Способ изготовления жаростойкой бетонной смеси и способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси
Изобретение относится к способам производства изделий из жаростойкой бетонной смеси и может быть использовано для футеровки промышленных тепловых агрегатов, работающих при температуре до 1300°С, в частности для футеровки вагонеток обжига кирпича. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик элементов футеровки тепловых агрегатов за счет повышения прочности бетона и его термостойкости. В способе изготовления жаростойкой бетонной смеси, включающем смешение шамотного заполнителя и самораспадающегося феррохромового шлака, в качестве шамотного заполнителя используют шамот фракции 5-10 мм и менее 5 мм, а после указанного смешения в полученную сухую смесь вводят едкий натр в виде водного раствора при следующем соотношении компонентов, масс.%: шамот фракции 5-10 мм - 30-32, шамот фракции менее 5 мм - 30-32, самораспадающийся феррохромовый шлак - 22-26, едкий натр твердый - 2-4, вода - 10-13. В способе изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси, содержащей самораспадающийся феррохромовый шлак и шамотный заполнитель, включающем ее твердение, изготовление указанной бетонной смеси осуществляют, как указано выше, уплотняют ее, а твердение осуществляют при тепловой обработке по следующему режиму: подъем температуры до 60-70°С в течение 2,0-2,5 часов, выдержка при 60-70°С в течение 14 часов, подъем температуры до 90-95°С в течение 1,5-2,0 часов, выдержка при 90-95°С в течение 5 часов, подъем температуры до 110-120°С в течение 2,0-2,5 часов, выдержка при 110-120°С в течение 10 часов, снижение температуры до 50-70°С в течение 3-4 часов. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способам производства изделий из жаростойкой бетонной смеси и может быть использовано для футеровки промышленных тепловых агрегатов, работающих при температуре до 1300°С и, в частности, для футеровки вагонеток обжига кирпича.
Известен способ изготовления жаростойкой бетонной смеси, включающий перемешивание шамотного заполнителя, тонкомолотой добавки (шамот и обожженный гидратированный глиноземистый цемент), феррохромового шлака и жидкого стекла, и способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси, включающий ее твердение (см. описание к а.с. №590291 от 13.10.76).
Наиболее близкий к заявляемому объекту по технической сущности и выбранный заявителем в качестве прототипа является способ изготовления огнеупорных материалов по бетонной технологии для футеровки вагонеток обжига кирпича и других тепловых агрегатов, включающий смешение шамотного заполнителя двух фракций (менее 8 мм и менее 3 мм), самораспадающегося феррохромового шлака, жидкого стекла (плотностью 1,39-1,41 г/см3) и пены на основе синтетического пенообразователя или гидролизаторов в протеина (см. описание к патенту №2145311 от 07.07.98, МКИ С 04 В 19/04).
Недостатками этого способа являются невысокая механическая прочность элементов футеровки тепловых агрегатов в интервале температур 20-1300°С (до 20 МПа), повышенная пористость и относительно невысокая термостойкость бетона (30-40 водных теплосмен).
Технической задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик элементов футеровки тепловых агрегатов за счет повышения прочности бетона и его термостойкости.
Это достигается тем, что в известном способе изготовления жаростойкой бетонной смеси, включающем смешение шамотного заполнителя и самораспадающегося феррохромового шлака, согласно изобретению в качестве шамотного заполнителя используют шамот фракции 5-10 мм и менее 5 мм, а после указанного смешения в полученную сухую смесь вводят едкий натр в виде водного раствора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| шамот фракции 5-10 мм | 30-32 |
| шамот фракции менее 5 мм | 30-32 |
| самораспадающийся феррохромовый шлак | 22-26 |
| едкий натр твердый | 2-4 |
| вода | 10-13 |
Предлагается способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси, содержащей самораспадающийся феррохромовый шлак и шамотный заполнитель, включающий ее твердение, в котором согласно изобретению изготовление указанной бетонной смеси осуществляют, как указано выше, уплотняют ее, а твердение осуществляют при тепловой обработке по следующему режиму:
| подъем температуры до 60-70°С в течение | 2,0-2,5 часа; |
| выдержка при 60-70°С в течение | 14 часов; |
| подъем температуры до 90-95°С в течение | 1,5-2,0 часа; |
| выдержка при 90-95°С в течение | 5 часов; |
| подъем температуры до 110-120°С в течение | 2,0-2,5 часа; |
| выдержка при 110-120°С в течение | 10 часов; |
| снижение температуры до 50-70°С в течение | 3-4 часа. |
Введение в состав бетонной смеси водного раствора едкого натра обеспечивает образование в системе: алюмосиликат (шамот) - силикат кальция (самораспадающийся феррохромовый шлак) - едкий натр - вода, натриевых гидроалюмосиликатов гидрокальциевых силикатов. Эти продукты гидратации комплексного вяжущего обеспечивают надежное сцепление заполнителя с растворной составляющей бетона, а твердение данной системы в условиях тепловой обработки при оптимальных режимах ускоряет твердение и позволяет зафиксировать определенную форму кристаллогидратов, предотвращая образование промежуточных продуктов. Полученный таким способом композиционный материал обладает высокой прочностью. Близкая химическая однородность продуктов гидратации с шамотным заполнителем обеспечивает близость значений коэффициентов температурного расширения составляющих бетона, что обеспечивает высокие значения термической стойкости полученного бетона.
Кроме того, бетонная смесь, приготовленная путем смешения шамотного заполнителя и компонента вяжущего - самораспадающегося феррохромового шлака с последующим добавлением в смесь раствора едкого натра, обладает высокой технологичностью и может сохранять свои пластические свойства до трех суток, что позволяет обеспечить такому производству безотходность.
Проведенные патентные исследования не выявили идентичных и сходных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и изобретательском уровне заявляемого технического решения.
Отечественная промышленность располагает материалами и оборудованием для реализации предлагаемого технического решения и возможностью его широкого использования. Применение: элементы футеровки тепловых агрегатов, работающих до 1250-1300°С: футеровка и элементы канализованного пода вагонеток обжига глиняного кирпича (до настоящего времени изготавливались только из керамики), сантехнических изделий; элементы конструкций туннельных и кольцевых печей обжига кирпича; элементы обмуровки котлов ТЭЦ и ГРЭС; верхние конструкции титано-магниевых электролизеров и т.д.
Способ осуществляется следующим образом.
В смеситель принудительного действия засыпаются расчетное количество сухих компонентов: шамотный щебень (5-10 мм), шамотный песок (менее 5 мм), модуль крупности 2,5 и самораспадающийся феррохромовый шлак. Для получения бетонной смеси были испытаны три смеси. Составы смесей приведены в таблице 1.
Отдельно готовится раствор едкого натра плотностью 1,3-1,4 г/см3. После тщательного перемешивания сухих компонентов в смеситель заливается раствор едкого натра в таком количестве, чтобы обеспечить введение необходимого количества едкого натра в пересчете на твердое состояние. После одной минуты перемешивания подвижность смеси корректируется добавлением чистой воды. Полученная бетонная смесь раскладывается в приготовленные формы. Затем смесь уплотняется на вибростоле. Уложенная смесь направляется в камеру тепловой (термической) обработки, где осуществляется ее твердение по режиму: подъем температуры до 60-70°С (предпочтительно 65°С) в течение 2,0-2,5 часов с выдержкой при этой температуре 14 часов; подъем температуры до 90-95°С в течение 1,5 часов с выдержкой при этой температуре 5 часов; подъем температуры до 110-120°С (предпочтительно 115°С) в течение 2,0-2,5 часов с выдержкой при этой температуре 10 часов и снижение температуры (охлаждение) до 50-70°С в течение 4 часов.
Свойства жаростойких бетонов по предлагаемому способу и прототипа приведены в табл.1.
| Таблица 1 | ||||
| Компоненты, мас.% | По предлагаемому способу | По прототипу | ||
| Состав 1 | Состав 2 | Состав 3 | ||
| Шамот фракции 5-10 мм | 32 | 31,0 | 30,0 | 25-34 (фракция менее 8 мм) |
| Шамот фракции менее - 5 мм, Мкр=2,4-3,0 | 32 | 31,0 | 30,0 | 25-34 (фракция менее 3 мм) |
| Самораспадающийся феррохромовый шлак | 22,0 | 23,0 | 26,0 | 13-21,6 |
| Едкий натр (твердый) | 3,0 | 2,0 | 4,0 | - |
| Жидкое стекло | - | - | - | 15,6-26,0 |
| Пена | - | - | - | 2,4-3,4 |
| Вода | 11,0 | 13,0 | 10,0 | - |
| ИТОГО: | 100 | 100 | 100 | |
| Основные свойства жаростойкого бетона | ||||
| Средняя плотность, кг/м3 | 1920-2100 | 1450-1750 | ||
| Прочность после твердения, МПа | 40,4 | 69,6 | 82,4 | 5,0-7,5 |
| Прочность после 1000°С, МПа | 32,3 | 48,7 | 54,1 | 15 |
| Термостойкость, циклы 800°С - вода | 57 | 82 | 112 | до 52 |
| Максимальная температура применения, °С | 1300 | 1280 | 1250 | 1300 |
Таким образом, изделия, полученные по предлагаемому способу, по совокупности основных свойств имеют высокие показатели. Высокие значения прочности и термостойкости обеспечивают более эффективное и надежное применение изделий из жаростойкого бетона и позволяют расширить области применения.
1. Способ изготовления жаростойкой бетонной смеси, включающий смешение шамотного заполнителя и самораспадающегося феррохромового шлака, отличающийся тем, что в качестве шамотного заполнителя используют шамот фракции 5-10 мм и менее 5 мм, а после указанного смешения в полученную сухую смесь вводят едкий натр в виде водного раствора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Шамот фракции 5-10 мм | 30-32 |
| Шамот фракции менее 5 мм | 30-32 |
| Самораспадающийся феррохромовый шлак | 22-26 |
| Едкий натр, твердый | 2-4 |
| Вода | 10-13 |
2. Способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси, содержащей самораспадающийся феррохромовый шлак и шамотный заполнитель, включающий ее твердение, отличающийся тем, что изготовление указанной бетонной смеси осуществляют по п.1, уплотняют ее, а твердение осуществляют при тепловой обработке по следующему режиму:
| Подъем температуры до 60-70°С в течение | 2,0-2,5 ч |
| Выдержка при 60-70°С в течение | 14 ч |
| Подъем температуры до 90-95°С в течение | 1,5-2,0 ч |
| Подъем температуры до 110-120°С в течение | 2,0-2,5 ч |
| Выдержка при 110-120°С в течение | 10 ч |
| Снижение температуры до 50-70°С в течение | 3-4 ч |
