Способ изготовления жаростойкой бетонной смеси и способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси

Способ изготовления жаростойкой бетонной смеси и способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси

Реферат

Изобретение относится к способам производства изделий из жаростойкой бетонной смеси и может быть использовано для футеровки промышленных тепловых агрегатов, работающих при температуре до 1300°С и, в частности, для футеровки вагонеток обжига кирпича.

Известен способ изготовления жаростойкой бетонной смеси, включающий перемешивание шамотного заполнителя, тонкомолотой добавки (шамот и обожженный гидратированный глиноземистый цемент), феррохромового шлака и жидкого стекла, и способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси, включающий ее твердение (см. описание к а.с. №590291 от 13.10.76).

Наиболее близкий к заявляемому объекту по технической сущности и выбранный заявителем в качестве прототипа является способ изготовления огнеупорных материалов по бетонной технологии для футеровки вагонеток обжига кирпича и других тепловых агрегатов, включающий смешение шамотного заполнителя двух фракций (менее 8 мм и менее 3 мм), самораспадающегося феррохромового шлака, жидкого стекла (плотностью 1,39-1,41 г/см³) и пены на основе синтетического пенообразователя или гидролизаторов в протеина (см. описание к патенту №2145311 от 07.07.98, МКИ С 04 В 19/04).

Недостатками этого способа являются невысокая механическая прочность элементов футеровки тепловых агрегатов в интервале температур 20-1300°С (до 20 МПа), повышенная пористость и относительно невысокая термостойкость бетона (30-40 водных теплосмен).

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик элементов футеровки тепловых агрегатов за счет повышения прочности бетона и его термостойкости.

Это достигается тем, что в известном способе изготовления жаростойкой бетонной смеси, включающем смешение шамотного заполнителя и самораспадающегося феррохромового шлака, согласно изобретению в качестве шамотного заполнителя используют шамот фракции 5-10 мм и менее 5 мм, а после указанного смешения в полученную сухую смесь вводят едкий натр в виде водного раствора при следующем соотношении компонентов, мас.%:

шамот фракции 5-10 мм	30-32
шамот фракции менее 5 мм	30-32
самораспадающийся феррохромовый шлак	22-26
едкий натр твердый	2-4
вода	10-13

Предлагается способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси, содержащей самораспадающийся феррохромовый шлак и шамотный заполнитель, включающий ее твердение, в котором согласно изобретению изготовление указанной бетонной смеси осуществляют, как указано выше, уплотняют ее, а твердение осуществляют при тепловой обработке по следующему режиму:

подъем температуры до 60-70°С в течение	2,0-2,5 часа;
выдержка при 60-70°С в течение	14 часов;
подъем температуры до 90-95°С в течение	1,5-2,0 часа;
выдержка при 90-95°С в течение	5 часов;
подъем температуры до 110-120°С в течение	2,0-2,5 часа;
выдержка при 110-120°С в течение	10 часов;
снижение температуры до 50-70°С в течение	3-4 часа.

Введение в состав бетонной смеси водного раствора едкого натра обеспечивает образование в системе: алюмосиликат (шамот) - силикат кальция (самораспадающийся феррохромовый шлак) - едкий натр - вода, натриевых гидроалюмосиликатов гидрокальциевых силикатов. Эти продукты гидратации комплексного вяжущего обеспечивают надежное сцепление заполнителя с растворной составляющей бетона, а твердение данной системы в условиях тепловой обработки при оптимальных режимах ускоряет твердение и позволяет зафиксировать определенную форму кристаллогидратов, предотвращая образование промежуточных продуктов. Полученный таким способом композиционный материал обладает высокой прочностью. Близкая химическая однородность продуктов гидратации с шамотным заполнителем обеспечивает близость значений коэффициентов температурного расширения составляющих бетона, что обеспечивает высокие значения термической стойкости полученного бетона.

Кроме того, бетонная смесь, приготовленная путем смешения шамотного заполнителя и компонента вяжущего - самораспадающегося феррохромового шлака с последующим добавлением в смесь раствора едкого натра, обладает высокой технологичностью и может сохранять свои пластические свойства до трех суток, что позволяет обеспечить такому производству безотходность.

Проведенные патентные исследования не выявили идентичных и сходных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и изобретательском уровне заявляемого технического решения.

Отечественная промышленность располагает материалами и оборудованием для реализации предлагаемого технического решения и возможностью его широкого использования. Применение: элементы футеровки тепловых агрегатов, работающих до 1250-1300°С: футеровка и элементы канализованного пода вагонеток обжига глиняного кирпича (до настоящего времени изготавливались только из керамики), сантехнических изделий; элементы конструкций туннельных и кольцевых печей обжига кирпича; элементы обмуровки котлов ТЭЦ и ГРЭС; верхние конструкции титано-магниевых электролизеров и т.д.

Способ осуществляется следующим образом.

В смеситель принудительного действия засыпаются расчетное количество сухих компонентов: шамотный щебень (5-10 мм), шамотный песок (менее 5 мм), модуль крупности 2,5 и самораспадающийся феррохромовый шлак. Для получения бетонной смеси были испытаны три смеси. Составы смесей приведены в таблице 1.

Отдельно готовится раствор едкого натра плотностью 1,3-1,4 г/см³. После тщательного перемешивания сухих компонентов в смеситель заливается раствор едкого натра в таком количестве, чтобы обеспечить введение необходимого количества едкого натра в пересчете на твердое состояние. После одной минуты перемешивания подвижность смеси корректируется добавлением чистой воды. Полученная бетонная смесь раскладывается в приготовленные формы. Затем смесь уплотняется на вибростоле. Уложенная смесь направляется в камеру тепловой (термической) обработки, где осуществляется ее твердение по режиму: подъем температуры до 60-70°С (предпочтительно 65°С) в течение 2,0-2,5 часов с выдержкой при этой температуре 14 часов; подъем температуры до 90-95°С в течение 1,5 часов с выдержкой при этой температуре 5 часов; подъем температуры до 110-120°С (предпочтительно 115°С) в течение 2,0-2,5 часов с выдержкой при этой температуре 10 часов и снижение температуры (охлаждение) до 50-70°С в течение 4 часов.

Свойства жаростойких бетонов по предлагаемому способу и прототипа приведены в табл.1.

Таблица 1
Компоненты, мас.%	По предлагаемому способу	По прототипу
Состав 1	Состав 2	Состав 3
Шамот фракции 5-10 мм	32	31,0	30,0	25-34 (фракция менее 8 мм)
Шамот фракции менее - 5 мм, Мкр=2,4-3,0	32	31,0	30,0	25-34 (фракция менее 3 мм)
Самораспадающийся феррохромовый шлак	22,0	23,0	26,0	13-21,6
Едкий натр (твердый)	3,0	2,0	4,0	-
Жидкое стекло	-	-	-	15,6-26,0
Пена	-	-	-	2,4-3,4
Вода	11,0	13,0	10,0	-
ИТОГО:	100	100	100
Основные свойства жаростойкого бетона
Средняя плотность, кг/м3	1920-2100	1450-1750
Прочность после твердения, МПа	40,4	69,6	82,4	5,0-7,5
Прочность после 1000°С, МПа	32,3	48,7	54,1	15
Термостойкость, циклы 800°С - вода	57	82	112	до 52
Максимальная температура применения, °С	1300	1280	1250	1300

Таким образом, изделия, полученные по предлагаемому способу, по совокупности основных свойств имеют высокие показатели. Высокие значения прочности и термостойкости обеспечивают более эффективное и надежное применение изделий из жаростойкого бетона и позволяют расширить области применения.

1. Способ изготовления жаростойкой бетонной смеси, включающий смешение шамотного заполнителя и самораспадающегося феррохромового шлака, отличающийся тем, что в качестве шамотного заполнителя используют шамот фракции 5-10 мм и менее 5 мм, а после указанного смешения в полученную сухую смесь вводят едкий натр в виде водного раствора при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шамот фракции 5-10 мм	30-32
Шамот фракции менее 5 мм	30-32
Самораспадающийся феррохромовый шлак	22-26
Едкий натр, твердый	2-4
Вода	10-13

2. Способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси, содержащей самораспадающийся феррохромовый шлак и шамотный заполнитель, включающий ее твердение, отличающийся тем, что изготовление указанной бетонной смеси осуществляют по п.1, уплотняют ее, а твердение осуществляют при тепловой обработке по следующему режиму:

Подъем температуры до 60-70°С в течение	2,0-2,5 ч
Выдержка при 60-70°С в течение	14 ч
Подъем температуры до 90-95°С в течение	1,5-2,0 ч
Подъем температуры до 110-120°С в течение	2,0-2,5 ч
Выдержка при 110-120°С в течение	10 ч
Снижение температуры до 50-70°С в течение	3-4 ч