ОГНЕУПОРНАЯ МАССА ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ
FIREPROOF MASS FOR LINING HEAT UNITS

Изобретение относится к огнеупорной промышленности. Оно может быть использовано для выполнения защитных обмазок, а также монолитных футеровок высокотемпературных тепловых агрегатов.
Известна огнеупорная масса, включающая электрокорунд, цемент высокоглиноземистый и двуокись циркония [1].
Недостатком этой массы являются невысокие значения механической прочности и термостойкости, которые приводят к отслаиванию и растрескиванию защитной обмазки и огнеупорного монолита.
Наиболее близкой является огнеупорная масса [2], включающая, масс.%:
Электрокорунд
67-88.5
Цемент высокоглиноземистый
5-10
Циркон
5-20
Водорастворимое соединение алюминия
1.5-3
Недостатком этой массы являются низкие термостойкость, прочность при сжатии и изгибе.
Повышение этих показателей огнеупорной массы достигается тем, что она дополнительно вместо водорастворимого соединения алюминия содержит водный раствор полисиликата натрия, в вместо циркона - цирконовый концентрат при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Электрокорунд
65-87.5
Цемент высокоглиноземистый
5-10
Цирконовый концентрат
5-20
Водный раствор полисиликата натрия
2.5-5
Полисиликат натрия с модулем 6.5 получали в лабораторных условиях согласно пат. 2124475 путем взаимодействия силиката натрия с диоксидом кремния при 95°C. При этом взаимодействие осуществлялось путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16 масс.% гидрозоля диоксида кремния, которые брали в соотношении 1:1.5 соответственно, с последующей выдержкой 0.5 ч.
2
2
3
2
3
2
2
В качестве цирконсодержащего компонента нами выбран цирконовый концентрат, имеющий следующий химсостав, масс.%: SiO - 34,1; AlO - 1,5; FeO - 0,21; CaO - 0,1; MgO - 0,1; ZrO - 63,4; ТiO; прочие примеси - 0,39.
Массу приготавливали в следующей последовательности. Вначале водный раствор полисиликата натрия перемешивали совместно с высокоглиноземистым цементом до получения однородной смеси. Затем в полученную смесь вводили цирконовый концентрат и электрокорунд при непрерывном смешивании до получения однородной массы.
Из огнеупорной массы для испытания изготавливались образцы разных составов, приведенные в табл.1.
Испытания образцов на термостойкость проводились по ГОСТ, результаты которых приведены в табл.2.
Таблица 1
Составляющие массы
Состав масс, масс.%
известный
предлагаемый
1
2
3
4
5
6
Злектрокорунд
85
77
67
87.5
75
65
Высокоглиноземистый цемент
5
10
10
5
10
10
Циркон
5
10
20
-
-
-
Цирконовый концентрат
5
10
20
Сернокислый алюминий
5
3
3
-
-
-
Водный раствор полисиликата натрия с модулем 6,5
2.5
5
5
Таблица 2
Свойства масс
Показатели
известный
предлагаемый
1
2
3
4
5
6
Предел прочности при сжатии необожженных образцов, МПа
8.93
3.46
11.0
13.09
5.05
14.88
Предел прочности при сдвиге необожженных образцов, МПа
1.96
3.16
2.34
2.94
4.34
3.21
Предел прочности при сдвиге обожженных образцов при 1650°C, МПа
3.72
3.52
4.48
5.67
5.13
6.56
Термостойкость теплосмен (1500°C-20°C вода)
4-8
4-8
4-8
6-12
7-13
7-14
Анализ результатов, приведенных в табл.2 показывает, что введение композиции из цирконового концентрата и полисиликата натрия с модулем 6.5 в состав огнеупорной массы существенно повышает прочность и термостойкость огнеупорного материала на их основе.
2
2
2
Преимущество композиции из цирконового концентрата и полисиликата натрия заключается в их способности превращаться в устойчивые фазы при высоких температурах. На рентгенограммах этих композиций, нагретых до 1600°C, обнаружены линии, интенсивность которых соответствует в основном диоксиду циркония ZiO (dA - 3.69; 3,78; 2,86), силициду циркона ZrSi (dA - 3,75; 2,63; 2,36), и кристобалиту SiO (dA - 4.10). Аморфный кремнезем, образовавшийся из полисиликата натрия, при высоких температурах переходит в кристобалит.
При смешивании и формовании изделий на основе этих циркон-силикат-натриевых композиций формируется специфическая пространственная структура, характерной особенностью которой является локальность контактных омоноличивающих швов, т.е. отсутствие сплошного шва.
Такая схема омоноличивания обеспечивает, с одной стороны, высокую прочность структуры, а с другой стороны, локализует распространение трещин. Последнее очень важно для огнеупорных материалов, работающих в условиях циклических теплосмен, так как способствует повышению термостойкости, что подтверждается результатами опытов, приведенных в табл.2.
2
Повышение содержания водного раствора полисиликата натрия сверх приведенных в табл.1 значений, приводит к снижению прочности при нагреве за счет повышения содержания NaO, входящего в состав полисиликата натрия, которая, являясь плавнем, снижает огнеупорность, а также приводит к образованию сплошных швов, т.е. контактная схема переходит в объемную схему омоноличивания, а это, в свою очередь, приводит к снижению термостойкости (см. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988).
1. Патент Японии №29-4640, кл. 20 B4, 1954.
2. Авторское свидетельство СССР №540843, кл. C04B 35/10, 1976.