Смесь для изготовления теплоизоляции
Владельцы патента RU 2426706:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к теплоизоляционным материалам, в частности к составам смесей для изготовления теплоизоляции, используемой в металлургии. Технический результат: получение теплоизоляционного материала, имеющего низкую усадку в более широком температурном интервале, что обеспечивает, как следствие, более высокую температуростойкость. Смесь для изготовления теплоизоляции включает известь и кремнеземистый компонент в пересчете на СаО и SiO2 в соотношении 0,2-2 и наполнитель в виде волластонита аморфной структуры. Дополнительно к волластониту аморфной структуры введено базальтовое волокно длиной 13-15 мм при соотношении ее к диаметру от 8000 до 9000. Соотношение компонентов смеси в составляет, мас.%: наполнитель - смесь волластонита аморфной структуры с базальтовым волокном 50-60, известь и кремнеземистый компонент 40-50. 4 табл.
Изобретение относится к теплоизоляционным материалам, в частности к составам смесей для изготовления теплоизоляции, используемой в металлургии.
Известна смесь для изготовления теплоизоляции, включающая известь, кремнеземистый компонент и наполнитель из волластонита кристаллической и аморфной структуры в соотношении 50:50.
Смесь содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%:
| Известь (на СаО) | 4-10 |
| Кремнеземистый компонент (на SiO2) | 6-12 |
| Наполнитель (смесь волластонита | |
| кристаллической структуры | |
| с волластонитом аморфной структуры | |
| в соотношении 50:50) - | остальное |
(RU №2057738, МПК С04В 28/18, от 08.07.1993, опубл. 10.04.1996 г.).
Смесь готовили перемешиванием предварительно приготовленной смеси волластонита кристаллического и аморфного с известью в виде известкового молока, кремнеземистым компонентом и водой.
Недостатком данного состава является высокая усадка и низкая температуростойкость при высоких температурах.
Известно также использование в сырьевой смеси для получения теплоизоляции на основе кремнеземсодержащего компонента и извести базальтового волокна в качестве волокнистого наполнителя (GB 1280993 А, С04В 28/18, 12.07.1972), но для достижения минимальной усадки изделий требуется определенное базальтовое волокно.
Наиболее близким аналогом является сырьевая смесь для изготовления теплоизоляции по US 4128434 А, С04В 28/18, 05.12.1978.
Известная сырьевая смесь содержит, вес.ч.: известь в расчете на СаО 15-40, кремнеземсодержащий компонент в расчете на SiO2 20-40, волластонит 15-40, минеральное волокно до 15.
Задачей предлагаемого состава является получение теплоизоляционного материала, имеющего низкую усадку в более широком температурном интервале, что обеспечивает, как следствие, более высокую температуростойкость.
Достигается это тем, что смесь для изготовления теплоизоляции, включающая известь и кремнеземистый компонента в пересчете на СаО и SiO2 в соотношении 0,2-2,0 и наполнитель в виде волластонита аморфной структуры, согласно изобретению дополнительно к волластониту аморфной структуры введено базальтовое волокно длиной 13-15 мм при соотношении ее к диаметру от 8000 до 9000, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Наполнитель | 50-60 |
| (смесь волластонита | |
| аморфной структуры | |
| с базальтовым волокном) | |
| Известь и кремнеземистый | |
| компонент в пересчете | |
| соответственно на СаО и SiO2 | |
| в соотношении 0,2-2 | 40-50 |
В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.
В сравнении с прототипом в заявляемом составе произведена замена волластонита кристаллической структуры на базальтовое волокно, что позволяет значительно снизить напряжения, возникающие в момент фазового перехода тоберморита, как продукта взаимодействия извести и кремнеземистого компонента, в β-волластонит. Компенсация напряжений в заявляемой теплоизоляционной смеси происходит, кроме того, благодаря волокнистой структуре как самого аморфного волластонита, так и введенных дополнительно базальтовых волокон с заданным соотношением длины волокон к их диаметру. Обеспечение в заявляемой смеси соотношения извести к кремнеземистому компоненту в пересчете соответственно на СаО и SiO2 в пределах 0,2-2,0, дополнительного введения в наполнитель к аморфоному волластониту базальтового волокна в соотношении 40:60, а также обеспечение заявляемых оптимальных размеров базальтового волокна (длина базальтового волокна 13-15 мм, при этом соотношение длины базальтового волокна к диаметру от 8000 до 9000) приводит к существенному снижению усадки при температуре 800-900°С.
Состав для теплоизоляции реализуется следующим образом. В пропеллерную мешалку заливается вода, далее подается известь в виде известкового молока, кремнеземистый компонент и наполнитель. Механическая смесь наполнителя готовилась предварительно в смесителе. При этом соотношение аморфного волластонита и базальтовых волокон поддерживалось на уровне 40:60. В качестве аморфного волластонита использован синтетический волластонит, получаемый синтезом аморфных кремнистых (опока, диатомит, трепел) и карбонатных пород (мел, известняк). После операции смешивания наполнитель представлял однородную смесь, помещаемую в дальнейшем в пропеллерную мешалку. Соотношение твердых компонентов и воды поддерживалось 1:1, время перемешивания в смесителе 15 мин. Усредненная в пропеллерной мешалке масса заливается в разъемные формы. Распалубленные и высушенные изделия подвергаются сушке и автоклавному твердению при давлении 1-2 МПа и температуре 180°С. Продолжительность автоклавирования - 24 ч. Последующая термообработка осуществляется при температурах 600-900°С. Составы смесей для изготовления теплоизоляции, а также показатель усадки в сравнении с прототипом представлены в таблице 1. Анализ данных табл.1 свидетельствует, что при равном содержании наполнителя в смеси (например, при 50 мас.%) наименьшую усадку имеют составы теплоизоляционной смеси при соотношении в смеси извести и кремнеземстого компонента в пересчете соответственно на СаО и SiO2 от 0,2 до 2,0. Данный диапазон выбран оптимальным, так как при соотношении СаО/SiO2 от 0,2 до 2,0 наблюдается минимальная усадка. При изменении заявляемого соотношения наблюдается тенденция повышения усадки во всем диапазоне температур.
| Таблица 1 | ||||||||
| Номер состава | Массовое соотношение в смеси извести и кремнеземистого компонента СаО/SiO2 в пересчете соответственно на СаО и SiO2 | Содержание наполнителя в смеси, мас.% | Усадка при температуре, % | |||||
| 650 | 700 | 750 | 800 | 850 | 900 | |||
| Прототип | - | 0,50 | - | - | 2,00 | |||
| 1 | 0,1 | 50 | 0,50 | 0,52 | 0,56 | 1,50 | 1,47 | 1,65 |
| 2 | 0,2 | 50 | 0,44 | 0,49 | 0,54 | 1,50 | 1,38 | 1,57 |
| 3 | 1,0 | 50 | 0,42 | 0,49 | 0,54 | 1,50 | 1,38 | 1,56 |
| 4 | 1,5 | 50 | 0,40 | 0,45 | 0,50 | 1,10 | 1,30 | 1,50 |
| 5 | 2,0 | 50 | 0,30 | 0,32 | 0,42 | 0,96 | 1,20 | 1,50 |
| 6 | 2,1 | 50 | 0,52 | 0,54 | 0,58 | 1,52 | 1,54 | 1,59 |
В таблице 2 приведены данные по усадке теплоизоляционной смеси в интервале температур 650-900°С при постоянном наиболее благоприятном массовом соотношении в смеси извести и кремнеземистого компонента (СаО/SiO2) - 2,0 при изменении содержания наполнителя в заявляемых пределах.
| Таблица 2 | ||||||||
| Номер состава | Массовое соотношение в смеси извести и кремнеземистого компонента - СаО/SiO2 | Содержание наполнителя в смеси, мас.% | Усадка при температуре, % | |||||
| 650 | 700 | 750 | 800 | 850 | 900 | |||
| 1 | 2,0 | 40 | 0,39 | 0,45 | 0,49 | 1,25 | 1,84 | 1,75 |
| 2 | 2,0 | 50 | 0,30 | 0,32 | 0,42 | 0,96 | 1,20 | 1,50 |
| 3 | 2,0 | 60 | 0,28 | 0,28 | 0,35 | 0,88 | 1,15 | 1,32 |
| 4 | 2,0 | 70 | 0,33 | 0,39 | 0,46 | 1,15 | 1,56 | 1,71 |
Анализ данных табл.2 свидетельствует, что при равном массовом соотношении в смеси извести и кремнеземистого компонента (например, 2,0) наименьшую усадку имеют составы теплоизоляционной смеси при содержании наполнителя в смеси в пределах 50-60 мас.%. Данный диапазон выбран оптимальным, так как при содержании наполнителя 50-60 мас.% наблюдается минимальная усадка. При изменении заявляемого содержания наполнителя наблюдается тенденция повышения усадки во всем диапазоне температур.
В табл.3 приведены данные по усадке теплоизоляционной смеси в интервале температур 650-900°С при постоянном наиболее благоприятном массовом соотношении в смеси извести и кремнеземистого компонента (СаО/SiO2) - 2,0, при постоянном содержании наполнителя в оптимальном количестве 60 мас.% при изменении соотношения в наполнителе аморфного волластонита и базальтового волокна в заявляемых пределах.
| Таблица 3 | |||||||||
| Номер состава | Массовое соотношение в смеси извести и кремнеземистого компонента - СаО/SiO2 | Содержание наполнителя в смеси, мас.% | Соотношение в наполнителе аморфного волластонита и базальтового волокна | Усадка при температуре, % | |||||
| 650 | 700 | 750 | 800 | 850 | 900 | ||||
| 1 | 2,0 | 60 | 60:40 | 0,41 | 0,55 | 0,65 | 1,75 | 2,04 | 2,75 |
| 2 | 2,0 | 60 | 50:50 | 0,34 | 0,39 | 0,55 | 1,24 | 1,36 | 1,50 |
| 3 | 2,0 | 60 | 40:60 | 0,28 | 0,28 | 0,35 | 0,88 | 1,15 | 1,32 |
| 4 | 2,0 | 60 | 30:70 | 0,33 | 0,39 | 0,49 | 1,20 | 1,28 | 1,65 |
Анализ данных табл.3 свидетельствует, что при равном массовом соотношении в смеси извести и кремнеземистого компонента (например, 2,0), равном содержании наполнителя в смеси 60 мас.% наименьшую усадку имеют составы теплоизоляционной смеси при соотношении в наполнителе аморфного волластонита и базальтового волокна в пределах 40:60. Данное соотношение выбрано оптимальным, так как при соотношении в наполнителе аморфного волластонита и базальтового волокна 40:60 наблюдается минимальная усадка. При изменении заявляемого соотношения наблюдается тенденция повышения усадки во всем диапазоне температур.
В табл.4 приведены данные по усадке теплоизоляционной смеси в интервале температур 650-900°С при постоянном наиболее благоприятном массовом соотношении в смеси извести и кремнеземистого компонента (СаО/SiO2) - 2,0, при постоянном содержании наполнителя в оптимальном количестве 60 мас.%, при оптимальным соотношении в наполнителе аморфного волластонита и базальтового волокна 40:60 при изменении соотношения длины базальтового волокна к диаметру в заявляемых пределах.
| Таблица 4 | |||||||||
| № состава | Массовое соотношение в смеси извести и кремнеземистого компонента СаО/SiO2 | Содержание наполни теля в смеси, мас.% | Соотношение длины базальтового волокна к диаметру | Усадка при температуре, % | |||||
| 650 | 700 | 750 | 800 | 850 | 900 | ||||
| 1 | 2,0 | 60 | 7000 | 0,42 | 0,57 | 0,68 | 1,70 | 1,94 | 2,05 |
| 2 | 2,0 | 60 | 8000 | 0,32 | 0,33 | 0,45 | 1,04 | 1,21 | 1,38 |
| 3 | 2,0 | 60 | 9000 | 0,28 | 0,28 | 0,35 | 0,88 | 1,15 | 1,32 |
| 4 | 2,0 | 60 | 1000 | 0,39 | 0,49 | 0,59 | 1,80 | 1,98 | 2,65 |
Анализ данных табл.4 свидетельствует, что при равном массовом соотношении в смеси извести и кремнеземистого компонента (например, 2,0), равном содержании наполнителя в смеси (например, 60 мас.%), оптимальном соотношении в наполнителе аморфного волластонита и базальтового волокна в пределах 40:60, наименьшую усадку имеют составы теплоизоляционной смеси при соотношении длины базальтового волокна к диаметру от 8000 до 9000.
Данное соотношение выбрано оптимальным, так как при соотношении длины базальтового волокна к диаметру от 8000 до 9000 наблюдается минимальная усадка. При изменении заявляемого соотношения наблюдается тенденция повышения усадки во всем диапазоне температур.
СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ, ВКЛЮЧАЮЩАЯ ИЗВЕСТЬ, КРЕМНЕЗЕМИСТЫЙ КОМПОНЕНТ В ПЕРЕСЧЕТЕ СООТВЕТСТВЕННО НА САО И SIO
2
В СООТНОШЕНИИ 0,2-2 И НАПОЛНИТЕЛЬ В ВИДЕ ВОЛЛАСТОНИТА АМОРФНОЙ СТРУКТУРЫ, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ ТЕМ, ЧТО ДОПОЛНИТЕЛЬНО К ВОЛЛАСТОНИТУ АМОРФНОЙ СТРУКТУРЫ ВВЕДЕНО БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО ДЛИНОЙ 13-15 ММ ПРИ СООТНОШЕНИИ ЕЕ К ДИАМЕТРУ ОТ 8000 ДО 9000 ПРИ СЛЕДУЮЩЕМ СООТНОШЕНИИ КОМПОНЕНТОВ СМЕСИ, МАС.%:
| НАПОЛНИТЕЛЬ | |
| (СМЕСЬ ВОЛЛАСТОНИТА | |
| АМОРФНОЙ СТРУКТУРЫ | |
| С БАЗАЛЬТОВЫМ ВОЛОКНОМ) | 50 - 60 |
| ИЗВЕСТЬ И КРЕМНЕЗЕМИСТЫЙ | |
| КОМПОНЕНТ В ПЕРЕСЧЕТЕ | |
| СООТВЕТСТВЕННО НА САО И SIO 2 | |
| В СООТНОШЕНИИ 0,2 - 2 | 40 - 50 |
