ПОЛУЧЕНИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ФУТЕРОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Соколова С.В., Томилин М. Г. (СамГУПС, г. Самара, РФ)

 

Development of technology of preparation of heat resisting concrete and piece огнеупоров is the important problem in the field of construction of thermal units. The electroconductivity of fire-resistant materials defined through specific electroresistance, is sensitive size to changes of structure, structure and temperatures. It was possible to establish, that electroconductivity gives in to regulation.

 

В настоящее время одной из важных проблем является индустриализация наиболее сложной области строительства – футеровки тепловых агрегатов. Одним из путей решения данной проблемы является разработка технологии приготовления и применения жаростойких бетонов и совершенствование составов керамических огнеупорных материалов. Жаростойкие бетоны, как многокомпонентные композиты, требуют применения не только огнеупорных технических продуктов, но и различных пригодных по качеству промышленных отходов. Иногда традиционными методами (обжиг образцов бетонов при различных температурах и их испытание на прочность) не удается правильно оценить характер влияния того или иного техногенного продукта на структуру и свойства жаростойких композитов. Установлено, что такая характеристика огнеупорных футеровочных материалов, как электропроводимость, определяемая через удельное электросопротивление, является весьма чувствительной величиной к изменениям состава, структуры и температуры. Удалось установить, что электропроводность поддается регулированию. На электропроводность влияют химический и фазовый составы компонентов жаростойких композиций. Разработаны составы бетонов с максимальным первоначальным электросопротивлением. Наилучшие результаты показал состав на ВГЦ. В целом по величине начального электросопротивления минеральные вяжущие распределились в ряд: ВГЦ – ГЦ – ПЦ – ШПЦ - жидкое стекло. На рисунке 1 представлена принципиальная схема определения электросопротивления штучных огнеупоров, покрытых пропиточно-обмазочными составами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 - Схема определения электросопротивления огнеупорных футеровочных материалов в лабораторных условиях

 

Пропиточно-обмазочная композиция заданного состава (табл.1.) наносилась слоем 5 мм на образец из жаростойкого бетона, после чего  производили испытание образца.

 

Таблица 1 Изменение электросопротивления в зависимости от типа пропиточно-обмазочного состава и температуры

 

Данная методика позволяет повысить эффективность футеровки тепловых агрегатов, как за счет применения дешевых заполнителей, выбранных из отходов промышленности, так и за счет оптимизации составов. Как показали производственные испытания, проведенные в действующих тепловых агрегатах, футеровочные огнеупорные материалы оптимальных составов имеют повышенную химическую стойкость и, соответственно долговечность. Срок службы таких футеровок увеличился в 2-4 раза в зависимости от степени агрессивности среды.

Фосфатные огнеупорные обмазки в виде жаростойких растворов возможно применять как для кладки штучных огнеупоров, так и в виде защитных обмазок для повышения химической стойкости штучных огнеупоров (шамота, динаса, муллита и др.). Были изготовлены специальные образцы шамота, покрытые огнеупорной связкой (ММЛ-62 + 70%-ая ортофосфорная кислота). Затем эти образцы с покрытием были подвергнуты температурному воздействию в контакте с расплавом глинистого сырья. В результате проведенного опыта силикатный расплав взаимодействовал с обмазкой. Наблюдаемая контактная зона между связкой (обмазкой) и расплавом представленная на снимках (Рис.2), имеет четкую границу, нет заметного проникновения расплава в структуру обмазки, отсюда и снижение возможности появления микротрещин, которые в конечном итоге приводят к разрушению огнеупора. Контактная зона между шамотом и связкой тоже имеет четкие границы, но наблюдается незначительная переходная зона, дающая хорошее сцепление между шамотом и огнеупорной обмазкой.

 

Рисунок 2 - Микроструктура контактной зоны между связкой (ВТ-1+НРО-70%) с силикатным расплавом. Увеличение 130 крат.

 

С целью повышения физико-термических свойств и химической стойкости шамотного огнеупора необходимо увеличить его первоначальное электросопротивление. Это возможно осуществить путем нанесения на готовую кирпичную кладку пластичных огнеупорных обмазок или путем выдержки огнеупоров в ваннах с соответствующими растворами, модифицирующими состав и структуру материала. Для приготовления пропиточно-обмазочных составов используются глиноземсодержащие шламы, фосфатные связки, жидкое стекло и другие композиции в зависимости от вида агрессивной среды в тепловых агрегатах. Применяя пропиточно-обмазочную технологию при использовании штучных огнеупоров, имеется возможность перехода с более дорогостоящих и дефицитных огнеупоров на весьма дешевые и доступные (корундовый огнеупор возможно заменить на муллит, высокоглиноземистый огнеупор – на шамот, и т.д.).Проверку влияния пропитки шамотного огнеупора и пористой керамики ( пеношамот) ортофосфорной кислотой осуществляли на образцах 50x50x50 мм, которые выпиливались из шамотного кирпича класса ШБ (ГОСТ 390-96) и  пеношамот.  Пеношамот имел марку 600 и являлся прототипом пористой керамики. Пропитку образцов производили в естественных условиях ортофосфорной кислотой 70%-ой концентрации.

 

Таблица 2 Влияние пропитки ортофосфорной кислотой и последующего нагрева  алюмосиликатных огнеупоров на их физико-механические свойства

 

Увеличение прочности образцов, пропитанных ортофосфорной кислотой, объясняется образованием в порах при термообработке прочных минералов AlPO₄, FePO₄, SiP₂O₇ и др. Проведенные  исследования позволяют сделать вывод о том, что применение химически активных растворов для структурной модификации огнеупорных композитов (штучных огнеупоров, жаростойких бетонов и др.) способствует повышению физико-термических свойств, определяющих их долговечность.

 

Литература

1. Хлыстов А.И., Божко А.В., Соколова С.В., Риязов Р.Т. Получение прогрессивных и эффективных огнеупорных футеровочных материалов //Fist International Scientific-Technical Conference “Ecology and life protection of industrial-transport complexes». Сборник трудов. -Тольятти, 2003. - с. 186-189.

2. Хлыстов А.И., Соколова С.В. Термодинамический принцип оценки пригодности техногенного сырья для синтеза фосфатных связующих.-Уфа// Башкирский химический журнал.- 2004.- С. 27-29.