Результат интеллектуальной деятельности: ОГНЕУПОРНАЯ БЕТОННАЯ СМЕСЬ

Область техники

Изобретение относится к области металлургии, в частности, применяется для футеровки металлургических агрегатов, например, сталеразливочных ковшах, промежуточных ковшах, вакууматорах, для изготовления формованных огнеупоров методом вибролитья и т.д., работающих при температуре до 1750°С.

Уровень техники

Известна огнеупорная бетонная композиция (патент РФ №2550626, С04В 35/66, опубл. 10.05.2015 г.), включающая огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия, высокоглиноземистый цемент, комплексную добавку, органическое и/или металлическое волокно и модифицирующие добавки, причем комплексная добавка состоит из микрокремнезема, оксида хрома и тонкодисперсного глиноземистого компонента, в качестве которого используют реактивный глинозем и/или корунд дисперсностью не более 0,063 мм и/или кальцинированный глинозем, взятые в соотношении (1-3):(1-4):(6-9), при следующем содержании компонентов в бетонной композиции, мас. %: огнеупорный наполнитель - 71-92, высокоглиноземистый цемент - 2-5, комплексная добавка - 5-21, органическое и/или металлическое волокно - 0,01-2, модифицирующие добавки - 0,1-1,1.

Недостатком композиции является наличие в составе токсичного микрокремнезема.

Известна гидравлически твердеющая масса корундового состава (патент РФ №2247095, С04В 35/10, С04В 35/66, опубл. 27.02.2005 г.), включающая электрокорунд, высокоглиноземистый цемент, глинозем и модифицирующую добавку, причем в качестве модифицирующей добавки она содержит предварительно синтезированный материал с содержанием Al₂O₃ 45-55% и СаО 42-52% при следующем соотношении компонентов, мас. %: высокоглиноземистый цемент 2,5-5, глинозем 18-25, модифицирующая добавка 1,5-3, электрокорунд - остальное.

Недостатком является низкая стойкость к расплаву металла.

Ближайшим аналогом, принятым за прототип, является огнеупорная бетонная смесь (патент РФ №2239612, С04В 35/101, С04В 35/66, опубл. 10.11.2004 г.), содержащая зернистый электрокорунд и комплексное тонкодисперсное связующее на основе смеси высокоглиноземистого цемента, тонкодисперсного оксида алюминия и пластифицирующей добавки, смесь содержит карбид кремния и тонкодисперсный корунд в качестве тонкодисперсного оксида алюминия при следующем содержании компонентов, мас. %: зернистый электрокорунд фракции 6-3 мм 15-22, фракции 3-1 мм 8-20, фракции 1-0 мм или смесь фракции 0,5-0 мм и фракции 1-0,5 мм 13-27, карбид кремния 13-27, тонкодисперсный корунд 14-24, высокоглиноземистый цемент 7-16, пластифицирующая добавка 0,03-0,55.

Недостатком прототипа является то, что бетонная смесь имеет коррозионную стойкость только к расплаву чугуна.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом изобретения является улучшение стойкости к теплосменам и соответственно, большая наработка металлургического агрегата; улучшение прочностных характеристик при тепловой нагрузке.

Технический результат достигается за счет того, что в огнеупорной бетонной смеси, включающая электрокорунд, высокоглиноземистый цемент, глинозем и модифицирующую добавку, новым является то, что смесь содержит полипропиленовое волокно, а в качестве модифицирующей добавки - поликарбоксилат, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Высокоглиноземистый цемент 3-6

Реактивный глинозем 10-15

Поликарбоксилат 0,5-1,0

Полипропиленовое волокно 0,5-1,0

Электрокорунд с размером частиц не более 6000 мкм - остальное.

Способствуют достижению технического результата дополнительные признаки: смесь содержит реактивный глинозем с размером частиц не более 10 мкм.

Указанные качественные и количественные соотношения компонентов предлагаемой огнеупорной бетонной смеси являются наиболее приемлемыми, так как при выходе за заявляемые диапазоны количественных соотношений компонентов смеси не достигается указанный технический результат.

Осуществление изобретения

Сухая огнеупорная бетонная смесь состоит из, мас. %: порошка белого электрокорунда (ЭБ) (Al₂O₃) 80-90 с размером частиц не более 6000 мкм, реактивного глинозема 10-15 с размером частиц не более 10 мкм, модифицирующей добавки 0,5-1,0, в качестве которой выступает поликарбоксилат, полипропиленового волокна 0,5-1,0, и высокоглиноземистого цемента 3-6.

Количество воды для затворения, мас. %: 4-5.

Механическая прочность после обжига составляет 180-210 МПа.

Смесь готовится путем механического смешения материалов в следующей последовательности: сначала усредняются все компоненты ЭБ, затем добавляется реактивный глинозем, высокоглиноземистый цемент, в последнюю очередь поликарбоксилат и полипропиленовое волокно при следующих условиях: не допускается попадание влаги в материал во избежание его затвердевания.

Для смешения используется механический смеситель с неподвижным корпусом и вращающейся внутренней лопастной мешалкой.

Огнеупорная бетонная смесь поставляется потребителю в сухом виде, расфасованным в герметичную упаковку, в соответствии с его требованием. Футеровка металлургического агрегата производится у потребителя после приготовления бетонного раствора. Смесь не токсична, пожаро- и взрывобезопасна.

Примеры конкретного выполнения

Были изготовлены различающиеся по составу опытные образцы №1, №2, №3, №4 предлагаемой огнеупорной бетонной смеси и соответствующие им по номерам опытные образцы огнеупоров №1, №2, №3 и №4. Рецептура огнеупорной бетонной смеси представлена в таблице 1.

По физико-химическим показателям и зерновому составу смесь должна соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Результаты тестирования огнеупорных бетонов представлены в таблице 3.

Для оценки огнеупорности опытных образов бетона к расплаву были выполнены тигли (бетонные изделия №1, №2, №3 и №4), заполнены крупкой 3000-6000 мкм рафинированного кремния и поставлены в муфельную печь под нагрев до 1750°С и выдержкой в течение 6 часов. После процедуры, тигли были извлечены и осмотрены, замечаний, связанных с проходом расплава отмечено не было ни на одном образце. Далее тигли были распилены для осмотра внутренних стенок соприкосновения с кремнием - замечаний не выявлено.

По сравнению с другими аналогами, предлагаемая огнеупорная бетонная смесь обеспечивает получение огнеупорного бетона со следующими улучшенными характеристиками:

1. Улучшенная стойкость к теплосменам и соответственно, большая наработка («ходовая» кампания) металлургического агрегата (~ на 8,5% по количеству плавок).

2. Лучшие прочностные характеристики при тепловой нагрузке (1750°С):

- прочность на изгиб 27,2 МПа;

- прочность на сжатие 234,0 МПа.

3. Отсутствие в рецептуре токсичного микрокремнезема, применяющегося для высокопрочных и коррозионностойких бетонов.