Безобжиговая технология пеношамотного жаростойкого теплоизоляционного материала на основе силикатов натрия

Вестник ДГТУ. Технические науки. № 14, 2008. -I-

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

УДК 66.043.2 З.А. Мантуров

БЕЗ1 " " ВЛЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЕПЕНОШАМОТНОГО ЖАРОСТОЙКОГО ТЕГ _ЯПЦрОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СИЛИКАТОВ НАТРИЯ

Разработана безобжиговая технология пеношамотного жаростойкого

теплоизоляционного материала на силикат-натриевых композициях, не уступающего по своим основным показателям традиционным обжиговым высокопористым пеношамотным теплоизоляционным материалам.

Высокая энергоемкость традиционных обжиговых высокопористых керамических теплоизоляционных материалов и большие капитальные вложения на их производство [1] диктуют острую необходимость разработки и реализации новых эффективных жаростойких теплоизоляционных материалов, прежде всего безобжиговых, для высокотемпературной изоляции тепловых агрегатов различного назначения.

Исследованиями установлено [2, 3], что формирование высокопористой структуры пеношамот- силикат-натриевой композиции складывается из таких процессов как: придание вяжущих свойств силикат-натриевой шамотной композиции путем обводнения силикат-натриевого составляющего - БСН предварительным нагревом (90 °С) и перемешиванием непосредственно в композиции; введение пены в обводненную, высоковязкую жидкостекольную композицию для получения устойчивой высокопористой силикат-натриевой пеномассы и окончательное упрочнение высокопористой структуры под действием тепла (200 °С).

Комплексными исследованиями нами изучено влияние технологических факторов на вяжущие свойства шамот-силикат-натриевой композиции: количество силиката натрия в композиции и его кремнеземистый модуль; дисперсность и равномерность распределения; исходная влажность формовочных масс; вид тонкодисперсного твердого компонента; его соотношение с силикатом натрия по массе; режим тепловой обработки. Проведенные исследования показали, что управлять основными свойствами шамот-силикат-натриевой композиции можно изменяя ряд технологических факторов: содержание силиката натрия и равномерное распределение в композиции; тонкости помола компонентов (3000-4000 см2/г); количество воды затворения (В/Т=0,45-0,6); температуры предварительного разогрева и времени перемешивания.

Предварительный разогрев при одновременном перемешивании смеси шамот-силикат-натриевой композиции по сравнению с традиционной технологией повышает растворимость силиката натрия (концентрации в растворе SiO2 в 20 раз и №ОН в 14 раз), при этом выявлен высокий уровень однородности смеси независимо от концентрации силиката натрия в композиции.

Установлено, что плотность безобжигового жаростойкого пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала регулируется количеством пены введенного в состав шамот-силикат-натриевой композиции и составляет при рср = 400-1400 кг/м3 соответственно 840-435 литров. При этом показатели пористости, усадки и прочности при сжатии при равных условиях получения теплоизоляционного материала зависят от плотности материала.

Физико-химическими исследованиями установлено [2, 3], что при нагревании системы «пеношамот-силикат-натрия» в интервале температур 800-1200 °С под воздействием щелочи

часть кристаллического кварца шамота переходит в стеклофазу. При температурах выше 1250 °С идет кристаллизация кристобалита, что свидетельствует о частичном или полном улетучивании щелочи.

Однако, необходимо отметить достаточно высокие показатели огневой усадки (1,5-1%) пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала со средней плотностью 400600 кг/м3 (см. рис.). Это объясняется высоким содержанием пены в составе теплоизоляционного материала, которая усугубляется еще изменением вязкости вяжущего составляющего - водного раствора силиката натрия в процессе твердения материала.

Содержание клинкера, %

Рис.1. Зависимость усадки от содержания портландцементного клинкера в составе пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала

1, 2 - прочность на сжатие теплоизоляционного материала средней плотностью 400 кг/м3 соответственно после сушки 200 С и обжига при 1200 С;

3, 4 - прочность на сжатие теплоизоляционного материала средней плотностью 600 кг/м3 соответственно после сушки 200 С и обжига при 1200 С;

6, 7 - усадка теплоизоляционного материала после обжига при 1200 С соответственно со средней плотностью 400, 600 кг/м3.

Основываясь на результаты ранее проведенных исследований нами подтверждена возможность снижения огневой усадки пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала путем введения в его состав третьего компонента - молотого портландцементного клинкера (см. рис.).

В качестве безводного силиката натрия использовалась молотая силикат-глыба Г0СТ13079-81 с силикатным модулем 2,7-3. Силикат-глыба - это твердая масса охлажденного расплава, полученного плавлением смеси кварцевого песка с содой или сульфатом натрия при 1300 иС - 1400 иС. Химсостав используемой нами силикат-глыбы следующий, %: $>102 - 72; Ыа20 - 26,1; Л120з -1,5; ¥е203 - 0,3; остальное примеси - 1,5.

Мелкозернистой и тонкомолотой добавкой являлся огнеупорный шамот, химический состав которого Л1203 - 44.85; БЮ2 - 50.35; Ге203 - 2.45; ТЮ2 - 1.05; примеси - 1.5

Методами математического планирования эксперимента нами определены оптимальный состав шамот-силикат-натриевой композиции и гранулометрия заполнителя. Наилучшие свойства композиции получены для состава (% по массе): мелкий шамотный заполнитель (фракции 3-2,5мм - 50-25%; 1,25-0,63 мм - 50-30%; менее 0,14мм -30-20%) -80, тонкомолотый шамот - 16 и силикат-натрия - 4.

Для исследования вляния содержания молотого портландцементного клинкера на основные свойства пеношамот-силикат-натриевой композиции нами использовался портландцементный клинкер следующего минерального состава, % : С3£-50,35; С2$ - 32,61; С3Л - 15,42; С4ЛГ - 1,62. Химический состав клинкера, %: Б102 - 21,3; Л1203 - 6,91; Ге203 -

3,74; CaO - 65,44; MgO - 1,35; SO3 - 0,57; K2O+Na2Ü - 0,69.

В наших исследованиях использовался пенообразователь - ПО «Пеностром» ТУ №2481-001-22299560-99. Вода для затворения смесей удовлетворяла требованиям ГОСТ 23732-79.

На рисунке приведены результаты исследований влияния молотого портландцементного клинкера на усадку и прочность при сжатии пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала со средней плотностью 400-600 кг/м .

Откуда следует, что введение в состав разработанного теплоизоляционного материала 5-6% по массе молотого портландцементного клинкера не только исключает усадку, но и

о

повышает прочность при сжатии после обжига при высоких температурах (1200 С). Это объясняется тем [2, 3], что твердение разработанного теплоизоляционного материала обусловлено не только за счет геля кремниевой кислоты, но и наличием, как уже отмечалось, химического взаимодействия между компонентами теплоизоляционного материала с образованием новых соединений, обеспечивающих повышение прочности. Кроме того, с введением в состав теплоизоляционного материала со средней плотностью 400-600 кг/м3, портландцементного клинкера снижается содержание силикат-натриевого композиционного вяжущего, соответственно силиката натрия - легкоплавкого составляющего в смеси материала, что приводит к повышению огнеупорных свойств разработанного теплоизоляционного материала.

Оптимальные составы разработанного пеношамот- силикат- натриевого теплоизоляционного материала в зависимости от средней плотности приведены в табл. 1.

Оптимальные составы теплоизоляционного материала

безобжигового

пеношамотного

Таблица 1. жаростойкого

ь т с о н т о

л Пл

U

й

К

к л е

т н е

е ц

д

н а

л

т р

о По

Л К

р

е к н и л к

та к и л и с т о м а

н

0

е2

^ о 00

ж% я. вя .сс е са

о

вм

е, а

ив тра ват ас но с

0

¿о

2

1

н

о м

а ша

л е

ета

в

ог к

за р

б о о н

е Пе

ц

н о к

в ы л п с

а р

,а 3 д

а

д

р а

атт

у С

у р

оио В с бо е

и мр

сп

а н е еП

аи н к а Л Я С

ту

ое, ле ,С

о ° о0 р п 00 П е 2 и

ита

жа с

н ч о

р п

400 300 24 76 1.30 170 840 1.9

600 451 36 113 1.20 220 760 2.9

800 640 160 1.30 160 765 3.5

1000 800 200 1.10 160 630 4.6

1200 960 240 0.93 150 540 6.0

1400 1120 280 0.75 145 435 6.8

Исследованиями установлено, что твердение разработанного модифицированного жаростойкого теплоизоляционного материала обусловлено не только за счет геля кремневой кислоты, но и наличием химического взаимодействия водного раствора силиката натрия с минералами портландцементного клинкера и гидратом оксида кальция, выделяющегося в результате гидратации С2£; С3А в гидросиликаты и гидроалюминаты. Продуктами взаимодействия являются гидросиликаты кальция, гидроалюминаты, ферриты и гидрогранаты кальция, а при высоких эксплуатационных температурах высокотемпературные силикатные новообразования типа двухкальциевого силиката,

алюмината кальция, муллита и др.

Комплексные дилатометрические и теплофизические исследования, а также изучение других эксплуатационных свойств модифицированного безобжигового жаростойкого пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала позволили качественно оценить эффективность его производства и применения в качестве тепловой изоляции

о

различных тепловых агрегатов с рабочей температурой 1100-1300 С.

Сравнительные характеристики показателей свойств разработанного модифицированного безобжигового и традиционно-обжигового высокопористого пеношамотного теплоизоляционного материала приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные показатели свойств модифицированного безобжигового пеношамотного жаростойкого теплоизоляционного материала

п/п

1. 2

3.

4.

5.

6. 7.

Показатели свойств

Ед. изм.

Средняя плотность кг/м3

Температура применения С

Предел прочности при сжатии МПа Дополнительная усадка при %

о

1200 С

о о

Теплопроводность при 350 С Вт/

о

Температура начала С

деформации

о

Термостойкость от 800 С вод.т.с.

Обжиговые

высокопористые

пеношамотные

теплоизоляционные

изделия

400-800 1150-1200 0.9-2.5 0.5

0.15-0.52 1210

3-8

Безобжиговые жаростойкие пеношамот-силикат-натриевые теплоизоляционные изделия

400-800 1100-1300

1.9-3.5 0.13-0.025

0.14-0.51 1100-1300

5-12

Опытно-промышленное опробование технологии изготовления разработанного безобжигового жаростойкого пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала проведено в условиях действующего опытно-промышленного цеха по производству пенобетонных изделий ЗАО опытного научно-производственного предприятия поселка Новый Тюбе Кумторкалинского района Республики Дагестан, а изделия из них нашли применение в качестве футеровки металлических съемных крышек обжиговой кольцевой печи кирпичного цеха, что подтвердило справедливость результатов наших теоретических и экспериментальных исследований.

Библиографический список:

1. Горлов Ю. П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. - М.: Высш. шк., 1989. - 384 с.

2. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на силикат-натриевых композициях. - М.: Стройиздат, 1988.

3. Б.Д. Тотурбиев, Ш.М. Зайналов, З.А. Мантуров, А.Б. Тотурбиев Модифицированный безобжиговый пеношамотный жаростойкий теплоизоляционный материал. - Изв. высших учебных заведений. Северо-кавказский регион. Технические науки, 2006. Приложение 3.

Вестник ДГТУ. Технические науки. № 14, 2008. -I-

Z.A. Mantourov.

NON-ROASTING TECHNOLOGY OF THE FOAM CHAMOTTE HEAT RESISTANT AND THERMALLY INSULATING MATERIAL ON THE BASIS OF SODIUM SILICATE.

The paper presents the non-roasting technology of the foam chamotte heat resistant and thermally insulating material on the silicate and sodium compositions, which is just as strong as the traditional roasting high-porosited foam chamotte heat resistant materials by its main indexes.

Мантуров Загир Абдулнасирович

Область научных исследований: Теплоизоляционные и жаростойкие бетоны Автор более 100 научных публикаций