Сырьевая смесь для огнезащитных теплоизоляционных плит и способ их изготовления

 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности конструктивных элементов для огнезащиты и теплоизоляции, в металлургии и промэнергетике. Сырьевая смесь содержит, мас.%: вспученный вермикулит 30-40, жидкое стекло 30-60 и тонкомолотый доломит зернового состава по остатку на ситах 05К и 01К соответственно, не более 3 и 40-70 мас.% - 10-30. Кроме того, можно дополнительно использовать алкилсиликонат натрия и пылевые фракции от обжига вермикулита, мас.% (сверх 100%) соответственно: 2-3 и 2-6. Способ изготовления огнезащитных теплоизоляционных плит из указанной сырьевой смеси включает смешивание дозированных количеств вспученного вермикулита, жидкого стекла и добавки, уплотнение полученной формовочной смеси, прогрев и сушку. Все компоненты смеси нагревают до 40-70^oС перед дозированием, уплотняют полученную формовочную смесь с коэффициентом сжатия 2-3 в необогреваемой пресс-форме или на транспортерной ленте в течение 0,5 - 30 мин. Сырую плиту сушат по крайней мере в два этапа, на одном из которых осуществляют сушку путем одновременного обдува верхней и нижней сторон плиты перпендикулярно направленными струями воздуха, нагретого до 140-200^oС, а на другом этапе - прогреванием микроволновым СВЧ-излучением, охлаждение после сушки. Решаемая техническая задача: при огнестойкости покрытий 1,5 - 2,5 ч и снижаются удельные энергозатраты или при сохранении прочности уменьшается объемная масса и снижается трудоемкость процесса в связи с устранением громоздких пресс-форм, в которых происходит отверждение плит. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в качестве конструктивных элементов для огнезащиты и теплоизоляции в строительстве, металлургии и промэнергетике.

Известна сырьевая смесь для безобжигового способа изготовления огнезащитных теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла и вермикулита [Авторское свидетельство 179427, C 04 B 28/26, 1993].

Недостатком ее является большая объемная масса (900 - 1100 кг/куб. м) и низкая манипуляционная прочность после распалубливания сырой плиты при холодном способе прессования, к тому же сушка слоя в 3 - 4 мм протекает сутками, чем обусловлена длительность и сезонность работ по нанесению огнезащитного покрытия, достаточного для обеспечения огнезащиты 1,5 - 2,5 ч.

Известен сырьевой состав для изготовления (с обогреванием смеси до 600 ^oC) высокопористой керамики на основе жидкого стекла и вермикулита [Патент РФ 2092467, C 04 B 38/08, 1997].

Недостатком данного состава является невозможность его применения в качестве огнезащитного и конструкционного материала из-за высокой пористости.

Известна композиция для изготовления тепловой изоляции, обеспечивающая изделию сохранение механической прочности при температуре 1000 - 1200 ^oC [Авторское свидетельство 867911, C 04 B 38/08, 1981].

К недостаткам этого технического решения относятся: большая объемная масса (800 - 900 кг/куб.м) и невозможность производить сушку плиты без опалубки (формулы).

Наиболее близкий состав сырьевой смеси включает вспученный вермикулит (25 - 84), жидкое стекло (14 - 55) и добавку отхода производства слюдопласта (2 - 20 мас. %), содержащие кремнийорганические и другие лаки (например, KO-901, KO-914) [Авторское свидетельство 1451127, C 04 B 28/34, 28/26, 1989] .

К главному недостатку данной смеси относится отсутствие реальной сырьевой базы для получения отходов слюдопласта, содержащие упомянутые выше лаки, т. е. объем производства таких слюдопластов составляет всего несколько десятков тонн в год и соответственно годовое количество отходов не превысит 5 - 10 т, что для огнезащитных строительных материалов недостаточно; к тому же кремнийорганические и другие лаки в большинстве выделяют при горении вредные вещества.

Известен способ безобжигового изготовления плит [Авторское свидетельство 867911].

Недостатком его является необходимость разбавления смеси исходных компонентов водой, что увеличивает энергозатраты на сушку и определяет необходимость проведения отверждения плит в пресс-форме, что создает громоздкость и увеличивает трудоемкость процесса производства.

Наиболее близким аналогом для заявляемого изобретения является полусухой способ изготовления вермикулитовых плит из вспученного вермикулита с насыпной массой 100 - 200 кг/куб.м жидкого натриевого стекла с исходной плотностью 1,42 - 1,48 кг/л с добавкой кремнефтористого натрия, включающий: - разбавление жидкого стекла до плотности 1,2 - 1,25 кг/л; - смешивание разбавленного жидкого стекла с добавкой кремнефтористого натрия и введение полученного раствора в вермикулит; - перемешивание смеси в растворомешалке в течение 5 мин; - засыпка пресс-формы и прессование в прессе или прокатка с фиксированной нагрузкой с коэффициентом сжатия 1,3 - 2,0; - прогревание сырой плиты (размером 600 х 500 х 120 мм) пропусканием электрического тока силой 150A при напряжении 180 - 220 B в течение 2 - 8 мин без съема нагрузки; - распалубливание плиты и ее сушка при 100 - 110 ^oC в течение 10 ч; После этого плита приобретает прочность на сжатие 4,2 - 5,0 кг/кв.м [Н. А. Попов, Производство и применение вермикулита.- М.: 1964, с. 117 - 129].

Недостатками указанного способа являются: - необходимость разбавления жидкого стекла водой, что увеличивает энергозатраты на сушку; - невозможность распалубливания плиты до ее прогревания, что усложняет технологию изготовления;
- длительная сушка и низкая прочность плит на сжатие (0,42 - 0,5 МПа).

Решаемыми задачами заявляемого изобретения являются:
1. Улучшение эксплуатационных характеристик получаемых плит
2. Улучшение технологии их производства
3. Снижение энергозатрат производства.

Сформулированные задачи решаются за счет того, что сырьевая смесь для огнезащитных теплоизоляционных плит, включающая вспученный вермикулит, жидкое стекло и добавку, в качестве добавки содержит тонкомолотый доломит зернового состава по остатку на ситах NN 05K и 01K соответственно не более 3 и 40 - 70 мас.% при следующем соотношении компонентов смеси ( мас.%):
Вспученный вермикулит 30 - 40
Жидкое стекло 30 - 60
Доломит 10 - 30
- сырьевая смесь дополнительно содержит алкилсиликонат натрия (этилсиликонат натрия - ГКЖ-10 или метилсиликонат натрия - ГКЖ-11) и пылевые фракции от обжига вермикулита сверх 100 мас.% :
Алкилсиликонат натрия 2 - 3
Пылевые фракции обжига вермикулита 2 - 6
Сформулированные задачи решаются также за счет того, что в способе изготовления огнезащитных теплоизоляционных плит, включающем смешивание дозированных количеств вспученного вермикулита, жидкого стекла и добавки, уплотнение полученной формовочной смеси, прогрев и сушку, в качестве добавки используют тонкомолотый доломит зернового состава по остатку на ситах NN 05K и 01K соответственно, не более 3 мас.% и 40 - 70 мас.%, перед дозированием все компоненты смеси нагревают до 40 - 70 ^oC, и полученную после формовочную массу уплотняют с коэффициентом сжатия 2 - 3 в необогреваемой пресс-форме или на транспортерной ленте в течение 0,3 - 30 мин, и полученную сырую плиту после распалубливания в свободном состоянии сушат по крайней мере в два этапа, на одном из которых осуществляют сушку посредством одновременного обдува верхней и нижней сторон плиты перпендикулярно направленными на них струями воздуха, нагретого до 140 - 200 ^oC, а на другом этапе - прогреванием микроволновым СВЧ-излучением, и после сушки охлаждают, при этом компоненты смеси берут в следующем соотношении, мас.%:
Вспученный вермикулит 30 - 40
Жидкое стекло 30 - 60
Указанный доломит 10 - 30
При смешивании могут быть дополнительно введены сверх 100% алкилсиликонат натрия и пылевые фракции от обжига вермикулита, мас.%:
алкилсиликонат натрия 2 - 3
пылевые фракции от обжига вермикулита 2 - 6
Уплотнение формовочной массы на транспортерной ленте осуществляют посредством прокатки несколькими парами ненагретых валов, встречно вращаемых с равной линейной скоростью, при этом фиксированный зазор между верхним и нижним валками в каждой последующей паре уменьшают.

При уплотнении плиты в пресс-форме продолжительность уплотнения составляет 0,3 - 1 мин.

При уплотнении плиты на транспортерной ленте продолжительность уплотнения составляет 1 - 30 мин.

На первом этапе плиту сушат микроволновым СВЧ-излучением, а на втором - обдувом перпендикулярно направленными струями воздуха.

На первом этапе плиту сушат обдувом перпендикулярно направленными струями воздуха, а затем - на втором этапе - микроволновым СВЧ-излучением.

Для охлаждения высушенные горячие плиты складывают в штабель высотой 0,5 - 1,5 м и охлаждают воздухом при наложении на штабель пригруза массой не менее 3-кратной массы штабелируемой плиты в течение не менее чем 16 ч.

Тепло охлаждаемых плит используют для прогревания сухих компонентов смеси.

Для сушки плит обдувом используют смесь отходящих топочных газов с атмосферным воздухом.

Примеры осуществления изобретения.

Для приготовления сырьевой смеси использовались:
- товарный вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-67) объемной массы 100 - 200 кг/куб.м. зернового состава (мас.%):
Крупный (5 - 10 мм) 1
Средний (0,6 - 5,0 мм) 80
Мелкий (0,063 - 0,6 мм) 19
- товарное жидкое стекло (натриевое, с силикатным модулем (Мс) 2,7 - -3,6, и плотностью 1,36 - 1,45 г/куб.см), ГОСТ 13075-81;
- доломит (ГОСТ p 50261-92), измельченный до размера зерен по остаткам на ситах 05K и 01K, соответствующих линейным размерам отверстий в сетке 0,5 и 0,1 мм (ГОСТ 13075-81, буква К - контрольные сита) соответственно: менее 3 и в пределах 40 - 70 мас.%;
- дополнительно использован метилсиликонат натрия (ГКЖ-11) и пылевые фракции от обжига вермикулита химического состава по табл. 1
Пример 1
Сухие компоненты:
- дозированный вермикулит с объемной массой 10 кг/куб.м и дозированный доломит зернового состава по остаткам на ситах 05K и 01K соответственно : 1 и 40 мас. %, предварительно нагретые до 40 ^oC вторичным теплым воздухом, высыпают последовательно в работающую лопастную мешалку и перемешивают 2 минуты, после чего в перемешанную сухую смесь тонкими струйками вливают жидкое стекло с Mc= 3, плотностью 1,43 г/куб.см, нагретое до 40 ^oC. После перемешивания всей смеси в течение 3 мин она постепенно поступает в проходной пропеллерный смеситель, превращаясь в однородную сыпучую, полусухую смесь. Полученную формовочную массу высыпают в пресс-форму и прижимают с коэффициентом сжатия K сж.=3 за 0,3 мин. Отформованная сырая плита размером 600 х 600 х 50 мм выталкивается подовой плитой пресс-формы наверх и ее сдвигают по горизонтальной плоскости на работающий конвейер сушильного устройства. При сушке плиту обдувают с двух сторон перпендикулярно направленными струями воздуха при давлении в дутьевых камерах и данном случае 60 кг/кв. м и температуре 200 ^oC. После обдува плиты перемещают на второй этап сушки - прогрев СВЧ-излучением, в процессе которого происходит интенсивное влаговыделение.

Такая 2-этапная сушка повторялась в последовательности: обдув - СВЧ - обдув - СВЧ - обдув. Суммарное время обдува для плиты толщиной 50 мм составило 60 мин, а СВЧ-излучением - 15 мин. Высушенные горячие плиты были уложены в штабель высотой 0,5 м и выдерживались под пригрузом массой 40 кг 16 ч.

Примеры 2 - 5 отличаются от примера 1 значением отдельных параметров.

В примерах 6 и 7 уплотнение формовочной массы осуществлялось прокаткой: в примере 6 - пятью парами валков, а в примере 7 - семью парами валков диметром 380 мм, с фиксированным изменением зазора между валками в % к исходной толщине насыпанного на транспортерную ленту слоя формовочной массы (последовательно от первой пары: 30 - 40 - 48 - 53 - 57 - 60 - 62).

Режимы технологического процесса по примерам указаны в табл. 2, а свойства испытанных плит - в табл. 3.

Использование огнезащитных плит по заявленному изобретению взамен известных огнезащитных покрытий при огнестойкости, зависящей от толщины, 1,5 - 2,5 ч, сокращает в десятки раз время их монтажа (нанесения) на металлоконструкции. В сравнении с огнезащитными теплоизоляционными плитами общетехнического назначения (металлургия, теплоэнергетика) ускоряется время сушки в 2,0 - 2,5 раза и снижаются удельные энергозатраты или при сохранении прочности уменьшается объемная масса и снижается трудоемкость процесса в связи с устранением громоздких пресс-форм, в которых происходит отверждение плит.

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для огнезащитных теплоизоляционных плит, включающая вспученный вермикулит, жидкое стекло и добавку, отличающаяся тем, что в качестве добавки она содержит тонкомолотый доломит зернового состава по остатку на ситах N 05К и 01К соответственно не более 3 и 40 - 70 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вспученный вермикулит - 30 - 40
Жидкое стекло - 30 - 60
Доломит - 10 - 30
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алкилсиликонат натрия и пылевые фракции от обжига вермикулита, мас.% (сверх 100%):
Алкилсиликонат натрия - 2 - 3
Пылевые фракции от обжига вермикулита - 2 - 6
3. Способ изготовления огнезащитных теплоизоляционных плит, включающий смешивание дозированных количеств вспученного вермикулита, жидкого стекла и добавки, уплотнение полученной формовочной смеси, прогрев и сушку, отличающийся тем, что в качестве добавки используют тонкомолотый доломит зернового состава по остатку на ситах N 05К и 01К соответственно не более 3 и 40 - 70 мас. %, перед дозированием все компоненты смеси нагревают до 40 - 70^oC и полученную формовочную массу уплотняют с коэффициентом сжатия 2 - 3 в необогреваемой пресс-форме или на транспортерной ленте в течение 0,3 - 30 мин и полученную сырую плиту после распалубливания сушат по крайней мере в два этапа, на одном из которых осуществляют сушку путем одновременного обдува верхней и нижней сторон плиты перпендикулярно направленными на них струями воздуха, нагретого до 140 - 200^oC, а на другом этапе - прогреванием микроволновым СВЧ-излучением, и после сушки - охлаждают, при этом компоненты смеси берут в следующем соотношении, мас.%:
Вспученный вермикулит - 30 - 40
Жидкое стекло - 30 - 60
Указанный доломит - 10 - 30
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при смешивании дополнительно вводят алкилсиликонат натрия и пылевые фракции от обжига вермикулита, мас.% (сверх 100%):
Алкилсиликонат натрия - 2 - 3
Пылевые фракции от обжига вермикулита - 2 - 6
5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что уплотнение формовочной массы на транспортерной ленте осуществляют прокаткой несколькими парами ненагретых валков, встречно вращаемых с равной линейной скоростью, при этом фиксированный зазор между верхним и нижним валками в каждой последующей паре уменьшают.

6. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что при уплотнении плиты в пресс-форме продолжительность уплотнения составляет 0,3 - 1 мин.

7. Способ по любому из пп.3 - 5, отличающийся тем, что при уплотнении плиты на транспортерной ленте продолжительность уплотнения составляет 1 - 30 мин.

8. Способ по любому из пп.3 - 7, отличающийся тем, что на первом этапе плиту сушат микроволновым СВЧ-излучением, а на втором - обдувом перпендикулярно направленными струями воздуха.

9. Способ по любому из пп.3 - 7, отличающийся тем, что на первом этапе плиту сушат обдувом перпендикулярно направленными струями воздуха, а на втором - микроволновым СВЧ-излучением.

10. Способ по любому из пп.3 - 9, отличающийся тем, что для охлаждения высушенные горячие плиты складывают в штабель высотой 0,5 - 1,5 м и охлаждают воздухом при наложении на штабель пригруза с массой не менее 3-кратной массы штабелируемой плиты в течение не менее 16 ч.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что тепло охлаждаемых плит используют для прогревания сухих компонентов смеси.

12. Способ по любому из пп.3 - 11, отличающийся тем, что для сушки плит обдувом используют смесь отходящих топочных газов с атмосферным воздухом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3