Способ изготовления огнестойкого теплоизоляционного изделия
Владельцы патента RU 2394794:
Закрытое Акционерное общество Научно-технический центр "Бакор" (RU)
Изобретение относится к производству теплоизоляционных изделий, содержащих керамические волокна и предназначенных для использования в строительном комплексе и промышленных футеровок тепловых агрегатов. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик изделий из экологически безопасных материалов. Способ включает изготовление суспензии из керамических волокон с органическим высокомолекулярным связующим из ряда декстринов: палевого кислотного кукурузного крахмала или картофельного крахмала холодного набухания. Формование изделий осуществляют инфильтрацией суспензии через водопроницаемую подложку. Обезвоживают волокнистую заготовку путем фильтрации воздуха с температурой 25-100°С и проводят ангобирование приповерхностных слоев волокнистой заготовки до образования на поверхности изделия оболочки заданной толщины, путем распыления предварительно изготовленной суспензии из гидравлически твердеющего глиноземного материала Alphabond 300 с модифицирующими добавками в виде коллоидных гидратов оксидов кремния, алюминия, циркония. Термообработку осуществляют при температурах образования камнеподобного состояния материала оболочки - 150-300°С. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к производству теплоизоляционных изделий, содержащих керамические волокна и предназначенных для использования в строительном комплексе и промышленных футеровок тепловых агрегатов.
Изделия с использованием волокнистых огнеупорных материалов известны, а производство их в России обеспечено ООО «Моргон Термол Керамика Сухой Лог».
В мировой практике изготовление теплоизоляционных изделий с использованием керамических волокон базируется на изготовлении дисперсных водных систем, содержащих волокна, связующие, неорганические связки в виде коллоидных гидратов SiO2 Аl2О3 ZrO2, бентонита, глины, силикаты щелочных материалов, цемент, фосфаты.
Из дисперсных систем формуют заготовки методом литья, инфильтрации на решетку, с последующим обезвоживанием под действием деформационных нагрузок, сушки и последующих термообработок при температурах, ограниченных тугоплавкостью образующихся кoмпoнeнтов (SU, 6l0829, 12.05.78; US 3231401, 1966; US 3434854, 1967; US 375283 A, 14.08.1974; DE 3406024 A1, 1985; Fr 2445468, 1976; RU 2003125906, опубл. 20.02.2005; RU 2304567, 20.08.2007).
Известные теплоизоляционные изделия характеризуются повышенным объемным весом и соответственно пониженными теплоизоляционными свойствами, кроме того, под действием механических воздействий в окружающую среду попадают мельчайшие волокна, что нарушает экологическую безопасность.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по совокупности существенных признаков является способ изготовления волокнистых керамических изделий, включающий приготовление водной суспензии из керамических волокон с органическим высокомолекулярным соединением, формование изделия путем нанесения слоя волокна на водопроницаемую подложку, нанесение поверх полученного слоя волокон «ангобирующей» композиции из предварительно подготовленной водной суспензии гидравлически твердеющих порошковых материалов с модифицирующими добавками порошковых кварца, глинозема, оксида циркония, или в коллоидной форме с возможными добавками загустителей или флокулянтов, обезвоживание и термообработку для спекания полученной заготовки (См. GB 2168338, опубл. 18.06.1986 г.)
Недостаток способа - использование большого количества порошковых материалов, которые при инфильтрации из суспензии попадают в объем волокнистой заготовки, и практически получается керамический материал, армированный тугоплавкими волокнами, что приводит к снижению теплоизоляционных свойств, достижимых в волокнистых материалах.
Изобретение направлено на разработку способа изготовления огнестойкого теплоизоляционного изделия с повышенными эксплуатационными характеристиками из экологически безопасных материалов.
В отличие от прототипа, в разработанном способе в качестве органического высокомолекулярного соединения вводят палевый, кислотный, кукурузный крахмал или картофельный крахмал холодного набухания марки Solvitose PLV, обезвоживание осуществляют путем фильтрации воздуха через волокнистую заготовку, предварительно полученную после инфильтрации суспензии волокна, осуществляют формование оболочки методом напыления предварительно изготовленной водной суспензии, содержащей в твердой фазе гидравлически твердеющий глиноземный материал Alpnabond 300, и термообрабатывают при температурах 150-300°С.
На основании экспериментальных проработок в реализации технологического процесса могут быть использованы:
- удаление избыточного количества влаги, путем фильтрации воздуха с температурой 25-120°С, до влажности 0,2-0,5%;
- гидравлически твердеющий глиноземный материал Alphabond 300 состава, мас.%: Аl2O3 - 88, СаО - 01, Na2O - 0,6, SiO2 - 0,3, остальное - гидратная группа (каталог AlCoa World Cnemicals Гераманской фирмы Almatis), широко используется в производстве огнеупорных бетонов (см. Новые огнеупоры № 3, 2007, с.127-133).
- Модифицирующие добавки в виде коллоидных гидратов:
- оксидов кремния и алюминия производства ООО «НПО Компас», соответствующие ТУ 2145-002-12979928-01;
- оксида циркония производства ООО НПК «Пента» по ТУ 1762-147-40245042-2006;
- муллитокремнеземистое волокно производства ООО «Морган Термал Керамике. Сухой Лог» марки «Cerafiber»;
- базальтовое волокно производства ФГУП «Лианозовский электромеханический завод», ГОСТ 4640-93;
- картофельный крахмал холодного набухания марки Solvitose PLV нидерландской фирмы «Avebe».
Сущность заявляемого технического решения состоит в последовательности операций, которые в совокупности с выбранными компонентами позволяют организовать технологический процесс получения теплоизоляционного изделия, внутренний объем которого заполнен термостойкой сердцевиной из волокна с максимально достижимой пористостью 75-80% и двухслойной оболочкой, связанной с поверхностью волокнистого материала прочной адгезионной и механической связью, экологически безопасной против истирания. Способ позволяет формировать слои с выбором оптимального соотношения теплопроводности и прочности в зависимости от условий использования.
Примеры осуществления способа
Пример 1
Для сравнительных испытаний изготавливали теплоизоляционное изделие в виде плиты размером 600×600×30 мм, с толщиной наружного слоя 1-3 мм. Из предварительно очищенного от королька муллитокремнеземистого волокна и палевого, кислотного, кукурузного крахмала изготавливали суспензию из расчета содержания компонентов, мас.%: волокно - 4, крахмал - 0,24, вода - остальное.
В высокоскоростную мешалку, с числом оборотов 2500-3000 об/мин, заливали воду с расчетным количеством крахмала и после роспуска крахмала вводили муллитокремнеземистое волокно с длиной фрагментов 500-1000 мкм, диаметром 12-15 мкм. После роспуска волокна суспензию тщательно перемешивали в течение 5-10 мин.
Полученную суспензию подают на перфорированную подложку, создавая со стороны выхода фильтрата разряжение 0,7-0,8 Па. После набора заданной толщины (30 мм) прекращают подачу суспензии и через волокнистую заготовку фильтруют воздух с температурой 80°С.
После экспозиции в течение 20-25 мин волокнистая заготовка приобретает прочность, достаточную для транспортировки на этап нанесения оболочки. Влажность заготовки соответствовала 0,2%.
На следующем технологическом этапе волокнистую заготовку помещают в распылительную камеру, закрепляют на держателе с игольчатыми зажимами, который снабжен механизмом перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и вращения заготовки вокруг своей оси.
Нанесение оболочки осуществляют путем распыления суспензии, содержащей 70% глиноземистого материала Alphabond 300, с дисперсностью частиц 0,1-2 мкм и 30% воды. Процесс осуществляют при пятне распыления 100-150 мм и линейной скорости перемещения заготовки относительно пятна распыления 2 м/с.
При экспозиции процесса напыления, равного 15, 25, 35 с, получают толщину наружной оболочки соответственно 1, 2, 3 мм.
Полученные варианты изделий термообрабатывали при температурах 150-300°С. Время достижения камнеподобного состояния материала оболочки соответственно изменялось от 3-4x часов до 0,5-1 ч при максимальной температуре.
Пример 2
Процесс осуществляют аналогично примеру 1.
Исключение составляет использование в качестве керамических волокон супертонкого базальтового волокна, изготовление волокнистой суспензии с высокомолекулярным органическим связующим в виде картофельного крахмала холодного набухания марки Solvitose PLV, а обезвоживание осуществляют воздухом, нагретым до 120°С в течение 10-15 мин.
Пример 3-5
Процесс осуществляют аналогично примеру 1.
Исключение составляет формование оболочки из предварительно изготовленной суспензии Alphabond 300 с содержанием 7,5 мас.% на сухой вес коллоидных гидратов оксидов кремния (пример 3), алюминия (пример 4), циркония (пример 5).
Пример 6-8
Процесс осуществляют аналогично примеру 2.
Исключение составляет формование оболочки из предварительно изготовленной суспензии Alphabond 300 с содержанием 7,5 мас.% на сухой вес коллоидных гидратов оксидов кремния (пример 6), алюминия (пример 7), циркония (пример 8).
Предложенные в таблице сравнительные характеристики показывают, что свойства теплоизоляционных изделий, полученных по предложенному способу, существенно выше, чем аналога, что гарантирует их работоспособность при более напряженных условиях эксплуатации, а выделение из материала изделий при температурах 600-1200°С только влаги обуславливает их экологическую безопасность.
| Пример осуществления | Волокно основы | Коллоидные гидраты оксидов | Толщина наружной оболочки, мм | Характеристики | |
| λ при 600°С, Вт/м.к. | Предел прочности, МПА | ||||
| 1 | Муллитокрем-неземистое | - | 1 | 0,1 | 1,9 |
| 2 | 0,12 | 2,3 | |||
| 3 | 0,14 | 2,7 | |||
| 2 | Базальтовое | - | 1 | 0,09 | 2,2 |
| 2 | 0,10 | 2,5 | |||
| 3 | 0,12 | 2,8 | |||
| 3 | Муллитокрем-неземистое | кремния | 1 | 0,1 | 2,1 |
| 2 | 0,11 | 2,7 | |||
| 3 | 0,13 | 3,2 | |||
| 4 | 1 | 0,09 | 2,5 | ||
| алюминия | 2 | 0,12 | 3,1 | ||
| 3 | 0,14 | 3,5 | |||
| 5 | циркония | 1 | 0,09 | 2,7 | |
| 2 | 0,12 | 2,9 | |||
| 3 | 0,13 | 3,1 | |||
| 6 | Базальтовое | кремния | 1 | 0,08 | 2,3 |
| 2 | 0,09 | 2,9 | |||
| 3 | 0,12 | 3,3 | |||
| 7 | алюминия | 1 | 0,07 | 1,9 | |
| 2 | 0,09 | 2,3 | |||
| 3 | 0,12 | 2,7 | |||
| 8 | циркония | 1 | 0,08 | 2,3 | |
| 2 | 0,1 | 2,8 | |||
| 3 | 0,14 | 3,4 | |||
| Аналог (RU, 2203251, 27.04.2003) | Муллитокрем-неземистое | - | - | 0,14-0,15 | 0,8-1,2 |
1. Способ изготовления огнестойкого теплоизоляционного изделия, включающий приготовление суспензии из керамических волокон с органическим высокомолекулярным соединением, формование изделия путем нанесения слоя волокна на водопроницаемую подложку, нанесение поверх полученного слоя волокон ангобирующей композиции из предварительно подготовленной водной суспензии гидравлически твердеющих материалов с модифицирующими добавками в коллоидной форме, обезвоживание и термообработку, отличающийся тем, что в качестве органического высокомолекулярного соединения вводят палевый кислотный кукурузный крахмал или картофельный крахмал холодного набухания марки Solvitose PLV, обезвоживание осуществляют путем фильтрации воздуха через волокнистую заготовку, предварительно полученную после инфильтрации суспензии волокна, осуществляют формование оболочки методом напыления предварительно изготовленной водной суспензии, содержащей в твердой фазе гидравлически твердеющий глиноземный материал Alphabond 300, и термообрабатывают при температуре 150-300°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обезвоживание осуществляют до избыточной влажности 0,2-0,5%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в гидравлически твердеющий порошковый материал введены модифицирующие добавки в виде коллоидных гидратов оксидов кремния, алюминия, циркония.
