ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЕ МУЛЛИТОКРЕМНЕЗЕМИСТОЕ СТЕКЛОВОЛОКНИСТОЕ ИЗДЕЛИЕ

Полезная модель относится к огнеупорной промышленности, а именно, к производству теплоизоляционных муллитокремнеземистых стекловолокнистых изделий, применяемых в футеровках тепловых агрегатов в различных отраслях промышленности.
2
3
3
Известно теплоизоляционное муллитокремнеземистое стекловолокнистое изделие, включающее рабочую, противолежащую ей нерабочую, и боковую поверхности. Известное изделие безобжиговое и изготовлено из муллитокремнеземистого стекловолокнистого материала и глинистой связки и имеет следующие показатели: массовая доля АlO, %, не менее 50; кажущаяся плотность, не более 340 кг/м, теплопроводность при 600±25°С, не более 0,23 Вт/(м·К) (Материалы и изделия теплоизоляционные муллитокремнеземистые стекловолокнистые -по ГОСТ 23619-79, марка МКРП-340 / Огнеупорные изделия, материалы и сырье: Справочник. М.: Металлургия, 1991. С.128-129).
Известное изделие предназначено для эксплуатации при температурах не выше 1150°С и может быть использовано в рабочем слое футеровки, не подвергающемся действию расплавов, агрессивных газовых сред, истирающих усилий, механических ударов и газовых потоков со скоростью более 10 м/с.
Одной из причин указанного ограничения условий эксплуатации является низкая механическая прочность изделия (ГОСТом не регламентируется). Это обусловлено отсутствием в структуре безобжигового изделия керамической связки.
Наиболее близким к предлагаемой модели является обожженное теплоизоляционное муллитокремнеземистое стекловолокнистое изделие,
2
3
3
2
включающее рабочую, противолежащую ей нерабочую, и боковую поверхности. Известное изделие изготовляют в форме плиты из муллитокремнеземистого стекловолокнистого материала и глинистой связки и обжигают при температуре 1050°С. Изделие содержит АlО, не менее 43%, его кажущаяся плотность составляет от 325 до 400 кг/м, предел прочности при сжатии, не менее 0,35 Н/мм, теплопроводность при 500°С, не более 0,18Вт/(м·К) (Плиты на основе муллитокремнеземистой ваты и глиняной связки. Временные технические условия ВТУ-003-СТС-01/Министерство строительства РФ, ЗАО Союзтеплострой, Москва, 2001. С.1-3).
Известное изделие предназначено для применения в качестве рабочего слоя футеровок газовых, электрических, термических печей с температурой службы до 1200°С и скоростью движения газового потока до 40 м/с. Недостатком известного теплоизоляционного изделия является низкая механическая прочность, не позволяющая длительно эксплуатировать его в более жестких условиях службы, в частности, при скоростях движения газов более 40 м/с и температуре выше 1200°С. При длительной службе при температуре выше температуры расстекловывания (кристаллизации) муллитокремнеземистого стекла (1150°С) стекловолокнистая структура изделия охрупчивается из-за образования муллита, происходящего с увеличением объема до 6%, и изделие теряет свою прочность; вследствие этого, происходит интенсивный износ рабочей поверхности изделия, особенно при наличии газовых потоков, движущихся со скоростью более 40 м/с. Кроме того, из-за усадки пористого изделия при эксплуатации происходит раскрытие швов между изделиями в футеровке, что увеличивает тепловые потери через футеровку.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения срока службы теплоизоляционного муллитокремнеземистого стекловолокнистого изделия путем снижения износа его рабочей поверхности при скоростях движения газового потока более 40 м/с и температуре его длительного применения до
1250°С, а также уменьшения тепловых потерь через футеровку, выполненную из этих изделий.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании полезной модели, заключается в повышении механической прочности рабочей поверхности изделия при температуре эксплуатации и снижении ее усадки.
Указанный технический результат достигается тем, что у теплоизоляционного муллитокремнеземистого стекловолокнистого изделия, включающего рабочую, противолежащую ей нерабочую, и боковую поверхности, согласно полезной модели, со стороны рабочей поверхности изделия выполнен слой, пропитанный водным раствором алюмохромфосфатного связующего (АХФС), толщина которого составляет от 0,025 до 0,05 расстояния между рабочей и нерабочей поверхностями.
Выполнение со стороны рабочей поверхности изделия слоя, пропитанного водным раствором АХФС, обеспечивает упрочнение и уплотнение указанной поверхности, повышает ее износостойкость, что позволяет использовать изделие в более жестких условиях эксплуатации, в частности, при скоростях газового потока более 40 м/с.
Вместе с тем, пропитка рабочей поверхности изделия водным раствором АХФС препятствует расстекловыванию муллитокремнеземистого стекловолокнистого материала при температурах эксплуатации. Фосфаты хрома, присутствующие в АХФС, частично связывают оксид алюминия стекловолокнистого материала, уменьшая тем самым количество кристаллизующегося муллита. Высвобождающийся при этом оксид хрома замедляет скорость кристаллизации муллита и заметного разрыхления рабочей поверхности изделия не происходит. Это позволяет повысить температуру длительного применения заявляемого изделия до 1250°С.
Кроме того, уплотнение рабочей поверхности обеспечивает снижение ее усадки при температурах эксплуатации, что уменьшает просос
теплоносителя через изделие и уменьшает тепловые потери через швы между изделиями футеровки.
Выполнение пропитанного слоя толщиной, составляющей более 0,05 расстояния между рабочей и нерабочей поверхностями, повысит теплопроводность изделия и увеличит тепловые потери через изделие. Слой толщиной менее 0,025 указанного расстояния не эффективен, что отрицательно скажется на сроке службы изделия.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фигуре 1 изображено теплоизоляционное муллитокремнеземистое стекловолокнистое изделие в аксонометрической проекции.
1
Теплоизоляционное изделие содержит рабочую поверхность 1, контактирующую с печным пространством, противолежащую ей нерабочую поверхность 2, и боковую поверхность 3. Со стороны рабочей поверхности 1 выполнен слой 4, пропитанный водным раствором АХФС. Толщина слоя 4-B, составляет от 0,025 до 0,05В - расстояния между рабочей и нерабочей поверхностями.
При укладке футеровки изделие располагают таким образом, что пропитанный слой 4 обращен в печное пространство. Изделие крепят к кожуху с помощью металлической арматуры (на чертеже не показана).
Изготовленную из предлагаемых изделий футеровку высушивают и разогревают до рабочей температуры. В процессе работы теплового агрегата рабочая поверхность 1 со слоем 4 омывается потоком газового теплоносителя. Слой 4 противостоит истирающему воздействию потока теплоносителя при температуре до 1250°С, сохраняя свою прочность и плотность в течение всего периода эксплуатации и увеличивая срок службы теплоизоляционного изделия.
Пример выполнения
Предлагаемое теплоизоляционное изделие изготовляли в форме плиты размерами 500×100×250 мм из муллитокремнеземистого стекловолокнистого материала и глинистого связующего путем формования с вакуумированием
3
гидромассы, последующей сушки и обжига при 1050°С. Обожженное изделие рабочей поверхностью помещали в емкость, наполненную водным раствором АХФС плотностью 1,4 г/см. Толщина пропитанного слоя после 5-10 минутной выдержки в растворе АХФС равнялась 10 мм, что составляет 0,04 В. По завершении пропитки изделие выдерживается в течение 30 мин на воздухе и укладывается в футеровку или высушивается при 120-150°С в течение 8-12 ч для предотвращения слипания изделий при упаковке и транспортировке.
Сравнительные показатели свойств предлагаемого и известного теплоизоляционных муллитокремнеземистых стекловолокнистых изделий приведены в таблице. Из таблицы видно, что теплоизоляционное изделие по полезной модели имеет более износостойкую рабочую поверхность, так кажущаяся плотность пропитанного слоя почти в 3 раза выше, чем у известного изделия, а предел прочности при сжатии после обжига при 1250°С - более чем в 3 раза. Вместе с тем, кажущаяся плотность заявляемого изделия незначительно отличается от того же показателя известного изделия. Несмотря на наличие плотного и более теплопроводного слоя, теплопроводность при 25°С предлагаемого изделия изменилась незначительно. Величина же дополнительной усадки при 1250°С у пропитанного слоя более чем в 3 раза меньше, чем у известного изделия. Это обеспечивает снижение теплопотерь через швы футеровки.
Использование предлагаемой полезной модели позволит повысить срок службы изделия при скоростях газового потока более 40 м/с и увеличить температуру длительного применения до 1250°С.
Кроме того, создание прочного, плотного и износостойкого слоя непосредственно на рабочей поверхности теплоизоляционного изделия дает возможность конструктивного упрощения футеровок за счет отказа от многослойных конструкций со сложным креплением к кожуху.
ТаблицаСвойства теплоизоляционных муллитокремнеземистых стекловолокнистых изделий
Свойства
Показатели свойств
Изделие по полезной модели
Известноеизделие
Непропитанный слой
Пропитанный слой
1. Кажущаяся плотность, кг/м<sup>3</sup>
390<sup>*</sup>
900
330
2. Предел прочности при сжатии, Н/мм<sup>2</sup>, после сушки.
0.35
0.40
0,35
3. Предел прочности при сжатии, Н/мм<sup>2</sup>, после обжига при 1250°С (2ч)
0.35 (Н50°С)<sup>**</sup>
1,07
0,30
4. Дополнительная усадка при 1250°С, %
0.80(1150°С)
0,46
1,64
5. Теплопроводность при 25°С, Вт/(м·К)
0,054<sup>*</sup>
0,17
0,04
<sup>*</sup>Кажущаяся плотность и теплопроводность изделия по полезной модели<sup>**</sup> Максимальная рабочая температура непропитанного слоя