Шихта для виготовлення футеровки

Шихта для виготовлення футеровки, що вміщує високоглиноземний цемент, глину, електрокорунд, яка відрізняє ться тим, що вона містить до датково шамот високоглиноземний, поліфосфат натрію й гексафторалюмінат натрію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Винахід, що пропонується, належить до котельної техніки, конкретно - до складів самотвердних керамічних мас для виготовлення й ремонту футеровок, обмазок, обмуровок і може бути використаний для футеровок газозабірних шахт, парових котлів, котлів-утилізаторів в металургійній, вогнетривкій та нафтохімічній галузях промисловості, в т.ч. для футеровки реакторів-регенераторів в хімічній промисловості. Відомий склад шихти для виготовлення високоглиноземних вогнетривів, що містить, мас.%: муліто-корундовий шамот (місткість Аl2O3 – 8095%) – 10-50; зв'язуючу глину - 4-12 й корундовий порошок - решта [1]. Недоліком відомого складу є низькі експлуатаційні показники при застосуванні його як футеровки. Відомий також склад шихти для виготовлення керамічного вогнетривкого матеріалу, що вміщує, мас.%: електрокорунд - 30-45; вогнетривку глину 12-17; алюмоборфосфатний концентрат або алюмохромфосфатну зв'язку - 9-13; алюмосилікатний мертель або випалений каолін - 32-45 [2]. Недоліком цього відомого складу є низька міцність, що особливо характерно в інтервалі температур 600-1200°С, коли зв’язуюча глина дегідратується, а спікання ще не почалось, значне тріщиноутворення в службі, що пояснюється неоптимальним підбором її складових компонентів і їх негативною взаємодією на формування міцної структури в інтервалі температур 600-1200°C, що також призводить до зниження абразивостійкості. Найбільш близьким до запропонованого за технічною суттю і призначенням є склад торкретмаси, що включає, мас.%: високоглиноземний цемент - 15-20; глину - 2-6; титановий шлак - 0,5-3,0; електрокорунд - решта [3]. Цей склад торкрет-маси у порівнянні з аналогами характеризується більш високими експлуатаційними властивостями при застосуванні його як шихти для виготовлення футеровки. Основним і суттєвим недоліком складупрототипу є недостатня міцність, в т.ч. при підвищених температурах, низька абразивостійкість, утворення тріщин та сколів футеровок, що взагалі призводить до зниження терміну служби теплових агрегатів. Однією з причин цього є наявність в складіпрототипі титанового шлаку. В склад титанового шлаку входять оксиди магнію та марганцю, які здібні вступати в твердофазну взаємодію з продуктами деструкції глиноутворюючих мінералів, що призводить до зміни об'єму продуктів синтезу, що, в свою чергу, викликає тріщиноутворювання, сколи, зниження механічної міцності, в т.ч. високотемпературної, футеровочного шару з наступним осипанням маси, особливо в інтервалі температур 700-1200°С. Крім того, наявність в складі-прототипі високоглиноземного цементу в кількості до 20% призводить до суттєвого розвитку усадочних процесів в період твердіння маси через значне ущільнення в’яжучих усередині локальних областей тіла футеровки, що веде до неоднаковості ущільнення по A (13) 38516 (11) UA Електрокорунд Мас.% 2-10 10-20 25 -35 2-5 1-3 решта (19) Компоненти Високоглиноземний цемент Глина Шамот високоглиноземний Поліфосфат натрію Гексафторалюмінат натрію 38516 об'єму і, як слідство, до зниження міцності в периферійних зонах локальних областей. Це виявляє негативний вплив на мікромеханіку структуроутворення, активує процеси тріщиноутворення і призводить до зменшення абразивостійкості тіла футеровки робочим середовищем теплового агрегату, в т.ч. абразивними частками газових потоків теплоносія. Наявність глини як пластифікуюче-в'яжучого компонента в кількості до 6% явно недостатньо для достигання високої абразивостійкості та низького тріщиноутворення в умовах можливої кавітаційної дії турбулентного газового потоку. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення шихти для виготовлення футеровки шляхом введення додатків, що дозволяє забезпечити більш високі показники міцності, в т.ч. в області температур 700-1200°С, абразивостійкості та зменшити тріщиноутворення й сколи. Технічний результат забезпечується тим, що в рішенні, яке пропонується і яке включає високоглиноземний цемент, глину й електрокорунд, відповідно винаходу, ши хта для виго товлення футеровки містить додатково шамот високоглиноземний, поліфосфат натрію й гексафторалюмінат натрію при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Компоненти високоглиноземний цемент глина шамот високоглиноземний поліфосфат натрію гексафторалюмінат натрію електрокорунд гідратації мінеральних фаз високоглиноземного цементу в присутності дисоційованих поліфосфату натрію й гексафторалюмінату натрію. Ме ханізм зміцнення змінюється при початку дегідратації глинистих часток, але не призводить до втрати міцності, формуванню тріщин та сколов і зменшенню абразивостійкості. Цей ефект забезпечується тим, що приблизно при 600-620°С в складі шихти, що пропонується, виявляється сильна тенденція до обмінної взаємодії, при якій катіони двох- та чотирьохвалентних металів дуже міцно зв’язуються з утворенням з’єднань типу гексафосфат натрію-кальцію та натрію-кремнію. При температурі 900-1100°C дегідратація раніш утворених кристалогідратів також не призводить до втрати експлуатаційних характеристик футеровки із шихти, що пропонується, тому що можлива втрата міцності не тільки компенсується синтезом новоутворень у вигляді складних алюмокальцієвих фосфат-силікатів, але й відмічається зміцнення структури. Крім того, розпушення структури (відповідно, й зменшення абразивостійкості й збільшення схильності до утворення тріщин та сколів (за рахунок видалення парів води із футеровки не відбуваються у зв'язку з початком утворення твердого розчину (типу b-глинозем) між оксидами натрію й алюмінію, що протікає зі збільшенням об’єму, що компенсує втрати дегідрованої води й забезпечує заданий ступінь розтягуючих напруг для забезпечення ефекту деформаційно-об'ємного зміцнення. Вище 1200° в матеріалі футеровки, що виготовлена із запропонованої ши хти, з’являються локальні області утворення розплаву й починається спікання за участю рідкої фази. Але склад шихти й кількісне співвідношення інгредієнтів в ній обумовлює високу в'язкість розплаву й його малу кількість до 1500°С, можливість перекристалізації із розплаву нових твердих фаз, що замикаються у фрагментарні структури й дисипують енергію пластичної течії або зростаючого кінчика тріщини, що запобігає шпаркій деградації міцності й порушенню суцільності структури. Високоглиноземний шамот разом з електрокорундом утворюють каркас структури футеровки із шихти, що пропонується. При цьому зерна високоглиноземного шамоту стр уктурно менш коротко зв'язані в матеріалі матриці. Із-за наявності круг них найтонкіших прошарків склофази, що здатна демпфувати пружні напруги за рахунок пластичної течії при високих температурах й знижується імовірність викришування зерен при абразивних впливах експлуатаційних середовищ на футеровку. Таким чином, відбувається утворення структури, що ущільнена новоутвореннями, що дозволяє одержати високі показники міцності, абразивостійкості й виключити розвиток тріщин та сколов. Використання рішення, що пропонується, введення високоглиноземного шамоту, поліфосфату натрію та гексафторалюмінату натрію дозволяє одержати в процесі визрівання структури ши хти для виготовлення футеровки новоутворень із фрагментарною структурою, що самоармована голчатими кристалами, результатом чого є підвищена міцність, в т.ч. високотемпературна, абразивостійкість та практично виключено тріщиноутворення та Мас.% 2-10 10-20 25-35 2-5 1-3 решта Позитивний ефект пояснюється наступним: в результаті використання комплексно підібраного складу інгредієнтів у складі, що пропонується, а також їх оптимальним кількісним пропорціям забезпечено специфічний прояв дії поліфосфату натрію й гексафторалюміната натрію, що призводить до формування міцної структури матеріалу футеровки, в якій механізм зміцнення адаптований до теплових умов експлуатації в широкому інтервалі температур. При використанні запропонованої шихти для виготовлення футеровки поліфосфат натрію виконує, перш за все, функцію пластифікатора (разом з глиною), що забезпечує рівномірну щільну упаковку усі х інгредієнтів ши хти. Крім того, поліфосфат натрію сповільнює схоплювання високоглиноземного цементу, що дозволяє забезпечити максимально повний рівень гідратації усіх фаз цементного клінкеру і запобігти утворенню усадочних тріщин при формуванні множинних коагуляційно-кристалізаційних зв’язків між інгредієнтами при структуроутворенні глинистої та цементної складової шихти. При цьому важливу роль відіграє й гексафторалюмінат натрію, тому що він дисоціює в воді твердіння, а йони фтору активують поверхню корундових часток й часток високоглиноземного шамоту. За рахунок цього останні утягуються в утворену просторову стр уктур у, яка армована "волокнисто-голковими" кристалогідратами оксидно-фосфатно-фторидного типу, які утворюються в процесі 2 38516 придбана відсутність сколів в жорстких умовах роботи футеровки. Приклад. Компоненти шихти: високоглиноземний цемент у кількості 6 кг; глина у кількості 15 кг; електрокорунд у кількості 48,5 кг; шамот високоглиноземний у кількості 25 кг змішують у змішувачу будь-якого типу до утворення однорідної суміші. Поліфосфат натрію у кількості 3,5 кг та гексафторалюмінат натрію у кількості 2,0 кг розчиняють у воді, що береться у кількості, необхідній для одержання необхідної консистенції, і одержаний розчин уводять в раніше виготовлену суху суміш при перемішуванні. В залежності від того, використовується шихта для первинного нанесення або для ремонту футеровки, вона може доводитися водою до необхідної вологості, що визначає її зручну уміщуваність на конкретну поверхню футеровочного об’єму. Для одержання цього складу застосовувався високоглиноземний цемент ТУ 21-20-60-84, глина Часів-Ярська марки Ч-1 (ТУ 14-8-162-75), електрокорунд (ОСТ МТ 71-5-84), шамот високоглиноземний (АІ2О3 не менш 95%), поліфосфат натрію у вигляді триполіфосфату натрію) ТУ 6-09-03-384-73), гексафторалюмінат натрію ТУ 6-09-035-77. Конкретні склади шихти для виготовлення футеровки, що пропонується, відомий склад-прототип, а також їх властивості, які визначені на зразках ши хти, наведені в таблиці. При випробуваннях зразків межа міцності при стисненні визначалась відповідно вимогам ДОСТ 4071-80, межа міцності при вигині при високих температурах за ДОСТ 25085-81, абразивостійкість вивчалась як втрата ваги при стиранні на диску, що обертався зі швидкістю 35 об/хв при навантаженні зразка зусиллям 60 МПа, диск металевий. Утворення тріщин та сколів визначали візуально з виміром їх довжини штангенциркулем, а максимальної ширини розкриття - щупом. Як видно із даних, що представлені в таблиці, найкращі властивості має склад шихти за № 2. Крім того, цей склад має властивості, вищі за показниками, ніж відомий склад прототип та склади, що виго товлені з відхилом від складу, що пропонується. Таким чином, винахід, що пропонується, володіє рядом переваг у порівнянні з відомим. Шихта для виготовлення футеровки, що пропонується, може наноситись на поверхню методами торкретування, трамбовки, штукатурки й ін. Нанесення може бути механізованими й ручними методами, що додає соціальний ефект винаходу. Використання шихти для виготовлення футеровки, що пропонується, найбільш ефективно при застосуванні на внутрішніх поверхнях теплових агрегатів, в яких як теплоносій використовується високотемпературний газовий потік із ламінарним або турбулентним режимом. Застосування винаходу, що пропонується, забезпечує у порівнянні з відомими такі переваги: - суттєво підвищує міжремонтні терміни експлуатації агрегатів; - дозволяє знизити витрати матеріалів на футеровку за рахунок зменшення товщини її при підвищеній міцності; - підвищує стійкість футеровки у газовому потоці, що перешкоджає забрудненню теплового потоку й навколишнього середовища; - консистенція шихти дозволяє наносити її на горизонтальні, вертикальні та поверхні складної геометричної конфігурації. У сукупності ці переваги забезпечать значний економічний, соціальний та екологічний ефекти. Джерела інформації: 1. Патент США 3135616, кл. 1065, 1961. 2. А.с. СССР № 1592305, кл. С04В35/10, опубл. 15.09.90, Бюл. № 34. 3. А.с. СССР № 2028282, кл. С04В35/10, опубл. 09.02.95, Бюл. № 4. 3 38516 Таблиця Найменування показників Компоненти шихти, мас.% Високоглиноземний цемент Глина Титановий шлак Електрокорунд Шамот високоглиноземний Поліфосфат натрію Гексафторалюмінат натрію Властивості ши хти: Міцність при стисканні, МПа Міцність при вигині, МПа при 700°С при 1200°С Абразивостійкість, % Тріщиноутворення та сколи Прототип Замежеві 1 Параметри шихти 2 3 Замежеві 20,0 2,0 3,0 75,0 1,0 25,0 54,5 15,0 1,0 3,5 2,0 20,0 43,0 30,0 2,0 3,0 6,0 15,0 48,5 25,0 3,5 2,0 10,0 10,0 39,0 35,0 5,0 1,0 14,0 5,0 33,5 40,0 7,0 0,5 75 110 115 120 110 100 22 25 0,23 34 32 0,20 52 60 0,17 70 75 0,17 65 70 0,18 40 41 0,21 Тріщини: ширина 5 мм, глибина 7 мм Склад та властивості ши хти для виго товлення футеровки Є сколи, сітка тріщин Тріщин та сколов немає __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4 Тріщини присутні