Плита, в частности покрывающая плита для расплавленных металлов, а также способ получения плиты и ее применение
Изобретение относится к теплоизоляционной плите (1), предпочтительно накладной плите (5a;b), в частности для теплоизоляции расплавленных металлов, в частности стальной плавки, в металлургическом резервуаре (6), к способу получения плиты (1) и ее применению. Плита (1) содержит связующую матрицу (2) из по меньшей мере одного отвердевшего временного органического вяжущего и зернистый заполнитель (3), содержащий и/или состоящий из биогенной кремниевой кислоты, предпочтительно с и/или из золы рисовой шелухи, который интегрирован в связующую матрицу (2). Технический результат заключается в обеспечении хорошей теплоизоляции, наименьшей пылевой нагрузке и легкости нанесения. 4 н. и 29 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 пр.
Настоящее изобретение относится к теплоизоляционной плите на основе связанной с помощью вяжущего средства биогенной кремниевой кислоты, предпочтительно золы рисовой шелухи, а также к способу ее получения и ее применению.
В частности, настоящее изобретение относится к покрывающей плите для расплавленных металлов, в частности, расплавленной стали, а также к способу ее получения и ее применению.
В металлургии принято накрывать свободную поверхность расплавленного металла, в частности, стальной плавки, находящейся в открытом металлургическом резервуаре, флюсом. Флюс образует защитный и теплоизолирующий слой. С одной стороны, он экранирует ванну расплавленного металла от атмосферных газов, чтобы предотвратить нежелательные химические реакции расплавленного металла. С другой стороны, он служит для изоляции или тепловой защиты. Таким образом, флюс служит для хорошего качества поверхности.
В качестве флюса обычно применяются несвязанные засыпки из жаропрочных материалов, в частности, из золы рисовой шелухи. Зола рисовой шелухи производится в больших количествах во многих странах - производителях риса. Она образуется как побочный продукт при сжигании рисовой шелухи (лузги). При ее сжигании образуется зола, очень чистая химически и состоящая на 94-96% из SiO2 в аморфной форме. Поэтому золу рисовой шелухи называют также биогенной кремниевой кислотой. Она имеет очень высокую температуру плавления, составляющую около 1650°C. При ее получении летучие компоненты сгорают, и в результате остается уникальная микропористая структура SiO2. Эта структура обеспечивает как экстремально низкую теплопроводность, так и низкий насыпной вес золы рисовой шелухи. Хотя благодаря этому зола рисовой шелухи и действует как отличная теплоизоляция, однако из-за ее тонкодисперсности она приводит, в частности, при нанесении на поверхность расплавленного металла, к образованию большого количества пыли, что может быть опасным для здоровья. А именно, мелкие частицы пыли могут попасть внутрь человеческого тела и вызвать, например, повреждение глаз. Поэтому необходимо устанавливать, например, вытяжные устройства, которые, в свою очередь, из-за отсасывания золы рисовой шелухи ведут к потерям сырья и материалов.
Известно также, что по этой причине вместо чистой золы рисовой шелухи в качестве флюса применяют грануляты. Грануляты состоят из гранулированных жаропрочных материалов, которые упрочнены вяжущим. Такие грануляты описаны, например, в документах DE10/2013 000527 A1, DE 197 28368 C1 и DE 197 31653 C2.
Гранулы из документа DE10/2013 000527 A1 содержат в основном кизельгур, предпочтительно до 90 вес.%. В качестве вяжущего используется, например, бентонит, жидкое стекло или целлюлоза. Гранулы могут также содержать поливинилполипирролидон в качестве вяжущего. Через некоторое время гранулят плавится.
Гранулят согласно DE 197 28368 C1 содержит гранулы, полученные из золы рисовой шелухи, органического гелеобразующего вяжущего в количестве от 1 до 10 вес.%, а также воды в количестве от 20 до 100 вес.%.
Шарики/зерна гранулята согласно DE 197 31653 C2 состоят из золы рисовой шелухи, которая смешана с поверхностно-активным веществом и вяжущим. Поверхностно-активное вещество может представлять собой альгинат натрия, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, гексаметафосфат натрия или их смеси. В качестве вяжущего может использоваться поливиниловый спирт, меласса, гексаметафосфат натрия, портландцемент, силикат натрия и осажденный карбонат кальция, а также их смеси. Шарики/зерна после смешения и прессования сушат, а затем обжигают при температуре 800-1400°C.
Действительно, грануляты приводят к заметно меньшей пылевой нагрузке по сравнению с чистой золой рисовой шелухи. Однако они также имеют более высокий насыпной вес и, тем самым, ведут к худшей изоляции. Кроме того, вследствие способа их получения они заметно дороже, чем засыпки из чистой золы рисовой шелухи.
Под подлежащими покрытию металлургическими резервуарами имеются в виду, в частности, устройство распределения металла, предпочтительно разливочное устройство (промковш), литейный ковш или кристаллизатор для сифонной разливки слитков. При разливке слитков жидкий металл вводят в вертикальную форму (кристаллизатор), в которой он застывает. Заполнение может осуществляться как сверху, так и через систему подачи снизу (сифонная разливка). После застывания кристаллизатор снимают, то есть стягивают с застывшего металла, и слиток обрабатывают дальше.
При сифонной разливке слитков в производстве стали обычно сначала на кристаллизатор укладывают опорную плиту или металлическую штангу. Опорная плита состоит, как правило, из материалов-теплоносителей (так называемая экзотермическая плита) из смесей различных жаропрочных оксидов с металлическим порошком и часто с фторсодержащими компонентами. К опорной плите или металлической штанге с помощью бечевки крепят мешок со шлакообразующим порошком. Мешок вскоре сгорает из-за высокой температуры стальной плавки, так что шлакообразующий порошок распределяется по стальной плавке и действует как разделительный слой между кристаллизатором и стальной плавкой. Затем опорную плиту или металлическую штангу удаляют и вручную добавляют на поверхность расплавленного металла соответствующую засыпку в качестве флюса. Этот способ является очень затратным и из-за непосредственной близости к горячему кристаллизатору опасным для исполнителей.
Задачей настоящего изобретения является разработка плиты на основе золы рисовой шелухи, которая обеспечивает хорошую теплоизоляцию как при низких, так и при высоких температурах.
Задачей настоящего изобретения является, в частности, разработка покрывающей плиты для покрытия свободной поверхности ванны расплавленного металла, в частности, жидкой стали, в открытом сверху металлургическом резервуаре, которая должна обеспечивать хорошую теплоизоляцию и как можно меньшую пылевую нагрузку, а также легко наноситься.
Следующей задачей является разработать простой и недорогой способ получения такой плиты.
Эти задачи решены посредством плиты с отличительными признаками пункта 1 формулы изобретения, а также посредством способа с отличительными признаками пункта 20. Предпочтительные усовершенствования изобретения указаны в последующих зависимых пунктах.
Далее изобретение подробнее поясняется на чертежах. Показано:
фигура 1: схематический вид в сечении плиты согласно изобретению,
фигура 2: схематичный и очень упрощенный вид кристаллизатора для сифонной разливки слитков перед началом процесса литья,
фигура 3: кристаллизатор с фигуры 2 в процессе литья
фигура 4: кристаллизатор с фигуры 2 в конце процесса литья
фигура 5: схематичный и очень упрощенный вид разливочного ковша перед началом разливки
фигура 6: разливочный ковш с фигуры 5 после начала разливки
Предлагаемая изобретением плита 1 (фиг. 1-6) содержит связующую матрицу 2 из отвержденного вяжущего, в которую введен или в которой удерживается зернистый заполнитель 3 из биогенной кремниевой кислоты, предпочтительно из золы рисовой шелухи. Зернистый заполнитель 3 распределен в связующей матрице 2. Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, вяжущее является органическим временным вяжущим. Соответственно, связующая матрица 2 состоит, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, исключительно из одного или нескольких временных вяжущих. Неожиданно обнаружилось, что благодаря органическому временному вяжущему плиту можно выполнить таким образом, чтобы по достижении определенной предельной температуры вяжущее выгорало, чтобы плита 1 разрушалась и образовывала несвязанную засыпку или сыпучий материал. Сыпучий материал, или засыпка означает зернистую или кусковую смесь, которая находится в сыпучей или текучей форме. Иными словами, из плиты 1 в результате сгорания вяжущего образуется сыпучий материал.
Предпочтительно, вяжущее сгорает полностью и без остатка, так что после выгорания остается несвязанная сыпучая засыпка из чистой золы рисовой шелухи.
Временное органическое вяжущее предпочтительно является полимером, предпочтительно полисахаридом, который твердеет в результате поликонденсации и полностью, то есть без остатка сгорает в соответствующей атмосфере, в частности, атмосфере кислорода. Таким образом, речь идет о полностью выгорающем вяжущем. Естественно, связующая матрица может также состоять из нескольких временных органических вяжущих. В результате можно особенно выгодным образом регулировать как диапазон температур, так и время, при которых разрушается плита 1.
Предпочтительно, временное вяжущее представляет собой целлюлозу, предпочтительно метилцеллюлозу, и/или поливиниловый спирт, предпочтительно поливинилацетат и/или поливинилпирролидон, и/или лигносульфонат. Но этом может быть также синтетическая смола, которая полностью сгорает в атмосфере кислорода.
Температура, при которой плита 1 начинает разрушаться, и период времени, за который плита 1 разрушится полностью, зависит при этом от различных факторов, а не только от ее типа, в частности, от ее температуры воспламенения и содержания временного вяжущего. Кроме того, температура и период зависят также от толщины плиты и пористости. Кроме того, влияет также тип тепловой нагрузки (например, с одной стороны или со всех сторон).
Посредством этих разных факторов температуру можно устанавливать по-разному. Предлагаемая изобретением плита 1 разрушается, начиная предпочтительно с температуры ≥ 150°C и до ≤ 800°C, предпочтительно при температуре ≥200°C и ≤ 400°C.
В контексте изобретения температуру разрушения определяют как температуру, начиная с которой плита полностью разрушается с образованием засыпки в пределах 30 мин.
При этом разрушение плиты 1 исследуют в лабораторной печи в атмосфере кислорода. Печь нагревают до начальной температуры, в частности, до 150°C или 200°C. В печь укладывают образец плиты размерами 50×50×50 мм3 и температуру выдерживают в течение 30 мин.
Если полный распад происходит в пределах 30 мин, образец вынимают и печь охлаждают, в частности, на 50°C, и выдерживают 30 мин.
Если в течение 30 минут полного распада не происходит, образец снова вынимают и печь снова нагревают с шагом в 50°C и выдерживают каждый раз по 30 мин.
При каждом периоде выдерживания используют новый образец для испытаний и исследуют характер распада.
Под биогенной кремниевой кислотой предпочтительно имеется в виду исключительно зола рисовой шелухи. Однако это может быть также диатомовая земля (кизельгур), или кремнистый сланец, или диагенетически окаменевшие скелеты радиолярий, или губки из опала. В качестве заполнителя могут присутствовать также смеси разных биогенных кремниевых кислот.
Согласно изобретению, плита 1 по изобретению дополнительно содержит по меньшей мере один вспенивающий агент, или расширительную добавку, или дезинтегрирующий агент, или разрыхлитель в качестве заполнителя, который при тепловой нагрузке расширяется до объема, во много раз превосходящего его исходный объем. Разрыхлитель или его зернистый заполнитель 4 также распределен в связующей матрице 2 и связывается или удерживается в ней. Разрыхлитель способствует разрушению плиты 1 тем, что при достижении определенной температуры >150°C он расширяется и, тем самым, разрывает связующую матрицу. При этом разрыхлитель выбирают, в частности, так, чтобы температура расширения лежала в интервале температуры воспламенения вяжущего. Температурой воспламенения называется температура, до которой необходимо нагреть вещество или поверхность контакта, чтобы горючее вещество в присутствии воздуха воспламенялось само собой, исключительно из-за своей температуры, то есть без источника воспламенения, такого как искра зажигания.
Поскольку плита 1 содержит по меньшей мере один разрыхлитель, связующая матрица 2 не обязательно должна состоять только из одного или нескольких временных вяжущих, чтобы обеспечить распад плиты, хотя это и предпочтительно. Она может также содержать по меньшей мере одно постоянное отвердевшее вяжущее или состоять из одного или нескольких постоянных отвердевших вяжущих.
Предпочтительно разрыхлитель представляет собой вспученный графит. Преимуществом вспученного графита является то, что он при высоких температурах без остатка сгорает в кислороде с образованием диоксида углерода, который улетучивается. В этом случае после сгорания вяжущего и разрыхлителя остается только биогенная кремниевая кислота, в частности, зола рисовой шелухи, в виде несвязанной или сыпучей засыпки.
Однако разрыхлитель может представлять собой также сырой (невспученный) перлит или невспученный вермикулит, или невспученную глину, или полимерную смолу, предпочтительно мочевиноформальдегидную смолу и/или меламиноформальдегидную смолу, и/или соединения меламина и фосфорной кислоты, например, мономеламинфосфат, или быть разрыхлителем из других вспучивающихся материалов.
Кроме того, плита 1 может также содержать и другие заполнители из жаропрочного материала. Заполнителями в контексте изобретения называются все вещества, которые или зерна которых распределены в связующей матрице 2 и связаны или заделаны в ней. При этом при затвердевании заполнители не реагируют с вяжущим или реагируют лишь поверхностно. Они по существу механически удерживаются в связующей матрице 2.
В частности, плита 1 содержит микрокремнезем, предпочтительно пирогенную и/или осажденную кремниевую кислоту. Плита 1 может также содержать в качестве заполнителя вспученный перлит, и/или вспученный вермикулит, и/или керамзит, и/или неорганические волокна, предпочтительно минеральные, и/или шлаковые, и/или стеклянные, и/или керамические волокна, и/или золу уноса, и/или уловленную фильтром пыль (с электростанций).
Предпочтительно, заполнитель в плите 1 согласно изобретению по меньшей мере на 50 вес.%, предпочтительно по меньшей мере на 80 вес.%, особенно предпочтительно по меньшей на мере 90 вес.%, состоит из биогенной кремниевой кислоты, предпочтительно золы рисовой шелухи, каждый раз в расчете на полное содержание (сухой вес) заполнителей. Однако, если не считать разрыхлителя, плита 1 согласно изобретению в качестве заполнителя предпочтительно содержит исключительно биогенную кремниевую кислоту, предпочтительно исключительно золу рисовой шелухи. Таким образом, заполнитель в плите 1 согласно изобретению предпочтительно на 100 вес.% состоит из биогенной кремниевой кислоты и разрыхлителя, предпочтительно на 100 вес.% из золы рисовой шелухи и разрыхлителя.
Доля разрыхлителя от полного содержания заполнителей (в расчете на сухой вес) предпочтительно составляет от 0,5 до 10,0 вес.%, предпочтительно от 1,0 до 5,0 вес.%.
Предлагаемую изобретением плиту 1 получают следующим образом:
Сначала смешивают сухие компоненты. Под сухими компонентами имеются в виду биогенная кремниевая кислота и, если имеются, другие заполнители, по меньшей мере один разрыхлитель, а также, при необходимости, по меньшей мере одно, предпочтительно временное, вяжущее, если оно находится в сухой форме. Затем в сухую смесь добавляют воду или другой жидкий растворитель для растворения вяжущего. Однако указанное, по меньшей мере одно, вяжущее может уже находиться в растворенной форме, и тогда его добавляют в сухую смесь остальных компонентов в жидкой форме. В принципе отдельные компоненты можно смешивать в произвольном порядке.
Состав готовой смеси предпочтительно устанавливать так, чтобы смесь после 30 сек нахождения под вибрацией имела растекаемость, определенную в соответствии с DIN EN ISO 1927-4 (03/2013), от 200 до 500 мм, предпочтительно от 250 до 350 мм не разделяясь при этом на крупные и мелкие фракции, как это имеет место в случае чистой золы рисовой шелухи.
Предпочтительно, готовая смесь или замес для получения плиты 1 имеют следующий состав, в расчете на сухой вес компонентов от полного сухого веса, причем сумма отдельных компонентов должна составлять 100 вес.%:
| Содержание [вес.%] | ||
| предпочтительное | ||
| временное вяжущее | 5,0-30,0 | 10,0-20,0 |
| биогенная кремниевая кислота, предпочтительно зола рисовой шелухи | 35,0-94,5 | 57,0-89,0 |
| разрыхлитель, предпочтительно вспученный графит | 0,5-5,0 | 1,0-3,0 |
| другие заполнители | 0-20,0 | 0-10,0 |
| прочие компоненты | 0-10,0 | 0-10,0 |
Кроме того, весовое отношение жидкого растворителя, предпочтительно воды, к сухим компонентам предпочтительно составляет от 2:1 до 1:9, предпочтительно от 1:1 до 3:7.
Далее, используемая зола рисовой шелухи предпочтительно имеет следующий химический состав, согласно DIN EN ISO 12677 (02/2013), причем сумма отдельных компонентов (без потерь на прокаливание) должна составлять 100 вес.%:
| Содержание [вес.%] | ||
| предпочтительное | ||
| SiO2 | 92-98 | 94-97 |
| P2O5 | 0,5-2,0 | 0,5-1,5 |
| K2O | 1,0-3,0 | 1,5-2,5 |
| остальные оксиды | 0,5-3,0 | 1,0-2,0 |
Кроме того, используемая биогенная кремниевая кислота, в частности, зола рисовой шелухи, предпочтительно имеет следующее гранулометрическое распределение, определенное согласно DIN 66165-2 (04/1987), в расчете на сухой вес, причем сумма отдельных компонентов должна составлять 100 вес.%:
| Размер зерна [мм] | Доля [вес.%] | |
| предпочтительно | ||
| ≥2,0 | 0-3,0 | 0,01-0,5 |
| <2,0-1,0 | 0,05-4,0 | 0,1-2,0 |
| <1,0-0,5 | 1,0-40,0 | 1,5-35,0 |
| <0,5-0,3 | 3,95-40,0 | 8,39-30,0 |
| <0,3 | 30,0-95,0 | 40,0-90,0 |
Насыпной вес, определенный согласно DIN EN 1097-3 (06/1998), используемой биогенной кремниевой кислоты, в частности, золы рисовой шелухи, предпочтительно составляет от 0,05 до 0,5 г/см3, предпочтительно от 0,1 до 0,4 г/см3.
Затем готовую смесь помещают в форму и в ней уплотняют. Уплотнение осуществляют, в частности, путем вибрации под нагрузкой или путем одноосного прессования.
При вибрации под нагрузкой форма находится на вибрационном столе. На находящуюся в форме готовую смесь накладывают груз, вибрационный стол активируют и смесь уплотняют путем вибрации. При вибрации под нагрузкой изготавливают, как правило, плиты более мелких форматов.
При одноосном прессовании форму, заполненную готовой смесью, помещают в пресс, причем смесь накрывают крышкой. Затем верхний пуансон пресса перемещают в направлении крышки и смесь уплотняют под определенным давлением. Предпочтительно выполнить несколько подъемов поршня. Способом одноосного прессования изготавливают, как правило, плиты более крупных форматов.
После уплотнения сырую плиту извлекают из формы и оставляют твердеть. Отверждение можно проводить, в частности, при температуре от 110°C до 200°C предпочтительно в течение 4-12 ч. В частности, сушку проводят при температуре ниже температуры воспламенения вяжущего и ниже температуры вспучивания разрыхлителя. Кроме того, температуру выбирают так, чтобы вяжущее схватывалось или затвердевало.
В этом случае плита 1 согласно изобретению предпочтительно имеет плотность в сухом состоянии ρ0, измеренную согласно DIN EN 1094-4 (09/1995), от 0,3 до 1,5 г/см3, предпочтительно от 0,5 до 1,3 г/см3.
Кроме того, плита 1 предпочтительно имеет пористость, измеренную согласно DIN EN 1094-4(09/1995), от 60% до 90%, предпочтительно от 70% до 80%.
Прочность на сжатие в холодном состоянии у плиты 1 по изобретению, определенная согласно DIN EN 993-5 (12/1998), предпочтительно составляет от 3,0 до 25,0 МПа, предпочтительно от 5,0 до 20,0 МПа.
Прочность на изгиб при низкой температуре у плиты 1 согласно изобретению, определенная согласно DIN EN 993-6 (04/1995), предпочтительно составляет от 1,5 до 10,0 МПа, предпочтительно от 2,0 до 8,0 МПа. Кроме того, плита 1 предпочтительно имеет следующие значения теплопроводности, определенные согласно DIN EN 993-15 (07/2005):
| Теплопроводность [Вт/м·К] | ||
| предпочтительно | ||
| при 26°C | 0,10-0,14 | 0,11-0,13 |
| при 307°C | 0,12-0,16 | 0,13-0,15 |
Особенно предпочтительно, плита 1 согласно изобретению может применяться в качестве покрывающей плиты 5a;b для накрывания свободной поверхности 6a расплавленного металла 6 в открытом сверху металлургическом резервуаре.
Под накрываемым металлургическим резервуаром имеется в виду, в частности, кристаллизатор 7 (фиг. 2-4) для разливки слитков, в частности, сифонной, или разливочный ковш 8 (фиг. 5 и 6), предпочтительно разливочное устройство (промковш) или литейный ковш.
Сталеплавильный агрегат для сифонной разливки слитков из металла, в частности, стали, обычно содержит нижнюю станину 10 с разливочным каналом 11 для подвода расплавленного металла, в частности, стали. Кроме того, устройство 9 содержит кристаллизатор 7 для приема ванны 6 расплавленного металла. Кристаллизатор 7 имеет нижний и верхний открытый конец 7a;b. Верхний конец 7b кристаллизатора образует голову кристаллизатора 7.
Перед началом разливки слитков (фиг. 2) покрывающую плиту 5a согласно изобретению закрепляют на верхнем открытом конце 7b кристаллизатора 7. Таким образом, расплавленный металл 8 сначала изолируется по теплу покрывающей плитой 5a косвенно, то есть без прямого контакта. На покрывающей плите 5a укрепляют наполненный шлакообразующей смесью мешок 12 для шлакообразующей смеси таким образом, чтобы он свисал от покрывающей плиты 5a внутрь кристаллизатора 7. Для закрепления мешка 12 для шлакообразующей смеси покрывающая плита 5a предпочтительно имеет по центру отверстие 13, идущее насквозь от одной поверхности плиты к другой.
Далее, расплавленный металл, в частности, стальная плавка, загружается через разливочный канал 11 снизу в кристаллизатор 7 и поднимается в нем вверх (фиг. 3). Расплавленный металл 6, в частности, стальная плавка, имеет, как правило, температуру примерно 1550°C. Поэтому мешок 12 для шлакообразующей смеси сгорает через короткое время из-за высокой температуры стальной плавки, так что шлакообразующий порошок распределяется по поверхности 6a расплавленного металла и образует поверхностный слой 14 шлакообразующего порошка. Кроме того, шлакообразующий порошок распределяется между кристаллизатором 7 и расплавленным металлом 6 и действует как разделительный слой.
В начале разливки расплавленный металл 6 поднимается до накладной плиты 5a и образует застывающий слиток 17 с верхней головной частью 18. Позднее покрывающая плита 5a распадется при прямом контакте с расплавленным металлом 6 из-за высокой температуры расплавленного металла 6 и образует на поверхности 6a расплавленного металла или головной части 18 покрывающий и изолирующий сплошной защитный слой 15 из сыпучего жаропрочного материала (фиг. 4). Он состоит из несвязанной засыпки из жаропрочных заполнителей и находится на слое 14 шлакообразующей смеси.
Разрушение накладной плиты 5a инициируется, с одной стороны, сгоранием временного вяжущего, а с другой стороны расширением разрыхлителя. Предпочтительно, несвязанная засыпка защитного слоя 15 состоит из биогенной кремниевой кислоты, предпочтительно из золы рисовой шелухи. Защитный слой 15 служит, как известно, для экранирования поверхности расплавленного металла 6a от атмосферы и для обеспечения высокой теплоизоляции. Защитный слой 15 изолирует головную часть 18 от атмосферы и, тем самым, служит для медленного охлаждения головной части 18. В конце процесса разливки несвязанную засыпку удаляют известным образом, например, отсасывают.
Как уже говорилось, покрывающая плита 5b согласно изобретению может также применяться для покрытия поверхности 6a расплавленного металла в разливочном ковше 8 (фиг. 5 и 6). Перед началом разливки разливочный ковш 8 предпочтительно накрывают несколькими накладными плитами 5b (фиг. 5). В начале разливки расплавленный металл 6 поднимается до накладных плит 5b. Позднее накладные плиты 5b разрушаются после прямого контакта с расплавленным металлом 6 из-за высокой температуры расплавленного металла 6 и образуют покрывающий поверхность 6a расплавленного металла сплошной защитный слой 16 из сыпучего огнеупорного материала (фиг. 6).
Преимуществом накладной плиты 5a;b согласно изобретению является то, что заметно снижается пылевая нагрузка. К тому же, укладывание накладных плит 5a;b на кристаллизаторе 7 или разливочном ковше 8 заметно проще, чем нанесение несвязной засыпки на поверхность расплавленного металла. Кроме того, это можно осуществить до введения расплавленного металла, что означает значительно меньшую тепловую нагрузку на исполнителя. Разумеется, в рамках изобретения можно также размещать покрывающую плиту 5a;b непосредственно на расплавленном металле.
Кроме того, при использовании накладной плиты 5a как опорной плиты для мешка 12 со шлакообразующим порошком становится ненужным один дополнительный технологический этап. А именно, не требуется удаления опорной плиты и последующее внесение несвязанной золы рисовой шелухи.
Кроме того, плита 1 согласно изобретению имеет отличные теплоизоляционные свойства как в форме плиты при низких температурах, так и при высоких температурах в сыпучей форме. В частности, при накрывании головной части слитка при сифонной разливке слитков это гарантирует постоянно высокое качество головной части слитка. Хорошая теплоизоляция является результатом, в частности, очень хороших теплоизоляционных свойств биогенной кремниевой кислоты и ее очень высокой температуры плавления, около 1650°C.
Далее, плита 1 согласно изобретению не содержит вредных веществ. Кроме того, зола рисовой шелухи является натуральным продуктом вторичной переработки.
Благодаря этому плита 1 согласно изобретению может с успехом применяться и для других областей.
Например, плиту 1 согласно изобретению можно использовать как плиту для противопожарной защиты, например, для заполнения полостей. В случае пожара плита 1 разваливается и полностью уплотняет полости, чтобы предотвратить утечку горячих и ядовитых газов.
При этом рамками изобретения охватывается также случай, когда в качестве заполнителя вместо или в дополнение к чистой биогенной кремниевой кислоте используется также гранулят биогенной кремниевой кислоты, в частности, золы рисовой шелухи. Гранулы или зернистый заполнитель состоит в этом случае из агломерированных зерен биогенной кремниевой кислоты, которые связаны затвердевшим вяжущим. Однако предпочтителен зернистый заполнитель 3 из чистой биогенной кремниевой кислоты, в частности, золы рисовой шелухи.
Получение можно также с успехом осуществить тем, что биогенную кремниевую кислоту, в частности, золу рисовой шелухи, перед смешением с другими компонентами плиты гранулируют с помощью воды и/или по меньшей мере одного вяжущего и мягкий или пластичный, еще не затвердевший гранулят смешивают с прочими компонентами. Вяжущее предпочтительно является тем же или теми же вяжущими, какие применялись для плиты. При уплотнении или прессовании зерна пластичного гранулята разрушаются, так что образуется плита с зернистым заполнителем из биогенной кремниевой кислоты. Преимуществом этого варианта способа является меньшее образование пыли.
Пример осуществления
Плиту согласно изобретению получали путем одноосного прессования из смеси следующего состава:
|
Содержание
[вес.%] |
|
| вяжущее (комбинация декстрина и лимонной кислоты) | 40 |
| зола рисовой шелухи (NERMAT BF - E) | 59 |
| вспученный графит (ES 350 F5) | 1,0 |
Готовую смесь уплотняли до поверхностной плотности 0,5 Н/мм2. Плиту извлекали из формы и сушили 12 ч при 110°C в сушильном шкафу на металлическом листе. Плита имела следующие размеры: 500×500×50 мм3.
Разрушение полученной плиты исследовали, как описано выше, при температуре печи 800°C.
1. Теплоизоляционная плита (1) для теплоизоляции расплавленных металлов в металлургическом резервуаре (6), причем плита (1) содержит связующую матрицу (2) из по меньшей мере одного затвердевшего вяжущего и зернистый заполнитель (3), содержащий и/или состоящий из биогенной кремниевой кислоты, который введен в связующую матрицу (2), отличающаяся тем, что плита (1) в качестве добавочного заполнителя содержит по меньшей мере один разрыхлитель, который расширяется при тепловой нагрузке, так чтобы плита (1) разрушалась с образованием несвязной сыпучей засыпки.
2. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что данная теплоизоляционная плита является покрывающей плитой (5a; b) для теплоизоляции стальной плавки в металлургическом резервуаре (6).
3. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что связующая матрица (2) состоит из по меньшей мере одного отвердевшего временного органического вяжущего, выгорающего при тепловой нагрузке на плиту (1), или содержит по меньшей мере одно отвердевшее временное органическое вяжущее, выгорающее при тепловой нагрузке на плиту (1).
4. Теплоизоляционная плита (1) по п. 3, отличающаяся тем, что плита (1) образована так, чтобы временное вяжущее при тепловой нагрузке выгорало и плита (1) разрушалась, образуя несвязную сыпучую засыпку.
5. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что температура разрушения плиты (1) составляет ≥150°C и ≤800°C, предпочтительно ≥200°C и ≤400°C.
6. Теплоизоляционная плита (1) по п. 3, отличающаяся тем, что температура расширения разрыхлителя лежит в интервале температуры воспламенения временного вяжущего.
7. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что разрыхлитель является разрыхлителем из вспучивающегося материала, предпочтительно вспученным графитом, или невспученным перлитом, или невспученным вермикулитом, или невспученной глиной, или полимерной смолой, предпочтительно мочевиноформальдегидной и/или меламиноформальдегидной смолой, и/или соединениями меламина и фосфорной кислоты, например мономеламинфосфатом.
8. Теплоизоляционная плита (1) по п. 3, отличающаяся тем, что временное вяжущее представляет собой полимер, предпочтительно полисахарид, который отверждается путем поликонденсации и сгорает без остатка, предпочтительно в атмосфере кислорода.
9. Теплоизоляционная плита (1) по п. 3, отличающаяся тем, что плита (1) в качестве временного вяжущего содержит целлюлозу, предпочтительно метилцеллюлозу, и/или поливиниловый спирт, предпочтительно поливинилацетат и/или поливинилпирролидон, и/или лигносульфонат.
10. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что биогенная кремниевая кислота представляет собой золу рисовой шелухи, и/или диатомовую землю (кизельгур), и/или кремнистый сланец, и/или диагенетически окаменевшие скелеты радиолярий, или губки из опала.
11. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что плита (1) в качестве заполнителя содержит исключительно биогенную кремниевую кислоту, и предпочтительно содержит по меньшей мере один разрыхлитель, причем под биогенной кремниевой кислотой предпочтительно подразумевается исключительно зола рисовой шелухи.
12. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что биогенная кремниевая кислота, в частности зола рисовой шелухи, имеет следующий гранулометрический состав, определенный согласно DIN 66165-2 (04/1987), в расчете на сухую массу, причем сумма отдельных компонентов составляет 100 вес.%:
| Размер зерна [мм] | Доля [вес.%] | |
| предпочтительно | ||
| ≥2,0 | 0-3,0 | 0,01-0,5 |
| <2,0-1,0 | 0,05-4,0 | 0,1-2,0 |
| <1,0-0,5 | 1,0-40,0 | 1,5-35,0 |
| <0,5-0,3 | 3,95-40,0 | 8,39-30,0 |
| <0,3 | 30,0-95,0 | 40,0-90,0 |
13. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что плита (1) имеет плотность в сухом состоянии ρ0, измеренную согласно DIN EN 1094-4 (09/1995), от 0,3 до 1,5 г/см3, предпочтительно от 0,5 до 1,3 г/см3.
14. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что плита (1) имеет пористость, измеренную согласно DIN EN 1094-4 (09/1995), от 60 до 90%, предпочтительно от 70 до 80%.
15. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что плита (1) имеет прочность на сжатие в холодном состоянии, измеренную согласно DIN EN 993-5 (12/1998), от 3,0 до 25,0 МПа, предпочтительно от 5,0 до 20,0 МПа.
16. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что плита (1) имеет прочность на изгиб при низкой температуре, измеренную согласно DIN EN 993-6 (04/1995), от 1,5 до 10,0 МПа, предпочтительно от 2,0 до 8,0 МПа.
17. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что плита (1) имеет следующую теплопроводность, определенную согласно DIN EN 993-15 (07/2005):
| Теплопроводность [Вт/м·К] | ||
| предпочтительно | ||
| при 26°C | 0,10-0,14 | 0,11-0,13 |
| при 307°C | 0,12-0,16 | 0,13-0,15 |
18. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что зернистый заполнитель, содержащий биогенную кремниевую кислоту, состоит из агломерированных зерен биогенной кремниевой кислоты, связанных по меньшей мере одним отвердевшим вяжущим.
19. Теплоизоляционная плита (1) по п. 1, отличающаяся тем, что связующая матрица (2) состоит из по меньшей мере одного постоянного отвердевшего вяжущего или содержит по меньшей мере одно постоянное отвердевшее вяжущее.
20. Способ получения теплоизоляционной плиты (1) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся следующими технологическими этапами:
a) получение смеси, содержащей зернистый заполнитель (3), содержащий или состоящий из биогенной кремниевой кислоты, по меньшей мере одно вяжущее и по меньшей мере один разрыхлитель,
b) помещение смеси в форму,
c) уплотнение смеси,
d) извлечение из формы сырой плиты (1),
e) отверждение плиты (1).
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что получают смесь, содержащую по меньшей мере одно временное вяжущее, выгорающее при тепловой нагрузке на плиту (1).
22. Способ по п. 20, отличающийся тем, что получают смесь, которая дополнительно содержит растворитель для указанного вяжущего или вяжущих.
23. Способ по п. 20, отличающийся тем, что состав смеси устанавливают так, чтобы смесь после 30 с нахождения под вибрацией имела растекаемость, определенную в соответствии с DIN EN ISO 1927-4 (03/2013), от 200 до 500 мм, предпочтительно от 250 до 350 мм.
24. Способ по п. 20, отличающийся тем, что зернистый заполнитель (3) из биогенной кремниевой кислоты перед смешением с прочими компонентами смеси агломерируют с помощью воды и/или по меньшей мере одного вяжущего с получением гранул и гранулы в пластическом состоянии смешивают с остальными компонентами смеси.
25. Применение плиты (1), полученной в соответствии с одним из пп. 20-24, для теплоизоляции расплавленных металлов.
26. Применение плиты (1) по одному из пп. 1-19 для теплоизоляции расплавленных металлов.
27. Применение по п. 26, отличающееся тем, что плиту применяют для теплоизоляции стальной плавки, в частности в производстве стали.
28. Применение по п. 26, отличающееся тем, что после термического распада плиты (1) несвязанная засыпка применяется для теплоизоляции расплавленных металлов, в частности стальной плавки.
29. Применение по п. 26, отличающееся тем, что после термического распада плиты (1) несвязанная засыпка применяется при сифонной разливке слитков для изоляции головной части (15) слитка (14), застывающего из расплавленного металла.
30. Применение по п. 26, отличающееся тем, что плита (1) применяется в качестве накладной плиты (5a) для покрытия находящейся в кристаллизаторе (7) ванны расплавленного металла (6), в частности жидкой стали.
31. Применение по п. 26, отличающееся тем, что плита (1) применяется в качестве накладной плиты (5b) для покрытия находящейся в разливочном ковше (8) ванны расплавленного металла (6), в частности жидкой стали.
32. Применение по п. 30, отличающееся тем, что покрывающая плита (5a; b) применяется для покрытия ванны расплавленного металла (6) в кристаллизаторе (7) при сифонной разливке или разливке слитков сверху, предпочтительно в сталеплавильном агрегате (9).
33. Применение по п. 31, отличающееся тем, что покрывающая плита (5a; b) применяется для покрытия ванны расплавленного металла (6) в разливочном ковше (8) при сифонной разливке или разливке слитков сверху, предпочтительно в сталеплавильном агрегате (9).
