СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОВЕСНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ
METHOD TO MANUFACTURE LIGHT-WEIGHT HEAT INSULATION ITEMS FOR LINING OF THERMAL AGGREGATES

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении легковесных алюмосиликатных изделий нормальных размеров и простых фасонов, предназначенных для футеровки тепловых агрегатов в зонах с температурой до 1250°С, не подвергающихся действию расплавов, истирающих усилий и механических ударов.
3
Для этих целей известен способ изготовления легковесных изделий (Сборник технологических инструкций. Министерство черной металлургии СССР, СОЮЗОГНЕУПОР, Сухоложское огнеупорное производство Богдановического огнеупорного завода, г.Сухой Лог, 1985 г., стр.49-62) [1]. Известный способ включает смешивание компонентов шихты, а именно: глины - в качестве связующего, шамота - в качестве отощающей добавки, опила - в качестве выгорающей добавки. При этом при изготовлении изделий с кажущейся плотностью 1,3 г/см в качестве связующего используют глину Троицко-Байновского месторождения в количестве 37 масс.%, в отощающую часть шихты вводят привозной шамотный лом и шамотный бой от брака изделий в количестве 17 масс.%, опил вводят в шихту в количестве 46 масс.% (стр.49-56 [1]).
3
3
3
2
При изготовлении изделий с кажущейся плотностью 1,0 г/см в качестве связующего используют смесь глин: Троицко-Байновскую ТБ-4 и каолин Невьянского, Положского, Глуховецкого и Кыштымского месторождений в соотношении 5:1 или 4:1, в зависимости от пластичности глин ТБ-4. Компоненты шихты используют в количестве масс.%: смесь глин - 36, шамот - 3, опил - 61 (стр.57-62 [1]). Согласно известному способу подготовленную шихту увлажняют водой в течение всего цикла смешивания, изделия формуют путем прессования бруса, который разрезают на заготовки, допрессовывают, изделия с кажущейся плотностью 1,0 г/см и 1,3 г/см сушат при температуре от 170±5°С и обжигают при температуре 1350°С. Получают изделия марок ШЛ-0,4, ШТЛ-0,6, ШЛ-0,9, ШЛ-1,0, ШЛ-1,3 ШЛА-1,3, предел прочности при сжатии которых находится в пределах от 1 до 4,5 Н/мм, теплопроводность при средней температуре 350±25 находится в пределах 0,2-0,6 Вт/(м*К), при средней температуре 650±50 - в пределах 0,25-0,7 Вт/(м*К).
Задача настоящего изобретения заключатся в получении легковесных изделий для футеровки тепловых агрегатов, обладающих повышенной прочностью при сохранении низкой плотности и теплопроводности, и решается тем, что изделия изготавливают из шихты состава, масс.%:
Боксит марки MiD D фракции
3-7 мм
Шамот кусковой глины Аркалыкского месторождения
фракции
1-3 мм
Кварцит фракции 3-5 мм
4,9
Волокно марки Рувол-М
4,9
Алюмосиликатные микросферы
20,0-59,0
Шамот кусковой глины Аркалыкского месторождения
фракции 55 мкм
11,8
Белый корунд фракции 0-0,063 мм
12,7
Шлак феррохромовый
7,0
Добавка Термопласт Т-3
3,0,
3
количество боксита марки MiD D фракции 3-7 мм и шамота кусковой глины Аркалыкского месторождения фракции 1-3 мм составляет 1,0-40 масс.% при массовом соотношении этих компонентов 1:1, причем общее количество боксита, шамота фракции 1-3 мм и алюмосиликатных микросфер составляет 60 масс.%, при подготовке шихты вначале смешивают боксит, шамот фракции 1-3 мм, кварцит, волокно марки Рувол-М, перемешивают, увлажняют и вводят добавку Термопласт Т-3, в полученную смесь загружают алюмосиликатные микросферы, шамот кусковой глины Аркалыкского месторождения фракции 55 мкм, белый корунд, шлак феррохромовый, перемешивают, полученную массу увлажняют жидким стеклом плотностью 1,35 г/см, перемешивают и формуют из нее изделия, которые после сушки обжигают поднимая температуру до 500°С по 80-100°С/час, от 500 до 1070°С по 150-200°С/час, выдерживают при 1070°С в течение 6 часов, затем охлаждают до 200°С без подачи воздуха при отключенной печи.
Увеличение прочности при высокой термостойкости изделий в заявленном способе достигается за счет использования жидкого стекла в качестве связующего, которое при обжиге образует плавни, а также применения добавки Термопласт Т-3, обладающей высокоразвитой удельной поверхностью, что способствует, во-первых, лучшей упаковке шихты, а во-вторых, повышению пластичности массы и, следовательно, снижению водоцементного соотношения. Кроме того, известно, что в области высокой кривизны пор возникают высокие внутренние напряжения, что отрицательно сказывается на прочности изделия. Замена выжигаемой добавки полыми алюмосиликатными микросферами ведет к равномерному распределению кривизны пор по всему объему изделия, что препятствует возникновению областей высоких внутренних напряжений. При этом использование алюмосиликатных микросфер в качестве легковесного заполнителя обеспечивает сохранение низкой плотности и теплопроводности изделий. Зерна крупных фракций боксита и шамота указанных марок, а также алюмосиликатные волокна марки Рувол-М препятствуют развитию трещин, что ведет к увеличению термостойкости изделий.
Тонкомолотый белый корунд, состоящий более чем на 90% из оксида алюминия, обладает температурой плавления, существенно превышающей температуру обжига и службы изделий. Добавление его в шихту служит повышению огнеупорности изделий и снижает их линейную усадку. Кварцит в ходе обжига претерпевает полиморфные превращения, в результате которых расширяется, что позволяет компенсировать линейную усадку других компонентов шихты. Соотношение компонентов шихты выбирается, исходя из заданной конечной плотности получаемых изделий, учитывая, что увеличение массовой доли алюмосиликатных микросфер соответствует уменьшению плотности. Порядок подготовки шихты обусловлен следующими факторами. Вначале смешивают компоненты шихты фракции не менее 1 мм с алюмосиликатным волокном, что позволяет добиться равномерного распределения волокна по объему. Введение добавки Термопласт Т-3, сопровождаемое смачиванием смеси, производят после перемешивания волокна и крупных зерен, т.к. увлажненное волокно смешиванию практически не поддается, и до введения тонкофракционных компонентов шихты. Последнее обусловлено необходимостью добиться обволакивания добавкой крупных зерен, что обеспечивает их последующее хорошее взаимодействие с зернами тонких фракций и наилучшую упаковку шихты. Алюмосиликатные микросферы, шамот фракции 0,055 мм, белый корунд, жидкое стекло и феррохромовый шлак по указанным причинам вводятся в шихту в последнюю очередь. Полученные из подготовленной таким образом шихты заявленного состава изделия подвергают обжигу. При подъеме температуры до 500°С по 80-100°С/час происходит выгорание добавки Термопласт Т-3 и взаимодействие легкоплавких соединений связки с компонентами шихты. Дальнейший подъем температуры от 500 до 1070°С по 150-200°С/час с выдержкой при 1070°С в течение 6 часов обеспечивает спекание тонкофракционных компонентов шихты с крупнофракционными компонентами.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении прочности легковесных теплоизоляционных изделий для футеровки тепловых агрегатов при сохранении низкой плотности и теплопроводности.
Пример. Для подготовки шихты использовали следующие материалы:
- Боксит марки MID D фракции 3…7 мм, свойства которого приведены в таблице 1;
- Шамот кусковой глины Аркалыкского месторождения с фракцией 0-70 мм марки ШКАР-45 согласно СТП 101-157-94. Свойства приведены в таблице 2;
- Кварцит фракции 0-6 мм марки ППК-98, отвечающий по химическому составу требованиям ТУ 1511-027-59284560-2004;
2
3
- Волокно рубленное марки Cerafiber™ (Bulk), марки Рувол-М муллитокремнеземистое термообработанное согласно требованиям СТО -05802307-1-001-2001, массовая доля AlO, %, не менее 50, изменение массовой доли при прокаливании, %, не более 0,6;
- Алюмосиликатные микросферы марки МС-500 по ТУ 5712-001-49558624 -2003;
- Электроплавленый белый корунд, дробленый в соответствии с ТИ 202-0-24-2008. Возможно использование корунда, соответствующего показателям таблицы 3;
- Шлак саморассыпающийся феррохромовый, отвечающий требованиям ТУ 14-5-295-99, ТУ 14-11-325-97.
Химический состав шлака:
СаО 48-52,3%
2
SiO 19,5-30,0%
2
3
AlO4,0-6,7%
MgO 7,5-12,0%
2
3
CrO 3,0-12,5%
FeO 0,1-3,3%
2
2
2
3
2
3
Фазовый состав: 65% γ - 2CaO·SiO; 5% β - 2CaO·SiO; 20-25% шпинели MgO·AlO, FeO(Al, Cr)О;
- Стекло натриевое жидкое, отвечающее требованиям ГОСТ 13078-81;
- Добавка Термопласт Т-3 ТУ 5746-048-58042865-2010.
Для подготовки шихты использовали воду для бетонов и растворов, соответствующую требованиям ГОСТ 23732.
3
3
Компоненты шихты засыпают в смеситель интенсивного перемешивания, например, ИП-0,2/125, характеризующийся наибольшим объемом засыпаемой смеси в 200 дм. Массу готовят в смесителе порциями по 100 кг. Для приготовления 100 кг бетона АТБ-1,3 в начале в смеситель загружают боксит в количестве 14,3 кг, шамот фракции 1-3 в количестве 14,3 кг, кварцит в количестве 3,6 кг, волокно Рувол-М в количестве 3,6 кг и перемешивают в течение 1 минуты, добавляют 4 литра воды и добавку Т-3 в количестве 2,75 кг, перемешивают в течение 1 минуты и, не отключая смесителя, через загрузочный люк загружают алюмосиликатные микросферы в количестве 14,3 кг, шамот фракции 0,055 мм в количестве 8,6 кг, белый корунд в количестве 9,3 кг, феррохромовый шлак в количестве 5 кг и перемешивают в течение 2 минут после загрузки последнего компонента. Далее массу увлажняют 15 литрами жидкого стекла, разведенного до плотности 1,35 г/см и окончательно перемешивают в течение 1 минуты. Подготовку шихты для изготовления бетона марок АТБ-0,7, АТБ-0,9, АТБ-1,1 осуществляют аналогичным образом, выбирая соотношение компонентов шихты, исходя из заданной конечной плотности бетона получаемых марок.
Готовую массу загружают в металлические или деревянные формы. Вначале заполняют половину формы и включают вибростол, например, электромагнитный с упругим возвратным элементом. Амплитуда колебаний стола 2,5 мм. Формование осуществляют при 45 у.е. в течение 1 минуты, после чего вибростол выключают. Форму полностью заполняют массой и сразу же включают вибростол. Формование осуществляют при 40 у.е. в течение 1 минуты, после чего формование продолжают при 25 у.е. в течение 1 минуты. Поверхность отформованного изделия выравнивают шпателем.
После формовки форму с изделием выстаивают в течение 24 часов при температуре в интервале от +25°С до +35°С под полиэтиленовой пленкой. Через 24 часа формы с изделиями разбирают, изделия выставляют на воздушную подсушку на 48 часов под полиэтиленовой пленкой на деревянные поддоны, покрытые гофрокартоном, при температуре в интервале от +25°С до +35°С.
После воздушной подсушки изделия помещают в сушила периодического действия и сушат при температуре от 20°С до 120°С при подъеме температуры от 20°С до 50°С в течение 24 часов, от 50°С до 120°С в течение 24 часов. При этом температура теплоносителя на выходе из сушил в пределах 50…70°С, выдержка при максимальной температуре в течение 24 часов. Сушку изделий можно осуществлять по специальному режиму: подъем температуры от 20°С до 120°С в течение 24 часов и выдержка при максимальной температуре в течение 24 часов.
После проведения сушки изделия подвергают термообработке в периодических печах с выдвижным подом. Изделия высаживают в «муфель» из шамотных изделий, высотой 1,2 м по периметру подины печи. Отступ от края подины 25 см. Подъем температуры в период термообработки: до 500°С по 80-100°С/час; от 500 до 1070°С по 150-200°С/час; выдержка при 1070°С - 6 часов; отключение печи; охлаждение до 200°С, без подачи воздуха; открытие печи. Физико-химические показатели теплоизоляционных бетонных изделий марки АТБ-0,7, АТБ-0,9, АТБ-1,1, АТБ-1,3, полученных заявленным способом, приведены в таблице 4, из которой видно, что при одинаковых значениях плотности и теплопроводности изделия этих марок имеют в два раза большую прочность, чем изделия марок ШЛ-0,4, ШТЛ-0,6, ШЛ-0,9, ШЛ-1,0, ШЛ-1,3, ШЛА-1,3, полученных известным способом.
Таблица 1
Способ изготовления легковесных теплоизоляционных изделий для футеровки тепловых агрегатов
Показатели
Норма
Массовая доля, %
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, не менее
84
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, не более
2,0
SiO<sub>2</sub>, не более
7,0
TiO<sub>2</sub>, не более
4,0
CaO+MgO, не более
0,5
R<sub>2</sub>O, не более
0,30
Изм. массы при прокаливании %, не более
0,35
Массовая доля влаги, %
1,0
Кажущаяся плотность боксита, г/см<sup>3</sup>, не менее
3,1
Зерновой состав:
Фракция 3…7 мм
Остаток на сетке №8
Не допускается
Остаток на сетке №6,3, проход через сетку №
8,0, %, в пределах -
0…15
Остаток на сетке №5,0, проход через сетку №
6,3, %, в пределах -
25…40
Остаток на сетке №4,0, проход через сетку №
5,0, %, в пределах -
20…30
Остаток на сетке №3,2, проход через сетку №
4,0, %, в пределах -
15…25
Проход через сетку №3,2, %,
в пределах
0…15
Таблица 2
Наименование показателей
Показатели
Химический состав, массовая доля, %:
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, не менее
45,0
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, не более
2,5
Массовая доля влаги, %, не более
5,0
Водопоглощение, %, не более
6,0
Огнеупорность, °С, не менее
1750
Предельный размер куска, мм, не болееСодержание зерен меньше 0,5 мм, %, не более
7025
Таблица 3
Способ изготовления легковесных теплоизоляционных изделий для футеровки тепловых агрегатов
Показатели
Норма для корунда
Белый
Массовая доля, %
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, не менее
96,0
SiO<sub>2</sub>, не более
0,5
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, не более
0,2
MgO, не более
1,0
TiO<sub>2</sub>, не более
-
Зерновой состав, %
Фракция 0…1,0 мм, в т.ч.
Остаток на сетке №1,0, в пределах
0…10
Остаток на сетке №05, в пределах
35…45
Остаток на сетке №02, в пределах
30…40
Остаток на сетке №01, в пределах
10…20
Проход через сетку №01, в пределах
5…15
Массовая доля влаги, %, не более
0,4
Таблица 4
Способ изготовления легковесных теплоизоляционных изделий для футеровки тепловых агрегатов
Наименование показателя
Норма для изделий марок
АТБ - 0,7
АТБ - 0,9
АТБ - 1,1
АТБ - 1,3
ШЛ - 0,4
ШТЛ - 0,6
ШЛ - 0,9
ШЛ - 1,0
ШЛ - 1,3
ШЛА - 1,3
Массовая доля Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, % не менее
35
35
35
35
36
Кажущаяся плотность, г/см<sup>3</sup>, не более
0,7
0,9
1,1
1,3
0,4
0,6
0,9
1
1,3
1,3
Предел прочности при сжатии, Н/мм<sup>2</sup>, не
менее:
после сушки при 125°С
2,5
3,5
5
5,5
после термообработки
4
6
8
10
1
2,5
2,5
3
3,5
4,5
при температуре, °С
1100
1250
1250
1300
Дополнительная усадка при температуре в °С
1100
1200
1250
1300
1150
1150
1270
1300
1300
1400
в %, не более
1
1
1
1
1
0,7
1
1
1
1
Теплопроводность, Вт/(м*К), не более, при
средней температуре, °С
350+-25
0,25
0,4
0,5
0,6
0,2
0,25
0,4
0,5
0,6
0,6
650+-50
0,3
0,5
0,6
0,7
0,25
0,3
0,5
0,6
0,7
0,7