Безобжиговый высокотемпературный теплоизоляционный материал и способ его производства

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве изделий для теплоизоляции печатных агрегатов и энергетического оборудования с температурой изолируемой поверхности до 1000°С. При получении материала готовят шихту состава, мас.%: вспученный вермикулит 35-60, огнеупорная глина 30-44, высокоглиноземистый цемент 1-3, пыль электрофильтров 1-20, шихту увлажняют водным раствором карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), при этом количество КМЦ составляет (сверх 100% от массы шихты) 1,3-3,5, затем приготовленную массу подают в ленточный пресс, где она дополнительно обрабатывается, уплотняется и экструдируется в валок, из него прессуют изделия, которые подвергают сушке до влажности менее 1%. Технологический результат: улучшение эксплуатационных характеристик материала, вследствие невысокой и равномерной линейной и объемной усадки, исключение деформации изделий при сушке, снижение энергозатрат. 2 с.п. ф-лы.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве изделий для теплоизоляции печных агрегатов и энергетического оборудования с температурой изолируемой поверхности до 1000^oC.

Известен высокотемпературный теплоизоляционный материал (SU 1534039 A1, кл. C 04 B 38/06, 07.01.1990), содержащий в составе шихты, мас.%: вспученный вермикулит 29-48, диатомит 32-49, отходы абразивного производства 11-37.

Известен высокотемпературный теплоизоляционный материал, изготавливаемый из шихты (SU 1534038 A1, кл. C 04 B 35/66, 07.01.1990), состоящий из вспученного вермикулита, огнеупорной глины, отходов производства электрокорунда, отходов углеобогащения, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Bспученный вермикулит - 26-42 Oгнеупорная глина - 24-44 Oтходы производства электрокорунда - 9-34 Oтходы углеобогащения - 8-14 Известный теплоизоляционный материал обладает рядом недостатков - низкая прочность, большие объемная и линейная усадки в процессе сушки и обжига, что приведет к необходимости дополнительной механической обработки изделий.

Наиболее близким аналогом заявленного безобжигового высокотемпературного теплоизоляционного материала является материал, охарактеризованный в описании к SU 757495 A, кл. C 04 B 38/00, 23.07.1980 (описание, с.1, колонка 1), изготовленный из шихты, включающей вспученный вермикулит фракции 0-5 мм с объемной массой не более 125 кг/м³, огнеупорную глину, огнеупорный наполнитель - магнезитовый порошок и сернокислый магний.

Известен способ производства теплоизоляционных керамовермикулитовых изделий (SU 1583395 A1, кл. C 04 B 35/56, 07.08. 1990), включающий приготовление глиняного шликера, введение в него огнеупорного заполнителя в количестве 25-45 мас. ч. от всего его содержании, перемешивание смеси со вспученным вермикулитом и оставшейся частью огнеупорного заполнителя, подогретого до 80-95^oC, выдерживание массы в течение 1,5-2,0 ч, формование, сушку и обжиг, который осуществляют, помещая в печь с температурой 1000-1050^oC, выдерживают их 35-45 мин, повышают температуру до 1150^oC и выдерживают 75-105 мин.

Недостатком этого способа является его низкая технологичность в условиях организации поточного производства, кроме того, за счет повышенной влажности сырца после его формования имеют место высокие энергозатраты на его сушку и большая линейная и объемная усадки при сушке и обжиге, что может привести к деформации изделий.

Известен способ производства легковесных теплоизоляционных огнеупоров (RU 2083528 C1, кл. C 04 B 33/22, 10.07.1997), заключающийся в том, что в смесительном устройстве готовят шихту состава, мас.%: шамот 45-55, огнеупорная глина 45-55, вспененный полистирол не менее 3 (сверх 100% от веса шихты), перманганат калия 0,1-0,4 (сверх 100% от веса шихты), ее увлажняют, обрабатывают массу в ленточном прессе, прессуют заготовки, в них прокалывают отверстия диаметром 3-5 мм, сушат и обжигают при температуре не более 1330^oC, причем скорость подъема температуры в печи до 800^oC не должна превышать 20^oC/ч.

Недостатком этого способа является использование в качестве легковесного заполнителя вспененного полистирола, который при нагревании в процессе обжига образует ряд вредных ароматических соединений, опасных для здоровья людей.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ производства безобжигового високотемпературного теплоизоляционного материала, включающий перемешивание в смесителе огнеупорной глины и каолинового волокна, формование изделий и сушку (SU 592805 A, кл. C 04 B 33/00, 13.02.1978).

Задачей изобретения является повышение прочности теплоизоляционного материала, улучшение его эксплуатационных и ресурсных характеристик вследствие невысокой и равномерной линейной и объемной усадки, сокращение времени и энергозатрат на сушку изделий.

Указанная задача решается за счет того, что безобжиговый высокотемпературнай теплоизоляционный материал изготавливается из шихты, включающей вспученный вермикулит, огнеупорную глину и дисперсный огнеупорный заполнитель, в качестве которого используется пыль от электрофильтров вращающихся печей по производству шамота и дополнительно высокоглиноземистый цемент и карбоксиметилцеллюлозу, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Bспученный вермикулит - 35-60 Oгнеупорная глина - 30-44 Пыль электрофильтров - 1-20 Высокоглиноземистый цемент - 1-3
Карбоксиметилцеллюлоза (сверх 100% от массы шихты) - 1,3-3,5
Сформулированная задача решается также за счет того, что в способе производства безобжигового высокотемпературного теплоизоляционного материала, включающем перемешивание в смесителе компонентов шихты, включающей огнеупорную глину и заполнитель и сушку заготовок, компоненты шихты предварительно дозируют, после перемешивания увлажняют в смесителе, полученную смесь обрабатывают в ленточном прессе, прессуют заготовки, при этом в качестве легковесного заполнителя используют вспученный вермикулит, в качестве дисперсного огнеупорного заполнителя - пыль от электрофильтров вращающихся печей по производству шамота, причем при приготовлении массы в нее дополнительно вводят высокоглиноземистый цемент до получения шихты состава, мас.%:
Bспученный вермикулит - 35-60
Oгнеупорная глина - 30-44
Пыль электрофильтров - 1-20
Высокоглиноземистый цемент - 1-3
а карбоксиметилцеллюлозу в количестве (сверх 100% от массы шихты) 1,3-3,5 мас.% вводят при увлажнении шихты в виде водного раствора.

Пыль от электрофильтров представлена сферическими частицами с внутренней полостью частично дегидратированного глинистого минерала - каолинита. Пыль непластична (тощий материал или отощитель) и имеет гранулометрический состав, мас.%: фракция > 200 мкм - 0,3-4,2; фракция 5-200 мкм - 40,3-54,1; фракция 10-50 мкм - 10,5-14,4; фракция 5-10 мкм - 14,3-15,5; фракция 1-5 мкм - 1,3-5,8; фракция < 1 мкм - 10,3-20,4. Химический состав пыли, мас.%: Al₂O₃ - 35,4-42,2; Fe₂O₃ - 1,28-3,08; SiO₂ - 52,0-60,2; CaO - 0,3-0,5; MgO - 0,2-0,5; Na₂O + K₂O - 0,1-0,5; потери массы при прокаливании - 2-8.

Использование пыли от электрофильтров позволяет за счет наличия внутренней полости у ее частиц снизить плотность как заготовки, так и готовых изделий, чем облегчается задача получения изделий с низкой плотностью (ρ = 0,2-0,6 г/см³) и экстремально низкой теплопроводностью (λ = 0,1-0,4 Вт/(м·K) при высокой прочности (σ_изг.= 25-50 кг/см²).

Высокоглиноземистай цемент представляет собой тонкомолотую (массовая доля частиц менее 90 мкм - не менее 90%) смесь алюминатов кальция следующего химического состава, мас. %: Al₂O₃ - 70-75; CaO - 20-28; Fe₂O₃ - 0,1-0,5; SiO₂ - 0,1-1,0; MgO + R₂O - остальное. Добавление его в пластичную глинистую массу вместе с карбоксиметилцеллюлозой способствует повышению ее пластичности, снижению водопотребности массы, увеличению отощения, что приводит к снижению как воздушной, так и огневой усадки изделий. Добавка высокоглиноземистого цемента за счет его гидратации и последующего образования цементного камня повышает связующую способность глинистого компонента, способствует увеличению прочности изделий до значения, исключающего последующий обжиг изделий.

Карбоксиметилцеллозу вводят в виде водного раствора.

Пример. Для производства безобжиговых высокотемпературных теплоизоляционных изделий используют шихту следующего состава, мас.%:
Bспученный вермикулит - 59
Oгнеупорная глина - 34
Пыль электрофильтров - 5
Высокоглиноземистый цемент - 2
Карбоксиметилцеллюлоза (сверх 100% от массы шихты) - 3,0
Изменение соотношения вермикулита и огнеупорной глины, приводит к уменьшению кажущейся плотности и прочности увеличению количества раствора карбоксиметилцеллюлозы, необходимого для увлажнения шихты и к увеличению ее расхода. Увеличение содержания в шихте пыли от электрофильтров при постоянном суммарном количестве отощителя (вермикулита вместе с пылью) приводит к повышению прочности и повышению кажущейся плотности получаемых изделий.

Весовым способом в заданном соотношении дозируют компоненты шихты (вспученный вермикулит, огнеупорную глину, пыль электрофильтров, высокоглиноземистый цемент), последовательно загружают в смесительное устройство (бегуны, Z-образная мешалка, двухвальный смеситель), тщательно перемешивают, после чего производят увлажнение водным раствором карбоксиметилцеллюлозы, затем приготовленную массу подают в ленточный пресс, где она дополнительно обрабатывается, уплотняется и экструдируется в валок, из него прессуются изделия, которые подвергают сушке до влажности менее 1%.

Полученный в соответствии с изобретением безобжиговый высокотемпературный изоляционный материал характеризуется прочностью при изгибе 27-59 кг/см², равномерной линейной и объемной усадкой 4-6%.

Формула изобретения

1. Безобжиговый высокотемпературный теплоизоляционный материал, изготовленный из шихты, включающей вспученный вермикулит, огнеупорную глину и дисперсный огнеупорный заполнитель, отличающийся тем, что шихта содержит в качестве дисперсного огнеупорного заполнителя пыль от электрофильтров вращающихся печей по производству шамота и дополнительно высокоглиноземистый цемент и карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вспученный вермикулит - 35 - 60
Огнеупорная глина - 30 - 44
Пыль электрофильтров - 1 - 20
Высокоглиноземистый цемент - 1 - 3
Карбоксиметилцеллюлоза (сверх 100% от массы шихты) - 1,3 - 3,5
2. Способ производства безобжигового высокотемпературного теплоизоляционного материала, включающий перемешивание в смесителе компонентов шихты, включающей огнеупорную глину и заполнитель, и сушку заготовок, отличающийся тем, что компоненты шихты предварительно дозируют, после перемешивания увлажняют в смесителе, полученную смесь обрабатывают в ленточном прессе, прессуют заготовки, при этом в качестве легковесного заполнителя используют вспученный вермикулит, в качестве дисперсного огнеупорного заполнителя - пыль от электрофильтров вращающихся печей по производству шамота и дополнительно вводят при приготовлении массы высокоглиноземистый цемент до получения шихты состава, мас.%:
Вспученный вермикулит - 35 - 60
Огнеупорная глина - 30 - 40
Пыль электрофильтров - 1 - 20
Высокоглиноземистый цемент - 1 - 3
а карбоксиметилцеллюлозу вводят при увлажнении шихты в количестве 1,3 - 3,5 мас.% (сверх 100% от массы шихты) в виде водного раствора.