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

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.%: (%): MgCl ₄ 4-16, KCl 70-75, NaCl 10-15, CaCl₂ 0,1-0,5, MgO 0,4-1,0, Fe₂O ₃+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.