Термоизоляционная масса
Владельцы патента RU 2312086:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
Термоизоляционная масса относится к области строительных материалов, в частности, к термоизоляционным массам, предназначенным для теплоизоляции тепловых печных агрегатов и энергетического оборудования с температурой изолируемой поверхности до 1150°С. Термоизоляционная масса содержит, мас.%: жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см3 23,0-28,0, кембрийскую глину 8,0-12,0, гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8 49,0-60,0, тонкодисперсный нефелиновый шлам 3,0-8,0, осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% 2,0-7,0. Технический результат - уменьшение теплопроводности при обеспечении прочности, достаточной для практического применения. 1 табл.
Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, в частности, к термоизоляционным массам, предназначенным для теплоизоляции тепловых, печных агрегатов и энергетического оборудования с температурой изолируемой поверхности до 1150°С.
Известна сырьевая смесь для изготовления золокерамических теплоизоляционных изделий (RU 2057742, С04В 38/08, бюл. №17, 06.20.2000), которая включает огнеупорную глину 2-50 мас.% и легкую фракцию золы-уноса ТЭС 50-98 мас.%. Получаемый из данной сырьевой смеси материал характеризуется плотностью 0,5-0,75 г/см3, прочностью при изгибе 0,5-4,0 МПа, теплопроводностью 0,17-0,24 Вт/(м·К).
Недостатками такой сырьевой смеси является высокая теплопроводность и плотность.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому изобретению является термоизоляционная масса (RU 2081086, С04В 28/26, бюл. №33, 11.27.2001) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см3 | 30-32 |
| огнеупорная глина порошкообразная | 50-55 |
| древесные опилки | 18-20 |
| вода | до получения консистенции, удобной для работы |
Теплопроводность термоизоляции 0,3 Вт/(м·К).
Недостатком такой термоизоляционной массы является высокая теплопроводность.
Настоящее изобретение направлено на создание новой термоизоляционной массы с пониженной теплопроводностью при обеспечении прочности, достаточной для практического применения и одновременной утилизации промышленных отходов.
Поставленная техническая задача достигается тем, что термоизоляционная масса, включающая жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см3, кембрийскую глину, гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8, тонкодисперсный нефелиновый шлам, осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, содержит, мас.%:
| жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см3 | 23,0-28,0 |
| кембрийская глина | 8,0-12,0 |
| гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8 | 49,0-60,0 |
| тонкодисперсный нефелиновый шлам | 3,0-8,0 |
| осадок очистных сооружений станций водоподготовки | |
| с влажностью 80% | 2,0-7,0 |
Другое отличие заявляемого состава термоизоляционной массы заключается в том, что она содержит вместо огнеупорной глины кембрийскую легкоплавкую глину, а вместо воды, согласно предлагаемому изобретению, осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%.
Нефелиновый шлам - попутный продукт, образующийся в процессе производства глинозема с содержанием β-2CaO·SiO2 от 75 до 80%. Основная масса представляет собой β-2CaO·SiO2 в виде мелких зерен и агрегатных скоплений. Кроме того, наблюдаются мелкие зерна продуктов гидратации 2Ca·SiO2. Общее количество гидратированных частиц составляет 5-7%, присутствуют зерна нефелина и оксидов железа.
Осадок очистных сооружений станций водоподготовки представляет собой коллоидный осадок влажностью 80%, имеющий следующий химический состав, мас.%:
| Al(ОН)3·Н2O | 31,5% |
| Fe(OH)3·H2O | 3,5% |
| SiO2 | 15,6% |
| Al2(SO4)3 | 0,4% |
| AlPO4 | 0,3% |
| MgF2 | 0,8% |
| CaF2 | 1,05 |
| Органические примеси | 27,0% |
| Гидратная вода, в основном состоящая из гидроокиси Al, | остальное |
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемая смесь неизвестна и данное техническое решение обладает новизной.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат.
Совместное присутствие тонкомолотых нефелинового шлама, гранулированного доменного шлака с Мкр=2,0-2,8, осадка очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, кембрийской глины и жидкого стекла приводит к твердению термоизоляционной массы, а также образованию силикатов алюминия, отличающихся низким значением коэффициента теплопроводности. Осадок очистных сооружений станций водоподготовки имеет частицы наноразмера, что способствует активизации поверхности зерен заполнителя и аморфизации новообразований. Гидроксид алюминия, из которого в основном состоит осадок очистных сооружений, является неорганическим полимером с разветвленной структурой, а d-металлы, находящиеся в осадке, способствуют образованию оксидов тяжелых металлов при обжиге, что значительно снижает теплопроводность. Таким образом, усложнение фазового состава и аморфизация приводит к более низкому значению теплопроводности всей системы.
Оптимальное содержание жидкого стекла в термоизоляционной массе - 23,0-28,0%. При выходе за пределы оптимального содержания понижается прочность при сжатии термоизоляционной массы. При введении тонкодисперсного нефелинового шлама менее 3,0% увеличивается время твердения термоизоляционной массы. Увеличение содержания нефелинового шлама сверх 8% снижает прочность при сжатии термоизоляционной массы.
Содержание гранулированного шлака с Мкр=2,0-2,8 менее 49% увеличивает коэффициент теплопроводности термоизоляционной массы, а увеличение его более 60% влечет за собой повышенный расход жидкого стекла в составе смеси, что снижает огнеупорность композиции, а следовательно, и температуру применения термоизоляционной массы. Увеличение содержания осадка очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% - более 7% приводит к снижению прочности термоизоляционной массы после обжига, а уменьшение - менее 2% к снижению термостойкости и повышению теплопроводности.
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый состав термоизоляционной массы явным образом не следует из уровня техники, и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достичь указанного технического результата, т.е. изобретение соответствует критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".
Пример конкретного выполнения
Изготовление термоизоляционной массы
1. Дозируют тонкодисперсные нефелиновый шлам, кембрийскую глину и гранулированный шлак с Мкр=2,0.
2. Дозируют жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3.
3. Приготавливают термоизоляционную массу, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 3-5 минут.
4. Дозируют осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% до рабочей консистенции смеси.
5. Жаростойкая термоизоляционная масса используется для изготовления изделий требуемой формы и образцов для проведения физико-механических испытаний методом литья.
6. Твердение термоизоляционной массы осуществляется в течение 1 часа в нормальных условиях.
7. Затвердевшие образцы вынимают из форм и сушат при температуре 100-110°С.
8. Высушенные образцы готовы к эксплуатации.
9. После эксплуатации при плюс 1000°С, образцы испытывались на прочность и теплопроводность.
Для определения физико-механических характеристик термоизоляционной массы (плотности и прочности на сжатие), изготавливались образцы-кубы с размером ребра 100 мм. Для определения коэффициента теплопроводности по ГОСТ 7076-99 изготовлялись плитки размером 100 мм·100 мм и высотой 20 мм. Физико-механические характеристики термоизоляционной массы представлены в таблице.
Анализ данных таблицы показывает, что предлагаемый состав обеспечивает получение термоизоляционной массы, у которой коэффициент теплопроводности снижается до 0,15-0,16 Вт/(м·К), и, следовательно, расширяется диапазон применения. При получении термоизоляционной массы заявляемого состава используются побочные продукты станций водоподготовки и строительства (кембрийская глина из отвалов), что благоприятно сказывается на экологической обстановке, а также снижает себестоимость продукции.
Термоизоляционная масса, характеризуемая физико-механическими характеристиками, указанными в таблице, может быть использована для изготовления теплоизоляционных изделий, с температурой применения до плюс 1150°С, к которым предъявляют повышенные требования по теплозащитным свойствам.
Масса указанного состава отличается рядом преимуществ.
По сравнению с другими термоизоляционными массами она дешевле, не содержит дефицитных материалов, а именно огнеупорной глины, в условиях работы тепловых агрегатов более надежна и приготовление ее не требует специальных мер по защите атмосферы.
Анализируя данные таблицы, можно сделать вывод, что термоизоляционная масса характеризуется снижением теплопроводности на 50% (λ=0,15-0,16 Вт/(м·К)), что улучшает теплозащитные свойства массы, и достигается попутный эффект утилизации отходов.
| Таблица | |||||||||||
| Состав и свойства термоизоляционной массы | |||||||||||
| Термоизоляционная масса, состав, мас.% | |||||||||||
| № п/п | Жидкое стекло ρ=1,4-1,5 г/см3 | Огнеупорная глина порошкообразная | Древесные опилки | Вода | Гранулированный шлак | Тонкомолотый нефелиновый шлам | Осадок очистных сооружений | Кембрийская глина | Прочность при сжатии, МПа | Жаростойкость,°с | Теплопроводность λ, Вт/(м·К) |
| Прототип | 30-32 | 50-55 | 8-20 | Остальное | - | - | 0,3 | ||||
| 1 | 28,0 | - | - | - | 49,0 | 3,0 | 2,0 | 8,0 | 13,85 | 1150 | 0,16 |
| 2 | 25,5 | - | - | - | 54,5 | 5,5 | 4,5 | 10,0 | 14,225 | 1150 | 0,155 |
| 3 | 23,0 | - | - | - | 60,0 | 8,0 | 7,0 | 12,0 | 14,60 | 1150 | 0,15 |
Термоизоляционная масса, содержащая жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см3 и глину, отличающаяся тем, что она содержит глину кембрийскую и дополнительно содержит гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8, тонкодисперсный нефелиновый шлам, осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см3 | 23,0-28,0 |
| кембрийская глина | 8,0-12,0 |
| гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8 | 49,0-60,0 |
| тонкодисперсный нефелиновый шлам | 3,0-8,0 |
| осадок очистных сооружений станций | |
| водоподготовки с влажностью 80% | 2,0-7,0 |
