Способ изготовления огнеупорных изделий

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИИ путем смешивания порошка огнеупорного материала с гранулами полистирола,.размещения смеси в замкнутой перфорированной форме, нагрева, распалубки и обжига сырца, отличающийся тем, что, с целью получения конструкционно-теплоизоляционных изделий с регулируемой по сечению пористостью при одновременном сокращении процесса, при размещении в форме чередуют слои смеси и огнеупорного материала, а нагрев ведут токами промышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 1ин. О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН.„Я0„„1108084 А

3(51) С 04 В 39/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

-=..:;г-- г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 I 3357370/29-33 (») 20.11.81 (46) 15.08.84. Бюл. Р 30 (72) Ю.П.Горлов, В.Н.Соков, A.Х.Бижанов, С.Д.Сокова и В.И.Дмитриев (71) Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева (53) 666.762(088.8) (56) 1. Астахов Ю.А. Корундовые разноплотные изоляционно-футеровочные блоки (технология и свойства). Автореф. канд. дис., М., 1975.

2. Долгополов Н.Н. Электрофизические методы в технологии строительных материалов. М., 1971, с.140145.

3. Авторское свидетельство СССР

9 660099773399,. кл. С 04 В 35/10, 1978 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ путем смешивания порошка огнеупорного материала с гранулами полистирола,.размещения смеси в замкнутой перфорированной форме, нагрева, распалубки и обжига сырца, отличающийся тем, что, с целью получения конструкционно-теплоизоляционных изде— лий с регулируемой по сечению пористостью при одновременном сокращении процесса, при размещении в фор— ме чередуют слои смеси и огнеупорного материала, а нагрев ведут токами промышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 мин.

1108084

Изобретение относится к огнеупорным материалам, а именно к изготовлению теплоизоляционных изделий, предназначенных для службы в тепловых агрегатах черной и цветной металлургии. 5

Известен способ изготовления многослойных огнеупорных изделий, включающий укладку плотных и теплоизоляционных слоев, уплотнение, сушку и . обжиг. Сначала укладывают плотный 10 слой и вибрируют, затем теплоизоляционный слой и уплотняют оба слоя посредством вибропрессования в течение 60 с с удельным давлением прессования 0,3-0,35 кг/см . Далее изделия сушат )4 ч при максимальной температуре 120 С и обжигают при

1550 С t 11.

Недостатком этого способа является продолжительность цикла из-за длительности сушки, вызванной высокой остаточной влажностью (30%), что ведет к удорожанию способа, а также недостаточная прОчность изделий из-за слабого сцепления слоев в результате плохого проникновения частиц массы одного слоя в другой.

Известен способ электронагрева изделий из подвспененного полистирола с влажностью 0,3-0,6Ъ токами 30 высокой частоты 20-30 Мгц в течение

35-90 с (2 j.

В известном способе при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ) происходит испарение влаги и спекание зерен полистирола. При нагреве масс ТВЧ с влажностью 30-40% происходит интенсивное. выделение пара, что приводит к структурному разрушению сырца.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ изготовления огнеупорного легковесного материала, включающий приготовление шихты (смесь огнеупорного компонента и гранул полистиро- 45 ла), загрузку ее в замкнутую перфорированную формУ, сушку при 120-125 С в течение 8-10 ч и окончательный обжиг (3 .

Недостатками данного способа явля- 50 ются продолжительность цикла и невы— сокая механическая прочность изделий. Это объясняется тем, что при тепловой обработке горячим воздухом или паром в материале неравномерно распределяются поля температур, что ведет к неодновременному вспениванию полистирола, скоплению влаги в центре сырца и.неодновременному возникновению уплотняющихся усилий.

A также энергоемкость и сложность получения многослойных огнеупорных изделий.

Цель изобретения — получение конструкционно-теплоизоляционных изделий с регулируемой по сечению 65 пористостью при одновременном сокращении процесса.

Цель достигается тем, что согласно способу изготовления огнеупорных изделий путем смешивания порошка огнеупорного материала с гранулами полистирола, размещения смеси в замкнутой перфорированной форме, нагрева, распалубки и обжига при размещении в форме чередуют слои смеси и огнеупорного материала, а нагрев ведут токами проьышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 мин.

Способ осуществляется следующим образом.

В перфорированную с двух боковых сторон форму укладывают плотный слой — предварительно приготовленный раствор огнеупорного компонента, затем теплоизоляционный слой — приготовленные в лопастной мешалке раствор огнеупорного компонента с предварительно подвспененным в течение 5-12 мин полистиролом, после этого следующий слой .с другим количеством полистирола и т.д. Далее закрывают крышкой форму. Подключают к сети переменного тока электроды, расположенные на боковых гранях, и воздействуют токами промышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 мин.

После электрообработки осуществляют распалубку сырца, который далее подают на поддоне в тоннельную печь, где производят сушку горячим воз— духом при 120-125 С в течение

1,5-2 ч и обжиг.

На фиг. 1 представлена схема перфорированной формы с электродами и чередующимися слоями, где приняты следующие обозначения: 1 — стенки формы, выполненные из диэлектрического материала; 2 — пластинчатые электроды; 3 — плотный слой; 4 и 5 — смесь огнеупорного материала и гранул полистирола с различным Ъ содержанием последнего; 6 — перфорация стенок формы.

Электропрогрев массы осуществляется до 80-95 С. Заданная температура поддерживается изменением напряжения автотрансформатором. Полистирол по всему объему формовочной массы (огнеупорный компонент и гранулы полистирола) равномерно вспенивается. В результате развиваемых уплотняющихся усилий полистирола происходит уплотнение слоев, при этом физическая свободная влага отжимается из форьы через перфорацию. Масса теплоизоляционного слоя внедряется в плотный слой, создавая тем самым переходный слой. Причем более крупные частицы полистирола, обладающие большими вспучивающими усилиями по сравнению с мелкими, проникают в плотный слой глубже. В зависимости от предъявляемых требований к изде1108084 лию можно регулировать зону пористости различным процентным содержанием полистирола. 1

Сочленение раэноплотных слоев в поперечном разрезе представляет собой шероховатую волнообразную поверхность. В результате увеличивается площадь соприкосновения слоев, обеспечивающая надежное их сцепление и увеличение работоспособности материала с комбинированной структурой.

На фиг. 2 изображено сочленение слоев с различным градиентом пористости, где приняты следующие обозначения: 7 — плотный слой; 8 — переходный слой; 9 — теплоизоляцион15 ный слой.

Формование и уплотнение формовочных масс на полистироле в замкнутой перфорированной с двух сторон форме токами промышленной часто- 20 ты отличается от обработки горячим воздухом и паром.

В отличие от обработки горячим воздухом и паром в предложенном способе внешняя среда не являет- 25 ся теплоносителем. Тепло при электропрогреве развивается внутри массы и может быть распределено по объему равномерно. Равномерное распределение полей температур по сечению материала способствует равномерному вспениванию полистирола по всему объему. Это обстоятельство играет важную роль для быстрой выфизической BJIBI H H3 формовочных масс. Обработка массы внешними теплоносителями (пар, газ) не позволяет достичь такого эффекта.

Механическое выжимание влаги при электропрогреве позволяет снизить время последующей сушки сырца без 40 формы (в известном способе сушка горячим воздухом в закрытых формах длится 8-14 ч,в предложенном — обработка электротоком 15-20 мин и последующая сушка 1,5-2,0 ч). 45

В данном способе нагрев формуемой массы до 80-95ОС является необходимым условием для лучшего вспенивания полистирола. При температуре ниже 80 С не достигается полное вспе- 50 нивание полистирола, а верхний предел

95 С не должен превышать температуру кипения воды затворения, что приводит к разрыхлению структуры сырца при выходе паров через перфорацию формы.

Указанный интервал температуры достигается изменением напряжения в сети автотрансформатором.

Электропрогрев производят 1520 мин. Укаэанное время является оп- 60 тимальным для получения качественных конструкционно-теплоизоляционных огнеупорных изделий с высокой прочностью переходных слоев за счет внедрения частиц теплоизоляционных слоев в плотные и лучшего сцепления разноплотных слоев.

При электропрогреве в течение меньшего времени (менее 15 мин) полистирол не успевает прореагировать полностью. Это ведет к недостаточному уплотнению массы и неполному удалению усадочной влаги через жидкую фазу. Сырец не имеет достаточной прочности для транспортирования. Затем при сушке происходит дальнейшее остаточное вспенивание полистирола, в результате которогов изделии появляются недопустимые трещины и даже разрушения.

Электропрогрев более 20 мин нецелесообразен, так как полистирол прореагировал полностью и усадочная влага удалена, а дальнейшая электроообработка масс в замкнутом объеме приводит к образованию пара, выход которого затруднен. Скорость парообразования в объеме сырца начинает превышать скорость выжимания влаги иэ массы, в результате повышается давление пара, разрушающее структуру сырца, а также задерживается оборачиваемость формы и увеличиваются энергозатраты.

Раствор формовочной массы теплоизоляционного слоя готовят с предварительно подвспененным в течение

5-12 мин полистиролом. Неполное вспенивание полистирола в течение указанного времени необходимо для того, чтобы в зернах полистирола остались потенциальные силы, необходимые для уплотнения масс, создания переходного слоя и надежного сочленения разноплотных слоев.

Предварительное подвспенивание полистирола менее 5 мин приводит к тому, что происходит выдавливание огнеупорной массы через перфорацию формы вследствие избыточных внутренних усилий, развиваемых при вспучивании гранул полистирола. В результате сырец после распалубки форьы получается с трещинами и раковинами, что не— допустимо.

При подвспенивании полистирола более 12 мин вспучивающие усилия гранул ослабевают, что приводит к недостаточному уплотнению слоев, некоторому ухудшению проникновения частиц теплоизоляционного слоя в плотный, в результате которого уменьшается прочность сочленения слоев и в целом изделия.

После окончания электропрогрева свежеотформованные сырцы имеют четкие геометрические грани и прочность при сжатии 0,5-0,6 MIIa.

Последующую сушку сырцов без форм проводят горячим воздухом при 1201108084

125 С в течение 1, 5-2, 0 ч до остаточной влажности 3% .

Сушка ниже 120 С ведет к удлинению цикла, свыше 125 С вЂ” к образованию микротрещин. Время сушки определяется остаточной влажностью массы. 5

Сушка менее 1,5 ч ведет к повышению процента остаточной влажности, а более 2 ч нецелесообразна.

B примерах используются следующие материалы: технический немолотый 10 глинозем ГК, технический молотый глинозем ГК, бисерный полистирол, фракции 9 5.

Пример 1. Готовят формовочную смесь плотного (огнеупорного) 15 слоя следующего состава, вес. Ъ: технический немолотый глинозем 60; технический молотый глинозем 40.

Влажность приготовленной массы 3540о. Средняя плотность плотного слоя 20

1900-2200 кг/м .

Теплоизоляционный слой следующего состава, вес.%: технический молотый глинозем 100; предварительно подвспененный полистирол в течение 25

5 мин — 8 сверх 100% .

В лопастную мешалку засыпают полистирол, предварительно подвспененный в водяной бане в течение 5 мин, увлажняют водой и перемешивают 2 мин, затем добавляют молотый глинозем и перемешивают 3 мин. Влажность приготовленной смеси 40 — 45%. Средняя плотность смеси 700-750 кг/м .

В перфорированную форму укладывают плотный слой, затем теплоизоляцион- >5 ныи . Форму з акрывают крышкой, подводят к пластинчатым электродам переменный ток 50 Гц и осуществляют электропрогрев в течение 20 мин. Затем производят распалубку сырца и производят сушку при 120-125 С в течение

1,5-2 ч. Прочность сырца 0,5-0,6 МПа.

Сырец обжигают при 1600 С.

Пример 2. Технология по примеру 1, но полистирол используют подвспененный в течение 8 мин. Электропрогрев осуществляют 18 мин.

Пример 3. Технология по при«еру 1, но полистирол используют подвспененный в течение 12 мин, электропрогрев производят 15 мин.

Изделия после обжига при 1600 С сохраняют свою форму, поэтому шлифовке и обрезке не подвергаются.

Структура материала ячеистая. Контакт слоев расплывчатый с переменной плотностью. Сферические поры имеют размеры 25-1600 мкм, преобладающие размеры 300-700 мкм (фиг.2).

В таблице приведены основные физико-технические свойства конструкционно-теплоизоляционных корундовых изделий.

Как видно из таблицы, предложенный способ позволяет на 75-80% сократить длительность термообработки в закрытой перфорированной форме, что ведет к сокращению времени цикла в 3-3,5 раза.

Предложенный способ изготовления конструкционно-теплоизоляционных корундовых изделий имеет простую схему производства, регулируя плотность, можно определять основные рабочие свойства изделий. о (» о о х (-(»

O (0 о

Ю

Ю

%-Ч

C)

lA (Ю

Ю

Ю

Ю (A

ГсЮ

Ю

СО

СЧ

Ю

Ю

СЧ

СЧ о о

I

Ю 1

I о

Ю

C)

Ю (A

Сс

Ю

Ю

Ю

%-(I

Ю

LA (Ю

Ю

CO

СЧ

Ю

Ю

СЧ

СЧ

Ю с

СЧ

LA с-Ч

Ю

Е

О.

И о (Е о о о о о о

Ю

Ю

% (I

Ю (A (с.

Ю

Ю

Ю -(I

Ю

LA

Ю

Ю

CO

СЧ

Ю

Ю (Ч (Ч

Ю

ГЧ

I (A

C)

Ю о .-(I

Ю

LA

C)

C)

СО

СЧ (Ю

Ю

СЧ (Ч

Ю

Ю

Ю с

Ю (A гЮ с

СЧ

1 (A с

1-Ч

2 х х

» ( о

Ц

Ю о

Ю -(!

Ю

Ю

C)

C)

% ! о (Л о

Ю

CO

СЧ

Ю

Ю

ГЧ

СЧ Ю

СЧ

I

1 т-(1

1

1

Ю

Ю

Ю

Ю гЮ

C) о -( (C) (С(Гс

Ю

Ю

CO

СЧ

C)

Ю

СЧ

СЧ о с

СЧ

I (A

%-(Ю

ГЧ

1 х о о о

m Ц хо о ео н х

А (-( о о х (- о

Ц (» ((( ч о

C о

v х о

1 о о

4 о (-( о (» х (d ои

oz с ох

0 Х (» !.(5 о

Ц е х

0 0

И И х z о

ы х о е (-(х х х ц Е е

0, 4

С(X

1

I

I

1

I

1 с- — — —

I

I тР !

1

1

I 1

I I

1 I ! I

1 I

1 1

I I

1 I

I м I

1 1

1 1

I

I

1

I

1

I

СЧ

I 1

I I

1 I

I 1

I I !

Π— — Ф

1

1

1

1

I

I

1708084

LA Ч с с о о с м

I I

Ю СЧ с СЧ (СЧ

СО с ц

СО СЧ

I о о (Ч (О е х х е

:"(»

0 I ф

С4

СЧ (A с о сч с-(м! I

LA P

ГЧ (СЧ (A о сч м

I I

LA (( с СЧ (СЧ (С) с с о сч с-! м

I 1 а

СЧ (! х о х о

Г Ц о

5о о

m Ц 4 хо о о х о ео

1 д о

o g х: цхекх ххЕ

М ((3 ("." ((( оок

ЦЕх

О О.х

0,О е (=eх

Ю LO

I I о т3

1 Д

»Е цо о

m0, О, ох х

С((И A

Ц

Е х е х ( х х K аЕ оо о

4 !С Ц о

04

1

1

I

1 !

I

I

I

1

I

1

1

I

I

I

I

1

I

1

I

I

I

1

I (1

I

I

1

I

1 !

1

I

I

1

I

I (1

1

I

I

1

I о

0 (» е

Е (d

0 ((( ( х

2 ( е

Ц е

И (d х (Ц

2 х (((» х

04 е

Е х

0, И

1108084 с

Фиг.!

Ф

Ф

Составитель A. Бижанов

Техред Л.Коцюбняк Корректор И.Муска

Редактор Т.Веселова

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 5829/17 Тираж б06 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5