способ изготовления изделий из огнеупорной массы (варианты)

Формула изобретения

1. Способ изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающий смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, отличающийся тем, что используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь, в качестве добавок - жидкое стекло и отвердитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Муллито-корундовая смесь	45-60
Высокоглиноземистый цемент,
частично или полностью потерявший свою активность	18-26
Жидкое стекло	20-24
Отвердитель	2-6,

а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.

2. Способ изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающий смешивание компонентов и затвердевание, отличающийся тем, что используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь и асбест хризотиловый №5, в качестве добавок - жидкое стекло и отвердитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Муллито-корундовая смесь	25-29
Асбест хризотиловый №5	8-13
Высокоглиноземистый цемент,
полностью или частично потерявший свою активность	33-35
Жидкое стекло	20-24
Отвердитель	2-6,

после смешивания компонентов осуществляют полусухое торкретирование, а затвердевание - при тепловой обработке.

3. Способ изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающий смешивание компонентов и затвердевание, отличающийся тем, что используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь и асбест хризотиловый №5, в качестве добавок - огнеупорную глину, жидкое стекло и отвердитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Муллито-корундовая смесь	25-29
Высокоглиноземистый цемент,
частично или полностью потерявший свою активность	33-35
Асбест хризотиловый №5	8-13
Огнеупорная глина	2-4
Жидкое стекло	20-24
Отвердитель	2-6,

после смешивания компонентов осуществляют полусухое торкретирование, а затвердевание - при тепловой обработке.

4. Способ изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающий смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, отличающийся тем, что используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь, асбест хризотиловый №5 и керамзит, в качестве добавок - глину, жидкое стекло и отвердитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Муллито-корундовая смесь	2-4
Асбест хризотиловый №5	15-20
Керамзит	15-20
Высокоглиноземистый цемент,
полностью или частично потерявший свою активность,	34-38
Глина	2-4
Жидкое стекло	20-25
Отвердитель	2-6,

а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.

5. Способ изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент и воду, включающий смешивание компонентов, помещение огнеупорной массы в форму и затвердевание, отличающийся тем, что используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность, и дополнительно набивную массу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Набивная масса	65-67
Высокоглиноземистый цемент,
полностью или частично потерявший свою активность	21-23
Вода	10-12,

помещение огнеупорной массы в форму осуществляют набивкой, а затвердевание - при тепловой обработке.

6. Способ изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей заполнитель, высокоглиноземистый цемент, добавку и воду, включающий смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, отличающийся тем, что используют в качестве заполнителя муллито-корундовую смесь и в качестве добавки - высокоглиноземистый цемент, полностью или частично потерявший свою активность, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Муллито-корундовая смесь	73-76
Высокоглиноземистый цемент	7-8
Высокоглиноземистый цемент,
полностью или частично потерявший свою активность	7-8
Вода	10-11,

а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства огнеупоров и масс для футеровки элементов тепловых агрегатов металлургии, теплоэнергетики, химии и других отраслей промышленности и может быть использовано для изготовления монолитной наливной футеровки для защиты агрегатов от воздействия высоких тепловых, термических и других нагрузок.

Футеровка является одним из основных элементов защиты тепловых агрегатов от разрушительного воздействия на них высоких тепловых и термических нагрузок, абразивного воздействия потока твердых частиц, от химического воздействия при эксплуатации в агрессивных средах.

Основной причиной выхода из строя футеровки является возникновение сквозных трещин и пор. Одним из факторов образования трещин является наличие физически и химически связанной влаги, повышающей пористость и снижающей прочность и, как следствие, стойкость футеровки.

Необходимо иметь надежную массу для изготовления футеровки с высокой стойкостью и длительным сроком службы, которую можно было бы изготовить и использовать в условиях действующего производства в зависимости от времени готовности массы к работе, места ее применения, агрессивности среды и условий эксплуатации.

Известны составы растворов, огнеупорных жаростойких бетонов на основе вяжущих цемента, жидкого стекла натриевого, отвердителей [И.А.Шишков, А.А.Айзенберг, В.И.Бельский и др. Сооружение промышленных печей. М., Стройиздат, 1978 г., с.64-85].

Недостатком таких бетонов является значительный рост или усадка при максимальной температуре применения, предрасположенность к трещинообразованию, сравнительно невысокая температура применения, большая потеря прочности с повышением температуры.

Известен способ изготовления массы для футеровки индукционных печей, содержащей тонкомолотый магнезит, шамотный порошок, шамотный щебень, жидкое стекло натриевое, кремнефтористый натрий, глинозем, высоглиноземистый цемент (ВГЦ) [Авторское свидетельство СССР №356266, МПК С04В 35/68, 23.10.1972 г.].

Недостатком футеровки, изготовленной по такому способу, является ее высокая степень смачиваемости жидким металлом и проникновение его в поры и трещины футеровки, а также значительная объемная усадка при сушке, что приводит к ее значительному расслаиванию и сокращению срока службы футеровки.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ изготовления изделий из огнеупорной массы, включающий смешивание в мас.%: элетрокорунда фракции до 7 мм - 36-69, высокоглиноземистого цемента - 7-16, тонкодисперсного корунда - 14-24, карбида кремния - 13-27 и пластифицирующей добавки - 0,03-0,55, добавление воды, заливку в формы и твердение [Патент РФ №2239612, МПК С04В 35/101, С04В 35/66, 10.11.2004].

Недостатками известного способа являются невозможность использования для быстрого изготовления и применения массы и изделия из нее в условиях действующего производства, связанные с длительностью времени от начала изготовления до окончания затвердевания и получения готового изделия.

Техническим результатом изобретения является увеличение срока службы футеровки за счет повышения прочности и износостойкости огнеупорной массы как при затвердевании в естественных условиях, так и при высоких температурах, отсутствие усадки и роста при затвердевании при высоких температурах, хорошая проникающая способность и отсутствие трещин, быстрая схватываемость и затвердевание и возможность использования в действующем производстве при высоких температурах в экстремальных ситуациях при сохранении эксплуатационных свойств.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающем смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент, полностью или частично потерявший свою активность - 18-26 мас.%, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 45-60 мас.%, в качестве добавок - жидкое стекло 20-24 мас.% и отвердитель 2-6 мас.%, а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающем смешивание компонентов и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент полностью или частично потерявший свою активность - 33-35 мас.%, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 25-29 мас.%, в качестве добавок - жидкое стекло 20-24 мас.% и отвердитель 2-6 мас.%, после смешивания осуществляют полусухое торкретирование, а затвердевание - при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающем смешивание компонентов и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность - 33-35 мас.%, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 25-29 мас.% и асбест хризотиловый №5 8-13 мас.%, в качестве добавок - огнеупорную глину 2-4 мас.%, жидкое стекло 20-24 мас.% и отвердитель 2-6 мас.%, после смешивания осуществляют полусухое торкретирование, а затвердевание при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент, заполнитель и добавки, включающем смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность 34-38 мас.%, в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 2-4 мас.%, асбест хризотиловый №5 15-20 мас.% и керамзит 15-20 мас.%, в качестве добавок - огнеупорную глину 2-4 мас.%, жидкое стекло 20-25 мас.% и отвердитель 2-6 мас.%, а затвердевание осуществляют при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей высокоглиноземистый цемент и воду, включающем смешивание компонентов, помещение огнеупорной массы в форму и затвердевание, согласно изобретению используют высокоглиноземистый цемент - полностью или частично потерявший свою активность - 21-23 мас.%, дополнительно набивную массу 65-67 мас.%, воду 10-12 мас.%, помещение огнеупорной массы в форму осуществляют набивкой, а затвердевание - при тепловой обработке.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления изделий из огнеупорной массы, содержащей заполнитель, высокоглиноземистый цемент, добавку и воду, включающем смешивание компонентов, разливку огнеупорной массы по формам и затвердевание, согласно изобретению используют в качестве заполнителя - муллито-корундовую смесь 73-76 мас.% и в качестве добавки - высокоглиноземистый цемент, полностью или частично потерявший свою активность 7-8 мас.%, высокоглиноземистый цемент 7-8 мас.%, воду 10-11 мас.%, а затвердевание - при тепловой обработке.

Использование в изготовлении огнеупорных масс ВГЦ-1, с течением времени частично потерявшего свою активность в естественных условиях, приводит к возникновению эффекта тройного действия: двух одновременно протекающих процессов и с течением времени разновременное частичное восстановление своей утраченной ранее активности.

Наличие температуры одно из условий работы такой композиции.

В таблице 1 представлены физико-механические показатели ВГЦ-1 согласно ГОСТ 969-91.

Таблица 1
Предел прочности при сжатии через 3 суток, МПа	Сроки схватывания
	Начало, мин	Конец, ч
35,0	не ранее 30	не позднее 12

Согласно изобретению старый высокоглиноземистый цемент со сроком выдержки 8÷12 месяцев и больше подвергали испытаниям в соответствии с НТД на этот вид цемента для определения потери или сохранения им своих первоначальных свойств.

Добавка из высокоглиноземистого цемента стала таковой только после проведения этих испытаний.

Установлено следующее.

- Начало схватывания наступило через 3 часа после затворения, конец схватывания - через 5 часов 50 минут.

- Предел прочности при сжатии через сутки после затворения и выдержки в воде определить не удалось, т.к. растворенная смесь не затвердела и при распалубке образец - балочка сломалась.

Две оставшиеся балочки в металлической форме были поставлены в пропарочную камеру и после тепловой обработки при 70°С были испытаны. Предел прочности составил в среднем 40 МПа (40,78 кг/см). Деструктивных явлений не отмечено. Предел прочности при сжатии через трое суток твердения в воде - 49,5 МПа (504,1 кг/см²). При выдержке образцов - балочек в естественных условиях в течение одних суток набора прочности не произошло. При прикосновении руками образцы разрушились.

На основании изложенного выше, данный цемент имеет значительные отклонения по времени затвердевания и набора прочности в первые сутки и не отвечает эксплуатационным требованиям по этому показателю.

В результате потери с течением времени своих первоначальных качеств, которые цемент имел, он не может быть использован по своему прямому назначению. Добавляя такой цемент, как тонкомолотую добавку в предлагаемую массу, которая сама по себе уже является огнеупорным жаростойким бетоном с определенными физико-механическими свойствами, и ее используем как носитель добавки из цемента, в стадии изготовления и доставки массы в формы в месте использования, а затем при прохождении в ней процессов затвердевания, протекающих в жидком связующем с отвердителем с образованием затвердевшего камня, используем как форму, в которой добавка из цемента, при воздействии на форму температуры и создания паровлажной среды из влаги, содержащейся в затвердевшем камне, вновь приобретает свойства гидратации и гидролиза, интенсифицирующего процесс гидравлического затвердевания цемента с восстановлением утраченных им прочностных свойств в естественных условиях, усиливая служебные физико-механические свойства массы, которая является (стала) ее носителем и формой.

Химический состав используемого ВГЦ-1 представлен в таблице 2.

Таблица 2
№ пробы, выпуска	Содержание оксидов элементов, %
	Al2O3	Fe2O3	СаО
Высокоглиноземистый цемент	65,0	1,43	31,5

Для оценки влияния ВГЦ-1 на свойства огнеупорной массы, а именно изменения активности цемента до полной ее потери, отслеживали в течение нескольких месяцев, подвергая испытаниям пробы цемента в полном соответствии с научно-технической документацией с целью выявления у них свойств, которые ранее были получены при испытании ВГЦ-1.

В результате этих испытаний прослеживается тенденция потери с течением времени ВГЦ-1 своей активности, потеря прочности при изгибе и при сжатии в естественных условиях.

Так, проведенные испытания ВГЦ-1 показали снижение активности цемента с 21,0% и 16,9% до 100%, потери прочности при сжатии с 27,8 МПа и 29,1 МПа, до отсутствия прочности при сжатии в естественных условиях.

Последняя проба была испытана по ГОСТ 10178-85^* «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия».

После пропарки через сутки после затворения предел прочности при сжатии составил 29,4 МПа, через 28 суток - 59,4 МПа.

Такой цемент может быть использован в производстве с учетом выявленных свойств. Одновременно был исследован химический состав испытанного цемента.

Химический состав испытанного цемента представлен в таблице 3.

Таблица 3
Материал	Содержание оксидов элементов, %
	Al2О 3	Fe2O 3	CaO
Высокоглиноземистый цемент (ВГЦ-1)	66,4	0,73	21,5

Примеры использования

Пример 1.

Согласно изобретению добавку из ВГЦ-1, старый цемент со сроком выдержки 8-12 месяцев и больше, подвергали испытаниям для определения физико-механических показателей. Было установлено следующее: начало схватывания наступило через 3 часа после затворения, конец схватывания - через 5 часов 50 минут, предел прочности при сжатии определить не удалось, т.к. при распалубке образец - балочка сломалась. Из чего следует, что данный цемент полностью потерял свои прочностные свойства и не может быть использован по своему прямому назначению.

Данный цемент использовали для приготовления огнеупорной массы, которая была использована в качестве керамической латки на летке доменной печи. Компонентный состав использованных масс приведен в таблице 4.

Таблица 4
№ состава	Муллито-корундовая смесь, %	ВГЦ-1, %	Жидкое стекло, %	Отвердитель, %
				Натрий кремнефтористый	Феррошлак
1.	62,5	17	19	0,75	0,75
2.	60	18	20	1	1
3.	54	20	23	3	-
4.	52,5	22	21,5	-	4
5.	51	23	21	5	-
6.	47	25	22	3	3
7.	45	26	24	-	5
8.	41	27	25	3,5	3,5

Суть операции состояла в следующем. Восстановление частично сгоревшей футеровки венчика, заполнение и замещение пустот от сгоревшей металлической рамы летки проводились в условиях действующей печи, не останавливая производство. Были изготовлены шаблоны, повторяющие контуры рамы летки и футеровки венчика, и приварены к остаткам существующей рамы, а пространство между рамой летки и кожухом печи зашито металлическим листом с образованием емкости, сообщающейся с рамой летки и футеровкой венчика.

В эту емкость заливали приготовленную массу, которая заполнила все пустоты в раме летки и футеровке венчика с глубиной ее проникновения по сгоревшей раме летки около 700 мм. Залитая емкость становится дополнительной керамической защитой района летки и кожуха печи.

После схватывания массы шаблоны и лист удалялись, проводились необходимые операции для подготовки летки к работе. Затем схватившуюся массу снаружи прогревали слабым пламенем горелки с температурой не выше 70°С в течение 1-2 часа с внутренней стороны, со стороны кожуха печи на керамическую латку воздействовало тепло печи с температурой приблизительно 50°С.

С течением времени в массе идет процесс полимеризационного твердения жидкого стекла с отвердителем и переходом в нерастворимое состояние с образованием связанного пространства в затвердевшей массе.

Далее в процессе проникновения массы вглубь кладки горна доменной печи температурное воздействие на нее повышается. Под воздействием температуры и паровлажной среды, возникающей как в самой массе, так и вокруг нее, в затвердевшей массе происходит процесс гидравлического твердения цемента. Уплотнение массы происходит за счет естественной вибрации доменной печи при ее работе.

При затвердевании и в процессе работы керамическая латка не дала трещин, не разрушилась от смены воздействия на нее механических ударов, воздействия воды и высокой температуры (1500°С), от исходящего от летки жидкого чугуна.

Из различных частей керамической латки были отобраны образцы и изготовлены пробы для исследования физико-механических свойств огнеупорной массы. Результаты испытаний представлены в таблице 5.

Таблица 5
№ состава	Предел прочности, Н/мм 2	Открытая пористость, %	Кажущаяся плотность, г/см3
1.	26,50	24,4	1,97
2.	44,5	21,8	2,00
3.	42,5	22,2	1,99
4.	44,5	22,2	1,99
5.	56,4	22,0	2,34
6.	50,7	18,7	2,39
7.	52,4	23,6	2,20
8.	37,0	23,4	2,32

Как видно из таблицы 5, применение ВГЦ-1, полностью потерявшего свою активность в естественных условиях, в составе огнеупорной массы (варианты 2-7) восстанавливает ее, придавая массе высокие прочностные свойства цемента, входящего в ее состав.

Согласно методике определения восстановления активности цемента при 70°С и воздействии паровлажной среды следует, что пробы с пределами прочности (Н/мм ²) 50,7; 56,4; 44,5 находились в таких же условиях, что и цемент при восстановлении своих первоначальных свойств.

Пробы от оставшихся образцов от керамической латки были отправлены на исследования физико-механических показателей при воздействии на них различных температурных режимов. Две пробы Iа, Iб и две пробы IIIб, IIIв - изготовлены из образцов керамической латки, были подвергнуты вторично сушке при температуре 100°С и выдержке в печи в течение 32 часов, после этого пробы Iа и IIIб были извлечены из печи и прошли процесс остывания в естественных условиях до комнатной температуры, затем испытаны на предел прочности при сжатии. Пробы Iб и IIIв снова подвергли сушке и дальнейшему обжигу в печи до температуры 800°С со скоростью подъема температуры 75°С/час до 300°С; 120°С/час до 800°С, и выдержке 3 часа.

Определение свойств образцов производили по стандартным методикам. Все пробы были подвергнуты различным физико-механическим испытаниям. Результаты испытаний представлены в таблице 6.

Таблица 6
Физико-термические свойства массы
Индекс пробы	Предел прочности при сжатии пробы после сушки при Т=100±5°С в течение 32 часов кгс/см2, R100	Предел прочности при сжатии после обжига при Т=800°С кгс/см 2, R800	Остаточный предел прочности при сжатии Rост, %	Выдержка над водой в течение 7 суток после обжига
Iа	233,0		82,0	Трещин нет
Iб		191,1
IIIб	334,8		89,6	Трещин нет
IIIв		299,9

Остаточный предел прочности при сжатии определяли по формуле:

R _ост=(R800/R100) 100%,

где R800 и R100 - пределы прочности при сжатии проб соответственно после нагревания до 800°С и высушенных при 100°С±5°С кгс/см ².

Результаты проведенных испытаний приведены ниже:

R_ост, % проб:

Iа, Iб - 82; IIIб, IIIв - 89,57.

Исследования показали, что процесс затвердевания проб керамической латки с пределами прочности 50,7; 56,4; 44,5 Н/мм² проходил в пределах температур 70°С. Пробы из керамической латки, таблица 6, были подвергнуты сушке, проба Ia - предел прочности 233,0 кгс/см² и IIIб- 334,0 кгс/см², и обжигу, проба Iб - предел прочности 191,1 кгс/см² и IIIв - 299,9 кгс/см². Результаты показали, что снижение предела прочности у таких проб, отверждение которых проходило в необходимых условиях, после последующего обжига происходит незначительно, без образования трещин.

Для сравнительной оценки влияния цемента, потерявшего полностью свою активность в естественных условиях, на физико-механические свойства массы были проведены исследования по воздействию на массу различных температурных нагрузок, горячих воздушных потоков при Т=1200°С, влиянию на прочность прямого и косвенного воздействия теплового потока, влиянию недостатка влаги и времени на формирование процессов затвердевания: полимеризации и гидратации, к каким последствиям приводит обезвоживание массы и прямое воздействие на нее открытого пламени.

Из проведенных исследований следует, что введение в состав массы цемента с полной потерей своей активности в естественных условиях и нахождение ее в условиях, позволяющих восстанавливать свою активность, привело к возникновению эффекта двойного действия - двух разновременно протекающих процессов: полимеризационного твердения смол - проявление процесса гидратации, которые:

- обеспечивают повышение прочности масс в 1,5-2 раза;

- способствуют увеличению ее остаточной прочности после термообработки до 800°С;

- обеспечивают снижение остаточной влаги в массе и исключают трещинообразование как в естественных условиях, так и при высоких температурах.

Однако нарушение условий восстановления активности ВГЦ-1, к которым относится выдержка массы в сушильной камере при температуре 45°С или длительное воздействие на нее пламени горелки сразу после отверждения, способствует:

- удалению остаточной влаги из массы, так необходимой для процесса гидратации добавки из цемента;

- выводу из работы и перехода ВГЦ снова в разряд цементов;

приводит:

- к протеканию только одного процесса полимеризационного твердения смол;

- к снижению прочностных свойств;

- к переводу огнеупорной массы в разряд тяжелых жаростойких бетонов на основе жидкого стекла.

Огнеупорные массы предложенного состава используются для наливки футеровки шиберов горячего дутья, деталей фурменных приборов - патрубков, колен, сопел, наливки керамического стаканчика внутри воздушной фурмы или изготовления для этих целей керамической вставки различного сечения, наливки венчика и футляра на летках доменных печей, заливки зазора между кладкой горна и леткой, периодически проводятся восстановления разрушенных или изношенных футеровок нижних раструбов граммофонов, набивных колен, патрубков наливной массой на коротких остановках доменных печей, применяют ее в экстремальных и аварийных ситуациях для замещения сгоревших или разрушенных футеровок или других элементов доменных печей.

В процессе промышленных испытаний и эксплуатации огнеупорной массы проявились такие ее свойства, как:

- повышенная подвижность;

- пластичность на начальных этапах приготовления и последующей работы с ней;

- удобоукладываемость, способность затекания и заполнения трещин, пустот и т.д.;

- возможность регулирования сроков твердения;

- водонепроницаемость;

- уменьшение или отсутствие усадки при повышении температуры при твердении;

- хорошая прилипаемость к металлическим поверхностям;

- износостойкость;

- снижение затрат времени при ее использовании в отличии от обычных способов футеровки;

- возможность применения ее в экстремальных и аварийных ситуациях.

Пример 2.

В последнее время для решения задач по защите кожуха купола доменной печи от постоянных тепловых нагрузок, восстановлению футеровки тепловой защиты самого купола обортовки монтажного люка и его крышки использовали огнеупорную массу.

К использованию масс заявленных составов способствовало то, что проектная тепловая защита купола, состоящая из муллито-кремнеземистых плит МКРП-340, металлической сетки с нанесенным на нее слоем торкрет-бетона на основе глиноземистого цемента, шамотного порошка, асбеста хризотилового №7, воды - все это дополнительно было защищено нержавеющими плитами - простояла всего 2 года, и то, что восстановление проектной защиты на работающей печи - трудновыполнимая задача.

Были изготовлены два варианта образцов торкрет-масс: пять образцов с использование огнеупорной глины и шесть образцов - без нее. Формирование структуры которых происходило как в естественных условиях, так и под воздействием температуры в течение нескольких дней. Компонентный состав образцов представлен в таблице 7.

Таблица 7
№ состава	Муллито-корундовая смесь, %	Асбест хризотиловый №5, %	ВГЦ-1, %	Огнеупорная глина, %	Жидкое стекло,%	Отвердитель, %
						Натрий кремнефтористый	Феррошлак
1.	30	14	36	1	18	1	-
2.	29	13	33	3	20	-	2
3.	26	10	34	4	22	4	-
4.	25	8	35	2	24	3	3
5.	21	7	32	5	25	5	5
6.	31	7	37	-	18	7	-
7.	29	8	35	-	22	6	-
8.	28	13	34	-	20	-	5
9.	25	12	33	-	24	3	3
10.	27	13	35	-	23	1	1
11.	24	15	32	-	28	-	1

Образцы отправлены в лабораторию на определение механической прочности, пористости и кажущейся плотности. Результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8
№ состава	Предел прочности, Н/мм 2	Открытая пористость, %	Кажущаяся плотность, г/см3
1.	8,2	47,1	1,57
2.	9,5	46,3	1,58
3.	10,1	46,5	1,56
4.	9,8	46,8	1,55
5.	7,8	47,3	1,61
6.	13,9	42,1	1,78
7.	14,7	40,5	1,67
8.	15,1	40,1	1,63
9.	14,8	40,4	1,65
10.	14,9	40,2	1,62
11.	14,1	41,9	1,87

По результатам анализа физических свойств, и ссылаясь на теорию следует, что присутствие в массе асбеста с добавкой ускорителя затвердевания увеличивает прочность, повышает термостойкость и адгезивную способность теплоизоляционных материалов, а муллито-корундовая смесь увеличивает прочностные свойства на сжатие и изгиб.

Также в лабораторию были представлены две металлические пластинки с нанесенным на них слоем обмазки из составов 1, 3, 6, 10. При визуальном осмотре массы составов 3, 10 имеют лучшую прилипаемость к металлической поверхности, чем массы состава 1, 6.

На основании вышеизложенного, массы составов 2-4 и 7-10 обладают лучшими служебными свойствами для изготовления торкрет-массы и могут быть использованы в качестве теплоизоляционного слоя на купол ДП.

На установленную на кожухе купола металлическую сетку торкрет-машиной полусухого торкретирования (ТМ-969) была нанесена масса предложенного состава. Предложенная теплоизоляционная защита купола простояла до конца кампании доменной печи №5 без каких-либо ремонтов.

Пример 3.

Положительные практические результаты, полученные от использования огнеупорных масс на основе предложенного состава после частичной замены муллито-корундовой смеси на керамзит (фракции крупностью до 20 мм с насыпной объемной массой 500-650 кг/м ³), были использованы для заполнения нержавеющих кассет, из которых состоит футеровка печи для производства фтористого алюминия на химическом заводе.

Решалась задача срочной замены существующей футеровки печи, состоящей из порошка перлита, засыпаемого в обечайки. Она решилась использованием огнеупорных масс, компонентный состав которых приведен в таблице 9.

Пригодность к использованию решалась таким образом: кассеты с испытуемыми массами герметически запечатали и в сыром состоянии бросили в печь с температурой 500°С. Результат проявился сразу: кассету с предложенным составом вспучило незначительно, другую кассету разорвало.

При исследовании свойств массы в качестве основной характеристики принималась прочность при сжатии. Результаты испытаний представлены в таблице 10.

Таблица 10
Физико-механические свойства массы
№ состава	Предел прочности, Н/мм 2
1.	10,5
2.	13,6
3.	11,4
4.	12,8
5.	11,9
6.	10,1

Стойкость футеровки из огнеупорных масс предложенного состава в отличие от старой значительно выше. Температура кожуха печи снизилась более чем на 100°С.

Таблица 9
№ состава	Муллито-корундовая смесь, %	Асбест хризотиловый №5, %	Керамзит, %	ВГЦ-1,%	Глина огнеупорная, %	Жидкое стекло, %	Отвердитель, %
							Натрий кремнефтористый	Феррошлак
1.	5	14	22	33	5	20	1,0	-
2.	4	15	20	34	3	20	4	-
3.	2	16	16	35	4	21	3	3
4.	2	20	15	38	2	21	1	1
5.	3	16	17	34	2	25	-	3
5.	1,5	22	14	40	1,5	19,5	-	1,5

Пример 4.

В процессе промышленных испытаний огнеупорных масс с ВГЦ-1, полностью или частично потерявшим свою активность, на жидком стекле были проведены испытания проб, затворенных на воде, из уже готовых желобных масс с введением в них цемента ВГЦ-1.

В уже готовую сухую желобную смесь вносили ВГЦ-1, полностью или частично потерявший свою активность, все еще раз перемешивали и добавляли воду. Полученную массу набивали вручную в формы, а затем готовые образцы испытывали в лаборатории, подвергая их тепловлажной обработке при t=70°C, сушке при t=100+5°C в течение 48 часов, затем обжигу при t=800°C с последующей выдержкой над водой в течение 7 суток. После этого проводились испытания на определение предела прочности, плотности.

Компонентный состав исследуемых огнеупорных масс представлен в таблице 11.

Таблица 11
№ состава	Набивная масса, %	ВГЦ-2 с пластификатором, %	Добавка из ВГЦ-1, %	Вода, %
1	65	23	-	12
2	66	23	-	11
3	67	21	-	12
4	67	23	-	10
5	65	-	23	12
6	66	-	23	11
7	67	-	21	12
8	67	-	23	10

Компонентный состав набивных масс представлен в таблице 12.

Таблица 12
№ состава	Состав набивной массы
	Молотая глина, %	Шамотный порошок, %	Высокоглиноземистый порошок, %	Карбид кремния (шлам), %	Кокс молотый, %	Пек высокотемпературный, %
1, 2, 3, 4	35,5	21,0	-	-	29	14,5
5, 6, 7, 8	22	-	15	23	30	10

Результаты испытаний представлены в таблице 13.

Таблица 13
№ сост ава	Метка образца	Тепловлажностная обработка при t=70°С	Сушка при t=100+5°C в течение 48 час	Обжиг при t=800°С с последующей выдержкой над водой в течение 7 суток	Плотность, г/см3	Предел прочности, кгс/см 2
1	I ВГЦ-2	+			1,826	182,8
2		+	+		1,743	251,2
3		+	+	+	1,630	171,8
4			+	+	1,599	216,6
5	II ВГЦ-1	+			1,913	207,5
6		+	+		1,826	329,0
7		+	+	+	1,589	182,58
8			+	+	1,571	231,6

Данные таблицы 13 показывают, что образцы из набивной массы с введенными в них добавками: I-ВГЦ-2 с пластификатором, II-ВГЦ-1, полностью потерявшими свою активность в естественных условиях, обеспечивают высокие показатели по прочности и плотности, отсутствию трещин после выдержки над водой, позволяют осуществлять сушку массы без проведения тепловлажной обработки.

Эти показатели превышают результаты испытаний желобной и футлярной массы собственного изготовления, в состав которых входят: муллито-корундовая смесь, глина огнеупорная, карбид кремния, пек, кокс.

Испытания в лаборатории контрольных образцов желобной и футлярной масс после прокаливания показали следующие физико-механические свойства:

	Предел прочности Н/мм 2	Плотность г/см3
Желобная масса	5,1-5,5	1,62-1,76
Футлярная масса	6,9	-

Массы, изготовленные с ВГЦ-1 (составы №№5-8), обладают значительно лучшими физико-механическими свойствами.

Пример 5.

Одновременно были изготовлены, исследованы и прошли промышленные испытания образцы наливной водной массы на основе минерального вяжущего вещества.

Готовили сухую смесь из муллито-корундовой смеси, цемента ВГЦ-1 свежего 50%, в нее дополнительно вносили добавку из старого цемента ВГЦ-1, потерявшего свою активность в естественных условиях, но 50% от необходимого количества, добавляли воду и все перемешивали. Полученную массу заливали в формы, а затем готовые затвердевшие образцы подвергали испытаниям в лаборатории по той же системе, что и набивные массы.

Компонентный состав масс и результаты испытаний представлены в таблицах 14 и 15 соответственно.

Таблица 14
№ состава	Муллито-корундовая смесь, %	ВГЦ-1,%	Добавка из ВГЦ-1, %	Вода, %
1	73	8	8	11
2	74	8	7	11
3	75	7	8	10
4	76	7	7	10

Таблица 15
№ состава	Тепловлажностная обработка при t=70°C	Сушка при t=100+5°C в течение 48 час	Обжиг при t=800°C с последующей выдержкой над водой в течение 7 суток	Предел прочности кгс/см2	Наличие трещин
1	+	+	+	443	-
2	+	+	+	565	-
3	+	+	+	504	-
4	+	+	+	507	-

Данные таблицы 15 оказывают, что огнеупорная масса на основе минерального вяжущего вещества с 50%-ной добавкой из ВГЦ-1 обеспечивает высокие показатели предела прочности и отсутствие трещин после выдержки над водой.

Огнеупорные массы на основе минерального вяжущего вещества, с 50%-ной от необходимого добавкой из высокоглиноземистого цемента, с потерей своих свойств, были использованы в качестве футеровки в специальных соплах, используемых для вдувания пылесодержащих веществ - щунгита, рутелита - в доменную печь.

Образцы, изготовленные из этих масс, были подвергнуты испытаниям в лаборатории. Данные этих испытаний представлены в таблице 16.

Таблица 16
№ п/п	Метка образца	Тепловлажностная обработка при t=70°С	Сушка при t=100+5°C в течение 48 час	Обжиг при t=800°С с последующей выдержкой над водой в течение 7 суток	Плотность, кг/м2	Предел прочности, кгс/см 2
1	I	+			2340	276,8
2		+	+		2330	263,6
3		+	+	+	2165	229,7
4	II	+			2463	430,9
5		+	+		2425	524,5
6		+	+	+	2307	508,1
7			+	+	2161	434,4

Исследовались два разных состава наливной массы:

I - муллито-корундовая смесь; но 50% от необходимого количества цемента ВГЦ-1 свежего и добавки из ВГЦ-2 с пластификатором старого, вода;

II - муллито-корундовая смесь; но 50% от необходимого количества цемента ВГЦ-1 свежего и добавки из ВГЦ-1 старого, вода.

Данные таблицы 15 показывают, что образцы огнеупорной массы на основе минерального вяжущего вещества с добавками 50% цемента, потерявшего свою активность в естественных условиях, обеспечивают высокие показатели по прочности и плотности при разных температурах, отсутствию трещин после выдержки над водой, возможность проводить сушку массы без значительных потерь свойств.

Однако использование в качестве добавки цемента ВГЦ-2 с пластифицированной добавкой снижает служебные свойства массы.

Предлагаемые огнеупорные массы относятся к разряду жидконаливных и позволяют получать огнеупорные изделия сложной конфигурации с минимальными капитальными и трудовыми затратами.

Предлагаемые способы изготовления огнеупорных масс, работающих в контакте с жидкими металлами, позволят повысить срок службы изделий, их эксплуатационные качества, снизить затраты и повысить технологичность процесса производства огнеупорных масс.

Источники информации

1. И.А.Шишков, А.А.Айзенберг, В.И. Бельский и др. Сооружение промышленных печей. М., Стройиздат, 1978 г., с.64-85.

2. Авторское свидетельство СССР №356266, МПК С04В 35/68, 23.10.1972 г.

3. Патент РФ №2239612, МПК С04В 35/101, С04В 35/66, 10.11.2004 г.