Способ изготовления огнеупорных изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН Ц 51) С 04 В 39/12 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ з 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Московский ордена Трудового Кра ного Знамени инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева(56) 1. Астахов Ю.А. Корундовые ра ноплотные изоляционно-футеровочныеблоки (технология и свойства), Автореф. канд. дис., М., 1975.2. Долгополов Н.Н. Электрофизические методы в технологии строительных материалов. М 1971, с,140145.3. Авторское свидетельство СССР Р 609739, кл. С 04 В 35/10, 1978 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ путем смешиванияпорошка огнеупорного материала сгранулами полистирола, размещениясмеси в замкнутой перфорированнойформе, нагрева, распалубки и обжига сырца, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью получения конструционно-теплоизоляционных изделий с регулируемой по сечению пористостью при одновременном сокращении процесса, при размещении в фор -ме чередуют слои смеси и огнеупорного материала, а нагрев ведут токами промышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 мин.Изобретение относится к огнеупорным материалам, а именно к изготовлению теплоизоляционных изделий,предназначенных для службы в тепловых агрегатах черной и цветной металлургии. 5Известен способ изготовления многослойных огнеупорных изделий, включающий укладку плотных и теплоизоляционных слоев, уплотнение, сушку иобжиг. Сначала укладывают плотный 10слой и вибрируют, затем теплоизоляционный слой и уплотняют оба слоя .посредством вибропрессования в течение 60 с с удельным давлением прессования 0,3-0,35 кг/см , Далее изделия сушат 14 ч при максимальнойтемпературе 120 С и обжигают при1550 С (11,Недостатком этого способа является продолжительность цикла из-задлительности сушки, вызванной высокой остаточной влажностью (30),что ведет к удорожанию способа, атакже недостаточная прОчность изделий из-за слабого сцепления слоевв результате плохого проникновения частиц массы одного слоя в другой.Известен способ электронагреваизделий из подвспененного полистирола с влажностью 0,3-0,6 О токами 30высокой частоты 20-30 Мгц в течение35 90 с 23В известном способе при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ)происходит испарение влаги и спекание зерен полистирола, При нагревемасс ТВЧ с влажностью 30-40 происходит интенсивное, выделение пара,что приводит к структурному разрушению сырца,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяспособ изготовления огнеупорноголегковесного материала, включающийприготовление шихты ( смесь огнеупорного компонента и гранул полистирола), загрузку ее в замкнутую перфорированную формУ, сушку при 120-125 цСв течение 8-10 ч и окончательныйобжиг (.3 3.Недостатками данного способа являются продолжительность цикла и невы -сокая механическая прочность изделий. Это объясняется тем, что притепловой обработке горячим воздухомили паром в материале неравномернораспределяются поля температур, чтоведет к неодновременному вспениванию полистирола, скоплению влаги вцентре сырца и.неодновременному возникновению уплотняющихся усилий.А также энергоемкость и сложностьполучения многослойных огнеупорныхизделий.Цель изобретения - получениеконструкционно-теплоизоляционных изделий с регулируемой по сечению 65 пористостью при одновременном сокращении процесса.Цель достигается тем, что согласно способу изготовления огнеупорных изделий путем смешивания порошка огнеупорного материала с грану- лами полистирола, размещения смеси в замкнутой перфорированной форме, нагрева, распалубки и обжига при размещении в форме чередуют слои смеси и огнеупорного материала, а нагрев ведут токами проьышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 мин.Способ осуществляется следующим образом.В перфорированную с двух боковых сторон форму укладывают плотный слой - предварительно приготовленный раствор огнеупорного компонента, затем теплоизоляционный слой - приготовленные в лопастной мешалке раствор огнеупорного компонента с предварительно подвспененным в течение 5-12 мин полистиролом, после этого следующий слой с другим количеством полистирола и т.д. Далее закрывают крышкой формуПодключают к сети переменного тока электроды, расположенные на боковых гранях, и воздействуют токами промышленной частоты 50 Гц в течение 15-20 мин. После электрообработки осуществляют распалубку сырца, который далее подают на поддоне в тоннельную печь, где производят сушку горячим воздухом при 120-125 С в течение 1,5-2 ч и обжиг.На фиг, 1 представлена схема перфорированной формы с электродами и чередующимися слоями, где приняты следующие обозначения: 1 - стенки формы, выполненные из диэлектрического материала; 2 - пластинчатые электроды; 3 - плотный слой; 4 и 5 - смесь огнеупорного материала и гранул полистирола с различным В содержанием последнего; 6 - перфорация стенок формы.Электропрогрев массы осуществляется до 80-95 С. Заданная температура поддерживается изменением напряжения автотрансформатором. Полистирол по всему объему формовочной массы (огнеупорный компонент и гранулы полистирола) равномерно вспенивается. В результате развиваемых уплотняющихся усилий полистирола происходит уплотнение слоЕв, при этом физическая свободная влага отжимается из форьы через перфорацию. Масса теплоизоляционного слоя внедряется в плотный слой, создавая тем самым переходный слой. Причем более крупные частицы полистирола, обладающие большими вспучивающими усилиями по сравнению с мелкими, проникают в плотный слой глубже. В зависимости от предъявляемых требований к изделию можно регулировать зону пористости различным процентным содержанием полистирола. 1Сочленение раэноплотных слоев в поперечном разрезе представляет собой шероховатую волнообразную поверхность. В результате увеличивается площадь соприкосновения слоев, обеспечивающая надежное их сцепление и увеличение работоспособности материала с комбинированной структурой.На фиг. 2 изображено сочленение слоев с различным градиентом пористости, где приняты следующие обозначения: 7 - плотный слой; 8 - переходный слой; 9 - теплоизоляцион 15 ный слой.формование и уплотнение формовочных масс на полистироле в замкнутой перфорированной с двух сторон форме токами промышленной часто ты отличается от обработки горячим воздухом и паром.В отличие от обработки горячим воздухом и паром в предложенном способе внешняя среда не являет ся теплоносителем. Тепло при электропрогреве развивается внутримассы и может быть распределено по объему равномерно. Равномерное распределение полей температур по сечению материала способствует равномерному вспениванию полистирола по всему объемуЭто обстоятельство играет важную роль для быстрой выфизической влаг иэ формовочных масс. Обработка массы внешними теплоносителями (пар, газ) не позволяет достичь такого эффектаМеханическое выжимание влаги при электропрогреве позволяет снизить время последующей сушки сырца без 40 формы (в известном способе сушка горячим воздухом в закрытых формах длится 8-14 ч,в предложенном - обработка электротоком 15-20 мин и последующая сушка 1,5-2,0 ч). 45В данном способе нагрев формуемой массы до 80-95 С является необходимым условием для лучшего вспенивания полистирола. При температуре ниже 80 С не достигается полное вспе нивание полистирола, а верхний предел 95 С не должен превышать температуру кипения воды затворения, что приводит к разрыхлению структуры сырца при выхОде парОв через перфОРацию формы 55 Указанный интервал температуры достигается изменением напряжения в сети автотрансформатором. Электропрогрев производят 15- 20 минУкаэанное время является оптимальным для получения качественных конструкционно-теплоизоляционных огнеупорных изделий с высокой прочностью переходных слоев за счет внедрения частиц теплоизоляционных слоев в плотные и лучшего сцепления разноплотных слоев.При электропрогреве в течениеменьшего времени (менее 15 мин)полистирол не успевает прореагировать полностью, Это ведет к недостаточному уплотнению массы и неполному удалению усадочной влаги черезжидкую фазу. Сырец не имеет достаточной прочности для транспортированияЗатем при сушке происходитдальнейшее остаточное вспениваниеполистирола, в результате которогов изделии появляются недопустимыетрещины и даже разрушения.Электропрогрев более 20 мин нецелесообразен, так как полистиролпрореагировал полностью и усадочная влага удалена, а дальнейшаяэлектроообработка масс в замкнутом объеме приводит к образованиюпара, выход которого затруднен. Скорость парообразования в объемесырца начинает превышать скоростьвыжимания влаги иэ массы, в резуль -тате повышается давление пара, разрушающее структуру сырца, а такжезадерживается оборачиваемостьформы и увеличиваются энергозатраты,Раствор формовочной массы теплоизоляционного слоя готовят с предварительно подвспененным в течение5-12 мин полистиролом. Неполноевспенивание полистирола в течениеуказанного времени необходимо длятого, чтобы в зернах полистиролаостались потенциальные силы, необходимые для уплотнения масс,создания переходного слоя и надежного сочленения разноплотныхслоев.Предварительное подвспенивание полистирола менее 5 мин приводит к тому, что происходит выдавливание огнеупорной массы через перфорацию формы вследствиеизбыточных внутренних усилий, развиваемых при вспучивании гранулполистирола. В результате сырецпосле распалубки форьы получаетсяс трещинами и раковинами, что не -допустимоПри подвспенивании полистиролаболее 12 мин вспучивающие усилиягранул ослабевают, что приводитк недостаточному уплотнению слоев,некоторому ухудшению проникновениячастиц теплоизоляционного слоя вплотный, в результате которогоуменьшается прочность сочлененияслоев ив целом изделия. После окончания электропрогрева свежеотформованные сырцы имеют четкие геометрические грани и прочность при сжатии 0,5-0,6 МПа.Последующую сушку сырцов без форм проводят горячим воздухом при 120 1108084125 С в течение 1,5-2,0 ч до остаточной влажности 3.Сушка ниже 120 С ведет к удлинению цикла, свыше 125 С - к образованию микротрещин. Время сушки определяется остаточной влажностью массы. 5Сушка менее 1,5 ч ведет к повышениюпроцента остаточной влажности, аболее 2 ч нецелесообразна,В примерах используются следующиематериалы: технический немолотый 10глинозем ГК, технический молотыйглинозем ГК,бисерный полистирол,фракции Р 5.П р и м е р 1. Готовят формовочную смесь плотного (огнеупорного) 15слоя следующего состава, вес.: технический немолотый глинозем 60;технический молотый глинозем 40.Влажность приготовленной массы 3540, Средняя плотность плотного слоя 201900-2200 кг/м.Теплоизоляционный слой следующегосостава, вес.: технический молотыйглинозем 100; предварительно подвспененный полистирол в течение 255 мин - 8 сверх 100,В лопастную мешалку засыпают полистирол, предварительно подвспененный в водяной бане в течение 5 мин,увлажняют водой и перемешивают 2 мин,затем добавляют молотый глинозем иперемешивают 3 мин. Влажность приготовленной смеси 40 - 45. Средняяплотность смеси 700-750 кг/мЗ.В перфорированную форму укладывают плотный слой, затем теплоизоляционныи . Форму закрывают крышкой, подводят к пластинчатым электродам переменный ток 50 Гц и осуществляют электропрогрев в течение 20 мин. Затем производят распалубку сырца и производятсушку при 120-125 С в течение1,5-2 ч. Прочность сырца 0,5-0,6 МПа.Сырец обжигают при 1600 С,П р и м е р 2. Технология по примеру 1, но полистирол используютподвспененный в течение 8 мин. Электропрогрев осуществляют 18 мин.П р и м е р 3. Технология по примеру 1, но полистирол используютподвспененный в течение 12 мин,электропрогрев производят 15 мин,Изделия после обжига при 1600 Ссохраняют свою форму, поэтому шлифовке и обрезке не подвергаются.Структура материала ячеистая. Контакт слоев расплывчатый с переменнойплотностью. Сферические поры имеютразмеры 25-1600 мкм, преобладающиеразмеры 300-700 мкм (Фиг.2),В таблице приведены основныефизико-технические свойства конструкционно-теплоизоляционных корундовыхизделий.Как видно из таблицы, предложенный способ позволяет на 75-80 сократить длительность термообработки в закрытой перфорированной форме, что ведет к сокращению времени цикла в 3-3,5 раза.Предложенный способ изготовления конструкционно-теплоизоляционных корундовых изделий имеет простую схему производства, регулируя плотность, можно определять основные рабочие свойства изделий.2 х х о 5 Ц Ю о о Ю 1 Л Ю О о 1 О Л О о СО СЧ 1 Ю Ю СЧ СЧ ЮСЧЛ 111 -1 111111 Ю Ю Ю 1 Ю го о оо Юо о СО СЧ 1 О Ю СЧ СЧ Ю СЧ 1 1 Л 1 х о 5 о О)хоо 6 О н хХ Х с о ы х О 6 Х ц Е 6 "с а с С. Х 111111111111сР1111 11 111 11 111 11 м 11 111 11111111111 СЧ 1 1 1 11 1 11 " --1 1 1 111 11 1 1 1108084 СГ Р с с о о.1 Ю СЧс СЧ СЧ СО сЛ СО СЧо оСЧ СО 6 х х 6 Ба 1 Щ С 4 СЧЛ О СЧСЧ Л О СЧм 1 1 Ю Ф с СЧ СЧ СС с О СЧ1 д но о х; цх КХ ХХЕ М б 1" ц оок ЦЕХ о ах ао 6 соххох оГ Цо5 о оСО Цхо оо х5 с о6 О Ю .О1о сДЕцо осба О,О б хСОИ ДЦЕ х 6х цх хх мае цоо оСХ ЦоаИ 1 1 11 11 1 11 1 1 11 1 1 11 1 11 111 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 111 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 о а 6 Е б а бх 2 1 6 Ц 6 а С ПЦ 2 х бх 2 а 6 Е х а И4 Ъг Г ижановяк Ко оставитель А ехред Л, Коцю тор И.Мус еселов едак Подписноеомитета СССР и открытииушская наб., д. 4/ Филиал ППП "Патент", г,Ужгород, Ул,Проектная,4 каз 5829/17 Т ВНИИПИ ГосУДаР по делам и 113035, Москва