ТЕРМОИЗОЛЯЦИОННАЯ МАССА
THERMAL INSULATING MIXTURE

Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, в частности к термоизоляционным массам, предназначенным для теплоизоляции тепловых, печных агрегатов и энергетического оборудования с температурой изолируемой поверхности до 1150°С.
3
Известна сырьевая смесь для изготовления золокерамических теплоизоляционных изделий (RU №2057742, С04В 38/08; бюл. №17, 2000.06.20), которая включает огнеупорную глину 2-50 мас.% и легкую фракцию золы-уноса ТЭС 50-98 мас.%. Получаемый из данной сырьевой смеси материал характеризуется плотностью 0,5-0,75 г/см, прочностью при изгибе 0,5-4,0 МПа, теплопроводностью 0,17-0,24 Вт/(м·К).
Недостатками такой сырьевой смеси является высокая теплопроводность, плотность и ограниченная сфера применения.
Известна также термоизоляционная масса (RU №2081086, С04В 28/26; бюл. №33, 2001.11.27) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см<sup>3</sup>
30-32
Огнеупорная глина порошкообразная
50-55
Древесные опилки
18-20
Вода - до получения консистенции удобной для работы.
Теплопроводность термоизоляции 0,3 Вт/(м·К).
Недостатком такой термоизоляционной массы является высокая теплопроводность.
Наиболее близкой к заявляемой является термоизоляционная масса (RU №2312086, С04В 28/26, бюл. №34, 2007.12.10) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см<sup>3</sup>
23,0-28,0
кембрийская глина
8,0-12,0
гранулированный доменный шлак с М<sub>кр</sub>=2,0-2,8
49,0-60,0
тонкодисперсный нефелиновый шлам
3,0-8,0
осадок очистных сооружений станций
водоподготовки с влажностью 80%
2,0-7,0
Недостатком такой термоизоляционной массы является высокая теплопроводность.
Настоящее изобретение направлено на создание новой термоизоляционной массы с пониженной теплопроводностью при обеспечении прочности, достаточной для практического применения и одновременной утилизации промышленных отходов.
3
кр
Поставленная техническая задача достигается тем, что термоизоляционная масса, содержащая жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см, кембрийскую глину, гранулированный доменный шлак с М=2,0-2,8, дополнительно содержит стеклобой, череп, гранитные отсевы и доломит.
Указанные ингредиенты взяты в следующих соотношениях, мас.%:
жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см<sup>3</sup>
30,5-37,0
гранулированный доменный шлак с М<sub>кр</sub>=2,0-2,8
45,0-48,0
кембрийская глина
12,7-15,0
стеклобой
0,7-0,9
череп
1,0-1,2
гранитные отсевы
1,8-2,2
доломит
1,8-2,2
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемая смесь неизвестна и данное техническое решение обладает новизной.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат.
2
3
2
В качестве связующего выбрано жидкое стекло NaSiO*nНО (ГОСТ 13078-81, ТУ 113-08-00206457-28-93), изготавливаемое из растворимого силиката натрия.
2
В качестве заполнителя и отвердителя используется техногенный продукт металлургической промышленности: гранулированный доменный шлак, т.к. он представлен в основном 2CaO·SiO и содержат примеси ионов тяжелых металлов, таких как ионы железа, марганца, хрома, вызывающих коагуляцию золя, что способствует ускорению твердения термоизоляционной смеси.
При выплавке чугуна и стали образуется около тонны гранулированного доменного шлака на каждую тонну металла. При быстром охлаждении (грануляции) в шлаке присутствует стекло, содержание которого достигает 80% по массе и более. В кристаллической составляющей присутствует геленит, монтичеллит, шпинель и другие силикаты, алюминаты и алюмосиликаты Са и Mg. Так, например, череповецкий гранулированный доменный шлак обладает аморфной структурой, содержит
2
2CaO·SiO и небольшое количество соединений железа и марганца. Химический состав Череповецкого шлака представлен в табл.1.
Таблица 1
Химический состав череповецкого шлака, мас.%
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Fе<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MnO
MgO
41,92
6,6
0,33
44,8
0,9
2,38
3
Кембрийская глина - легкоплавкая, полукислая, низкодисперсная, с низким содержанием крупнозернистых включений, насыпная плотность 1450 кг/м, интервал спекания 50-100°С. Данные химического анализа глины представлены в таблице 2.
Таблица 2
Химический состав кембрийской глины, мас.%
SiO<sub>2</sub>
ТiO<sub>2</sub> +·Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fе<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
CaO
MgO
К<sub>2</sub>О
SO<sub>3</sub>
П.п.п.
62,83
17,29
6,64
1,24
2,73
4,5
0,54
4,26
2
2
3
2
Гранитные отсевы представлены в основном на 40-60% полевыми шпатами (ортоклазом), а также слюдой и роговой обманкой на 5-20% и кварцем 20-40%. Санидин и адуляр - общее название ортоклаз - моноклинные кристаллические модификации калиевого полевого шпата (KO·АlO·6SiO). В качестве слюд может быть мусковит, флагопит, биотит.
3
2
3
3
3
3
Доломит - CaMg(СО) - минерал группы карбонатов, по химическому составу двойной карбонат кальция и магния: СаСО·MgСО, содержит примеси глины, известняка. При температуре 600-700°С происходит диссоциация MgСО, при 830-900°С происходит диссоциация СаСО. Череп представляет собой бой обожженных керамических изделий и состоит в основном из силикатов кальция и магния и кварца.
2
2
Стеклобой представляет собой сплав смеси различных силикатов (NaO·CaO·6SiO).
Оптимальное содержание жидкого стекла в термоизоляционной массе - 30,5-37,0%. При выходе за пределы оптимального содержания понижается прочность при сжатии термоизоляционной массы.
кр
Содержание гранулированного шлака с М=2,0-2,8 менее 45% увеличивает коэффициент теплопроводности термоизоляционной массы, а увеличение его более 48% влечет за собой повышенный расход жидкого стекла в составе смеси, что снижает огнеупорность композиции, а следовательно, и температуру применения термоизоляционной массы.
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый состав термоизоляционной массы явным образом не следует из уровня техники, и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достичь указанного технического результата, т.е. изобретение соответствует критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".
Пример конкретного выполнения.
Изготовление термоизоляционной массы.
1. Дозируют и подвергают помолу в шаровой мельнице до остатка на сите 0,08 не более 1% кембрийскую глину, стеклобой, череп, гранитные отсевы, доломит.
3
кр
2. Дозируют жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см и гранулированный доменный шлак с М=2,0-2,8.
3. Приготавливают термоизоляционную массу, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 3-5 минут.
4. Жаростойкая термоизоляционная масса используется для изготовления изделий требуемой формы и образцов для проведения физико-механических испытаний методом литья или набивки.
5. Твердение термоизоляционной массы осуществляется в течение 1 часа в нормальных условиях.
6. Затвердевшие образцы вынимают из форм и сушат при температуре 100-110°С.
7. Высушенные образцы готовы к эксплуатации. После обжига при плюс 1100°С, образцы термоизоляционной массы испытывались на теплопроводность.
Для определения коэффициента теплопроводности по ГОСТ 7076-99 изготовлялись плитки размером 100 мм *100 мм и высотой 20 мм. Состав и свойства термоизоляционной массы представлены в таблице 3.
Анализ данных таблицы 3 показывает, что предлагаемый состав обеспечивает получение термоизоляционной массы, у которой коэффициент теплопроводности снижается до 0,11-0,12 Вт/(м·К), и следовательно, расширяется диапазон применения. При получении термоизоляционной массы заявляемого состава используются побочные продукты металлургического производства и керамической промышленности, что благоприятно сказывается на экологической обстановке, а также снижает себестоимость продукции.
Термоизоляционная масса, характеризуемая физико-механическими характеристиками, указанными в таблице 3, может быть использована для изготовления теплоизоляционных изделий с температурой применения до плюс 1150°С, к которым предъявляют повышенные требования по теплозащитным свойствам.
Анализируя данные таблицы 3, можно сделать вывод, что термоизоляционная масса характеризуется снижением теплопроводности на 30% по сравнению с прототипом (λ=0,11-0,12 Вт/(м·К)), что улучшает теплозащитные свойства массы и достигается попутный эффект утилизации отходов.