Огнеупорная бетонная смесь
Изобретение относится к огнеупорной бетонной смеси, которая может быть использована в черной металлургии для изготовления огнеупорной бетонной футеровки высокотемпературных тепловых агрегатов, преимущественно для футеровки продувочных фурм, погружаемых в жидкий чугун. Технический результат- повышение стойкости футеровки фурм для внепечной обработки жидкого чугуна за счет повышения прочности и термостойкости. Огнеупорная бетонная смесь, включающая шамотный заполнитель, высокоглиноземистый цемент, триполифосфат натрия, стальную сечку, воду, дополнительно содержит пылевидный кварц при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: высокоглиноземистый цемент 15-20, триполифосфат натрия 0,3-0,5, пылевидный кварц 1-5, стальная сечка 2-3, вода 6-8, шамотный заполнитель - остальное, в качестве шамотного заполнителя может быть использован шамот в виде двух фракций - 20-3 мм и 3-0 мм при массовом соотношении 30:70. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Реферат
Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для изготовления огнеупорной бетонной футеровки высокотемпературных тепловых агрегатов, преимущественно для футеровки продувочных фурм, погружаемых в жидкий чугун.
Огнеупорная футеровка фурмы должна отвечать повышенным требованиям по механической прочности и термостойкости, обладать низкой теплопроводностью.
Известна огнеупорная масса (А.С. №960141, кл.С 04 В 35/68, 1980) для футеровки фурм, погружаемых в жидкий металл, содержащая ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
Шамот | 35-45 |
Кокс металлургический | 25-35 |
Глина огнеупорная | 20-30 |
Ортофосфорная кислота | 5-10 |
Основным недостатком данной огнеупорной массы является низкая механическая прочность, что обуславливает недостаточный срок службы фурм и требует частичного восстановления футеровки после каждой продувки.
Известна также огнеупорная бетонная смесь, которая содержит, мас.%: тонкомолотый шлак от алюминотермической выплавки металлического хрома 5-20; ультрадисперсный кремнезем 2-10, поверхностно-активное вещество ПАВ 1-2 и огнеупорный заполнитель остальное (П. №2135433, кл. С 04 В 35/66, 1999). Из-за высокой теплопроводности огнеупорной футеровки в процессе продувки происходит прогрев металлоконструкции фурмы, что вызывает интенсивное растрескивание бетона и приводит к преждевременному выходу фурмы из строя.
Наиболее близким к заявленному изобретению составом является состав огнеупорной бетонной смеси (Технологическая инструкция ОАО "ММК" - ТИ-101-0-31-2002, стр.7). Данная бетонная смесь включает, мас.%:
Шамотный заполнитель | 73,1 |
Высокоглиноземистый цемент | 18,3 |
Триполифосфат натрия | 0,3 |
Стальная сечка | 1,8 |
Вода | 6,5 |
Недостатками прототипа являются низкие механическая прочность и термостойкость.
Технической задачей является повышение стойкости футеровки фурм за счет повышения прочности и термостойкости. Указанный технический результат достигается тем, что в состав огнеупорной бетонной смеси, включающей шамотный заполнитель, высокоглиноземистый цемент, триполифосфат натрия, стальную сечку, воду, дополнительно вводится пылевидный кварц при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Высокоглиноземистый цемент | 15-20 |
Триполифосфат натрия | 0,3-0,5 |
Пылевидный кварц | 1-5 |
Стальная сечка | 2-3 |
Вода | 6-8 |
Шамотный заполнитель | остальное |
В качестве заполнителя может быть использован шамот в виде двух фракций - 20-3 мм и 3-0 мм при массовом соотношении 30:70.
В качестве пылевидного кварца могут быть использованы продукты пылеулавливания при сушке кварцевого песка. Добавка пылевидного кварца способствует низкотемпературной муллитизации матрицы бетона, благодаря чему повышается механическая прочность бетона и в процессе службы не наблюдается его разупрочнение, которое характерно для традиционных огнеупорных бетонов на гидравлических вяжущих.
Процесс приготовления предлагаемой огнеупорной бетонной смеси заключается в смешивании до однородного состояния высокоглиноземистого цемента с триполифосфатом натрия, пылевидным кварцем, стальной сечкой, шамотным заполнителем и последующем увлажнении.
Авторами выполнены исследования свойств бетонной смеси, изготовленной из вышеперечисленных компонентов в различных соотношениях (составы №2-7, таблица 1) и бетонной смеси по прототипу (состав №1, таблица 1).
Лабораторные образцы были изготовлены методом заливки бетона в металлические разборные формы с последующим уплотнением на вибростенде. Образцы выдерживали в течение трех суток при температуре 20-25°С, а затем термообрабатывали при максимальной температуре 400°С по разработанному графику.
Для оценки качества бетона у образцов определяли следующие показатели:
- предел прочности при сжатии по ГОСТ 10180-90;
- термостойкость по ГОСТ 7875.0-98 - 7875.2-98;
- температуру начала размягчения по ГОСТ 4070-2000.
Чтобы обеспечить надежную работу фурмы и увеличить время ее эксплуатации, огнеупорный бетон для футеровки должен отвечать следующим требованиям:
- предел прочности при сжатии - более 30 Н/мм2;
- термостойкость - более 10 водяных теплосмен;
- температура начала размягчения - не ниже 1380°С.
Качественные показатели образцов представлены в таблице 2. Из данных таблицы 2 следует:
1. Образцы состава №1, в которых содержание компонентов соответствует прототипу, не достигают минимальных показателей по пределу прочности при сжатии и термостойкости.
2. При содержании пылевидного кварца в количестве менее 1% (состав №2) практически не наблюдается изменение свойств бетонных образцов по сравнению с прототипом.
3. Образцы составов №3-5, в которых соотношения компонентов находятся в предлагаемом диапазоне, характеризуются оптимальными показателями прочности, термостойкости и температуры начала размягчения.
4. Увеличение доли пылевидного кварца до 6% (состав №6) приводит к увеличению прочности и термостойкости, но при этом происходит резкое снижение температуры начала размягчения, что вызывает деформацию бетона в службе.
5. При снижении доли цемента до 10% (состав №7) не достигается минимальный показатель предела прочности при сжатии, происходит снижение прочности бетона.
В результате проведенных исследований установлено, что предлагаемая огнеупорная бетонная смесь, отличительным признаком которой является введение в ее состав пылевидного кварца в предлагаемом диапазоне, имеет лучшие результаты по комплексу наиболее важных для службы бетона свойств - пределу прочности при сжатии, термостойкости и температуре начала размягчения. Это обеспечивает получение технического результата - повышение стойкости футеровки фурм.
Важным преимуществом предлагаемой огнеупорной бетонной смеси является использование отходов производства взамен промышленно выпускаемых продуктов.
Таблица 1Составы бетонов | |||||||
№ состава | Массовая доля, % | ||||||
Шамот фракции 20-3 мм | Шамот фракции 3-0 мм | Пылевидный кварц | Цемент высоко глиноземистый | Стальная сечка | Триполифосфат натрия | Вода | |
1 | 20 | 52 | - | 18 | 2,0 | 0,3 | 7,7 |
2 | 20 | 49,4 | 0,5 | 20 | 2,0 | 0,3 | 8,0 |
3 | 20 | 49,8 | 1,0 | 19 | 2,0 | 0,3 | 7,9 |
4 | 20 | 48,5 | 2,5 | 19 | 2,0 | 0,3 | 7,7 |
5 | 20 | 50,5 | 5,0 | 15 | 2,0 | 0,3 | 7,2 |
6 | 20 | 47,7 | 6,0 | 15 | 2,0 | 0,3 | 7,8 |
7 | 20 | 55,2 | 5,0 | 10 | 2,0 | 0,3 | 7,5 |
Таблица 2Качественные показатели бетонов | ||||
№ состава | Предел прочности при сжатии, Н/мм2 | Термостойкость, водяные теплосмены | Температура начала размягчения под нагрузкой,°С | Соответствие требуемым техническим характеристикам |
1 | 27,5 | 7,0 | 1415 | Не соответствует |
2 | 27,9 | 8,5 | 1410 | Не соответствует |
3 | 30,4 | 12,5 | 1400 | Соответствует |
4 | 35,9 | 15,0 | 1400 | Соответствует |
5 | 47,5 | 14,5 | 1385 | Соответствует |
6 | 52,8 | 15,0 | 1320 | Не соответствует |
7 | 24,8 | 12,0 | 1380 | Не соответствует |
1. Огнеупорная бетонная смесь, включающая шамотный заполнитель, высокоглиноземистый цемент, триполифосфат натрия, стальную сечку, воду, отличающаяся тем, что смесь дополнительно содержит пылевидный кварц при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Высокоглиноземистый цемент | 15-20 |
Триполифосфат натрия | 0,3-0,5 |
Пылевидный кварц | 1-5 |
Стальная сечка | 2-3 |
Вода | 6-8 |
Шамотный заполнитель | Остальное |
2. Огнеупорная бетонная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве заполнителя используется шамот в виде двух фракций - 20-3 мм и 3-0 мм при массовом соотношении 30:70.