Масса для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий

Масса для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий

Реферат

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий многофункционального назначения на основе фосфатных связующих.

Известна масса для изготовления теплоизоляционных изделий, содержащая, мас.%: вспученный перлитовый песок 80, молотую огнеупорную глину 20, алюмофосфатную связку 20-40 (сверх 100%). Перлитовый песок смешивают с порошком молотой огнеупорной пластической глины в растворомешалке, увлажняют водным раствором алюмофосфатной связки или технической ортофосфорной кислоты. Из приготовленной массы формуют изделия на прессах и сушат их при температуре 280-300°С в течение 5-6 час. Кажущаяся плотность изделий 180-300 кг/м³, предел прочности при сжатии 3-7 кг/см², коэффициент теплопроводности 0,06-0,095 ккал/м.ч.град (0,07-0,11 Вт/м.град), предельная температура применения 1100°С (SU 2220119, С04В 38/00, 28/34, 17.01.1966).

Изготовленные изделия имеют высокую открытую пористость канального типа, обусловленную сквозными каналами, образующимися между зернами перлита, покрытыми оболочкой глинисто-фосфатного связующего. Из-за возрастания конвективного теплообмена в каналах изделий, их теплопроводность возрастает, что снижает эффективность изделий в службе. Кроме того, вследствие высокого водопоглощения (50 мас.% и более), их термостойкость и прочность при термоциклировании в составе тепловых агрегатов существенно снижаются.

Известна шихта для изготовления легковесных огнеупоров, включающая, мас.%: пористый высокоглиноземистый заполнитель фракции не более 20 мм 60-75, ортофосфорную кислоту плотностью 1,5-1,58 г/см³ 19-34, сырой доломит фракции меньше 0,5 мм 4-10. В качестве пористого высокоглиноземистого заполнителя используют частицы, полученные путем размола обожженного пористого брикета, состоящего из технического глинозема и молотого мела. Связку готовят путем смешения сырого доломита с ортофосфорной кислотой и вводят ее в шихту при непрерывном перемешивании пористого заполнителя в смесительном агрегате. Шихту заполняют в разъемные формы и сушат в естественных условиях в течение 24 час. Затем сырец извлекают из формы и сушат при температуре 300-350°С в течение 10-12 час. Кажущаяся плотность изделий составляет 1,5-2 г/см³, пористость 60-70%, прочность 40-150 кг/см², усадка 0% (после сушки и при температуре 1250°С) (SU 426977, С04В 38/00, 28/34, 29.08.1972).

Использование специально приготовленного пористого заполнителя по технологии обожженных огнеупоров с выгорающими добавками и длительность сушки существенно удорожают процесс изготовления легковесных изделий, причем состав шихты не позволяет изготавливать изделия с кажущейся плотностью менее 1,5 г/см³, например в диапазоне от 1,3 до 0,4 г/см³, принятом для наиболее распространенных стандартных легковесных и ультралегковесных шамотных изделий.

Известна масса для теплоизоляционного материала, включающая, мас.%: фосфатное вяжущее 39-65, пыль из печей при обжиге керамзита 3-15, вспученный перлит - остальное (SU 654575, С04В 29/02, 43/00, 30.03.1979).

Недостатки известной массы заключаются в том, что при сухом перемешивании вспученного перлита с керамзитовой пылью происходит непрерывное истирание и разрушение хрупких зерен перлита с образование пылевидных частиц перлита дополнительно к частицам керамзитовой пыли. При введении в смесь вязкого алюмохромфосфатного или медьхромфосфатного вяжущего, в ней образовываются комки и окатыши, препятствующие равномерному распределению вяжущего в объеме массы. При сушке материалов и изделий, полученных из известной массы, их усадка и теплопроводность возрастают, появляется поверхностная сыпучесть.

Известна масса, включающая, мас.%: вспученный перлит 11-37, огнеупорный наполнитель 18-45 и фосфатное связующее 34-53. В качестве огнеупорного наполнителя используется один из следующих материалов: шамот из обожженной молотой пластичной глины, гидроокись алюминия, глинозем марки ГО и ГК, двуокись циркония, корунд. Удельная поверхность всех опробованных наполнителей составляет 1700-2500 см²/г. Процесс приготовления массы включает следующие операции: предварительную пропитку вспученного перлитового песка фосфатным связующим в количестве 0,04-0,06 ч., перемешивание его с 0,5-0,6 ч. огнеупорного наполнителя и с 0,5-0,6 ч. фосфатного связующего, подсушивание полученной смеси при 180-250°С в течение 15-60 мин, смешение ее с оставшимися частями огнеупорного наполнителя и фосфатного связующего, при этом плотность последнего составляет 1,18-1,24 г/см³. В качестве фосфатного связующего используется фосфорная кислота 30% концентрации или алюмохромфосфатное связующее плотностью 1,20 и 1,24 г/см³. Спрессованные из данной массы изделия после термообработки при 270-300°С в течение 3 часов имеют кажущуюся плотность от 0,2 до 0,43 г/см³ (SU 1068404, С04В 43/00, 23.01.1982).

Недостатки известной массы заключаются в следующем.

Предварительная пропитка вспученного перлитового песка фосфатным связующим в количестве 0,04-0,06 ч., не позволяет получать смеси с достаточно равномерным распределением связующего в их объеме. Из описания примеров приготовления смесей из известной массы следует, что геометрический объем засыпки перлитового песка может в 100-200 раз превышать объем связующего и для его распределения на большой поверхности частиц песка в объеме засыпки, потребуется увеличивать время ее перемешивания. Это приводит к разрушению хрупких перлитовых зерен, к увеличению доли тонкомолотых фракций перлита, не смоченных и не пропитанных связующим. Подсушивание такой смеси при температуре в диапазоне 180-250°С, с одновременным перемешиванием, требует постоянного отвода паров воды из фосфатного связующего и последующего охлаждения смеси перед ее смешением с оставшимися частями заполнителя и связующего. В результате увеличивается количество технологических и контрольных операций, существенно возрастают энергозатраты и длительность технологического цикла приготовления массы в целом.

Слой из тонкомолотых частиц огнеупорного заполнителя, образующийся на предварительно пропитанных зернах перлита, после подсушивания смеси охрупчивается и при последующем смешении с заполнителем, обладающим абразивными свойствами, частично разрушается с измельчением зерен перлита, что приводит к дальнейшему увеличению количества тонкомолотой фракции и неравномерному распределению в ней связующего. Этот эффект наблюдается также и при последующем формовании изделий. В процессе термообработки спрессованных изделий при 270-300°С, зоны с неравномерной концентрацией отвержденного связующего оказываются произвольно распределенными в объеме изделий. Из описания примеров изделий, спрессованных из известного состава, следует что при незначительном разбросе кажущейся плотности изделий, их деформация при сушке может отличаться в 10 и более раз. Технологическая сложность приготовления смесей из известного состава не позволяет изготавливать изделия с достаточно равномерным распределением заданного количества фосфатного связующего, что увеличивает опасность возникновения в них трещин, шелушения и осыпания их поверхности при рабочих температурах в составе различных тепловых агрегатов.

Наиболее близкой к заявляемой массе по решаемой технической задаче является масса для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий, базовый состав которой включает алюмофосфат в виде раствора гидрата глинозема и фосфорной кислоты, фосфорную кислоту и сухую шихту, включающую огнеупорный наполнитель из алюмосиликатного материала (глинозема, вспученной глины, керамзита) и теплоизоляционный материал в количестве 5-40 мас.%, выбранный из группы, включающей перлит, вермикулит, диатомит, керамзит и пылевидные отходы. Кроме того, шихта может содержать 1-30 мас.% глины (каолиновой, бентонитовой, молотой), 5-20 мас.% выгорающих добавок (волокна, опилки и т.п.) и до 5 мас.% керамических волокон. Особенность приготовления базового состава заключается в том, что алюмофосфатное связующее в объеме массы образуется при смешении сухой шихты с жидкой частью, включающей 5-70 мас.% алюмофосфата, 1-10 мас.% фосфорной кислоты и 1-20 мас.% воды. Сухая шихта также может представлять собой смесь порошкового алюмофосфата с порошками оксида магния, магнезита, доломита, хромомагнезита и названных теплоизоляционных материалов в различных сочетаниях друг с другом (US 4440865, 501/95/1, С04В 12/02, 28/00, 31.08.1983).

Недостатки известной массы заключаются в следующем.

Необходимость осуществления химической реакции между фосфорной кислотой и остальными компонентами, непосредственно в изготовленных из массы сырых материалах или изделиях, ведет к усложнению процессов подготовки и смешения разнородных компонентов с обеспечением их равномерного распределения в объеме приготавливаемой массы. В связи с существенной неопределенностью реакционной способности компонентов массы, влияющих на скорость и стабильность процесса образования алюмофосфатной связки, возрастает неравномерность структуры в материалах и изделиях, усложняются и удлиняются процессы их сушки, возрастает теплопроводность материалов, увеличиваются усадочные явления в изделиях при рабочих температурах. В результате известная масса имеет ограничения при изготовлении формованных изделий и используется преимущественно в качестве набивки и обмазки. Кроме того, усложнение и удорожание технологического процесса связано с необходимостью обеспечения повышенных требований по безопасности персонала и химической стойкости специализированного оборудования при работе с фосфорной кислотой.

Задачей изобретения является расширение номенклатуры и повышение качества огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий, изготавливаемых из предлагаемой массы при использовании стандартного технологического оборудования.

Достигаемый технический результат заключается в снижении теплопроводности материалов и изделий с кажущейся плотностью в диапазоне 300-2000 кг/м³ с обеспечением требуемого комплекса их характеристик в службе.

Поставленная задача решается тем, что в известной массе для изготовления огнеупорных теплоизоляционных материалов и изделий, включающей связующее на основе алюмофосфатов и шихту в виде смеси из алюмосиликатного огнеупорного наполнителя и одного или двух теплоизоляционных материалов, выбранных из группы, включающей вспученный перлит, вспученный вермикулит, в качестве связующего она содержит суспензию на основе алюмоборфосфатного или алюмохромфосфатного связующего с алюмосиликатным огнеупорным наполнителем фракции 0,125-0 мм в количестве 0,1-15% от массы суспензии, при следующем соотношении компонентов шихты, определяемых из выражений для смеси из огнеупорного наполнителя с перлитом:

Аx+Вy x=1,0 y=0,04-4,

где А - огнеупорный наполнитель;

В - вспученный перлит;

x - массовая часть огнеупорного наполнителя;

y - массовая часть вспученного перлита;

для смеси из огнеупорного наполнителя с вермикулитом

Аx+В*y x=1,0 y=0,05-2,5,

где А - огнеупорный наполнитель;

В* - вспученный вермикулит;

x - массовая часть огнеупорного наполнителя;

y - массовая часть вспученного вермикулита;

для смеси из огнеупорного наполнителя с перлитом и вермикулитом

Аx+(В₄-y₁+В*_2.5-y₂) х=1,0 y₁=0,05-3,95 y₂=0,05-2,45,

где А - огнеупорный наполнитель;

В - вспученный перлит;

В* - вспученный вермикулит;

x - массовая часть огнеупорного наполнителя;

y₁ - массовая часть вспученного перлита;

y₂ - массовая часть вспученного вермикулита;

при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шихта	35-85
Фосфатная суспензия	15-65.

Зернистость огнеупорного наполнителя может составлять не более 2,5 мм, зернистость перлита и вермикулита не более 5 мм, а соотношения между наиболее крупными фракциями наполнителя и перлита или наполнителя и вермикулита могут составлять соответственно 1,0 и 0,1-20,0.

Содержание в шихте фракции огнеупорного наполнителя 0,088-0 мм может составлять 30-80% от массы наполнителя для материалов и изделий с кажущейся плотностью до 400 кг/м³.

Содержание в шихте фракции огнеупорного наполнителя 0,088-0 мм может составлять 15-30% от массы наполнителя для материалов и изделий с кажущейся плотностью 400-1300 кг/м³.

Содержание в шихте фракции огнеупорного наполнителя 0,088-0 мм может составлять 1-15% от массы наполнителя для материалов и изделий с кажущейся плотностью более 1300 кг/м³.

Тонкодисперсная фракция огнеупорного наполнителя фосфатной суспензии может включать 1-10 мас.% активированных частиц наполнителя с удельной поверхностью не менее 4500 см²/г.

Вспученный материал может дополнительно содержать 1-10 мас.% собственных активированных частиц с удельной поверхностью не менее 3500 см²/г.

Огнеупорный наполнитель может дополнительно содержать 1-10 мас.% активированной глины с удельной поверхностью не менее 5000 см²/г.

Указанные для предлагаемой массы сочетания материалов, массовые соотношения материалов и компонентов, зернистость материалов и соотношения между фракциями определены опытным путем. Они обеспечивают возможность формирования материалов и изделий с кажущейся плотностью от 300-400 кг/м³ (при содержании шихты в составе массы до 35 мас.%), до 1800-2000 кг/м³ (при содержании шихты в составе массы до 85 мас.%).

При содержании в составе массы сухих компонентов шихты менее 35 мас.% она представляет собой смесь с избыточным количеством жидкой фосфатной суспензии. При изготовлении из такой смеси материалов и изделий, плотность их поверхностных слоев увеличивается, что приводит к прилипанию заготовок к инструментам и к технологической оснастке, увеличению времени их сушки и к дополнительным затратам энергии для нейтрализации в них избыточного количества кислых фосфатов путем повышения температуры сушки. Вследствие неравномерного распределения связующего в объеме заготовок, ухудшаются показатели структурной пористости, термопрочности и теплопроводности материалов.

При содержании в составе массы сухих компонентов шихты более 85 мас.% она представляет собой слабо увлажненную сыпучую смесь с количеством связующего, недостаточным для адгезионного склеивания частиц в ее объеме при формировании заготовок так, чтобы материалы и изделия отвечали нормативным требованиям по теплопроводности и прочности. Материалы и изделия оказываются непрочными, а увеличение прочности путем увеличения удельного давления при их изготовлении может привести к перепрессовке изделий, к увеличению неравномерности структурной пористости материалов и к ухудшению их термопрочностных и теплоизоляционных свойств.

В предлагаемой массе используется суспензия на основе алюмоборфосфатного концентрата (АБФК) или алюмохромфосфатного связующего (АХФС) с дисперсной фракцией 0,125-0 мм алюмосиликатного огнеупорного наполнителя. В сравнении с используемыми в известной массе метастабильной алюмофосфатной связкой (АФС) и химически агрессивной фосфорной кислотой, такая суспензия является стабильной при хранении и безопасной в работе. Она позволяет одновременно со связующим равномерно распределять небольшую по объему дисперсную фракцию огнеупорного наполнителя в больших объемах смешиваемых порошковых компонентов, усилить взаимодействие кислых материалов шихты со связующим при смешении, инициировать отверждение свежеизготовленных материалов и изделий при комнатной температуре и снизить энергозатраты на их последующую сушку. Массовое содержание фракции 0,125-0 мм в фосфатной суспензии определяют исходя из назначения изготавливаемых материалов и изделий, потребной плотности АБФК и АХФС, кажущейся плотности и химического состава огнеупорного наполнителя и т.д. При содержании дисперсной фракции в суспензии менее 0,1 мас.%, ее воздействие на вышеназванные процессы существенно снижается, а при ее содержании в суспензии более 15 мас.% и при увеличении размера частиц более 0,125 мм, увеличивается время смешения, возрастает вероятность образования осадка и неравномерность распределения суспензии в шихте. Кроме того, появляется опасность забивания осадками трактов системы подачи суспензии в смесительные устройства.

При зернистости материалов огнеупорного наполнителя не более 2,5 мм и не более 5 мм для перлита и вермикулита и соотношении между наиболее крупными фракциями соответственно 1,0 и 0,1-20, в процессе их смешения с введением фосфатной суспензии с тонкодисперсной фракцией огнеупорного наполнителя и формования материалов и изделий, быстрее образуются тонкопленочные клеевые слои фосфатного цемента с внедрением в них разрушенных частиц перлита или вермикулита и более равномерным обволакиванием частиц огнеупорного наполнителя или вспученного материала, что повышает равномерность распределения связующего в пористом объеме материалов и изделий.

Удельная поверхность разрушенных частиц вспученного перлита или вермикулита может достигать 2000-2500 см²/г, что увеличивает вероятность образования водородных связей фосфатных анионов с поверхностью частиц материала огнеупорного наполнителя и повышает прочность их связывания.

При увеличении зернистости материалов соответственно более 2,5 и 5 мм и расширении диапазона соотношений между фракциями, соответственно менее 0,1 и более 20, неравномерность распределения фосфатной суспензии возрастает, появляется трещиноватость в материалах и изделиях, повышается их теплопроводность, снижается термопрочность.

Шихта может содержать фракцию огнеупорного наполнителя 0,088-0 мм, которая совместно с дисперсной фракцией наполнителя, содержащейся в фосфатной суспензии, а также с тонкими частицами перлита и вермикулита, образующимися при приготовлении смесей из предлагаемой массы, положительно влияет на равномерность распределения суспензии в смесях.

В низкоплотных материалах и изделиях, вследствие уменьшения размера зерен, массового и объемного содержания огнеупорного наполнителя по отношению к вспученному материалу (по массе до 1:4,0 - для шихты с перлитом и до 1:2,5 - для шихты с вермикулитом; по фракциям соответственно до 1:20,0), увеличенное количество фракции 0,088-0 мм в составе огнеупорного наполнителя позволяет более равномерно обволакивать зерна вспученного материала фосфатной суспензией. При увеличении плотности изготавливаемых материалов и изделий размер зерен, массовое и объемное содержание огнеупорного наполнителя в них по отношению к вспученному материалу увеличиваются (по массе до 1:0,04 - для шихты с перлитом и до 1:0,05 - для шихты с вермикулитом; по фракциям соответственно до 1:0,1), а масса, объем и зернистость вспученного материала уменьшаются и последний во все большей степени вовлекается в процесс обволакивания зерен наполнителя, что требует уменьшения количества свободной пылевидной фракции в шихте.

Оптимальные диапазоны содержания такой фракции составляют: для материалов и изделий с кажущейся плотностью до 400 кг/м³ 30-80% от массы наполнителя; для материалов и изделий с кажущейся плотностью 400-1300 кг/м³ 15-30% от массы наполнителя; для материалов и изделий с кажущейся плотностью более 1300 кг/м³ 1-15% от массы наполнителя.

Для предлагаемой массы технологически и экономически целесообразным является использование такой фракции, например, в составе боя и отходов производства огнеупорных и керамических материалов и изделий.

Активированные дополнительным измельчением (сухим или совместно с расчетной порцией жидкого фосфатного связующего или с поверхностно-активным веществом, например с олеиновой кислотой и др.) частицы огнеупорного наполнителя, предназначенные для введения в фосфатную суспензию, а также активированные частицы перлита, вермикулита, глины, используемые в качестве дополнительных компонентов шихты, способствуют при введении фосфатной суспензии более быстрому ее взаимодействию с остальными кислыми компонентами шихты, сопровождающемуся более равномерным ее распределением в объеме шихты за счет увеличения энергетической активности и реакционной способности компонентов при их механохимической активацией. Более быстрое (до 1,5-2 раза) отверждение свежесформованных материалов и изделий, обусловленное этими эффектами, наблюдается при значениях удельной поверхности не менее 4500 см²/г для активированного огнеупорного наполнителя и при значениях не менее 3500 см²/г для вспученного перлита и вермикулита и не менее 5000 см²/г для глины. При содержании в тонкой фракции фосфатной суспензии и во вспученном материале активированных частиц менее 1 мас.%, их влияние на образование поверхностных соединений, в первую очередь, на поверхности дисперсных компонентов шихты, инициирующих взаимодействие с фосфатной суспензией, незначительное. При увеличении количества активированных частиц в названных компонентах предлагаемой массы более 10 мас.%, возрастает неравномерность их распределения в объеме шихты вследствие образования мелких глобул, что в свою очередь снижает равномерность распределения в ней фосфатной суспензии. Кроме того, возрастают затраты на механоактивацию огнеупорных порошков, перлита и вермикулита в достаточно больших количествах.

Активированную глину в количестве 1-10% от массы огнеупорного наполнителя вводят в качестве компонента шихты, способствующего получению смесей с повышенной адгезией, образующейся аморфной фазы глинисто-фосфатного связующего к частицам огнеупорного наполнителя. В количестве 1-5 мас.% ее целесообразно использовать в смесях, предназначенных для изготовления материалов и изделий преимущественно с кажущейся плотностью 400-1000 кг/м³. Для более тяжелых материалов и изделий ее количество в шихте может быть увеличено до 8-10 мас.%. Могут быть использованы природные высокодисперсные алюмосиликатные огнеупорные глины, каолины, бентониты. Увеличение содержания активированной глины более 10% от массы огнеупорного наполнителя, приводит к образованию глинистых агрегатов, затрудняющих распределение фосфатной суспензии в объеме шихты, к их налипанию на оснастку, к возникновению внутренних повышенных напряжений в материалах и изделиях, инициирующих образование трещин при их службе.

В предлагаемой массе, как и в известных массах по прототипу и аналогам, в качестве огнеупорного наполнителя используются материалы, выбранные из группы, включающей шамотные, полукислые, каолиновые, высокоглиноземистые, корундовые и др. алюмосиликатные огнеупоры, а также, например, керамзитовый песок, бой и отходы производства керамического кирпича, характеризующиеся достаточно высокой огнеупорностью. Конкретный тип огнеупорного наполнителя определяется назначением материалов и изделий. В зависимости от этого выбирается стандартное оборудование для измельчения и смешения компонентов шихты и вспученного материала, а также стандартное оборудование для изготовления из полученной массы материалов и изделий (прессовое, вибропрессовое, литьевое, торкрет-установки и т.д.).

Зерна первичного шамота, шамотного и кирпичного боя, вторичного шамота, корунда и др., при смешении с частицами вспученного перлита или вермикулита оказывает на них абразивное воздействие, способствующее более равномерному распределению фосфатной суспензии в объеме шихты и формированию равномерной пористой структуры материалов и изделий. Использование вторичного шамота не ухудшает качество изготавливаемых материалов и изделий, так как некоторые изменения состава вторичных шамотных огнеупоров (потери Al₂O₃, SiO₂, Fе₂O₃) не оказывают заметного отрицательного влияния на характеристики материалов и изделий в службе, поскольку компенсируются транспортными реакциями соответствующих окислов, содержащихся в перлите и вермикулите. Использование вторичного шамота, боя и отходов производства керамического кирпича также позволяет решать проблему утилизации вторичного сырья и снижать стоимость продукции.

Керамзит по ГОСТ 9757 «Гравий, щебень и песок искусственные пористые» (песок с зернами размером до 2,5 мм с насыпной плотностью 400-1000 кг/м³) используют в смесях со вспученным перлитом или с вермикулитом, предназначенных для изготовления изделий с кажущейся плотностью преимущественно в диапазоне 400-1000 кг/м³. Корочковая поверхность пористых частиц керамзитового песка уменьшает проникновение фосфатной суспензии внутрь их при перемешивании шихты, что позволяет уменьшить массу связующего при обеспечении его равномерного распределения в объеме шихты.

Бой керамического кирпича (ГОСТ 530 «Кирпич и камни керамические») вводят в виде песка с зернами размером до 2,5 мм с насыпной плотностью, определяемой плотностью материала кирпича и составляющей в среднем 900-1100 кг/м³. Бой используют в смесях со вспученным перлитовым песком или с вермикулитом, предназначенных для изготовления изделий с кажущейся плотностью преимущественно в диапазоне 500-1300 кг/м³. Это позволяет, например, при изготовлении легковесных изделий для тепловых агрегатов с умеренными температурными условиями эксплуатации, заменять в смесях шамот измельченными отходами и браком производства местных керамических предприятий, старой кирпичной и керамической кладки и т.д.

В предлагаемой массе используются вспученный перлит и вермикулит со следующими характеристиками.

Перлитовый песок по ГОСТ 10832 «Песок и щебень перлитовые вспученные» (зерна размером до 5 мм, насыпная плотность 50-250 кг/м³) имеет усредненный химический состав, мас.%: SiO₂ 65-80; Al₂O₃ 11-15; Fе₂О₃+FeO 0,3-12; CaO+MgO 0,5-4; K₂O+Na₂O 3-9; MnO до 0,4; TiO₂ до 0,45; п.п.п. 0,2-9.

Вермикулит по ГОСТ 12865 «Вермикулит вспученный» (зерна размером до 5 мм, насыпная плотность 90-200 кг/м³) типа КВК (концентрат вермикулитовый фракционированный Ковдорский), включающий, мас.%: SiO₂ 34-36; Al₂O₃ 9,1-9,9; MgO 24,7-26; CaO 1,02-1,22; K₂O 0,70-0,87; Fe₂О₃ 5,6-6,5; TiO₂ 0,4-0,47; FeO 0,2-0,27; MnO до 0,07; п.п.п. 0,4-15.

Фосфатную суспензию перед ее введением в шихту приготавливают путем смешения порошка огнеупорного наполнителя, в том числе, если используются его активированные частицы, с жидким АБФК или АХФС или с их водными растворами заданной концентрации, например, в баке-смесителе с лопастной мешалкой или в емкости с помощью электроинструмента - миксера со специальной насадкой. Для приготовления фосфатной суспензии экономически более предпочтительно использовать АБФК по ТУ 113-08-606-87. В зависимости от назначения материалов и изделий могут использоваться водные растворы АБФК плотностью от 1,2-1,25 до 1,45-1,55 г/см³. АХФС по ТУ 6-18-166-83 позволяет в сравнении с АБФК приготавливать суспензии для изготовления материалов и изделий, характеризующихся в службе несколько более высокой стабильностью структуры. АХФС как более дорогой компонент целесообразно использовать в смесях для изготовления материалов и изделий, предназначенных для службы при повышенных механических и тепловых нагрузках в ответственных узлах тепловых агрегатов. Могут использоваться водные растворы АХФС плотностью от 1,25-1,3 до 1,5-1,6 г/см³.

Примеры конкретного выполнения.

В таблице 1 приведены примеры составов смесей из предлагаемой массы для изготовления материалов и изделий с различной кажущейся плотностью из расчета на 1 м³ сухих материалов и изделий (после сушки при температуре 280-300°С). В таблице 2 приведены основные свойства образцов материалов и изделий, изготовленных из предлагаемой массы. Кажущуюся плотность определяли по ГОСТ 2409, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071, теплопроводность по ГОСТ 12170, термостойкость по ГОСТ 7875 (на образцах изделий) и по ГОСТ 20910 (на образцах бетонов), остаточное изменение размеров при температуре службы по ГОСТ 5402 (на образцах изделий) и усадку по ГОСТ 20910 (на образцах бетонов).

Пример 1. Смеси типа Ax+By.

Состав 1. В бак-смеситель с лопастной мешалкой заливают 170 л водного раствора АБФК плотностью 1,42-1,43 г/см³, при постоянном вращении 50 об/мин постепенно засыпают в него 15 кг шамота фракции 0,125-0 мм и перемешивают в течение 4-5 мин. Химический состав шамота, мас.%: SiO₂ 55,1; Al₂O₃ 38,7; Fе₂O₃ 1,85; TiO₂ 1,88; CaO 0,56; MgO 0,81; Na₂O+K₂O 1,1. Параллельно с приготовлением фосфатно-шамотной суспензии, в планетарный смеситель типа БСУ-500 (ОАО «Завод «Красная Пресня», г.Москва) загружают порцию минеральной шихты, включающей 16 кг перлитового песка (фракция ≤2,5 мм до 80 мас.%, насыпная плотность 50 кг/м³) и 4 кг указанного шамота (фракция 0,088-0 мм до 50 мас.%, насыпная плотность 1380 кг/м³), при постоянном вращении 18,2 об/мин в шихту через форсунки смесителя подают 17 л фосфатно-шамотной суспензии из мерной емкости, соединенной с баком-смесителем и перемешивают в течение 6-8 мин. Приготовленная масса поступает в бункер вибропресса типа ВИП-4ПБ (ОАО «Завод «Красная Пресня», г.Москва), откуда дозируется порциями мерного ящика в зону прессования пластин размером 400×250×65 мм на технологических поддонах. Цикл прессования 30-35 с. Свежеизготовленные вибропрессованные пластины плотностью 0,41-0,415 г/см³ на технологических поддонах сушат в низкотемпературной камере при температуре 60-70°С в течение 4-5 ч, затем перегружают с поддонов в камеру термообработки, нагревают до 280-300°С со скоростью 150-200 град/ч, выдерживают при этой температуре 3 ч, выгружают из камеры и складируют для отправки потребителю. Пластины с кажущейся плотностью 300±10 кг/м³ предназначены для кладки внутреннего теплоизоляционного слоя в различных частях тепловых агрегатов.

Состав 2 приготавливают с глиноземом марки ГК-1 по ГОСТ 30559 (производство ОАО «Бокситогорский глинозем», насыпная плотность 700 кг/м³, монозерна до 0,01 мм (80 мас.%), размер агрегатов ≤0,125 мм). Фосфатно-глиноземистую суспензию приготавливают на основе водного раствора АХФС плотностью 1,35-1,36 г/см³, из расчета 15 г неактивированного и 1,5 г активированного глинозема на 1 л раствора. Активированный глинозем получают измельчением в вибромельнице сухим способом до удельной поверхности 7500 см²/г. Фосфатно-глиноземистую суспензию готовят путем перемешивания компонентов с помощью электроинструмента - миксера со специальной насадкой (скорость перемешивания 120-240 об/мин, в течение 5-6 мин из расчета на 30 л суспензии). Расчетные порции перлитового песка (фракция ≤0,3 мм до 80 мас.%, насыпная плотность 150 кг/м³), глинозема марки ГК-1 и фосфатно-глиноземистой суспензии смешивают в течение 3-5 мин с помощью электроинструмента - миксера до состояния полугустой консистенции. Полученная масса может быть использована при изготовлении кладочных растворов для теплоизоляции тепловых агрегатов из низкоплотных кирпичей, плит и блоков, а также при изготовлении фасонных теплоизоляционных изделий методом заливки в формы.

Состав 3 приготавливают аналогично составу 1, но в шихту дополнительно вводят 1,7 мас.% активированной в вибромельнице огнеупорной глины следующего химического состава, мас.%: SiO₂ 58,96; Al₂О₃ 31,52; Fе₂О₃ 2,44; CaO 0,48; MgO 1,03; R₂O 1,01; п.п.п. 3,66. Из полученной смеси методом объемного вибропрессования изготавливают теплоизоляционные изделия в виде пластин и кирпичей заданных размеров, с кажущейся плотностью 350±10 кг/м³.

Составы 4-7 приготавливают аналогично составу 1 и используют при изготовлении вибропрессованных теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 400±10 кг/м³. Насыпная плотность перлита 50-75 кг/м³.

Для состава 4 в качестве огнеупорного наполнителя используют электрокорунд по ТУ 2-036-0224450-022-90 (фракция 0,25 мм до 5 мас.%, фракция 0,088-0 мм до 30 мас.%) с добавкой 1,7 мас.% активированного каолина, содержащего, мас.%: SiO₂ 46,03; Al₂О₃ 38,75; Fе₂O₃ 0,46; CaO 0,37; TiO₂ 0,33; п.п.п. 14,06. Максимальная фракция перлита ≤3,5 мм. Фосфатно-корундовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АХФС плотностью 1,35-1,36 г/см³, из расчета 10 г неактивированного и 1 г активированного корунда на 1 л раствора. Активированные добавки корунда, перлита и каолина получают измельчением в вибромельнице сухим способом, соответственно до удельной поверхности 6000 см²/г, 3500 см²/г и 7000 м²/г.

Для состава 5 в качестве огнеупорного наполнителя используют керамзит фракции ≤1,5 мм, с насыпной плотностью 350 кг/м³ (фракция 0,088-0 мм до 30 мас.%). Максимальная фракция перлита ≤ 0,25 мм. Фосфатно-керамзитовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК плотностью 1,42-1,43 г/см³, из расчета 10 г керамзитовой пыли на 1 л раствора.

Для состава 6 в качестве огнеупорного наполнителя используют керамзит фракции ≤0,125 мм с насыпной плотностью 500 кг/м³ (фракция 0,088-0 мм до 25 мас.%). Добавка - 1,5-2 мас.% активированной в вибромельнице бентонитовой глины, содержащей, мас.%: SiO₂ 59,77; Al₂O₃ 19,80; Fе₂O₃ 4,22; FeO 0,56; CaO 1,06; MgO 2,95; P₂О₅ 0,19; SO₃ 0,08; К₂О 1,94; Na₂O 0,90; п.п.п. 8,53 (месторождение «10 Хутор», Россия). Фосфатно-керамзитовую суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК аналогично составу 5. Максимальная фракция перлита ≤2,5 мм.

Для состава 7 в качестве огнеупорного наполнителя используют бой керамического кирпича фракции ≤0,125 мм, содержащего, мас.%: SiO₂ 75,8; Al₂O₃ 7,9; Fe₂О₃ 6,5; CaO 1,8; MgO 1,6; Na₂O 1,1; K₂O 2,3; п.п.п. 3,0 (фракция 0,088-0 мм до 30 мас.%). Добавка - 2 мас.% активированной в вибромельнице глины латненской полукислой ЛТПК-1 по ТУ 14-3-8-152-75 с содержанием Al₂О₃ не менее 23 мас.%. Фосфатно-кирпичную суспензию приготавливают на основе АБФК плотностью 1,5 г/см³, из расчета 15 г кирпичной пыли на 1 л раствора. Максимальная фракция перлита ≤2,5 мм.

Составы 8, 9 используют при изготовлении теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 600±20 кг/м³ методом объемного вибропрессования из полусухой шихты. Последовательность операций (см. состав 1).

Для состава 8 приготавливают шихту в виде смеси из шамота фракции ≤0,25 мм, включающей до 25 мас.% фракции 0,088-0 мм и перлита фракции ≤2,5 мм, включающей 8-10 мас.% активированных частиц с удельной поверхностью 3500 см²/г. Фосфатно-шамотная суспензия на основе водного раствора АБФК плотностью 1,42-1,43 г/см³ содержит 10 мас.% шамота фракции <0,125 мм.

Для состава 9 приготавливают шихту в виде смеси, включающей бой керамического кирпича фракции ≤1 мм, содержащей до 20 мас.% фракции 0,088-0 мм (содержание химических компонентов боя аналогично составу 7) и перлит с 70-80 мас.% фракции 1,5-2 мм. Фосфатно-кирпичную суспензию приготавливают на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, из расчета на 1 л раствора: 12 г неактивированного и 1 г активированного в планетарной мельнице кирпичного боя до удельной поверхности 4500-5000 см²/г.

Составы 10, 11 используют при изготовлении бетонов и теплоизоляционных изделий с кажущейся плотностью 900±20 кг/м³ методом объемного вибропрессования из полусухой шихты. Последовательность операций (см. состав 1). При приготовлении состава 10 используют: электрокорунд (зерно 1,6 мм до 80 мас.%, остальное - фракции <0,088 мм); фосфатно-корундовую суспензию на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, включающую 15 мас.% электрокорунда фракции <0,125 мм; перлит фракции ≤0, 25 мм с насыпной плотностью 150 кг/м³, с добавкой 10 мас.% активированных частиц перлита с удельной поверхностью 3500 г/см².

При приготовлении состава 11 используют: керамзит фракции 1,25-0 мм с насыпной плотностью 700 кг/м³; перлит фракции ≤1,25 мм с насыпной плотностью 100 кг/м³; фосфатно-керамзитовую суспензию на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, включающую 10 мас.% керамзита фракции <0,125 мм.

Состав 12 приготавливают из шамота фракции ≤2,5 мм (фракция 0,088-0 мм до 10 мас.%), перлита фракции ≤0,25 мм с насыпной плотностью 65 кг/м³ и фосфатно-шамотной суспензии на основе водного раствора АБФК плотностью 1,44-1,45 г/см³, включающей 5 мас.% шамота фракции <0,125 мм. Состав используют при изготовлении бетонов и вибропрессованных конструкционно-тепло-изоляционных изделий с кажущейся плотностью 1300±30 кг/м³ в виде плит и кирпичей заданных размеров, с последующей сушкой и низкотемпературной термообработкой аналогично составу 1.

Составы 13, 14 используют при изготовлении бетонов, мертелей и формо