Способ получения сухой огнеупорной керамобетонной массы для футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии

Способ получения сухой огнеупорной керамобетонной массы для футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии

Реферат

Изобретение относится к промышленности огнеупорных материалов и может быть использовано при изготовлении монолитных футеровок для работы в области преимущественно цветной металлургии в агрессивных средах, расплавах, осуществляемом с использованием жидкого стекла.

Известен способ получения керамобетонной смеси для футеровки тепловых агрегатов, включающий подготовку крупнозернистой составляющей и вяжущего в виде предварительно полученной высококонцентрированной суспензии огнеупорного компонента, их смешение, формование методом набивки, вибролитья или литья, в котором используют высококонцентрированную суспензию на основе боксита с влажностью 12-18% при содержании частиц до 5 мкм 20-40 мас.%, а в качестве заполнителя используют боксит или электрокорунд, дополнительно содержащий карбид кремния до 18 мас.%, при следующем содержании компонентов по сухому веществу, мас.%: вяжущее - 25-50, заполнитель - 50-75 [1].

Известен также способ получения сухой керамобетонной массы для футеровки тепловых агрегатов, требуемые прочностные свойства которых достигаются за счет введения до 6-16% ультрадисперсных порошков аморфного кремнезема, глинозема, их смесей, а также порошков ряда других оксидов, при этом получение рабочих масс осуществляется при низкой до 5-95% влажности благодаря введению добавок - разжижителей, применению интенсивного смешения и оптимальной вибрации при укладке [2].

Наиболее близким аналогом для предлагаемого способа является способ получения сухой огнеупорной керамобетонной массы для футеровки тепловых агрегатов преимущественно в цветной металлургии, включающий смешение глиноземсодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей при следующем их соотношении, мас.%: высокоглиноземистый шамот фракции 0,5-5 мм 66, тонкомолотая смесь: корунд 20, глина 14 при зерновом составе: фракция 3-5 мм более 10%, 2-3 мм 15-30%, 0.5-2 мм 15-30%, 0,088 - 0,5 мм 7-13%, менее 0,088 мм 32-38% [3].

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик, требуемых для монтажа и работы в расплавных и агрессивных средах.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения сухой огнеупорной керамобетонной массы для футеровки тепловых агрегатов преимущественно в цветной металлургии, включающий смешение глиноземсодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей, предусматривает, что используют в качестве глиноземсодержащего заполнителя, по крайней мере, один материал с содержанием глинозема 15-70 мас.% из группы шамот, муллит, корунд, фракционного состава, мас.%: 0-1 мм 30-40, 5-10 мм 60-70, в качестве тонкомолотой составляющей - высококонцентрированную керамическую вяжущую суспензию - ВКВС влажностью 14-17%, полученную мокрым помолом дробленого указанного глиноземсодержащего материала в щелочной среде до получения частиц размером до 5 мкм 30-50%, более 63 мкм до 7% с последующей стабилизацией в течение 7-20 час, а полученная указанная масса имеет влажность 7,5-8,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%

указанный заполнитель	50-60
ВКВС	40-50

Преимущественно мокрый помол осуществляют в шаровой мельнице мокрого помола при загрузке в три этапа - 100% воды и 70% указанного глиноземсодержащего материала, после достижения температуры 45-60°С - 15-20% указанного глиноземсодержащего материала, а после достижения температуры 50-70°С - 10-15% указанного глиноземсодержащего материала и загрузке жидкого натриевого стекла на каждом этапе в количестве 1% от массы указанного глиноземсодержащего компонента, а для помола используют указанный глиноземсодержащий материал из лома изделий, дробленных до размера зерна не более 10 мм.

Заявленный способ осуществляют следующим образом

Связующее - ВКВС - готовится мокрым помолом в шаровой мельнице огнеупорной крошки алюмосиликатного состава шамота с содержанием глинозема (Al₂O₃) 50% с размером зерна до 10 мм в щелочной среде с рН 8-10 (например, 9) с поэтапной загрузкой шихты в шаровую мельницу - начальная загрузка 70% указанной крошки от общей загрузки в мельницу для получения суспензии и 100% воды, при нагревании суспензии до температуры 45-60°С и размоле частиц до полного прохода через сито №0063 загружают еще 15% указанной крошки, оставшиеся 15% указанной крошки загружают при нагревании суспензии до температуры 60°С и размоле частиц до полного прохода через указанное сито. Жидкое натриевое стекло, используемое в качестве щелочного компонента, имеющее силикатный модуль 2,45-2,55 (например, 2,5) с плотностью 1,4-1,51 г/см³ (например, 1,45 г/см³) загружают на всех этапах в количестве 1% от массы загружаемой указанной крошки. При достижении керамической вяжущей суспензией заданных параметров: влажность 15%, размер частиц больше 63 мкм 5% ее сливают в стабилизатор - закрытую емкость, где при принудительном перемешивании в течение 17 часов производится ее стабилизация. Полученную высококонцентрированную керамическую вяжущую суспензию смешивают в бетоносмесителе с огнеупорным глиноземсодержащим заполнителем - шамотом, который предварительно рассевали на фракции и использовали фракцию 0-1 мм 40% и фракцию 5-10 мм 60%, при соотношении, мас.%: указанный заполнитель 60 и ВКВС 40 с получением формовочной влажности 7,5%. Для длительного хранения и транспортирования приготовленную сухую керамобетонную массу СКМ затаривают в герметично закрывающуюся тару. Полученная сухая керамобетонная смесь огнеупорная, химически стойкая. При использовании СКМ высыпают в бетоносмеситель и перемешивают в течение 2 минут. После предварительного перемешивания в смеситель загружают теплую 30-40°С воду в количестве, необходимом для доведения содержания гигроскопической влаги до 8,5-9,6 (например, 9). После загрузки воды масса перемешивается в течение 3-4 минут. Формовочная масса готовится непосредственно перед ее применением. Время хранения готовой массы до ее окончательной укладки в опалубку не более 40 минут.

Испытания массы проводили на кубиках с ребром 60 мм, изготовленных из указанной выше СКМ, полученных в металлических разборных формах методом виброформования с параметрами уплотнения: частота вибрации 50 Гц, амплитуда 0,3-0,5 мм, время формования 1-3 мин. Монолитная футеровка изготавливается как в металлическую, так и в деревянную разборные опалубки. Сушка монолитной футеровки в тепловом агрегате производится при неразобранной опалубке в течение 72 часов при температуре не ниже 15°С, затем опалубка разбирается, следует подъем температуры до 150-200°С, выдержка при этой температуре не менее 6 часов в зависимости от толщины футеровки. Для обеспечения целостности в начальной стадии высушенную футеровку можно подвергнуть поверхностному упрочнению водным раствором натриевого жидкого стекла плотностью 1,02-1,06 г/см³ при помощи кисти. Кубики испытывали в расплаве безводного карналлита при рабочей температуре 680-700°С, из которого методом электролиза получат металлический магний. Химический состав карналлита, мас.%: (%): MgCl₄ 4-16, KCl 70-75, NaCl 10-15, CaCl₂ 0,1-0,5, MgO 0,4-1,0, Fe₂O₃+SiO₂+SiO₄(2-) 0,08-0,1. Для сравнения взяты кубики с ребром 60 мм из огнеупорного бетона на шамоте с различным содержанием глинозема, а также вырезанные из огнеупорного кирпича ША-1. В настоящее время эти огнеупоры применяются при футеровке электролизеров на ОАО «АВИСМА - титано-магниевый комбинат». Результаты испытаний приведены в таблице.

ТАБЛИЦА
Показатели	Материал по изобрет. (термообработка, °С)	Контрольные образцы
200	1000	Заполнитель - шамот рядовой	Заполнитель - ЗК-95	ША-1
Пористость открытая, %	17-20	18-21	20-25	24-26	24-26
Плотность кажущаяся, г/см3	2,35-2,6	2,36-2,65	2,0-2,1	2,2-2,3	2,15
Водопоглощение, %	6,9-7,9	7,2-8,0	-	-	-
Напряжение на сжатие, МПа	6,4-8,5	51-65	20-35	35-40	20
Расплавопоглощение (2 часа в расплаве), %	5,3-6,2	5,6-6,3	5-10	4-8	11-13
Терморасплавостойкость, цикл	>25	>25	6	9	10
Термостойкость (1000°С - воздух), цикл	>35	>35

Проведенные испытания показывают, что приготовленные из указанных СКМ имеют достаточную для монолитных футеровок начальную прочность, бузусадочность после температурной обработки, высокую огнеупорность и термосплавостойкость. Указанная начальная прочность зависит от того, что упрочнение химическим активированием контактных связей (УХАКС-метод) водным раствором жидкого натриевого стекла было проведено поверхностно. При изготовлении небольших изделий, которые можно погружать в указанный раствор на 3 часа, упрочнение происходит на достаточную глубину, что позволяет повысить начальную прочность до 25 МПа. Заявленный способ позволяет получить подвижные бетонные смеси с невысоким содержанием свободной воды. В системе ВКВС - указанный заполнитель принимают участие прочные связи между суспензией и заполнителем, что и обеспечивает указанные высокие показатели. Технологическая схема производства показана на чертеже.

Источники информации

1 Патент Российской Федерации №2153480, С04В 35/66, 2000.

2. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. М., 1990, с.246.

3. Цыганов В.А. Плавка цветных металлов в индукционных печах. М., 1974, с.55-61.

1. Способ получения сухой огнеупорной керамобетонной массы для футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии, включающий смешение глиноземсодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей, отличающийся тем, что используют в качестве глиноземсодержащего заполнителя, по крайней мере, один материал с содержанием глинозема 15-70 мас.% из группы шамот, муллит, корунд, фракционного состава, мас.%: 0-1 мм 30-40, 5-10 мм 60-70, в качестве тонкомолотой составляющей - высококонцентрированную керамическую вяжущую суспензию - ВКВС влажностью 14-17%, полученную мокрым помолом дробленого указанного глиноземсодержащего материала в щелочной среде до получения частиц размером до 5 мкм 30-50%, более 63 мкм до 7% с последующей стабилизацией в течение 7-20 ч, а полученная указанная масса имеет влажность 7,5-8,0% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный заполнитель	50-60
ВКВС	40-50

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что мокрый помол осуществляют в шаровой мельнице мокрого помола при загрузке в три этапа: 100% воды и 70% указанного глиноземсодержащего материала, после достижения температуры 45-60°С 15-20% указанного глиноземсодержащего материала, а после достижения температуры 50-70°С 10-15% указанного глиноземсодержащего материала и загрузке жидкого натриевого стекла на каждом этапе в количестве 1% от массы указанного глиноземсодержащего компонента.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для помола используют указанный глиноземсодержащий материал из лома изделий, дробленых до размера зерна не более 10 мм.