СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ
MIXTURE TO MAKE HEAT INSULATION

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 SiO<sub>2</sub>)
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.
2
Известная сырьевая смесь содержит, вес.ч.: известь в расчете на СаО 15-40, кремнеземсодержащий компонент в расчете на SiO 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.
2
Достигается это тем, что смесь для изготовления теплоизоляции, включающая известь и кремнеземистый компонента в пересчете на СаО и SiO 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 SiO<sub>2</sub>
в соотношении 0,2-2
40-50
В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.
2
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 SiO 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.
2
2
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 SiO от 0,2 до 2,0. Данный диапазон выбран оптимальным, так как при соотношении СаО/SiO 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/SiO<sub>2</sub> в пересчете соответственно на СаО и SiO<sub>2</sub>
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
2
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/SiO) - 2,0 при изменении содержания наполнителя в заявляемых пределах.
Таблица 2
Номер состава
Массовое соотношение в смеси извести и кремнеземистого компонента - СаО/SiO<sub>2</sub>
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.
2
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/SiO) - 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/SiO<sub>2</sub>
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.
2
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/SiO) - 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/SiO<sub>2</sub>
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.