Огнеупорная литьевая масса

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (21) 5061267/02 (22) 01.09.92 (46) 30.1193 Бюл Ия 43-44 (71) Череповецкий металлургический комбинат им.50-летия СССР (72) Яхонтов В.Н; Тишков ВЯ„Осипов ОА; Луканин

ЮВ„ Байков ВА. (73) Череповецкий металлургический комбинат им.50-летия СССР (54) ОГНЕУПОРНАЯ ЛИТЬЕВАЯ МАССА (57) Сущность изобретения: огнеупорная масса со(19) RU (11) 2003936 С1 (Я) 5 F2793 02 м I I держит, мас%: апюмосиликатный заполнитель 46—

Sl; тонкомолотыи злектрокорунд 13 —. 16; огнеупорную глину 9 — 11; периклаз 3 — 9; ортофосфорную кислоту 10 — 20 и воду остальное. Огнеупорная масса позволяет значительно увеличить срок службы монолитной теплоизоляции и футеровки за счет повышения термостойкости бетона в 3 — 4 раза и его прочности в 12 — 3,5 раза при температуре 120- 1200 C. Футеровка из массы имеет открытую пористость 30 — 4096 и теплопроводность при 800 С до 0,5 Вт/м К 2 табл

2003936

Изобретение относитсл к огнеупорным массам, предназначенным для изготовления методом заливки теплоизоляции водоохлаждаемым подавых труб нагревательных печей прокатных станов, и может быть также использовано для изготовления монолитной футеровки пода, стен, свода и других элементов печей и ковшей различного назначения.

Известна (см. Бюллетень НТИ.— Черная металлургия, 1988, К. 11, с. 18-28), что теплоизоллция подовых труб служит в крайне тяжелых условиях и поэтому значительную часть времени на многих прокатных станах печи эксплуатируются без изоляции: — она подвергается сильной вибрации, возника ащей в падовых трубах, по которым проталкивается -адка заготовок весом до

1000 — 1500 т; — по сечению изоляции толщиной 50- 20

100 мм существует очень большой перепад температур (до 1000-1300 С), который обусловлен тем, чта внутренний ее слой, примыка;ащий к водаохлаждаемай трубе, имеет температуру 50 — 300 С в зависимости от ви- 25 да охлаждения, а наружнал поверхность изоляции соприкасаетсл с и атмосферой и нагрета до 1000-1300 С в зависимост» от места нахождения в печи; перепад температур в изоляции превышает в 5-10 30 раз температурный перепад в печной футеровке; — изоллцил испытывает большие термические удары от постоянна изменяющихся внутри печи рабочих температур. 35

В моналитной футеровке стен и особенно свода также существует большой температурный перепад, поэтому все монолитные футеравки разрушаютсл в основном сколами из-as низкой прочности внутренних сло- 40 ев.

Так как самым высокопроизводительным и менее трудоемким способом изготовления изоляции и футеравки являетсл метод. заливки е3 опалубку, То бетон должен твер- 4Б деть в обычных условиях. Практикой установлено, что длл снятия бальшемерной и сложной опалубки без разрушения бетона необходимо, чтобы его начальнал прочность была не менее 5 МПа. 50

Таким образам, длл обеспечения высокого срока службы теплоизоляции и футеровки стен и свода бетон должен обладать низкой теплоправодностыа и высокой тер- 55 мастойкостью и прочностью ва всем диапазоне температур от 20"С и до рабочей температуры (1200-1400 C).

Известна огнеупорная масса для изготовления пористых изделий (см. а.с. СССР

N 1301817, кл. С 04 В 33/22, 1987), включающая, мас. Д:

Шамот 48 — 53

Циркон . 20-28

Алюмосиликатный шлам производства изопропилбензола 9-14

Ортофосфорная кислота 10-19

Недостатком массы является нетвердение ее в естественных условиях — она требует нагрева до 500 С.

Наиболее близкой па составу и назначению является огнеупорная литьевая самотвердеющая масса (см. Справочник.

Огнеупорное производства. / Под ред.Д.И.

Гавриша. M.: Металлургия, 1965, т. f, с. 532538), включающая, мас.%:

Вамотный или высокоглиноземистый заполнитель 63-60

Глиноземистый цемент 20-25

Вода 20-22

Недостатками данного состава яалаются низкая термастойкость {2-3 твплосианы при 1300 С вЂ” вода) и низкая прочность в диапазоне температур от 3ÎÎ и до 1200 С из-за очень сильного ев разупрочиения при нагреве: после сушки при 120 С прочность снижается в два раза, при 400 С вЂ” в 2,5 раза, а при 800-110Î С вЂ” в 4 раза (см. там жв. с.

538). И только при температурах 1200ОС и выше из-эа спекания частиц прочность начинает возрастать. Неудовлетворительные служебные свойства обусловлвны тем, что при нагреве свыше 100 С и до 8GG C из за испарения ВОды разрушается гидрзвйичв скал связка и прочность бвтоив непрерывно уменьшается.

Многочисленные опыты по изготовле-. нию из этой массы стен и сводов нагревательных печей с рабочей температурой до

1400 С показали, что бетон разрушается в основном скалами из-за низкой прочности внутренних слоев и срок его службы в 3-5 раз ниже срока службы кирпичной футеравки (3 года и выше), Так как изоляция подавых труб служит в более тяжелых условиях, чем даже свод печей, то срок службы изоляции не превышает 1-6 мес. в зависимости от места установки в печи и условий эксплуатации, что, как известно, приводит к большому перерасходу топлива, к снижению произвадительности печей из-за охлаждающего действия холодных труб на заготовки; к увеличению угара металла и т.д, Цель изобретения — увеличение срока службы бетона за счет повышения его термостойкости и прочности в диапазоне температур от 120 и до 1200 С.

2003936

Поставленная цель достигается тем, что огнеупорная литьевая масса; включающая алюмосиликатный заполнитель, связующее и воду, содержит в качестве связующего ортофосфорную кислоту и дополнительно тон- 5 комолотый алектрокорунд, огнеупорную глину и периклаз при следующем соотношении компонентов, мас. :

Алюмосиликатный заполнитель 46 — 51 10

Тон коиолотый электрокорунд 13-16

Огнеупорная глина 9-11, Периклаз 3-9

Ортофосфорная кислота 10-20

Вода Остальное

Твердение массы происходит при обычных температурах, так как окись магния (периклаз) очень активно вступает в реакцию с 20 ортофосфорной кислотой, сопровождающуюся большим выделением тепла и разогревом массы. В результате реакции в осадок выпадают нерастворимые в воде кристаллы двух- и трехзамещенного фосфата магния и 25 выделяются газообразные кислород и водород по следующим реакциям:

МЯО+НЗР04+ЗН20,+ЦЯ.. ЫРЯ(3+g+ Н2) 02

3Mg0+ 2НзРОа — М9дЯЦ 30

Газообразные кислород и водород в виде пузырьков частично выходят в атмосферу и частично остаются внутри застывшей массы, образуя многочисленные поры вокруг 35 зерен заполнителя, что, как известно, повышает термостойкость бетона и уменьшает

его теплопроводность.

При проведении опытов по разработке состава массы и изготовлении теплоизоля- 40 ции труб и монолитной футеровки было установлено следующее.

Для хорошего заполнения углов в огнеупорных блоках и весьма узкого пространства (50-100 мм) между опалубкой и 45 трубами необходимы массы подвижной и жидкоподвижной консистенции. Для обеспечения указанной текучести необходимо, чтобы в массе сумма воды и ортофосфорной кислоты составляла 19 —.23%. 50

При вводе в массу менее 3 периклаза фракции менее 0,5 мм и менее 10 ортофосфорной кислоты плотностью 1,42 г/см при соответствующем количестве воды масса не твердеет более 16 ч и через 72 ч вы- 55 держки в естественных условиях имеет прочность менее 5 МПа. При содержании в массе более 9% периклаза и содержании кислоты более10 при соответствующем количестве воды масса имеет время до начала твердения менее 30 мин и схватывается при заливке опалубки или даже в мешалке. При вводе в массу более 20% кислоты свойства бетона не улучшаются и экономически нецелесообразно, Для повышения текучести и уменьшения количества воды масса содержит 9 — 11 огнеупорной основной пластичной глины.

При вводе в массу более 11 глины усадка обожженного бетона превышает предельно допустимую норму в 2 для теплоизоляционных бетонов. Кроме этого, огнеупорная глина из-за своего физико-химического состава образует прочные соединения с ортофосфорной кислотой при нагреве до 100 С и выше.

Тонкомолотый электрокорунд повышает огнеупорность массы, так как фосфаты алюминия имеют температуру плавления до

2050 С, Кроме этого, при высоких температурах корунд вступает в реакцию с кремнеземом глины и заполнителя с образованием термостойкого высокоогнеупорного соединения муллит ЗА!20з .2Si02. Эта реакция сопровождается некоторым увеличением объема, что уменьшает усадку бетона. Количество электрокорунда определено, как необходимое количество для связывания кремнезема глины в муллит с некоторым избытком, Вводить более 16% электрокорунда нецелесообразно, так как он очень дорогой, Кроме роли отвердителя периклаз в форме фосфатных соединений при высоких температурах по мере испарения Р20 образует с электрокорундол1, огнеупорной глиной и заполнителем высокотермостойкие соединения шпинель Mg0. А1 0з и кардиерит 2Mg0 .2А120з 5Si02.

В табл.1 приведены составы огнеупорных литьевых самотвердеющих масс, а в табл.2 представлены свойства бетонов из этих масс, определенных на образцах диаметром 45 мм и высотой бО мм.

Как видно из табл.2, бетон с шал1отным заполнителем и с содержанием периклаза

3-9%, кислоты 10-20 и воды 3-9% после

3-х суток твердения имеет прочность на сжатие 5,5-7.3 М Па.

После сушки при 120 С в течение 4 ч прочность шамотных бетонов возрастает на

10-20 и составляет б,1-8,4 МПа, что на

3 — 40 превышает прочность прототипа.

Повышение прочности происходит из-за дальнейшего образования кристаллов трехзамещенного фосфата магния и алюл осиликатных фосфатов с огнеупорной глиной.

2003936

15

40

После сушки при 400 С прочность бетонов по сравнению с сырым состоянием увеличивается на 20 — 40% и составляет 6,8-9,5

МПа против 4,8 МПа у прототипа. Упрочнение бетонов обусловлено тем, что избыточная кислота вступает в реакцию с окислами алюминия и кремния, входящими в состав корундэ и шамота, с образованием полимерных фосфатов, С этими окислами кис-. лота при нормальных условиях почти не реагирует.

Сушка при 800 С приводит к снижению прочности бетона на 20-30% по сравнению с сушкой при 400 С, что, как известно, происходит за счет берлинитового эффекта

При дальнейшем повышении температуры снова начинается упрочнение бетонов за счет образования сложных по составу фосфатных соединений, э том числе и легкоплавных, которые ускоряют процесс замены химических связок на керамическую. Поэтому спекание зерен и интенсивное упрочнение начинается при довольно низких температурах 1000-1100 C — после обжига при 1200ОС прочность шамотного бетона составляет 9,5-13.6 МПа, что в два раза выше прочности после нагрева при,800 С. При увеличении температуры обжига до 1300 С прочность возрастает до 20 МПа;

Разработанный бетон с шамотным за- ЗО полнителем несмотря нэ высокую пористость (до 42%) имеет высокую термостойкость —. 7-12 водяных теплосмен против 2-3 теплосмен у бетона из массыпрототипа. 35

При использовании вместо шамотного заполнителя муллитэ все свойства улучшаются на 10-15%. Еще более высокие свойства имеют бетоны с муллитокорундовым заполнителем. Из-зэ большего содержания тугоплавкой окиси алюминия в муллитокорунде эти бетоны начинают интенсивноспекаться при более высоких температурах, поэтому состав N. 8 после обжига при

1200 С имеет несколько меньшую прочность, чем состав Йт 5 с муллитом.

В печах и зонах печей с рабочей температурой до 1300 C в качестве заполнителя следует применять шамот с содержанием окиси алюминия до 60%, а при более высо-. 50 ких температурах — муллит и муллитокорунд.

Массу готовят в смесителе. принудительногодействия с объемом готового замеса до 200 л. В работающий смеситель засыпают заполнитель, электрокорунд и глину и перемешивают всухую. Ээтем заливают кислоту и воду и перемешивают до равномерного увлажнения. Последним вводят периклаз и перемешивают до равномерности.

Пример 1. На нагревательной печи производительностью 120 т/ч на подовые трубы диаметром 159 мм в методической зоне и зоне hL 1 с рабочей температурой до

1200 С-была нанесена опытная изоляция толщиной 70 мм из массы М 3 с шамотным заполнителем, а в сварочной зоне М 2 с температурой до 1300 С вЂ” из массы М 6 с муллитовым заполнителем. Через 18 мес эксплуатации изоляция сохранилась на 9095 и продолжает служить. Открытая пористость бетонов составляет 40%.

Пример 2. Из состава М8смуллитокорундовым заполнителем были изготовлены 8 горелочных блоков с.раэмерами

600 х600х 700 мм и отверстием диаметром

250 мм для боковыхторелок нагревательной печи. После 18 мес службы при 1350 С блоки следов разрушений не имеют.

Таким образом, теплоиэоляция и монолитная футеровка, изготовленная из предлагаемой массы, за счет более высокой термостойкости и прочности при температурах свыше 100 С имеют значительно более высокий срок службы, чем известные состаBbl.

Кроме этого, особенностью разработанной массы является низкая ее теплопроводность и соответственно . высокие теплоиэоляционныв свойства, так кэк.открытая пористость бетонов в зависимости от состава составляет 30-40%. По пористости эти бетоны занимают промежуточное положение между низкоплотными огнеупорами(пористость да 30%)и высокапористыми . тепдоизоляционными иэделиями (открытая пористость свыше 50ф); Так на-. пример,,теплоизоляция подовых труб толщиной 70 мм и открытой пористостью 40% с шамотным заполнителем имеет среднюю теплопроводность. О;5-0.6 8т! м К и тепловые потери.5-8 кВт/м в зависимости от

2 места установки в. печи против 80-150 кВт(м при неизолированных трубах, Применение предлагаемой массы, особенно для изоляции подовых труб, позволя- . ет значительно увеличить срок ее службы и получить большую экономию топлива, Кроме этого, эффективная изоляция подовых труб улучшает теплообмен в печи. повышает ее производительность на 20 25%. уменьшает окалинообразование и величину "темных" пятен в слябах и снижает расходы на ремонт.

2003936

2003936

2003936 щем соотношении компонентов, мас, :

Формула изобретения

ОГНЕУПОРНАЯ ЛИТЬЕВАЯ МАССА, Алюмосиликатный заполнисодержащая аламосиликатный заполни- тель тель; связующее и воду, отличающаяся 5 Тонкомолотый электрокорунд тем, что оиа в качвстве связующего содер- Огнеупорная глина ,жит ортофосфорнуа кислоту и дополни- Периклаз

<тельно тонкомолотый электрокорунд,. Ортофосфорная кислота огнеупорную глину и периклвз ApN следую-. Вода

Составитель В. Дикарев

Редактор Т. Лошкарева Техред М.Моргентал Корректор М. Самборская

Заказ 3321

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5. 46-51

13- 16

9-11

3-9

10- 20

Остальное