Шихта для виготовлення високовогнетривкого бетону

Реферат: Винахід належить до промисловості вогнетривких матеріалів, а саме для виготовлення високовогнетривких бетонів, які застосовуються для виконання робочого шару футерівки високотемпературних агрегатів. Шихта для виготовлення високовогнетривкого бетону містить, мас. %: 69-71 зернистого електрокорунду з масовою часткою -Аl2О3 не менше 99 % і максимальним розміром зерен 5 мм фракцій 5-3, 3-2, 2-1, 1-0,5, 0,5-0,1 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,8:0,5:0,5:0,7 до 1:1:0,6:0,6:0,8, 3-10 оксиду хрому з масовою часткою Сr2О3 не менше 99 % і розміром часток менше 8 мкм не менше 90 об. % при вмісті часток менше 4 мкм не менше 30 об. %, 13,5-21,0 суміші глиноземів з масовою часткою домішок (SiO2, Fe2O3, Na2O, K2O) не більше 0,45 % при вмісті -Аl2О3 не менше 90 об. % і розміром часток менше 4 мкм не менше 50 об. % та з масовою часткою Аl2О3 99,8 % і розміром часток менше 1,1 мкм не менше 50 об. % і менше 7,3 мкм не менше 90 об. % при їх співвідношенні від 0,4:0,3 до 1:0,2, 5,0-7,5 високоглиноземистого цементу з масовою часткою Аl2О3 не менше 73 % з питомою поверхнею 2 7500-8000 см /г і розміром часток менше 8 мкм в межах 65-70 об. %, менше 15 мкм в межах 3035 об. %, 0,2-1,0 диспергуючої полімерної добавки на основі поліетиленгліколю або модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 об. % (понад 100 % відносно основного складу компонентів). Винахід забезпечує UA 110518 C2 (12) UA 110518 C2 створення шихти для виготовлення високовогнетривкого бетону з високими щільністю і межею міцності при стисненні як невипаленого, так і випаленого при температурі 1750 °C. UA 110518 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до промисловості вогнетривких матеріалів і може бути використаний у виробництві високовогнетривких бетонів, які застосовуються для виконання робочого шару футерівки високотемпературних агрегатів, наприклад, реакторів виробництва технічного вуглецю з температурою служби до 1850 °C, в яких швидкість газових потоків досягає ~ 450-500 м/сек. Тому щільність і міцність бетону, що в кінцевому результаті визначають ерозійну зносостійкість останнього, а отже - термін служби футерівки теплового агрегату, мають дуже важливе значення. При цьому, в першу чергу, дуже важливими характеристиками є щільність і міцність невипаленого бетону (тобто після його твердіння в вологих умовах протягом 3 або 7 або 28 діб) тому, що, як відомо *(* Див. книгу: Стрелов К.К. Теоретические основы технологи огнеупорных материалов / К.К. Стрелов. - М.: Металлургия, 1985 - С. 150) структура і фазовий склад бетонів на відміну від випалених вогнетривких виробів створюються в службі і через це знаходяться у відповідності з умовами служби. Відомий склад шихти для виготовлення вогнетривів, який включає 68,6-73,96 мас. % електрокорунду, 5-19 мас. % пластинчастих монокристалів оксиду алюмінію, 0,02-0,2 мас. % сульфітно-дріжджової бражки, 0,02-0,2 мас. % хромлігносульфонату кальцію, 11-16 мас. % високоглиноземистого цементу (АС СРСР № 1209664, кл. С04В 35/10, 1986 p.). Недоліком цього складу шихти є те, що вогнетриви, які виготовлені з нього, характеризуються недостатньо високими значеннями щільності та міцності при стисненні, особливо невипалені вогнетриви (тобто сирець). Найбільш близькою до даного винаходу за технічною суттю і результатом, що досягається, є шихта для виготовлення високовогнетривкого бетону, яка включає: мас. % зернистого електрокорунду з масовою часткою -Аl2О3 не менше 99 % з максимальним розміром зерен 5 мм фракцій 5-3, 3-2, 2-1, 1-0,5, 0,5-01 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,8:0,5:0,5:0,7 до 1:1:0,6:0,6:0,8 64-76, оксиду хрому 5-8, суміші глиноземів з масовою часткою Аl2О3 не менше 85 % при вмісті -Аl2О3 в межах 85-90 % і розміром часток 3-6 мкм та з масовою часткою Аl2О3 2 не менше 99 % і питомою поверхнею 4,0-5,5 м /г в співвідношенні 0,8:0,2 до 1:0,4 7,5-23, високоглиноземистого цементу з масовою часткою Аl2О3 не менше 72 % і питомою поверхнею 2 7500-8000 см /г 5,0-7,5, диспергуючої добавки 1-3 (Патент України № 88218, МПК С04В 35/101, 2009 р.). У даному технічному рішенні хоча і створюється можливість виготовлення достатньо щільного (відкрита пористість 20,2 %) і міцного (міцність при стиснені 155 МПа) високовогнетривкого бетону проте структура, яка у нього формується, є недостатньо щільною і міцною, особливо у невипаленого бетону, і тому його показники щільності і межі міцності при стисненні недостатньо високі. В основу винаходу поставлена задача створення шихти для виготовлення високовогнетривкого бетону, в якому застосування оксиду хрому з масовою часткою Сr 2О3 не менше 99 % і розміром часток менше 8 мкм не менше 90 %(об.) при вмісті часток менше 4 мкм не менше 30 % (об.), суміші глиноземів з масовою часткою домішок (SiO 2, Fe2O3, Na2O, K2О) не більше 0,45 % при вмісті -Аl2О3 не менше 90 % (об.) і розміром часток менше 4 мкм не менше 50 % (об.) та з масовою часткою Аl2О3 не менше 99,8 % і розміром часток менше 1,1 мкм не менше 50 % (об.) і менше 7,3 мкм не менше 90 % (об.) при їх співвідношенні від 0,4:0,3 до 1:0,2, високоглиноземистого цементу з масовою часткою Аl2О3 не менше 73 % з питомою поверхнею 2 7500-8000 см /г і розміром часток менше 8 мкм в межах 65-70 % (об.), менше 15 мкм в межах 30-35 % (об.), диспергуючої полімерної добавки на основі поліетиленгліколю або модифікованого поліелектролітом дисперсного глинозему з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) при заявленому співвідношенні компонентів шихти забезпечує підвищення щільності і міцності при стисненні (в першу чергу невипалених) зразків бетону внаслідок формування щільної структури бетону. Це в свою чергу приводить до збільшення термінів експлуатації теплових агрегатів, особливо тих, що працюють в умовах одночасного впливу високої (1850 °C) температури і високошвидкісних газових потоків та забезпечує економію матеріальних ресурсів. Поставлена задача вирішується тим, що шихта для виготовлення високовогнетривкого бетону, яка включає зернистий електрокорунд з масовою часткою -Аl2О3 не менше 99 % (об.) з максимальним розміром зерен 5 мм фракцій 5-3, 3-2, 2-1, 1-0,5, 0,5-01 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,8:0,5:0,5:0,7 до 1:1:0,6:0,6:0,8, оксидхромвмісний компонент, тонкодисперсний глиноземовмісний компонент, високоглиноземистий цемент з питомою поверхнею 7500-8000 2 см /г і диспергуючу добавку, згідно з винаходом, як оксидхромвмісний компонент вона містить оксид хрому з масовою часткою Сr2О3 не менше 99 % і розміром часток менше 8 мкм не менше 90 % (об.) при вмісті часток менше 4 мкм не менше 30 % (об.), як тонкодисперсний глиноземовмісний компонент - суміш глиноземів з масовою часткою домішок (SiO 2, Fe2O3, Na2O, 1 UA 110518 C2 5 10 15 K2О) не більше 0,45 % при вмісті -Аl2О3 не менше 90 % (об.) і розміром часток менше 4 мкм не менше 50 % (об.) та з масовою часткою Аl2О3 не менше 99,8 % і розміром часток менше 1,1 мкм не менше 50 % (об.) і менше 7,3 мкм не менше 90 % (об.) при їх співвідношенні від 0,4:0,3 до 1:0,2, як високоглиноземистий цемент - високоглиноземистий цемент з масовою часткою Аl2О3 2 не менше 73 % з питомою поверхнею 7500-8000 см /г і розміром часток менше 8 мкм в межах 65-70 % (об.), менше 1 5 мкм в межах 30-35 % (об.), як диспергуючу добавку - диспергуючу полімерну добавку на основі поліетиленгліколю або модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) при такому співвідношенні компонентів, мас. %: зернистий електрокорунд з масовою часткою -Аl2О3 не менше 99 % і максимальним розміром зерен 5 мм фракцій 5-3, 3-2, 2-1, 1-0,5, 0,5-0,1 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,8:0,5:0,5:0,7 до 1:1:0,6:0,6:0,8 69,0-71,0 оксидхромвмісний компонент оксид хрому з масовою часткою СrО3 не менше 99 % і розміром часток менше 8 мкм не менше 90 % (об.) при вмісті часток менше 4 мкм не менше 30 % (об.) 3,0-10,0 тонкодисперсний глиноземовмісний компонент суміш глиноземів, яка складається глиноземом з масовою часткою домішок (SiO2, Fe2O3, Na2O, K2O) не більше 0,45 % при вмісті Аl2О3 не менше 90 % (об.) і розміром часток менше 4 мкм не менше 50 % (об.) та глинозем з масовою часткою Аl2О3 99,8 % і розміром часток менше 1,1 мкм не менше 50 % (об.) і менше 7,3 мкм не менше 90 % (об.) при їх співвідношенні від 0,4:0,3 до 1:0,2 13,5-21,0 високоглиноземистий цемент з масовою часткою Аl2О3 не менше 73 % з питомою поверхнею 75002 8000 см /г і розміром часток менше 8 мкм в межах 65-70 % (об.), менше 15 мкм в межах 3035 % (об.) 5,0-7,5 диспергуюча полімерна добавка на основі поліетиленгліколю або модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) (понад 100 % відносно основного складу компонентів) 0,2-1,0 Особливістю запропонованої шихти для виготовлення високовогнетривкого бетону є те, що використання як оксидхромвмісного компоненту - оксиду хрому з масовою часткою Сr2О3 не менше 99 % і розміром часток менше 8 мкм не менше 90 % (об.) при вмісті часток менше 4 мкм не менше 30 % (об.), як тонкодисперсного глиноземовмісного компоненту - суміші глиноземів з масовою часткою домішок (SiO2, Fe2O3, Na2O, K2О) не більше 0,45 % при вмісті -Аl2О3 не менше 90 % (об.) і розміром часток менше 4 мкм не менше 50 % (об.) та з масовою часткою Аl2О3 не менше 99,8 % і розміром часток менше 1,1 мкм не менше 50 % (об.) і менше 7,3 мкм не менше 90 % (об.) при їх співвідношенні від 0,4:0,3 до 1:0,2, як високоглиноземистого цементу високоглиноземистого цементу з масовою часткою Аl2О3 не менше 73 % з питомою поверхнею 2 7500-8000 см /г і розміром часток менше 8 мкм в межах 65-70 % (об.), менше 15 мкм в межах 2 UA 110518 C2 5 10 15 20 25 30 30-35 % (об.), і диспергуючої полімерної добавки на основі поліетиленгліколю або модифікованого поліелектролітом дисперсного глинозему з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) (понад 100 % відносно основного складу компонентів) при заявленому співвідношенні компонентів шихти забезпечує збільшення показників щільності і міцності при стисненні бетону (особливо невипаленого). Це підвищення вищевказаних показників обумовлено формуванням щільної і міцної структури бетону (як невипаленого, так і після високотемпературного випалу) внаслідок досягнення оптимального упакування дуже дрібних часток цементу між зернами електрокорундового заповнювача, значного покращення легкоукладальності крупнозернистої бетонної маси з низьким вмістом цементу при одночасному зниженні вмісту води в ній до 4 % і збереженні її високої текучості. Під впливом високої температури в процесі служби бетону в його тонкодисперсній складовій частині утворюються тверді розчини оксиду хрому в корунді та оксиду хрому в гексаалюмінаті кальцію (який є високотемпературною кристалічною фазою, в яку під впливом високої температури перетворюються моно- і діалюмінати кальцію - основні мінеральні фази високоглиноземистого цементу), і формуються міцні зв'язки тонкодисперсної складової з зернистим заповнювачем, утворюючи щільний контакт останніх. Дрібні пори округлої форми переважно розміром ~ 4-20 мкм, максимальним - ~ 5-40 мкм, зосереджені в основному в тонкодисперсній зв'язці і досить рівномірно розташовані в ній. У лабораторії ПАТ "УКРНДІВ ІМЕНІ А.С. БЕРЕЖНОГО" були виготовлені зразки високовогнетривкого бетону за запропонованим винаходом і прототипом за традиційною технологією, яка прийнята в вогнетривкій промисловості при виготовленні зернистих вогнетривких виробів. Запропонований винахід ілюструється прикладами, які приведені в таблиці. Аналіз даних, які приведені в таблиці, свідчить про те, що зразки високовогнетривкого бетону, які виготовлені із шихти запропонованого складу, в порівнянні з прототипом характеризуються більшими на 1,3-1,7 % (відн.) значеннями щільності і на 14,7-22,1 % (відн.) міцності при стисненні зразків невипаленого бетону відповідно і на 1,3-1,7 % (відн.) більшими значеннями щільності і на 6,5-9,7 % (відн.) міцності при стисненні зразків випаленого при 1750 °C бетону відповідно. Запропонований винахід передбачається до впровадження на дослідному виробництві ПАТ "УКРНДІВ ІМЕНІ А.С. БЕРЕЖНОГО" в 2014 році. Таблиця Склад вогнетривких бетонних сумішей і властивості бетонів з них Найменування Приклади компонентів, №1 №2 №3 №4 №5 №6 показники прототип оптимальний пропонований пропонований позамежним позамежний властивостей 1 2 3 4 5 6 7 Склад шихти: 1. Зернистий електрокорунд зернистий електрокорунд з масовою часткою Аl2О3 не менше 99 % (об.) і з максимальним 70,00 70,00 69,00 71,00 68,00 72,00 розміром зерен 5 мм фракцій 5-3, 3-2, 2-1, 1-0,5, 0,5-01 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,8:0,5:0,5:0,7 до 1:1:0,6:0,6:0,8 3 UA 110518 C2 Продовження табл. Склад вогнетривких бетонних сумішей і властивості бетонів з них Найменування Приклади компонентів, №1 №2 №3 №4 №5 №6 показники прототип оптимальний пропонований пропонований позамежним позамежний властивостей 2. Оксидхромвмісний компонент: оксид хрому 6,50 оксид хрому з масовою часткою Сr2О3 не менше 99 % і розміром часток менше 8 мкм не 6,50 10,00 3,00 12,00 1,00 менше 90 % (об.) при вмісті часток менше 4 мкм не менше 30 % (об.) 3. Тонкодисперсний глиноземовмісний компонент: суміш глиноземів з масовою часткою Аl2О3 не менше 85 % при вмісті -Аl2О3 в межах 85-90 % і 15,25 розміром часток 3-6 мкм та з масовою часткою Аl2О3 не менше 99 % і питомою поверхнею 2/ 4,0-5,5 м г при їх співвідношенні 0,9:0,3 суміш глиноземів з масовою часткою домішок (SiO2, Fе2О3, Na2O, К2О) не більше 0,45 % при вмісті Аl2О3 не менше 90 % (об.) і розміром часток менше 4 мкм 17,25 13,50 21,00 11,50 23,00 не менше 50 % (об.) та з масовою часткою Аl2О3 не менше 99,8 % і розміром часток менше 1,1 мкм не менше 50 % (об.) і менше 7,3 мкм не менше 90 % (об.) при їх співвідношенні 0,7:0,25 0,4:0,3 1:0,2 0,3:0,4 1,3:0,1 4 UA 110518 C2 Продовження табл. Склад вогнетривких бетонних сумішей і властивості бетонів з них Найменування компонентів, показники властивостей 4. Високоглиноземистий цемент високоглиноземистий цемент з масовою часткою Аl2О3 не менше 72 % і питомою поверхнею 2 7500-8000 см /г високоглиноземистий цемент з масовою часткою Аl2О3 не менше 73 % з питомою поверхнею 2 7500-8000 см /г і розміром часток менше 8 мкм в межах 65-70 % (об.), менше 15 мкм в межах 30-35 (об.) 5. Диспергуюча добавка: на основі оксиду алюмінію з масовою часткою Аl2О3 не менше 80 % при вмісті -Аl2О3 не менше 99 % і об'ємною щільністю 1000 г/л диспергуюча полімерна добавка на основі поліетиленгліколю або модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) (понад 100 % відносно основного складу компонентів) Приклади №1 №2 №3 №4 №5 №6 прототип оптимальний пропонований пропонований позамежним позамежний 6,25 6,25 7,50 5,00 8,50 4,00 2,0 0,60 0,20 1,00 0,10 1,10 5 UA 110518 C2 Продовження табл. Склад вогнетривких бетонних сумішей і властивості бетонів з них Найменування Приклади компонентів, №1 №2 №3 №4 №5 №6 показники прототип оптимальний пропонований пропонований позамежним позамежний властивостей Властивості бетонної маси і зразків бетону з неї І. Розтікання бетонної маси при вібрації протягом 30 сек, % 155 173 170 172 160 164 (згідно з методикою EN 1402-4:2003) II. Уявна щільність, 3 г/см невипалених зразків бетону після твердіння в вологих 3,00 3,05 3,04 3,05 3,02 3,03 умовах протягом 7 діб і висушених при 110 °C/ 2 години випалених зразків бетону при 3,02 3,07 3,06 3,07 3,00 3,05 температурі 1750 °C III. Межа міцності при стисненні, МПа невипалених зразків бетону після твердіння в вологих 68 82 78 80 69 70 умовах протягом 7 діб і висушених при 110 °C/ 2 години випалених зразків бетону при 155 168 165 170 153 157 температурі 1750 °C ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 Шихта для виготовлення високовогнетривкого бетону, що включає зернистий електрокорунд з масовою часткою -Аl2О3 не менше 99 об. % з максимальним розміром зерен 5 мм фракцій 5-3, 3-2, 2-1, 1-0,5, 0,5-01 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,8:0,5:0,5:0,7 до 1:1:0,6:0,6:0,8, оксидхромвмісний компонент, тонкодисперсний глиноземовмісний компонент, 2 високоглиноземистий цемент з питомою поверхнею 7500-8000 см /г і диспергуючу добавку, яка відрізняється тим, що як оксидхромвмісний компонент вона містить оксид хрому з масовою часткою Сr2О3 не менше 99 % і розміром часток менше 8 мкм не менше 90 об. % при вмісті часток менше 4 мкм не менше 30 об. %, як тонкодисперсний глиноземовмісний компонент вона містить суміш глиноземів, яка складається з глинозему з масовою часткою домішок (SiO2, Fe2O3, Na2O, K2О) не більше 0,45 % при вмісті -Аl2О3 не менше 90 об. % і розміром часток менше 4 мкм не менше 50 об. % та з глинозему з масовою часткою Аl2О3 не менше 99,8 % і розміром часток менше 1,1 мкм не менше 50 об. % і менше 7,3 мкм не менше 90 об. % при їх співвідношенні від 0,4:0,3 до 1:0,2, як високоглиноземистий цемент вона містить високоглиноземистий цемент з масовою часткою Аl2О3 не менше 73 % з питомою поверхнею 2 7500-8000 см /г і розміром часток менше 8 мкм в межах 65-70 об. %, менше 15 мкм в межах 3035 об. %, як диспергуючу добавку вона містить диспергуючу полімерну добавку на основі поліетиленгліколю або модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 об. %, при такому співвідношенні компонентів, мас. %: 6 UA 110518 C2 зернистий електрокорунд з масовою часткою -Аl2О3 не менше 99 % і максимальним розміром зерен 5 мм фракцій 5-3, 3-2, 2-1, 1-0,5, 0,5-0,1 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,8:0,5:0,5:0,7 до 1:1:0,6:0,6:0,8 69,0-71,0 оксидхромвмісний компонент оксид хрому з масовою часткою СrО3 не менше 99 % і розміром часток менше 8 мкм не менше 90 об. % при вмісті часток менше 4 мкм не менше 30 об. % 3,0-10,0 тонкодисперсний глиноземовмісний компонент суміш глиноземів, яка складається з глинозему з масовою часткою домішок (SiO2, Fe2O3, Na2O, K2O) не більше 0,45 % при вмісті Аl2О3 не менше 90 об. % і розміром часток менше 4 мкм не менше 50 об. % та глинозем з масовою часткою Аl2О3 99,8 % і розміром часток менше 1,1 мкм не менше 50 об. % і менше 7,3 мкм не менше 90 об. % при їх співвідношенні від 0,4:0,3 до 1:0,2 13,5-21,0 високоглиноземистий цемент з масовою часткою Аl2О3 не менше 73 % з питомою поверхнею 75002 8000 см /г і розміром часток менше 8 мкм в межах 65-70 об. %, менше 15 мкм в межах 30-35 об. % 5,0-7,5 диспергуюча полімерна добавка на основі поліетиленгліколю або модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 об. % (понад 100 % відносно основного складу компонентів) 0,2-1,0. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7