Жаростойкий безобжиговый материал на основе глиношлакового вяжущего

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления жаростойких изделий, предназначенных для футеровки конструкций промышленных печей, в частности для футеровки сводов печей и подов печных вагонеток туннельных печей. Технический результат: получение эффективного жаростойкого материала с температурой применения до 1200°С и термической стойкостью до 70 циклов водных теплосмен. Жаростойкий безобжиговый материал на основе глиношлакового вяжущего включает глину, шлак металлургического производства, гидроксид натрия, заполнитель и воду. В качестве заполнителя он содержит шамотный песок фракции 0,3-2,5 мм или бой шамотного кирпича фракции 0,6-1,25 мм или фракции 1,25-2,5 мм при следующих соотношениях компонентов, мас.%: глина 15-17, указанный шлак 22-26, гидроксид натрия 1, указанный заполнитель 38-45, вода 11-24. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству жаростойкого материала на основе бесклинкерного (глиношлакового) вяжущего.

Данный материал может быть использован для изготовления жаростойких изделий, предназначенных для футеровки конструкций промышленных печей, в частности для футеровки подов печных вагонеток туннельных печей.

Существуют жаростойкие огнеупорные материалы на основе тугоплавких глин - шамотные огнеупоры, шамотно-каолиновые с температурой применения до 1770°С. Они получаются из дефицитного сырья, обладают высокой энергоемкостью, что ограничивает их применение при средних температурах эксплуатации.

Известны эффективные безобжиговые стеновые строительные материалы на основе бесклинкерного композиционного вяжущего на основе легкоплавкой глины 30-50%, извести 5-10%, гидроксида натрия 0,6-1%, остальное - шлак металлургического производства при влажности смеси 8-14% по массе [1]. Однако свойства стеновых глиношлаковых материалов не удовлетворяют требованиям, позволяющим использовать данный материал в качестве жаростойкого.

Целью изобретения является придание глиношлаковым материалам на основе обычных глин термической стойкости в условиях повышенных температур для возможности длительной эксплуатации без значительных потерь по прочности и трещиностойкости. Этот эффект может быть достигнут путем введения жаростойкого заполнителя оптимальной гранулометрии в необходимом количестве. Данный композиционный материал содержит в своем составе, мас.%:

Глина - 15-17

Шлак - 22-26

Шамотный песок (бой шамотного кирпича фр. 1,25-2,5 мм) - 38-45

Щелочь NaOH - 1

Вода - 11-24

Изготовление такого рода изделий осуществляется следующим образом. Доменный гранулированный шлак металлургического производства подвергается сухому помолу в шаровой мельнице до удельной поверхности S_уд=3000-3500 см²/г. Предварительно высушенная глина также измельчается до удельной поверхности S_уд=4000-5000 см²/г, смешивается со шлаком и затворяется водощелочным раствором NaOH. В смесь вводится жаростойкий наполнитель - шамотный песок, бой шамотного кирпича фр. 1,25-2,5 мм и др. Изготовление изделий на основе полученной смеси может производиться путем прессования в пресс-формах при удельном давлении прессования 15-20 МПа, вибропрессованием и виброуплотнением. Твердение изделий осуществляется в естественных воздушно-влажностных условиях при t=20-22°С. Возможно твердение при ТВО (температура изотермии - 50°С) в течение 10-12 часов.

В качестве вяжущего были использованы Липецкий гранулированный шлак, химический состав которого приведен в табл.1, и глина Иссинского карьера Пензенской обл. (табл.2).

Таблица 1
Химический состав Липецкого шлака, %
СаО	MgO	SiO2	Al2O3	MnO	Fe2O3	FeO
40,5	9,37	38,1	9,52	0,61	-	0,52
S	V2O5	P2O5	F	Mo	MA	К
0,65	-	-	-	1,04	0,24	1,6
Таблица 2
Химический состав Иссинской глины, %
СаО	MgO	SiO2	Al2O3	Fe2O3	SO3	П.П.П.
0,6	1,33	69,07	16,42	3,125	0,065	13,0

Возможность реализации изобретения подтверждается примерами 1-6 (табл.3, 4).

Таблица 3 Составы исследуемых жаростойких глиношлаковых материалов
Пример	Вид вяжущего в процентном соотношении компонентов	Вид заполнителя в % от массы вяжущего	Влажность смеси
1	Г:Ш=40:60	100% боя шамотного кирпича (фр. 0,6-1,25)	12
2	Г:Ш=40:60	100% боя шамотного кирпича (фр. 1,25-2,5)	12
3	Г:Ш=40:60	100% шамотного песка (фр. 0,3-2,5)	12
4	Г:Ш=40:60	100% боя шамотного кирпича (фр. 0,6-1,25)	28
5	Г:Ш=40:60	100% боя шамотного кирпича (фр. 1,25-2,5)	28
6	Г:Ш=40:60	100% шамотного песка (фр. 0,3-2,5)	32
прототип	Г:Из:Шл:Щел=37,5:5,6:56,5:0,6	-	12
прототип	Г:Из:Шл:Щел=37,9:5,6:56,5:1,0	-	32

Наилучшими эксплуатационными свойствами в условиях повышенных температур обладают прессованные и виброуплотненные глиношлаковые материалы, наполненные шамотными заполнителями с фракцией зерен 1,25-2,5 мм (табл.4). Аналогичные характеристики виброуплотненных составов значительно ниже, что может быть объяснено менее прочной и плотной структурой, образовавшейся за счет введения повышенного количества воды. В то же время прессование позволяет получить структуру с плотным каркасом из частиц заполнителя, приведенных в плотное соприкосновение друг с другом.

Таблица 4 Основные физико-механические свойства исследуемых жаростойких глиношлаковых композитов
Пример	Плотность в сухом состоянии, г/см3	Прочность на сжатие Rсж, МПа, через, сут.	Rсж в сухом состоянии, МПа	Термостойкость, цикл	Вид формования
		3	7	28
1	2,02	18,33	21,44	37,22	51,11	42	пресс.
2	2,04	20,44	21,5	23,88	50,0	71	пресс.
3	2,06	12,55	16,67	25,55	54,4	44	пресс.
4	1,88	4,55	6,33	14,0	16,2	15	виброупл
5	1,9	3,77	6,89	14,41	16,2	17	виброупл
6	1.9	4,94	8,33	13,82	16,0	15	виброупл
прототип	2,05	19,4	23,6	72,5	-	4	пресс.
прототип	1,94	2,8	7,9	45,6	-	2	виброупл.

Литература

1. Патент на изобретение РФ №2133233, 6 С 04 В 7/153, 1999 г. Бесклинкерное композиционное вяжущее.

1. Жаростойкий безобжиговый материал на основе глиношлакового вяжущего, включающий глину, шлак металлургического производства, гидроксид натрия, заполнитель и воду, отличающийся тем, что в качестве заполнителя он содержит шамотный песок фракции 0,3-2,5 мм или бой шамотного кирпича фракции 0,6-1,25 мм или фракции 1,25-2,5 мм при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Глина 15-17

Указанный шлак 22-26

Гидроксид натрия 1

Указанный заполнитель 38-45

Вода 11-24

2. Жаростойкий безобжиговый материал на основе глиношлакового вяжущего по п.1, отличающийся тем, что используют шамотный песок фракции 1,25-2,5 мм.