Шихта і спосіб виготовлення виробів із жаростійкого бетону

Винахід відноситься до промисловості вогнетривів, зокрема, до області виробництва вогнетривких-жаростійких бетонів для футерівки дверей, стояків для відводу газу, кришок і рам завантажувальних люків коксових печей. Відома сировинна суміш дня виготовлення жаростійкого бетону (Патент Російської Федерації №2013412, 30.05.94), яка може бути використана при виготовленні поштучних вогнетривких виробів. Сировинна суміш має в своєму складі, мас.%: фосфатне зв'язуюче 8 - 12, відпрацьований алюмохромовий каталізатор виробництва ізопрену (ВKBІ) 6 - 10, шамот та каолін - решта. Одержання сировинної суміші для жаростійкого бетону виконувалось так: ВКВІ мололи в кульовому млині до питомої поверхні S = 11200см2/г. Дрібнодисперсний каталізатор подавали в бетономішалку примусової дії, де його спочатку перемішували до однорідного стану з шамотом, а потім з фосфатним зв'язуючим і каоліном. Об'ємна густина бетону 1930 - 1950кг/м3, міцність при стисканні 48,8 - 65,1МПа, термостійкість 320 - 350 теплозмін, морозостійкість 200 циклів. Недоліки винаходу: використання майже екзотичного компоненту відпрацьованого каталізатора, що явно не підходить для багатотоннажного виробництва. Тільки жаростійка футерівка дверей коксових печей однієї коксової батареї важить від 2,31 до 2,63тис. тонн, залежно від типу печей, а, наприклад, на Авдіївському коксохімічному заводі таких батарей - дев'ять, не враховуючи пекококсових. Термостійкість 320 - 350 теплозмін при періоді коксування 16 - 20 годин вичерпується менше, ніж за один рік. Невизначений також фактор часу: довговічність в дійсних умовах експлуатації. Зима сніг, літо - зливи на зняті з печі двері, вплив продуктів коксування, поштовхів, вібрацій, чистиків і механічних тросових щіток під час очистки футерівки від твердих відкладів, а при неякісній вугільній шихті, що нерідко тепер буває видалення твердих відкладів відбійними молотками. Відомий спосіб виготовлення безвипальних вогнетривких бетонів (Патент Російської Федерації №2049756, 10.12.95), який може бути використаний при виробництві вогнетривів, що застосовуються для футерівки теплових агрегатів. Суть винаходу в способі виготовлення безвипальних вогнетривких бетонів, що включає сукупний помел силікат-брили й частини шамоту з наступним змішуванням продукту помелу з рештою шамоту, з водою замочування, формуванням з одержаної суміші виробів та їх твердінням. Помел проводять до питомої поверхні 440 - 470м2/кг, при помелі вводять 9,8 - 16,3% шамоту від його загальної маси й додатково портландцемент і суперпластифікатор С3 на основі натрійових солей продукту конденсації нафталансульфокислоти і формальдегіду, при цьому одержана бетонна суміш має співвідношення компонентів, мас.%: шамот 82,4 - 89,0, силікат-брила 2 - 4, портландцемент 2 - 4, суперпластифікатор С3 1,0 1,6, вода - решта. Твердіння виробів виконують в нормальних умовах. Подрібнення в кульовому млині, приготування суміші в бетономішалці, формування виробів традиційними способами. Вогнетривкі бетони мають міцність при стисканні 31,2 - 37,6МПа, вогнетривкість 1730°C. Недоліки винаходу використання суперпластифікатора, силікат-брили, надто дорогих для багатотоннажного виробництва. Невизначеність фактору часу в умовах виробничої експлуатації, тобто довговічності не лабораторної, інтерпольованої, а дійсної: зима - сніг, літо - зливи на зняті з печі двері, кількарічний вплив продуктів коксування, поштовхів, вібрації, ручних чистиків і механічних тросових щіток під час очистки футерівки від твердих відкладів, а при неякісній вугільній шихті, що нерідко тепер буває - видалення твердих відкладів відбійними молотками. Найбільш близьким за технічною суттю і досягаємому результатові до заявленого технічного рішення являється "Сировинна суміш для виготовлення вогнетривкого бетону" (Патент СРСР №1823869, 23.06.93). Винахід відноситься до вогнетривких матеріалів, що застосовуються для теплових агрегатів безперервної і періодичної дії, зокрема, для теплового захисту агрегатів конверсії вуглеводневих газів. Сировинна суміш, що включає корундовий заповнювач, високоглиноземистий цемент і добавки - алюмінієву пудру, гідроокис магнію і перманганат калію в мас.%: високоглиноземистий цемент 20 - 25, гідроокис магнію 0,2 - 5, алюмінієва пудра 0,2 - 5, перманганат калію 0,5 - 2,5, корундовий заповнювач, куди входить 30% відходів каталізатора ГИАП-14 - решта. Всі компоненти перемішують в лопатевому змішувачі протягом 3 - 4хв. Потім додають воду і знову перемішують до отримання однорідної маси. Після цього одержану суміш піддають термозволожувальній обробці. Винахід дозволяє одержати вогнетривкий бетон з підвищеною термостійкістю, міцністю, низькою теплопровідністю. Недоліки винаходу: використання дорогих компонентів, непідходящих для багатотоннажного виробництва: алюмінієвої пудри, гідроокису магнію, перманганату калію, корундового заповнювача, в складі якого 30% відходів каталізатора ГИАП-14. Невизначеність фактору часу - довговічності не лабораторної, інтерпольованої, а в умовах промислової експлуатації, впливу на жаростійкий бетон футерівки знятих з коксової печі дверей влітку - злив, взимку - снігу, продуктів коксування, вібрацій, поштовхів, ручних чистиків і механічних тросових щіток під час очистки футерівки від твердих відкладів, а при неякісній вугільній шихті, що тепер нерідко буває - видалення твердих відкладів з футерівки дверей відбійними молотками. І все це протягом кількох років. В основу заявляємого винаходу поставлена задача: спростити - здешевити склад шихти і спосіб виготовлення жаростійкого-вогнетривкого бетону при одночасному досягненні експлуатаційної довговічності футерівки дверей коксових печей і т.п. виробів з нього не менше 3 років, при використанні недефіцитних дешевих компонентів і простої технології виготовлення, що дозволяє організувати багатотоннажне виробництво на підсобній заводській дільниці при мінімальних витратах праці, обладнання, часу, коштів. Технічні результати даного винаходу: стабілізація розмірів виробів як при виході з термічної обробки, так і протягом не менше 3 - х років експлуатації, одержання виробів з недефіцитних дешевих компонентів з властивостями по граничній міцності, термостійкості, опору стиранню - на рівні виробів з жаростійких бетонів, що мають в своєму складі дорогі або ж дефіцитні компоненти. Технічні результати досягаються тим, що в шихту для виготовлення жаростійкого бетону входять складові, мас.%: Глиноземистий шамот 70 - 75 Глиноземистій цемент 18 - 25 Нітрид силіцію 5-7 Маса замочується водою. Ситовий склад глиноземистого шамоту: клас, мм 10,0 3,0 1,0 - 3,0 0,5 - 1,0 0,25 - 0,5 0,01 - 0,25 вміст, мас.% 31 30 20,5 10,0 5,5 3,0 Поштучний виріб, виготовлений з такої маси, висушується і піддається термохімічній обробці нагрівання-охолодження в середовищі продуктів згоряння коксового газу за графіком табл.1. Максимальний нагрів - 400°C, період - 80 годин. Після охолодження виріб занурюється в ортофосфорну кислоту і опісля підсушки піддається повторні термообробці, що усуває об'ємний ріст і зменшує лінійну усадку виробів, та збільшує термічну та механічну стійкість. З недефіцитних дешевих компонентів утворюються вироби з властивостями по граничній міцності, термостійкості, опору стиранню - на рівні дорогих мас (табл.1). Дослідні зразки виробів для коксових батарей: блоки футерівки дверей коксових печей, футерівка труб стояків для відводу газу з печі в газозбірник, футерівка кришок і рам завантажувальних люків коксових печей - успішно пройшли випробування (табл.2). Дослідна експлуатація в виробничих умовах підтвердила високу ефективність запропонованого жаростійкого бетону при його дешевизні і недефіцитності компонентів. Введена в експлуатацію 19 грудня 1997 року після повної перекладки батарея №1 повністю обладнана дверима з бетонною футерівкою. Проводяться експерименти на пекококсових печах. На кресленні (фіг.) показаний графи термохімічної обробки блоків для футерівки дверей коксових печей.