Способ изготовления пористых керамических изделий

 

1! С А Н И Е 1, воевав

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союэ Соввтскии

Социалыстическии

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22} ЗаЯвлено16.03.76.(21) 2334943/29-33 с присоединением заявки № (23) Приоритет

С 04 В 21/06

Государственный иамитет

Совета Министров СССР

- по далем изобретений и открытий (43) Опубликовано 05,06,78, Бюллетень №21 (53) УДК 666.68 (088.8) (45) Дата опубликования описания05.05.78 (72) Авторы изобретения

Г, Е. Ревзин, С. Г. Сенников, В, И. Апексеенко, Л. В. Волкова и Л. Н. Максимов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ

КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к технопогии изготовпения пористых керамических изделий и может быть использовано дпя получения теппоиэопяционных огнеупорных материалов, : применяемых в метаппургических агрегатах, например, для теппоиэопяции сводов мартеновских печей.

Известен способ изготовления пористых керамических издепий, вкпючающий смешение р огнеупорного напопнитепя и выгоракипей добавки (бисерный попистироп), формование и & rrlj.

Наиболее близким к изобретению явпяется15 способ изготовпения пористых керамических издепий, вкпючаюший смешение выгорающей добавки с огнеупорным напопнитепем и свя» закипим, формование, сушку и обжиг)2).

Однако недостатком указанных способов .является неравномерность распределения ,выгорающей добавки в объеме огнеупорного .иэдепия, что приводит к уменьшению прочнос ти изданий. 25

Ленью изобретения является повышение механической прочности изделий, а также попучение микропористых иэдепий с равномерно распределенными в объеме керамики порами, Указанная цепь достигается тем, что выгораюшую органическую добавку с температурой ппавпения 30 150 С, диспергируют в жидком свяэуккцем при температуре выше температуры ппавпения выгорающей органической добавки, а затем охпаждают при температуре ниже температуры кристаппиэации последней и попученную эмупьсию смешивают с огнеупорным напопнитепем, а сушку осушествпяют при температуре ниже температуры ппавпения выгорающей органы ческой добавки.

Такими легкоплавкими органическими выгорающими добавками могут быть технический парафин, стеарин, нафталин, канифоль, каменноугольный ипи нефтяной пек, битумы и тому подобные вещества.

Введение выгоракицей добавки в виде эмульсии поэвопяет получить издепия с рав»

609735

3 номерной микропористостью и регулируемым размером пор в интервале от 20 и 200 мкм за счет того, что эмульсия в отличие от твердой грубодисперсной выгорающей добавки может быть легко равномерно распределена в объеме исходной смеси, из которой формуются изделия. Равномерность распре» деления пор и регулирование их размеров обеспечивают повьпиение механической проч ности пористой керамики. 1О

Эмульсию готовят следующим образом. К раствору связующего, нагретого до температуры выше температуры плавления (размягчения) выбранного в качестве выгораюшей добавки органического продукта, добав- 15 пяют сначапа поверхностно-активное вещество в количестве 0,05-0;27 от веса раствора, а затем при постоянном интенсивном перемешивании порциями вводят указанный продукт, который плавится и в жидком ви- 20 де диспергируется, образуя эмульсию. Конкретные условия диспергирования расплавленных органических продуктов — скорость и время перемешивания, температура раствора, концентрация поверхностно-активного вещест- 5 ва, соотношение диснергируемой органичес кой фазы и дисперсионной среды и т. п. выбирают в зависимости от физико-химических свойств компонентов и от требуемых концентраций и диснерсности выгорающей добавки. После окончания диспергирования полученную эмупьсию, продолжая перемешивание, охлаждают до температуры ниже температуры кристанпизации (застывания) органического продукта.

Эмупьгирование органических продуктов в жидком состоянии обеспечивает получение выгорающей добавки в виде частиц наиболее оптимальной сферической формы с дисперсностью 10 - 150 мкм, а охлаждение эмупь40 сии до кристаллизации (застывания) орга» нического продукта способствует ее стабилизации. Так, например, 35%-ная эмульсия парафина в растворе апюмохромофосфатной связки, полученная описанным выше способом, проявипа высокую стабильность и не обнаружила заметных признаков расслоения в течение нескольких недель.

Выбор в качестве выгорающих добавок

50 органических продуктов. с температурой плавления (размягчения) в интервале от

30 до 150 С сдепаи, исходя из следующих соображений. Вещества с температурой плавления (раэмягчения) ниже 30 С могут

55 либо не отверждаться при охлаждении эмульсии до.комнатной температуры, либо рас» ппавпяться еще до отверждения керамики за счет теплового эффекта реакций взаимодействия раствора связующего с активным компонентом огнеупорного наполнителя. Жидкие эмульсии в бопьшинстве случаев не обпадают достаточной стабильностью в результате слияния мелких жидких капель .в бопее крупные. Этот процесс не топько не позволяет регупировать размер пор в керамике, задаваемой дисперсностью выгорающей добавки, но и приводят к расслоению эмульсии, протекающей с тем бопьшей скоростью, чем больше разница удельных весов диспергированного органического вещества и водного раствора связующего.

Поэтому применение органических продуктов, плавящихся ниже 30 С, не обеспечивает о преимуществ предлагаемого метода по срав нению с известным по причине получения нерегупируемой по размерам и распредепению в объеме материала ористости.

Верхний предел температуры rrnaarrerrrrrr (размягчения} выгорающих органических продуктов пимитируется температурами кипения растворов связующих таких как растворы фосфорной кислоты, кислых фосфатов алюминия, магиия, хрома ини хпористого магния. В связи с.тем; что температура кипения указанных растворов составляет 150160 С, применение более тугоппавкихорганических продуктов не позволяет эмупьгировать последние в жидком (расплавленном) состоянии, что также не дает возможности реализовать все преимущества предпагаемо го способа.

Приготовнение пористых огнеупорйых изделий производят следующим образом.

Смесь огнеупорных наподнитепей перемешивают с заранее приготовленной эмульсией органического продукта в растворе связующего и формуют. Формование изделий производят обычными. методами-пластичным прессованием ипи питьем. Особенностью пред-лагаемого способа попучения пористых кера1 мических изделий является необходимость отверждения отформованной смеси Ри температурах ниже температуры плавления (раз.мягчения) органическихпродуктов, чтобы предотвратить .деформацию сферических частиц выгорающей добавки íà стадии отверждения керамического каркаса изделий.

Для реализации иизкотемпературиого схватывания керамики может быть использован черезвычайно широкий круг активных компонентов, добавок, типов связующих и их сочетаний, выбираемых в каждом конкретном случае, исходя из требований, предъявляемых к свойствам пористого керамического изделия. Низкотемпературное отверждение достигается с помощью гипса и различных типов цементов (в том числе и огнеупорных), затворяемых водой. Введение в состав огнеупорных напопнитепей окиси магния ипи гидроокиси алюминия позволяет

609735 час от 250 до 400 С вЂ” 50

55 час от 400 до 80СЙ-100 ""ад час

60 в выдержкой 2 час при конечной температу использовать в качестве связующего кислые фосфатные растворы ипи растворы ,хлористого и сернокиспого магния. Кроме

:того в качестве связующего могутприменяться растворы основных соней алюминия (оксихпорида, оксинитрата), жидкое стекло, а также истинные ипи коппоидные растворы, содержащие кремнекиспоту, например, водно-спиртовые растворы гидролизованного . этипсипиката ипи сипиказопь Йля отверждения керамики может применяться и сушка отформованных издепий, но в этом спучае температура сушки должна быть на 10о

20 С ниже температуры плавления (размягчения) органического продукта, введен ного в массу в виде эмульсии.

После затвердевания иэделия его извлекают из формы, сушат в течение 4-12 час при температуре 60-103 С в зависимости

: от размеров йзцелия, его формы и количест- рр ва воды, введенной на стадии приготовления исходной смеси. Высушенное изделие помешают в печь и обжигают по заданной программе до требуемой температуры с вы держкой в течение 2-4 час при температу- 25 о ре 600-800 С для полного выгорания органического продукта.

Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие предлагаемый способ изготовления пористых огнеупоров. 30

Пример 1. В апюмохромофосфатное связующее (ТУ- 6-18-166-73) плотностью

1,4 г/см вводят при температуре 105 С

0,2 вес, % апкипсупьфата аммония и порция ни при перемешивании лопастной мешал- З> кой со скоростью 180 об./мин, нефтяной пек с температурой размягчения 85 С в о количестве 40 вес.% от веса связующего.

После полного эмупьгирования эмульсию, продолжая. перемешивать, охлаждают до комнатной температуры и выключают мешалку. Смесь, состоящую из 70 вес. % электрокорунда и 30% эбезжелезненного циркона, затворяют полученной эмульсией и переносят в форму. Отформованное иэделие вы- 45 держивают 24 час при комнатной температуре и сушат 8 час при температуре 75 С о в сушипьном шкафу, а затем извлекают из формы и обжигают, нагревая до температуо ры 800 С со скоростью подъема температуры: от 75 до 2SO C 40град ре. Издепие после обжига обладает следую( шими свойствами:

Прочность на сжатие, кг/см 80

Удельный вес, г/см

Э

1,2

Кажущаяся пористость,%

Средний размер пор, мкм 60-100

Пример 2. В насыщенный раствор

6 хнористого магния при температуре 98 С и скорости перемешивания 200 об/мин вводят 0,1 вес % апкипсупьфата аммония и технический парафин в копичестве 30 вес% от веса связующего. Эмульсию приготов- пяют способом, описанным в примере 1.

Смесь, содержащую корунд и окисьмагния в количестве, обеспечивающем соотношение

М С МССР > 1:1, затворяют полученной эмульсией и формуют. После схватывания отформованное изделие сушат 4-6 час под о вакуумом при температуре 60-80 С, а за о тем обжигают до температуры 1500 С о с выдержкой 4 час при температуре 700 С, Получаемые иэделия характеризуются следующими свойствами;

Прочность на сжатие, кг/см 68

Удельный вес, г/смо 1,15

Кажущаяся пористость, % 74

Средний размер пор, мкм 30-50

Пример 3. Готовят водную эмульсию технического парафина, дпя чего в воду добавляют О, 1, вес % апкипсупьфата аммония и 30 вес. % технического парафина. Смесь нагревают до 98 С и перемешивают при о этой температуре в течение 20 мин. Скорость перемешивания 200 об/мин. Эмульсию охлаждают, продопжая перемешивание, до комнатной температуры, после чего мешалку выключают. Полученную эмульсию вводят в шихту, содержащую 30 вес.% глиноземистого цемента марки «500 (ГОСТ 969-66) и 70 вес. % шамота класса А с размером зерен 0,08-0,15 мм. Приготовленную массу формуют и оставляют в форме дпя схва. тывания на 12 час. После схватывания иэцепие извлекают из формы и обжигают, нагревая до температуры 1 300 С со скоростью подъема температуры от 20 С до 400оС80 град/часы от 400 С до 13004 С 150 град/час и выдержкой 3 часа при 1 300 С, Изделие после обжига обладает следующими свойствами:

Прочность на сжатие, кг/см 120

Удельный вес Г/см 1,4

Кажущаяся пористость % 60

Средний размер пор мкм 80-1 20

Пример 4. Жидкое стекло марки Б, модуль 2.31-2.6 (ГОСТ 8264 6) разбавляют водой до соотношения 1:1, к раствору добавляют 0,05 вес.% поверхностноактивного вещества ОП-10 и 40 вес.% нефтяно6097

ro пека. Смесь нагревают до 105 С и перемешивают при этой температуре в течение

20 мин. Скорость перемешивания 1501 80 об/мин. Эмульсию охлаждают, продолжая перемешивание до комнатной температуры, после чего мешалку выключают. Кварцевый песок крупностью 0,05-0,2 мм затворяют приготовленной эмульсией и переносят в форму. Отформованное изделие оставляют в форме для схватьвания на 24 час. После 1р схватывания изделие извлекакут нз формы и обжигают,. нагревая до 1100 С со ско ростью подъема температуры 100

120 град/час и выдерживают 2 час при температуре 1100 С 15

Изделие после обжига обладает следующими свойствами

Прочность на сжатие, кг/см

Удельный вес, г/см 0,95

Кажущаяся пористость,% 65 20

Средний размер пор, мкм 150-180

Формула изобретения

Способ изготовления пористых керами° веских изделий, включакмпий смещение вы25 горакхпей добавки с огнеупорным наполннтелем и связуккпим, содержащим поверхностно- активное вещество, формование сушку нобжиг, о тличаюшийся тем, что, с целью повьш ения механической прочности и получения изделий с равномерно распределеннымн микропорамн, предварительно выгорающую органическую добавку с температурой плавления 30-150 С диспергируют в жидком связующем при температуре выше температуры плавления выгоракецей органической добавки, а затем охлаждают при температуре ниже температуры кристал лизации последней и полученную эмульсию смешивают с огнеупорным наполнителем, а сушку осуществляют при температуре ниже температуры плавления. выгорающей органической добавки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

Ию209277, кл. С 04 В 21/06, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

М296731, кл. С 04 В 21/06, 1971.

Составитель Л. Гостева

Редактор И. Квачадзе Техред Н. Бабурка Корректор М. Демчик

Заказ 2950/17 Тираж 751 Подписчое

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4