Легковесный огнеупор
Владельцы патента RU 2288901:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ГОУВПО "ИГХТУ") (RU)
Изобретение относится к легковесным теплоизоляционным огнеупорным материалам. Техническим результатом изобретения является повышение прочности, снижение теплопроводности и температуры обжига легковесного огнеупора на основе корунда. Технический результат достигается путем создания легковесного огнеупора, содержащего корунд, модифицированный фосфат-ионами и молибденовым или вольфрамовым ангидридом, или соответствующей кислотой, взятыми в количестве 0,1÷1,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный корунд 83,9÷88,8; мука пшеничная 2,5÷7,5; лигносульфонат технический 8,6÷8,8. 1 табл.
Область техники
Изобретение относится к легковесным теплоизоляционным огнеупорным материалам и может быть использовано в различных областях техники для теплоизоляции и футеровки тепловых агрегатов, работающих при высоких температурах.
Уровень техники
На основе корунда можно получать качественные легковесные теплоизоляционные огнеупорные материалы.
Предложен состав жаростойкого бетона, включающий, мас.%: электрокорунд 85-97; гидравлическое вяжущее - глиноземистый цемент с 4% керамической пластифицирующей добавкой на основе глины, каолина или бентонита - 2-15; диспергирующий агент (фосфат, ЛСТ) - до 1%; стабилизирующая добавка из группы хроматов или соединений хрома, например Н2CrO4, - до 3% [Пат. 80287, Румыния. Композиция для огнеупорного бетона. Teoreanu I., Angelescu N., Dragomir С.Заявл. 22.08.1980. Опубл. 30.11.1982]. Однако такой бетон является плотным, не пригодным для использования в качестве теплоизоляционного легковесного материала. Кроме того, соединения Cr(VI) высокотоксичны, что ограничивает возможности их использования в производстве и эксплуатации огнеупоров.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, т.е. прототипом, является легковесный огнеупор следующего состава, мас.%: корунд, модифицированный фосфат-ионами в результате механохимической обработки ортофосфорной кислотой в вибрационной мельнице, при соотношении по массе материал: шары: ортофосфорная кислота 1:5:1, 85,5-88,1, мука 3,1-5,9, лигносульфонат технический 8,6-8,8 [Патент РФ №2231506. Легковесный огнеупор. Комлев В.Г. и др. Заявл.03.01.2002. Опубл.27.06.2004. Бюл. №18].
Недостатками прототипа являются невысокая прочность материала для изготовления изделий конструкционно-теплоизоляционного назначения, повышенные теплопроводность и температура обжига. Кроме того, прототип предложено получать путем механохимической обработки корунда в одном типе активатора - вибрационной мельнице.
Сущность изобретения
Изобретательская задача состояла в разработке легковесного огнеупора на основе корунда с более высокой прочностью и пониженными теплопроводностью и температурой обжига, который можно получать путем механоактивации в различных типах активаторов.
Поставленная задача решена путем создания легковесного огнеупора, содержащего корунд, модифицированный фосфат-ионами в результате механохимической обработки ортофосфорной кислотой, пшеничную муку и лигносульфонат технический, причем он содержит корунд, модифицированный одновременно фосфат-ионами и молибденовым или вольфрамовым ангидридом или сответствующей кислотой, взятыми в количестве 0,1÷1,0%, при этом соотношение компонентов составляет, мас.%:
| указанный корунд | 83,9÷88,8; |
| мука | 2,5÷7,5; |
| лигносульфонат технический | 8,6÷8,8. |
Таким образом, заявленный легковесный огнеупор отличается от прототипа тем, что он содержит корунд, дополнительно модифицированный нерастворимой кислотной добавкой, представляющей собой молибденовый или вольфрамовый ангидрид или сответствующую кислоту, взятой в количестве 0,1÷1,0%. Ранее нерастворимые кислотные добавки такого типа не применялись в составах легковесных огнеупоров для повышения прочности и понижения теплопроводности и температуры обжига.
Применяемый в составе материала корунд соответствует ГОСТ 30559-98; ортофосфорная кислота - ГОСТ 10678-76; молибденовый ангидрид МоО3 - ТУ 6-09-4471-77; вольфрамовый ангидрид WO3 - ТУ 6-09-397-75; молибденовая кислота Н2MoO4 - ТУ 6-09-2154-77; вольфрамовая кислота H2WO4 - ТУ 6-09-1966-77; мука пшеничная - ГОСТ 26574-85; лигносульфонат технический (ЛСТ) - ТУ 13-0281036-05-89.
Корунд имел удельную поверхность 600 м2/кг. Ортофосфорная кислота имела плотность 1190 кг/м3.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Пример 1. В шаровой мельнице в течение 2 ч проводят механохимическую обработку корунда с ортофосфорной кислотой, взятых в равном количестве, в присутствии 0,1% МоО3. Суспензию отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают; осадок с фильтра высушивают. К 200 г (86,3 мас.%) корунда, модифицированного фосфат-ионами и молибденовым ангидридом, добавляют 11,5 г (5 мас.%) муки пшеничной и 20 г (8,7 мас.%) 50%-ного раствора ЛСТ.
Из полученной массы методом полусухого вибропрессования при удельном давлении 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) изготавливают образцы размером 60×40 мм. Образцы высушивают и обжигают со следующими выдержками: при 100°С - в течение 30 мин; при 200°С - 60 мин; при 300°С - 30 мин; при 500 и 1300°С - в течение 60 мин.
Определение прочности проводят по известной методике [Практикум по технологии керамики и огнеупоров / Под ред. Д.Н. Полубояринова и Р.Я Попильского. - М.: Стройиздат, 1972, с.191], теплопроводность - по ГОСТ 12170-85.
Примеры с другими соотношениями ингредиентов и результаты испытаний представлены в таблице.
Как следует из экспериментальных данных, представленных в таблице, использование ингредиентов в заявленных соотношениях позволяет существенно повысить прочность (в 1,3÷2 раза), а также снизить теплопроводность на 7-10% и температуру обжига легковесного огнеупорного материала на 100° по сравнению с прототипом. Дополнительным преимуществом является возможность модифицирования корунда в различных типах активаторов - шаровой, вибрационной и планетарной мельницах.
| Таблица Условия получения, состав и технические свойства легковесного огнеупора | ||||||||
| № п/п | Вид мельницы | Состав, мас. % | Температура обжига, °С | Свойства | ||||
| Корунд модифицированный | Мука | ЛСТ | Предел прочности при сжатии, МПа | Теплопроводность, Вт/(м.К) | ||||
| 1 | Шаровая | 86,3 | МоО3-0,1 | 5 | 8,7 | 1300 | 38 | 0,71 |
| 2 | Планетарная | 86,2 | МоО3-1,0 | 5 | 8,8 | 40 | 0,68 | |
| 3 | Вибрационная | 86,4 | WO3-0,1 | 5 | 8,6 | 42 | 0,69 | |
| 4 | Шаровая | 88,2 | WO3-1,0 | 3 | 8,8 | 46 | 0,68 | |
| 5 | Планетарная | 83,9 | H2MoO4-0,1 | 7,5 | 8,6 | 32 | 0,69 | |
| 6 | Шаровая | 88,3 | Н2MoO4-1,0 | 3 | 8,7 | 47 | 0,69 | |
| 7 | Шаровая | 88,8 | H2WO4-0,1 | 2,5 | 8,7 | 50 | 0,69 | |
| 8 | Вибрационная | 85,2 | H2WO4-1,0 | 6 | 8,8 | 42 | 0,70 | |
| Прототип | Вибрационная | 88,1 | - | 3,1 | 8,8 | 1400 1300 | 32 24 | 0,74 0,76 |
Легковесный огнеупор, содержащий корунд, модифицированный фосфат-ионами в результате механохимической обработки ортофосфорной кислотой, пшеничную муку и лигносульфонат технический, отличающийся тем, что он содержит корунд, модифицированный одновременно фосфат-ионами и молибденовым или вольфрамовым ангидридом или соответствующей кислотой, взятыми в количестве 0,1-1,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанный корунд | 83,9-88,8 |
| Мука пшеничная | 2,5-7,5 |
| Лигносульфонат технический | 8,6-8,8 |
