллит фракцией 50-100 мкм	1,0-3,0
Муллит фракцией 3-7 мм	остальное

Технический результат достигается также тем, что удельная поверхность наноразмерных частиц диоксида кремния составляет 180-300 м2/г, удельная поверхность наноразмерных частиц модифицированного оксида алюминия составляет 25-50 м2/г, при этом используют оксид алюминия, поверхностно модифицированный однопроцентным водным раствором 3-аминопропил-3-этоксисилана.

Указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления бетона из огнеупорной смеси включает предварительную обработку вращающимся электромагнитным полем в аппарате с вихревым слоем в герметичной капсуле в течение 100-140 секунд, при соотношении обрабатываемых компонентов смеси и ферромагнитных частиц (2-4):1, части компонентов смеси в сухом виде, состоящей из высокоглиноземистого цемента, порошкового муллита фракцией 50-100 мкм, наночастиц диоксида кремния и/или модифицированного оксида алюминия, с последующим затворением бетонной смеси водой.

Технический результат достигается также тем, что герметичная капсула выполнена из немагнитного твердосплавного материала, а напряженность магнитного поля аппарата с вихревым слоем составляет 0,18-0,22 Тл.

Одной из важных существующих проблем при прогнозе эксплуатационных параметров огнеупоров является анализ их стойкости в режиме теплосмен, или так называемой термостойкости. Этот эксплуатационный показатель имеет важное значение для многих типов огнеупорных материалов, используемых, в том числе, для агрегатов внепечной обработки стали, таких как вакууматоры и установки печь-ковш.

Состав огнеупорной бетонной смеси подобран экспериментальным путем, исходя из требования получения бетонов с повышенной прочностью на сжатие.

Введение в смесь нанопорошков модифицированного оксида алюминия или оксида кремния со средними размерами частиц не более 100 нм, которые характеризуются высокой степенью дисперсности (удельная поверхность наноразмерных частиц диоксида кремния составляет 180-300 м2/г, а удельная поверхность наноразмерных частиц модифицированного оксида алюминия составляет 25-50 м2/г), а также дальнейшая обработка части компонентов смеси в сухом виде, состоящей из высокоглиноземистого цемента, порошкового муллита фракцией 50-100 мкм и наночастиц диоксида кремния и/или модифицированного оксида алюминия, в рабочей зоне аппарата с вихревым слоем (ABC) способствует повышению прочности огнеупорных бетонных изделий на сжатие, кроме того, повышается текучесть материала и, как следствие, лучшее заполнение форм при получении изделий из бетона.

ABC представляет собой магнитный циклотрон, заключенный в водоохлаждаемый корпус, в рабочую зону которого помещена герметичная капсула из немагнитного твердосплавного материала с ферромагнитными частицами. Под действием бегущего электромагнитного поля высокой мощности ферромагнитные рабочие тела приводятся в интенсивное движение. В результате в рабочем пространстве генерируется ряд эффектов, возникающих при ударах частиц друг о друга, о вещество и о стенки рабочей зоны. Суммарное воздействие всех факторов создает очень высокий уровень активации всех компонентов вещества, участвующих в процессе. Наиболее эффективными рабочими телами в рабочем пространстве являются ферромагнитные частицы в форме цилиндров (иголки).

Принципиальная схема ABC представлена на чертеже, где 1 - водоохлаждаемый кожух, 2 - электромагнитный индуктор, 3 - рабочее пространство, 4 - ферромагнитные частицы, 5 - герметичная капсула.

В процессе обработки под действием сил трения ферромагнитных тел о стенки капсулы повышается температура внутри реакционного пространства, что увеличивает степень активации материала, что облегчает процессы силикатообразования и дегидратации в смеси. В то же время герметичность капсулы позволяет уменьшить процесс испарения влаги, содержащейся изначально в материале, из-за избыточного давления, создаваемого внутри капсулы. Такая обработка позволяет добиться не только высокой гомогенности смеси, но и значительного повышения реакционной способности огнеупорной смеси.

Соотношение обрабатываемых в капсуле компонентов огнеупорной смеси и ферромагнитных стержней (2-4):1 определено экспериментальным путем, исходя из условия получения гомогенного материала.

Капсула, в которой проводится предварительная обработка части компонентов смеси, выполнена из немагнитного твердосплавного материала с целью меньшего загрязнения обрабатываемых сыпучих смесей материалом ферромагнитных цилиндрических частиц. Обработка компонентов смеси проводится в сухом виде для увеличения реакционной способности частиц обрабатываемого материала, чего не достигается при обработке материалов в жидком виде и в виде суспензий, т.к. отсутствуют истирающие нагрузки на материал.

Напряженность магнитного поля (0,18-0,22 Тл) подобрана эмпирически для обеспечения создания устойчивого вращения огнеупорной смеси в рабочей зоне ABC.

Для оценки оптимального уровня содержания нанопорошков диоксида кремния и модифицированного оксида алюминия были проведены серии экспериментов по получению и испытанию на предел прочности на сжатие образцов муллитокорундовых бетонов.

Контроль качества на предел прочности при сжатии огнеупорных бетонов осуществляли в соответствии с ГОСТ 4071.1-94. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таким образом, установлено, что добавление к компонентам бетонной смеси, содержащим высокоглиноземистый цемент 5,0-10,0 мас.%, (от массы готового изделия), муллит порошковый фракции 50-100 мкм 1,0-3,0 мас.% и наноразмерных частиц оксида кремния и/или модифицированного оксида алюминия в количестве 0,04-0,08 мас.% и обработка этой смеси в ABC, с дальнейшим смешением полученной массы с огнеупорным заполнителем муллитом фракции 3-7 мм и корундом 13,0-20,0%, позволяет повысить предел прочности на сжатие получаемых изделий из бетона на 35-40%, при этом наблюдается повышение плотности изделий до 3%. Большее добавление нанопорошков нерационально ввиду заметно возрастающей себестоимости производимой продукции.

Было проведено сравнение прочностных характеристик образцов бетонов, полученных с использованием различных способов гомогенизации материалов. Во всех случаях использовалась смесь состава: высокоглиноземистый цемент 6%, корунд 17%, муллит порошковый фракции 50-100 мкм 2%, муллит фракции 3-7 мм с добавлением модификатора - наноразмерных частиц SiO2 или Al2O3, взятых в количестве 0,04% массы огнеупорной смеси. Первый способ заключался в сухом механическом перемешивании строительным миксером в течение 5 минут всех без исключения компонентов бетона с последующим затворением смеси водой в количестве 5,5% по массе огнеупорной смеси, второй - в добавлении суспензии наночастиц SiO2 или Al2O3 в воде к готовой механически смешанной традиционным способом бетонной смеси (строительный миксер) в пересчете на 0,04%) наночастиц на массу огнеупора. Третий способ заключался в предварительной обработке части компонентов бетона (высокоглиноземистый цемент, порошковый муллит и нанопорошки SiO2 или Al2O3) вращающимся электромагнитным полем в ABC с последующим затворением водой в количестве 5,5% по массе огнеупорной смеси. Полученные усредненные значения результатов испытаний на сжатие представлены в таблице 2.

Таблица 2
Результаты сравнительных испытаний на предел прочности на сжатие образцов бетона, полученных с использованием различных методов перемешивания
Образец	Прочность, МПа
Механическое смешивание	Суспензия	Вихревое смешивание
контрольный	47	47	47
0,04% SiO2	42	37	78
0,04% Al2O3	41	41	72

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что ни один из методов модифицирования данной категории бетона, кроме вихревого смешивания, не приводит к улучшению эксплуатационных характеристик. Бетон не только не упрочняется, а даже показывает прочностные характеристики ниже, чем контрольные образцы. Это вызвано тем, что модификатор не достигает равномерного распределения в объеме смеси, что создает значительные концентрационные неоднородности и, как следствие, разупрочнение бетона.

В таблице 3 приведены значения прочности образцов бетона в зависимости от времени обработки материала в герметичной капсуле аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц.

Таблица 3
Прочность бетона в зависимости от времени обработки смеси
Время обработки, с	Прочность (серия), МПа	Прочность, МПа
0	50; 53; 45	49
20	49; 50; 55	51
40	53; 56; 55	55
60	62; 55; 59	59
80	57; 64; 60	60
100	65; 71; 72	69
120	69; 74; 69	71
140	68; 73; 72	71
160	64; 71; 70	68
180	74; 74; 66	71
200	72; 67; 70	70

Как видно из таблицы 3 на образцах, полученных после 100 секунд обработки в ABC, прочность практически не отличается, что говорит о том, что вводимая добавка в виде наноразмерных частиц оксидов кремния или модифицированного оксида алюминия достигла максимально возможного распределения по объему смеси. Таким образом, обрабатывать смесь более чем 100-140 секунд нецелесообразно ввиду излишних энергозатрат.

1. Огнеупорная бетонная смесь, содержащая огнеупорный заполнитель и связующее - высокоглиноземистый цемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит диоксид кремния или модифицированный оксид алюминия в виде наноразмерных частиц, а в качестве огнеупорного заполнителя используется муллит и корунд, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Корунд	13,0-20,0
Высокоглиноземистый цемент	5,0-10,0
Наночастицы диоксида кремния и/или
модифицированного оксида алюминия	0,04-0,08
Порошковый муллит фракцией 50-100 мкм	1,0-3,0
Муллит фракцией 3-7 мм	остальное

2. Бетонная смесь по п.1, отличающаяся тем, что удельная поверхность наноразмерных частиц диоксида кремния составляет 180-300 м2/г.

3. Бетонная смесь по п.1, отличающаяся тем, что используют оксид алюминия, поверхностно модифицированный однопроцентным водным раствором 3-аминопропил-3-этоксисилана.

4. Бетонная смесь по п.1, отличающаяся тем, что удельная поверхность наноразмерных частиц модифицированного оксида алюминия составляет 25-50 м2/г.

5. Способ изготовления бетона из огнеупорной смеси по п.1, включающий предварительную обработку вращающимся электромагнитным полем в аппарате с вихревым слоем в герметичной капсуле в течение 100-140 секунд, при соотношении обрабатываемых компонентов смеси и ферромагнитных частиц (2-4):1, части компонентов смеси в сухом виде, состоящей из высокоглиноземистого цемента, порошкового муллита фракцией 50-100 мкм, наночастиц диоксида кремния и/или модифицированного оксида алюминия, с последующим затворением бетонной смеси по п.1 водой.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что герметичная капсула выполнена из немагнитного твердосплавного материала.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что напряженность магнитного поля аппарата с вихревым слоем составляет 0,18-0,22 Тл.

www.findpatent.ru

огнеупорная бетонная смесь - патент РФ 2331617

По совокупности общих существенных признаков наиболее близкой к патентуемой является огнеупорная бетонная смесь [3], содержащая, мас.%: 4-5 цемента на основе алюминатов кальция, 3-4 реактивный глинозем (микропорошок Al2О 3 размером менее 10 мкм), 2-4 микропорошка SiO 2 и 87-90 наполнитель андалузит (основа), включающий 75-77% зерен фракции 0-5 мм и 23-25% зерен фракции менее 88 мкм.

Сущность изобретения состоит в том, что введение тонкодисперсного кремнезема (менее 5 мкм) в количестве 4,5-5,0 мас.% позволяет получить в структуре огнеупорного бетона жидкую стеклофазу анортитового состава (CaO*Al2O3 *2SiO2) в необходимом количестве при температуре ниже 1300°С, то есть до начала процесса муллитизации андалузита, сопровождающегося выделением из его зерен стеклофазы, которая реагирует с реактивным глиноземом и образует вторичный муллит. Эта первичная жидкая фаза, полученная в результате взаимодействия оксида кремния с оксидом кальция, содержащемся в высокоглиноземистом цементе, обеспечивает более мягкое протекание процесса муллитизации матрицы бетона без появления дефектов в виде сетки трещин. Кроме этого, введение тонкодисперсного кремнезема в заявленных пределах позволяет не только связать весь оксид кальция в анортит, но ускорить и усилить процесс вторичной муллитизации за счет реакции избытка кремнезема с реактивным глиноземом бетонной смеси.

Для получения огнеупорного бетона из заявляемого состава смеси использовали следующие материалы: андалузит марок Durandal D-59 фр. 0-5 мм (Al2 O3 59,5 мас.%, SiO2 38,0 мас.%) и Kerphalite K-F 55 фр. менее 55 мкм (Al 2O3 59,5 мас.%, SiO 2 38,0 мас.%), реактивный глинозем марки СТС 20 (Al 2O3 99,7 мас.%), тонкодисперсный кремнезем - микросилика марки 971U (SiO2 97,5 мас.%), кальцийалюминатный цемент марки СА-14М (Al 2О3 72 мас.%), триполифосфат натрия (ТУ 2148-037-0019441-02), кислота лимонная (ГОСТ 908-79).

Источники информации

1. Огнеупоры и техническая керамика 1999 №4, (стр.24-30).

2. Огнеупоры и техническая керамика 1999 №6, (стр.27-34).

Составы огнеупорной бетонной смеси и свойства полученного бетона
Состав	Содержание компонентов, мас.%							Свойства образцов после обжига при 1000°С
Состав	андалузит фр. 0.5 мм	андалузит фр. менее 55 мкм	реактивный глинозем	высоко-глиноземистый цемент	тонкодисперсный кремнезем	триполи фосфат натрия (сверх 100%)	кислота лимонная (сверх 100%)	содержание андалузита, мас.%	содержание муллита, мас.%	содержание стекло-фазы, мас.%	изменение линейных размеров, %	предел прочности при сжатии, Н/мм2	температура начала деформации под нагрузкой, °С
1	59	21	10	5.5	4,5	0,15	0,015	5,7	78,5	15,8	-0,08	110	1650
2	60,5	18,5	11	5	5	0,14	0,014	6,1	77,7	16,2	-0,10	120	1650
3	61,5	19	10	4.5	5	0,13	0,013	8,5	73,1	18,4	-0,10	130	1650
4*	65	20	10	5	-	-	-	63.2	26,8	10,0	-0,12	100	1650
4* данные по прототипу} после обжига при 1300°С (температуре начала процесса муллитизации андалузита) с выдержкой в течение 2-х часов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

андалузитовый заполнитель	77-82
реактивный глинозем	10-12
тонкодисперсный кремнезем	4,5-5
высокоглиноземистый цемент	4-6
триполифосфат натрия (сверх 100%)	0,12-0,15
лимонная кислота (сверх 100%)	0,012-0,015

www.freepatent.ru

огнеупорная бетонная смесь (варианты) - патент РФ 2239612

Изобретение относится к области производства огнеупоров, в частности корундовых низкоцементных гидравлически твердеющих масс, и преимущественно может быть использовано для изготовления монолитных футеровок различных высокотемпературных тепловых агрегатов. Огнеупорная бетонная смесь содержит, мас.%: зернистого электрокорунда фр. 6-3 мм 15-22, фр. 3-1 мм 8-20, фр. 1-0 мм или смеси фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм 13-27, карбида кремния 13-27, тонкодисперсного корунда 14-24, высокоглиноземистого цемента 7-16 и пластифицирующей добавки 0,03-0,55. Во втором варианте смесь содержит, мас.%: зернистого электрокорунда фр. 3-1 мм 28-42 или смеси фр. 6-3 мм в количестве 17-25 и фр. 3-1 мм в количестве 27-33, фр. 1-0 мм 18-42, тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм 5-10, табулярного корунда фр. -20 мкм 14-17, высокоглиноземистого цемента 6-8 и пластифицирующей добавки 0,03-0,55. В третьем варианте смесь содержит, мас.%: зернистого электрокорунда фр. 3-1 мм 18-40 или смеси фр. 6-3 мм в количестве 18-25 и фр. 3-1 мм количестве 18-32, фр. 1-0,5 мм 9-42, тонкодисперсного электрокорунда фр. <63 мкм 30-35, высокоглиноземистого цемента 7-9 и пластифицирующей добавки 0,2-0,3. В качестве пластифицирующей добавки могут быть использованы триполифосфат натрия, смесь кальцинированной соды и лигносульфоната натрия, смесь борной кислоты, лимонной кислоты, кальцинированной соды и карбоната лития, смесь лимонной кислоты, кальцинированной соды и оксида лития, или органическое волокно. Огнеупоры, полученные из данной смеси, обладают высокими характеристиками шлакоустойчивости и предела прочности при сжатии после сушки. 3 с. и 13 з.п.ф-лы, 8 табл.

Изобретение относится к области производства огнеупоров, в частности, корундовых низкоцементных гидравлически твердеющих масс и преимущественно может быть использовано в металлургической, теплоэнергетической, химической, строительной и других отраслях промышленности для изготовления монолитных футеровок различных высокотемпературных тепловых агрегатов, например, монолитных днищ сталеразливочных ковшей, желобов доменных печей, фурм для продувки металла дуговых сталеплавильных печей и патрубков установок внепечной обработки стали в черной металлургии.

Применяемые в металлургии монолитные футеровки используются, как правило, в условиях чрезвычайно высоких температур, достигающих 1600°С и более, ввиду контакта с расплавленными металлами и шлаками. Поэтому качество монолитных футеровок определяется, прежде всего, теми значениями физико-механических показателей, которые приобретаются ими в процессе эксплуатации при столь высоких температурах.

Известна корундовая гидравлически твердеющая масса марки МКН-94 (Огнеупоры для вакуумных металлургических агрегатов. М.: Металлургия, 1982, с.92, табл.34), широко используемая для изготовления и ремонта футеровок установок внепечной обработки стали и содержащая электрокорунд и высокоглиноземистый цемент. Однако изготовленные из указанной массы огнеупоры после обжига при температуре 1600°С обладают низким пределом прочности при сжатии, не превышающим 20 Н/мм2, и достаточно высокой открытой пористостью, составляющей около 32%. При указанной открытой пористости огнеупора происходит пропитка его расплавленным металлом и шлаком, что приводит к разрушению футеровки. Этот процесс протекает еще более интенсивно в случае низкого значения предела прочности при сжатии монолитной футеровки.

Улучшения указанных физико-механических показателей добиваются введением в корундовые гидравлически твердеющие массы титансодержащих добавок.

Известны следующие виды титансодержащих корундовых гидравлически твердеющих масс:

титансодержащие корундовые гидравлически твердеющие массы марок МКТН-1 и МКТН-2 (Огнеупоры для вакуумных металлургических агрегатов. М.: Металлургия, 1982, с.92, табл.34), содержащие белый электрокорунд и высокоглиноземистый цемент с добавлением соответственно титанистого электрокорунда и диоксида титана. Огнеупоры из указанных известных масс после обжига при температуре 1600°С имеют предел прочности при сжатии, составляющий около 35 Н/мм2, и открытую пористость, равную 30% и 28% соответственно;

корундовая гидравлически твердеющая масса (SU 1678808, 1991), содержащая высокоглиноземистый цемент в количестве 13-20 мас.%, титановый шлак в количестве 0,8-3,0 мас.% и электрокорунд (остальное). После обжига при температуре 1600°С огнеупорные футеровки, изготовленные из указанной массы, обладают пределом прочности при сжатии, равным 43,0-47,1 Н/мм2, и открытой пористостью в пределах 22,5-23,2%;

корундовая гидравлически твердеющая масса (RU 2098386, 1997), которая содержит высокоглиноземистый цемент в количестве 13-20 мас.%, ильменитовый концентрат в качестве титансодержащей добавки в количестве 0,7-3,0 мас.% и электрокорунд (остальное) и позволяет получать огнеупорные футеровки, имеющие после обжига при температуре 1600°С предел прочности при сжатии, равный 57,8-69,4 Н/мм2, и открытую пористость в пределах 18,4-19,0%.

Однако приведенные выше значения физико-механических показателей огнеупоров, получаемых из указанных гидравлически твердеющих масс, оказываются, в ряде случаев, далеко недостаточными. Кроме того, достаточно высокое процентное содержание во всех выше перечисленных гидравлически твердеющих массах высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего, с одной стороны, обеспечивает указанные выше прочностные показатели получаемых огнеупоров как на сырце, так и после сушки и обжига, но, с другой стороны, приводит к снижению термостойкости, выражающейся в снижении температуры деформации под нагрузкой и увеличении изменений линейных размеров при сушке и обжиге.

В этом отношении определенными преимуществами обладают низкоцементные огнеупорные бетонные смеси с тиксотропными свойствами, в состав которых входит комплексное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего и тонкодисперсного огнеупорного материала с пластифицирующими добавками.

В соответствии с этим известен огнеупорный бетон (DD 267387, 1987), содержащий огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия и в качестве комплексного связующего смесь глиноземистого цемента, тонкодисперсных оксида алюминия, диоксида кремния, оксида магния и дефлокулянта. Однако данный огнеупорный бетон обладает низкой металло- и шлакоустойчивостью из-за высокой открытой пористости, недостаточно высоким пределом прочности при сжатии после обжига и сравнительно невысокой рабочей температурой, не превышающей 1450°С.

Наиболее близкой по составу и физико-механическим показателям к предлагаемому изобретению следует считать огнеупорную бетонную смесь по патенту Российской Федерации №2140407, 1999, С 04 В 35/66, используемую для изготовления монолитных футеровок и фасонных изделий различных тепловых агрегатов. Указанная огнеупорная бетонная смесь содержит огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия, например, спеченный или электроплавленный зернистый корунд, боксит или шамот, и комплексное тонкодисперсное связующее, включающее высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент, оксид алюминия или смесь оксида алюминия и двуокиси кремния, оксид магния или алюмомагнезиальную шпинель и дефлокулянт в качестве пластифицирующей добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%: огнеупорный наполнитель фр. 7-3 мм 25-45, фр. 3-1 мм 15-35, фр. 1-0 мм 20-45, оксид алюминия или смесь оксида алюминия и диоксид кремния фр. 6-0,1 мкм 2-25, высокоглиноземистый кальцийалюминатный цемент фр. <40 мкм 2-8, оксид магния или алюмомагнезиальная шпинель фр. <20 мкм 5-15 и дефлокулянт 0,1-1,5.

Как следует из примеров, приведенных в описании изобретения к данному патенту, указанная огнеупорная бетонная смесь содержит при следующем соотношении компонентов, мас.%: электрокорунд с содержанием оксида алюминия не менее 98% фр. 7-3 мм 35, фр. 3-1 мм 25, фр. 1-0 мм 21, ультрадисперсный порошок оксида алюминия фр. 6-0,1 мкм 8, высокоглиноземистый цемент фр. <40 мкм 5, оксид магния фр. <20 мкм 5,5 и дефлокулянт 0,5, и при использовании 5,5 мас.% воды затворения (сверх 100% сухой массы смеси) обеспечивает получение огнеупоров, обладающих пределом прочности при сжатии 17 Н/мм 2 и 87 Н/мм2 соответственно после 5 часов твердения (после сушки) и после термообработки при температуре 800-850°С, а также шлакоустойчивостью, равной 3 мм. Эти данные свидетельствуют о недостаточных шлакоустойчивости огнеупоров и их пределе прочности при сжатии, в особенности после сушки.

Поэтому недостатками известной огнеупорной бетонной смеси, выбранной за прототип, являются недостаточно высокая шлакоустойчивость и низкий предел прочности при сжатии, прежде всего, после сушки, огнеупоров, получаемых на ее основе.

Задачей настоящего изобретения является повышение шлакоустойчивости и предела прочности при сжатии после сушки огнеупоров, получаемых на основе предлагаемой огнеупорной бетонной смеси.

Поставленная задача решается согласно изобретению, во-первых, тем, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь, содержащая, в соответствии с прототипом, зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличается от прототипа тем, что она содержит карбид кремния и тонкодисперсный корунд в качестве тонкодисперсного оксида алюминия при следующем содержании компонентов, мас.%:

Зернистый электрокорунд

фр. 6-3 мм 15-22

фр. 3-1 мм 8-20

фр. 1-0 мм или смесь фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм 13-27

Карбид кремния 13-27

Тонкодисперсный корунд 14-24

Высокоглиноземистый цемент 7-16

Пластифицирующая добавка 0,03-0,55

В этом случае огнеупорная бетонная смесь содержит карбид кремния фр. 1,6-1,25 мм, смесь зернистого электрокорунда фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм, взятых в соотношении (0,8:1,2) (1,2:0,8), в качестве тонкодисперсного корунда шлам электрокорунда фр. -50 мкм в количестве 14-18 мас.% или смесь шлама электрокорунда фр. -50 мкм в количестве 4-6 мас.% и табулярного корунда фр. -20 мкм в количестве 16-18 мас.%, а в качестве пластифицирующей добавки триполифосфат натрия в количестве 0,45-0,55 мас.%, либо смесь кальцинированной соды в количестве 0,15-0,25 мас.% и лигносульфоната натрия в количестве 0,045-0,055 мас.%, либо смесь борной кислоты в количестве 0,015-0,025 мас.%, лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и карбоната лития в количестве 0,001-0,002 мас.%, либо смесь лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и оксида лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

Поставленная задача решается согласно изобретению, во-вторых, тем, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь, содержащая, в соответствии с прототипом, зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличается от прототипа тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного оксида алюминия смесь тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%:

Зернистый электрокорунд

фр. 3-1 мм 28-42

или смесь фр. 6-3 мм 17-25

и фр. 3-1 мм 27-33

фр. 1-0 мм 18-42

Тонкодисперсный шлам электрокорунда фр. -50 мкм 5-10

Табулярный корунд фр. -20 мкм 14-17

Высокоглиноземистый цемент 6-8

Пластифицирующая добавка 0,03-0,55

В этом случае огнеупорная бетонная смесь содержит в качестве пластифицирующей добавки либо триполифосфат натрия в количестве 0,45-0,55 мас.%, либо смесь кальцинированной соды в количестве 0,15-0,25 мас.% и лигносульфоната натрия в количестве 0,045-0,055 мас.%, либо смесь борной кислоты в количестве 0,015-0,025 мас.%, лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и карбоната лития в количестве 0,001-0,002 мас.%, либо смесь лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и оксида лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

Поставленная задача решается согласно изобретению, в-третьих, также тем, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь, содержащая, в соответствии с прототипом, зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличается от прототипа тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного оксида алюминия тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%:

Зернистый электрокорунд

фр. 3-1 мм 18-40

или смесь фр. 6-3 мм 18-25

и фр. 3-1 мм 18-32

фр. 1-0,5 мм 9-42

Тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм 30-35

Высокоглиноземистый цемент 7-9

Пластифицирующая добавка 0,2-0,3

В этом случае огнеупорная бетонная смесь содержит в качестве пластифицирующей добавки органическое волокно.

Введение в состав одного из вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси в качестве тонкодисперсного оксида алюминия тонкодисперсного корунда при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фр. 6-3 мм 15-22, фр. 3-1 мм 8-20, фр. 1-0 мм или смесь фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм 13-27, карбид кремния 13-27, тонкодисперсный корунд 14-24, высокоглиноземистый цемент 7-16 и пластифицирующая добавка 0,03-0,55, когда в качестве тонкодисперсного корунда использован шлам электрокорунда фр. -50 мкм в количестве 14-18 мас.% или смесь шлама электрокорунда фр. -50 мкм в количестве 4-6 мас.% и табулярного корунда фр. -20 мкм в количестве 16-18 мас.%, а смесь зернистого электрокорунда фр. 0,5-0 мм и фр. 1-0,5 мм взята в соотношении (0,8:1,2) (1,2:0,8), обеспечивает получение одного варианта огнеупорной бетонной смеси с рационально выбранным составом по размерам фракций и их процентному содержанию таких компонентов смеси, как зернистый электрокорунд в качестве огнеупорного наполнителя и тонкодисперсный корунд в качестве компонента комплексного тонкодисперсного связующего.

Введение в состав второго варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси в качестве тонкодисперсного оксида алюминия смеси тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фр. 3-1 мм 28-42 или смесь фр. 6-3 мм в количестве 17-25 и фр. 3-1 мм в количестве 27-33, фр. 1-0 мм 18-42, тонкодисперсный шлам электрокорунда фр. -50 мкм 5-10, табулярный корунд фр. -20 мкм 14-17, высокоглиноземистый цемент 6-8 и пластифицирующая добавка 0,03-0,55, обеспечивает получение второго варианта огнеупорной бетонной смеси также с рационально выбранным составом по размерам фракций и их процентному содержанию таких компонентов смеси, как зернистый электрокорунд в качестве огнеупорного наполнителя и тонкодисперсный корунд в качестве компонента комплексного тонкодисперсного связующего.

Введение в состав третьего варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси в качестве тонкодисперсного оксида алюминия тонкодисперсного электрокорунда фр. <63 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фр. 3-1 мм 18-40 или смесь фр. 6-3 мм в количестве 18-25 и фр. 3-1 мм в количестве 18-32, фр. 1-0,5 мм 9-42, тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм 30-35, высокоглиноземистый цемент 7-9 и пластифицирующая добавка 0,2-0,3, обеспечивает получение третьего варианта огнеупорной бетонной смеси также с рационально выбранным составом по размерам фракций и их процентному содержанию таких компонентов смеси, как зернистый электрокорунд в качестве огнеупорного наполнителя и тонкодисперсный корунд в качестве компонента комплексного тонкодисперсного связующего.

Такой рациональный выбор составов вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси сделан авторами изобретения опытным путем и, по их предположению, обеспечивает получение более плотной структурной матрицы изготовленного из смеси огнеупора. Этим, с одной стороны, достигается снижение открытой пористости получаемого из смеси огнеупора и, как следствие, повышение его металло- и шлакоустойчивости, а с другой стороны, обеспечивается повышение предела прочности при сжатии, прежде всего, после сушки огнеупора, а в ряде случаев и после его обжига, в том числе, и при температуре 1600°С.

При этом использование в вариантах огнеупорной бетонной смеси в качестве компонента комплексного тонкодисперсного связующего смеси шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм, тонкодисперсные частицы которого имеют пластинчатую форму, по мнению авторов изобретения, дополнительно способствует получению более плотной структурной матрицы огнеупора и обеспечивает повышение предела прочности при сжатии, а также снижение открытой пористости, приводящей к повышению металло- и шлакоустойчивости. В этом случае использование шлама электрокорунда фр. -50 мкм, являющегося отходами корундового производства и поэтому обладающего низкой себестоимостью, позволяет получать огнеупорную бетонную смесь со сравнительно небольшим процентным содержанием (до 18 мас.%) обладающего высокой себестоимостью табулярного корунда фр. -20 мкм или вообще без содержания последнего. Это, с одной стороны, не вызывает существенного повышения себестоимости предлагаемой огнеупорной бетонной смеси, а с другой стороны, не приводит к заметному снижению термостойкости изготавливаемых на ее основе огнеупоров.

Введение в состав одного из вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси карбида кремния, например карбида кремния фр. 1,6-1,25 мм, приводит, во-первых, к повышению металло- и шлакоустойчивости получаемых из нее огнеупоров ввиду низкой адгезионной способности карбида кремния к металлам и шлакам и, во-вторых, к повышению их термостойкости, характеризуемой числом теплосмен до появления трещин или разрушения огнеупора.

При этом использование в комплексном тонкодисперсном связующем тонкодисперсного корунда указанных выше фракций совместно с применением перечисленных пластифицирующих добавок позволило сохранить незначительным процентное содержание высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего и поэтому предотвратить снижение температуры деформации под нагрузкой получаемых огнеупоров, а также не только сохранить, но и увеличить предел прочности при сжатии после сушки огнеупора. Эта же причина позволила практически не увеличивать по сравнению с прототипом количество используемой для предлагаемой огнеупорной смеси воды затворения, что не привело к увеличению открытой пористости получаемых огнеупоров и поэтому способствовало еще большему повышению металло- и шлакоустойчивости.

Применение в третьем варианте предлагаемой огнеупорной бетонной смеси в качестве пластифицирующей добавки органического волокна, как предполагают авторы изобретения, также способствует повышению металло- и шлакоустойчивости после обжига получаемых из нее огнеупоров. Вероятно, это объясняется тем, что при обжиге в результате выгорания мельчайших органических волокон в поверхностном слое огнеупора образуются тончайшие капиллярные тупиковые каналы, проникающие в объем огнеупора на чрезвычайно малую глубину. При контакте огнеупора с расплавленным металлом или шлаком мельчайшие частицы металла или шлака проникают лишь в эти капиллярные каналы, но совсем на незначительную глубину, а не проходят вглубь объема огнеупора, чем и обеспечивается повышение металло- и шлакоустойчивости.

Указанные качественные и количественные соотношения компонентов вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси были получены авторами изобретения опытным путем и являются наиболее приемлемыми, так как при выходе за заявляемые диапазоны количественных соотношений компонентов смеси декларируемый выше технический результат не достигается.

Например, уменьшение суммарного процентного содержания зернистого электрокорунда всех указанных фракций приводит к снижению огнеупорных свойств получаемых футеровок, а его чрезмерное увеличение к снижению прочности футеровки как в сырце, так и после сушки и обжига. Уменьшение процентного содержания карбида кремния за указанный диапазон приводит к снижению металло- и шлакоустойчивости получаемых футеровок, а его увеличение также к снижению прочности футеровки как в сырце, так и после сушки и обжига. Уменьшение процентного содержания высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего и перечисленных выше разновидностей тонкодисперсного корунда за пределы заявленных диапазонов вызывает снижение прочности получаемой футеровки в сырце, после сушки и обжига, а его увеличение приводит к существенному снижению температуры деформации под нагрузкой. Применение пластифицирующих добавок в количестве, меньшем заявленного процентного диапазона, требует использования большего количества воды затворения, что приводит к увеличению открытой пористости огнеупора и поэтому ухудшает его металло- и шлакоустойчивость. Увеличение же процентного содержания пластифицирующих добавок выше заявленного диапазона все равно не позволит еще больше уменьшить количество воды затворения и поэтому не является целесообразным. Использование табулярного корунда фр. -20 мкм, придающего смеси пластифицирующие свойства, также позволяет уменьшить количество применяемой воды затворения и поэтому приводит к снижению открытой пористости огнеупора, но увеличение его процентного содержания выше заявленного диапазона нецелесообразно, так как не приводит к заметному улучшению пластифицирующих свойств, но вызывает увеличение себестоимости огнеупорной бетонной смеси.

Указанные обстоятельства свидетельствуют о решении декларированной выше задачи настоящего изобретения благодаря наличию у вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси перечисленных отличительных признаков.

В составе вариантов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси использованы карбид кремния фр. 1,6-1,25 мм, например, карбид кремния №125, зернистый электрокорунд указанных выше фракций с содержанием оксида алюминия не менее 99,4 мас.% и оксида железа не более 0,1 мас.%, высокоглиноземистый цемент с содержанием оксида алюминия в пределах 70-80 мас.%, а также тонкодисперсный шлам электрокорунда фр. -50 мкм и тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм, полученный, например, помолом в мельнице, с содержанием оксида алюминия не менее 98 мас.% и оксида железа не более 1,5 мас.%.

Заявителем были изготовлены контрольный образец огнеупора из огнеупорной бетонной смеси, выбранной за прототип, а также различающиеся по составу опытные образцы №1-19 предлагаемой огнеупорной бетонной смеси и соответствующие им по номерам опытные образцы огнеупоров №1-19. Контрольный образец огнеупора из смеси-прототипа и опытные образцы №1-19 из предлагаемой смеси были выполнены в виде куба с размером ребра 60 мм. В таблице 1 приведены составы использованной смеси-прототипа и опытных образцов №1-4 первого варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси для случая, когда она содержит карбид кремния и в качестве тонкодисперсного корунда шлам электрокорунда фр. -50 мкм. В таблице 2 приведены составы опытных образцов №5-7 первого варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси для случая, когда она содержит карбид кремния и в качестве тонкодисперсного корунда смесь шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм. В таблице 3 приведены составы опытных образцов №8-13 второго варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси для случая, когда она не содержит карбида кремния, а в качестве тонкодисперсного оксида алюминия содержит смесь тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм. В таблице 4 приведены составы опытных образцов №14-19 третьего варианта предлагаемой огнеупорной бетонной смеси для случая, когда она не содержит карбида кремния, а в качестве тонкодисперсного оксида алюминия содержит тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм.

В таблицах 1-4 содержание воды затворения и пластифицирующей добавки указано в процентах от общей массы остальных компонентов смеси (сверх 100%), за исключением данных о смеси-прототипе (см. таблицу 1), для которой процентное содержание пластифицирующей добавки, как и в описании изобретения-прототипа, входит в 100% массы смеси (не сверх 100%). В качестве пластифицирующей добавки были использованы для опытных образцов смеси №3, 5 и 9 триполифосфат натрия, для опытных образцов смеси №1, 6 и 11 смесь кальцинированной соды и лигносульфоната натрия при их соотношении 4:1, для опытных образцов смеси №4, 7, 10 и 12 смесь борной кислоты, лимонной кислоты, кальцинированной соды и карбоната лития при их соотношении 2:3:1:0,15, для опытных образцов смеси №2, 8 и 13 смесь лимонной кислоты, кальцинированной соды и оксида лития при их соотношении 3:1:0,15, а для опытных образцов смеси №14-19 органическое волокно.

Контрольный образец огнеупора из смеси-прототипа был изготовлен в соответствии с технологией, изложенной в описании изобретения-прототипа.

Процесс изготовления предлагаемой огнеупорной бетонной смеси и получения из нее огнеупорной футеровки для всех вариантов изобретения и опытных образцов огнеупоров носит аналогичный характер и заключается в следующем.

Первоначально смешивают в бетоносмесителе принудительного действия или лопастном смесителе все фракции зернистого электрокорунда или зернистого электрокорунда и карбида кремния в течение 1-2 минут. Затем добавляют в смеситель 50% от необходимого количества воды затворения и перемешивают еще 1,0-1,5 минуты. На перемешанный и увлажненный зернистый электрокорунд или смесь зернистого электрокорунда с карбидом кремния подают комплексное тонкодисперсное связующее в виде смеси высокоглиноземистого цемента в качестве гидравлического связующего, пластифицирующей добавки и тонкодисперсного корунда, то есть либо тонкодисперсного электрокорунда фр. <63 мкм, либо тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм, либо смеси тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. -50 мкм и табулярного корунда фр. -20 мкм, после чего перемешивают в течение 1,5-2,0 минут. Затем добавляют в смеситель оставшуюся часть (50%) воды затворения и перемешивают до получения однородной массы, как правило, в течение 1,5-2,0 минут.

Для получения огнеупорной футеровки полученную бетонную массу укладывают слоями в форму, опалубку или шаблон в условиях воздействия вибрации с использованием площадочных или глубинных вибраторов или вибраторов, установленных на стенках форм, опалубке или шаблонов. Время формования каждого слоя массы в форме с момента приложения вибрации составляет, как правило, 5-6 минут. Изготовление огнеупорной футеровки осуществляют при температуре окружающей среды от 20 до 25°С. Через 24 часа форму или опалубку разбирают и полученные образцы огнеупоров выдерживают в течение 3 суток во влажных условиях при температуре 18-20°С.

Сушку и первый разогрев футеровки, выполненной из предлагаемой огнеупорной бетонной смеси, производят следующим образом. Первоначально нагревают футеровку до температуры 105°С со скоростью нагрева не более 15°С в час, затем выдерживают при данной температуре не менее 24 часов, вновь нагревают до температуры 500°С со скоростью нагрева не более 30°С в час, выдерживают при данной температуре не менее 15 часов, после чего нагревают до температуры 1000°С со скоростью нагрева не более 50°С в час и выдерживают при ней не менее 15 часов.

Опытные образцы №1-19 огнеупоров в виде куба с размером ребра 60 мм, которые были подвергнуты испытаниям для определения их основных физико-механических показателей, изготавливались следующим образом. Затворение смеси для изготовления образцов производили питьевой водой с температурой 20-25°С. Заливку разъемной стальной формы, смазанной изнутри машинным маслом, осуществляли послойно вручную шпателем при работающей виброустановке. Каждый загруженный слой массы дополнительно нагружали пригрузом, обеспечивающим нагрузку 0,05-0,10 кг/см2 до выступления на его поверхности влаги. После заливки поверхность образца тщательно выравнивали металлической пластиной. Отформованные образцы накрывали влажной хлопчатобумажной тканью в два слоя. После выдержки в течение 24 часов форму раскрывали, полученный образец устанавливали на ровную металлическую пластину, накрывали влажной хлопчатобумажной тканью в два слоя и выдерживали двое суток. По мере высыхания ткань дополнительно увлажняли.

При испытаниях основные физико-механические показатели контрольного образца огнеупора из смеси-прототипа и опытных образцов №1-19 огнеупоров из предлагаемой огнеупорной бетонной смеси определяли согласно ГОСТ 2409-95 и ГОСТ 4071-94, причем испытания на шлакоустойчивость проводили согласно методике, изложенной в описании изобретения-прототипа, в качестве насыщающей жидкости использовали воду и нагрузку прилагали параллельно слоям укладки. Полученные при испытаниях основные физико-механические показатели контрольного образца огнеупора из смеси-прототипа и опытных образцов №1-19 огнеупоров приведены в таблицах 5-8.

Анализ результатов испытаний (см. таблицы 5-8) образцов огнеупоров показал, что полученные из вариантов предлагаемой огнеупорной смеси огнеупоры обладают шлакоустойчивостью в пределах от 1,5-1,9 мм (образцы №2, 5, 7, 8, 11 и 13) до 2,5-2,8 мм (образцы №1, 4, 9, 10, 15, 16, 17 и 19), которая существенно лучше шлакоустойчивости контрольного образца огнеупора из смеси-прототипа, составляющей 3 мм. При этом открытая пористость почти всех опытных образцов огнеупоров оказалась ниже, чем у контрольного образца из смеси-прототипа, за исключением опытных образцов №1, 2 и 15, для которых открытая пористость сохранилась примерно на уровне тех же значений, что и у контрольного образца.

Предел прочности при сжатии после сушки у всех опытных образцов №1-19 огнеупоров лежит в пределах от 24,1 Н/мм2 (у опытного образца №5) до 90 Н/мм2 (у опытного образца №8), что существенно выше предела прочности при сжатии после сушки контрольного образца из смеси-прототипа, составляющего 20 Н/мм2. При этом у отдельных опытных образцов огнеупоров наблюдается существенное повышение предела прочности при сжатии после обжига при температуре 1600°С до значений 100-135 Н/мм2 (опытные образцы №8, 9 и 15), а также после обжига при температуре 1000°С, то есть в интервале температур разупрочнения, до значения 72,5 Н/мм2 (опытный образец №8) по сравнению с контрольным образцом, у которого эти значения составляют соответственно 87 Н/мм2 и 65 Н/мм2.

Испытания на термостойкость в режиме нагрева до 1300°С и последующего охлаждения водой показали, что огнеупорные футеровки, полученные на основе предлагаемой огнеупорной бетонной смеси, выдерживают 13-17 теплосмен до появления первой трещины и 38-42 теплосмены до разрушения футеровки, в то время как у огнеупорных футеровок на основе смеси-прототипа эти показатели имеют значения соответственно 4 и 7 теплосмен. Это свидетельствует о существенном повышении термостойкости огнеупоров на основе предлагаемой огнеупорной бетонной смеси.

Таким образом, предлагаемая огнеупорная бетонная смесь обеспечивает получение огнеупоров, обладающих более высокими шлакоустойчивостью и пределом прочности при сжатии после сушки.

огнеупорная бетонная смесь (варианты), патент № 2239612

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Огнеупорная бетонная смесь, содержащая зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличающаяся тем, что она содержит карбид кремния и тонкодисперсный корунд в качестве тонкодисперсного оксида алюминия при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фракции 6-3 мм 15-22, фракции 3-1 мм 8-20, фракции 1-0 мм или смесь фракции 0,5-0 мм и фракции 1-0,5 мм 13-27, карбид кремния 13-27, тонкодисперсный корунд 14-24, высокоглиноземистый цемент 7-16, пластифицирующая добавка 0,03-0,55.

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит карбид кремния фракции 1,6-1,25 мм.

3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит смесь зернистого электрокорунда фракции 0,5-0 мм и фракции 1-0,5 мм, взятых в соотношении (0,8:1,2) -(1,2:0,8).

4. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного корунда шлам электрокорунда фракции -50 мкм в количестве 14-18 мас.%.

5. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве тонкодисперсного корунда она содержит смесь шлама электрокорунда фракции -50 мкм в количестве 4-6 мас.% и табулярного корунда фракции -20 мкм в количестве 16-18 мас.%.

6. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки триполифосфат натрия в количестве 0,45-0,55 мас.%.

7. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь кальцинированной соды в количестве 0,15-0,25 мас.% и лигносульфоната натрия в количестве 0,045-0,055 мас.%.

8. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь борной кислоты в количестве 0,015-0,025 мас.%, лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и карбоната лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

9. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и оксида лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

10. Огнеупорная бетонная смесь, содержащая зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличающаяся тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного оксида алюминия смесь тонкодисперсного шлама электрокорунда фракции -50 мкм и табулярного корунда фракции -20 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фракции 3-1 мм 28-42 или смесь фракции 6-3 мм в количестве 17-25 и фракции 3-1 мм в количестве 27-33, фракции 1-0 мм 18-42, тонкодисперсный шлам электро корунда фракции -50 мкм 5-10, табулярный корунд фракции -20 мкм 14-17, высокоглиноземистый цемент 6-8, пластифицирующая добавка 0,03-0,55.

11. Смесь по п.10, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки триполифосфат натрия в количестве 0,45-0,55 мас.%.

12. Смесь по п.10, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь кальцинированной соды в количестве 0,15-0,25 мас.% и лигносульфоната натрия в количестве 0,045-0,055 мас.%.

13. Смесь по п.10, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь борной кислоты в количестве 0,015-0,025 мас.%, лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и карбоната лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

14. Смесь по п.10, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки смесь лимонной кислоты в количестве 0,025-0,035 мас.%, кальцинированной соды в количестве 0,005-0,015 мас.% и оксида лития в количестве 0,001-0,002 мас.%.

15. Огнеупорная бетонная смесь, содержащая зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, отличающаяся тем, что она содержит в качестве тонкодисперсного оксида алюминия тонкодисперсный электрокорунд фракции <63 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%: зернистый электрокорунд фракции 3-1 мм 18-40 или смесь фракции 6-3 мм в количестве 18-25 и фракции. 3-1 мм в количестве 18-32, фракции 1-0,5 мм -9-42, тонкодисперсный электрокорунд фракции <63 мкм 30-35, высокоглиноземистый цемент 7-9, пластифицирующая добавка 0,2-0,3.

16. Смесь по п.15, отличающаяся тем, что она содержит в качестве пластифицирующей добавки органическое волокно.

www.freepatent.ru

Огнеупорная бетонная смесь — с русского

См. также в других словарях:

Огнеупорная бетонная смесь — Огнеупорная бетонная смесь: огнеупорная смесь, состоящая из огнеупорных порошков и огнеупорного цемента, требующая введения жидкости... Источник: ОГНЕУПОРЫ . КЛАССИФИКАЦИЯ. ГОСТ 28874 2004 (введен Приказом Ростехрегулирования от 30.03.2005 N 68… … Официальная терминология
огнеупорная бетонная смесь — 2.37. огнеупорная бетонная смесь: Огнеупорная смесь, состоящая из огнеупорных порошков и огнеупорного цемента, требующая введения жидкости. Источник: ГОСТ 28874 2004: Огнеупоры. Классификация оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Бетонная смесь огнеупорная — – огнеупорная смесь, состоящая из огнеупорных порошков и огнеупорного цемента, требующая введения жидкости. [ГОСТ 28874 2004] Рубрика термина: Виды бетона Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Смесь огнеупорная бетонная — – огнеупорная смесь, состоящая из огнеупорных порошков (заполнителей) и огнепорного цемента (вяжущего), требующая введения жидкости. [ГОСТ Р 52918 2008] Рубрика термина: Огнеупоры Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
бетонная огнеупорная смесь — Огнеупорная смесь, состоящая из огнеупорных порошков и огнеупорного цемента, готовая к использованию после введения жидкости. [ГОСТ Р 52918 2008] Тематики огнеупоры EN refractory castable … Справочник технического переводчика
Смесь бетонная огнеупорная — – огнеупорная смесь, состоящая из огнеупорных порошков и огнеупорного цемента, готовая к использованию после введения жидкости. [ГОСТ Р 52918 2008] Рубрика термина: Технологии бетонирования Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
бетонная огнеупорная смесь — 27 бетонная огнеупорная смесь: Огнеупорная смесь, состоящая из огнеупорных порошков и огнеупорного цемента, готовая к использованию после введения жидкости. Источник: ГОСТ Р 52918 2008: Огнеупоры. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 28874-2004: Огнеупоры. Классификация — Терминология ГОСТ 28874 2004: Огнеупоры. Классификация оригинал документа: 2.10. безобжиговое огнеупорное изделие: Огнеупорное изделие, приобретающее заданные свойства при температуре окружающей среды. Определения термина из разных документов:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Огнеупоры — Термины рубрики: Огнеупоры Армирование нитевидными кристаллами Армирование формовочной огнеупорной массы Атмосфера обжига … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Виды бетона — Термины рубрики: Виды бетона Аглопоритобетон Активированная смесь сфб Алб Арболит Арболит конструкционно теплоиз … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ГОСТ Р 52918-2008: Огнеупоры. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 52918 2008: Огнеупоры. Термины и определения оригинал документа: 100 активирующая добавка огнеупора: Добавка огнеупора, способствующая повышению степени и скорости протекания физико химических процессов при его изготовлении.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

translate.academic.ru