Керамическая масса для получения изделий, подвергающихся воздействию термоциклических нагрузок

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ,ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ВОЗДЕЙСТВИЮ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЗОК(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Дятлова Евгения Михайловна Какошко Елена Станиславовна Подболотов Кирилл Борисович Белинко Светлана Константиновна Шидловский Александр Владимирович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Керамическая масса для получения изделий, подвергающихся воздействию термоциклических нагрузок, содержащая глину тугоплавкую, отличающаяся тем, что дополнительно содержит глину легкоплавкую, шамот алюмосиликатный непрерывного зернового состава с максимальным размером частиц 2-3 мм и при необходимости бой изделий фракции 1-3 мм при следующем соотношении компонентов, мас.глина тугоплавкая 35-60 глина легкоплавкая 15-35 шамот алюмосиликатный 20-30 бой изделий 0-5. Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к составам масс для получения керамических кладочных изделий, подвергающихся воздействию термоциклических нагрузок. Основой для их изготовления является рациональное сочетание тугоплавких и легкоплавких глин, различающихся гранулометрическим и химическим составом, а также добавки отощающих материалов, используемые для достижения требуемых термомеханических и физико-химических свойств. Известна керамическая масса 1, включающая глинистое легкоплавкое сырье, измельченный ферромарганцевый гранулированный шлак и отход производства аммиака,причем в качестве ферромарганцевого гранулированного шлака вводят измельченный доменный ферромарганцевый гранулированный шлак - отход выплавки чугуна с максимальным размером частиц 1,25 мм, а в качестве отхода производства аммиака - молотый 13058 1 2010.04.30 железосодержащий катализатор, при следующем соотношении компонентов, мас.глинистое легкоплавкое сырье - 80-90 доменный ферромарганцевый шлак - 9,85-19,9 отработанный железосодержащий катализатор - 0,1-0,15. Данный состав обеспечивает получение изделий, прочность при сжатии которых составляет 22,5-26,8 МПа. К ее недостаткам следует отнести необходимость использования шлака определенного гранулометрического состава, а также недостаточную прочность при сжатии. Известен 2 состав керамической массы, содержащий дополнительно сталеплавильный шлак и известь при следующем соотношении компонентов, мас.глина - 33-40 кварцевый песок - 5-10 гранитные отсевы - 28-32 марганцевый шлам - 8-10 сталеплавильный шлак - 6-10 известь - 8-10. В составе керамической массы могут быть использованы глины тугоплавкие, кварцевый песок гранитные отсевы, марганцевый шлам в виде порошкообразного продукта, сталеплавильный шлак и известь. Гранитные отсевы и сталеплавильный шлак размалывают до получения порошков с удельной поверхностью 1000-2500 см 2/г, смешивают с кварцевым песком, марганцевым шламом, известью, добавляют измельченную глину. Массу увлажняют до 18-23 , тщательно перемешивают и формуют из нее пластическим способом кирпич, который сушат и обжигают при температуре 1100-1200 С. К его основным недостаткам относятся наличие в значительном количестве извести, которая разрыхляет структуру и делает изделие водонеустойчивым, а также необходимость тонкого помола гранитных отсевов и шлака, что существенно удорожает производство. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является состав керамической массы 3, для изготовления керамического кирпича. Известный состав, принятый за прототип, содержит, мас.бейделлитовую легкоплавкую глину - 50-70 золошлаковый материал - 15-25 отработанный катализатор - 15-25. Керамическую массу готовят пластическим способом при влажности 20-24 , из которой формуют кирпич, высушивают кирпич-сырец до влажности не более 8 и затем обжигают при температуре 1000 С. Из данной керамической массы получают изделия, обладающие пределом прочности при сжатии 14,8-20,5 МПа, морозостойкостью 25-94 циклов, термостойкостью 2-12 циклов. К недостаткам изделий из этой массы относятся низкая прочность при сжатии и недостаточная термостойкость. При использовании таких изделий в кладке теплотехнических установок (печей, каминов и дымоходов) указанные недостатки приводят к их постепенному разрушению и повышению пожароопасности. Технической задачей изобретения является повышение механической прочности при сжатии и термостойкости кладочных изделий, полученных из керамической массы, с целью повышения надежности и продолжительности эксплуатации кладки теплотехнических установок в условиях длительного термоциклирования. Решение поставленной задачи достигается тем, что керамическая масса для получения изделий, подвергающихся воздействию термоциклических нагрузок, содержащая глину тугоплавкую, отличается тем, что дополнительно содержит глину легкоплавкую, шамот алюмосиликатный непрерывного зернового состава с максимальным размером частиц 2-3 мм и при необходимости бой изделий фракции 1-3 мм при следующем соотношении компонентов, мас.глина тугоплавкая - 35-60 глина легкоплавкая - 15-35 шамот алюмосиликатный - 20-30 бой изделий - 0-5. Способ получения керамической массы состоит в измельчении исходных компонентов, после чего производится их рассев, смешение и добавление воды до образования пластической массы. Массу перемешивают до полной однородности и проминают для удаления из нее воздуха и придания большей связанности. В качестве глинистого сырья может быть использована глина легкоплавкая месторождения Лукомль (Витебская область, Чашницкий район, Республика Беларусь) красно 2 13058 1 2010.04.30 бурого цвета, плотная. Минералогический состав представлен каолинитом, монтмориллонитом, вермикуллитом и кварцем и примесями минералов гетита и гидрогетита. Глина тугоплавкая месторождения Городное (Брестская область, Столинский район, Республика Беларусь) от желтовато-серого, серого до черного цвета. Основная минеральная слагающая данной глины представлена каолинитом, монтмориллонитом, кварцем, иногда встречается гидрослюда. Для отощения керамической массы используется шамот алюмосиликатный в виде отходов производства, представляющий измельченный лом огнеупорных изделий. Зерновой состав порошка шамота непрерывный с максимальным размером зерна 2-3 мм. Шамот в отличие от других отощителей не снижает огнеупорности и других физико-технических свойств изделий, повышая при этом их прочность и улучшая эксплуатационные качества изделий. В шамоте присутствуют кристаллические фазы муллита и -кварца. Муллит является высокопрочной и среднерасширяющейся фазой, что способствует повышению термостойкости изделий. Изготовление образцов осуществляется пластическим формованием. Образцы сушатся на воздухе в течение 24 ч, а затем досушиваются в сушильном шкафу при температуре 1005 С до остаточной влажности не более 3 . Обжиг образцов осуществляется в электрической печи при температурах 100010 С с выдержкой 1 ч и скоростью подъема температуры 250 С/ч. Образцы охлаждают и подвергают испытаниям (измерение плотности, водопоглощения, механической прочности при сжатии, термостойкости и других характеристик). Изобретение поясняется следующими примерами композиций. Пример 1. Для приготовления керамической массы для изделий, подвергающихся воздействию термоциклических нагрузок, берут, мас.глину легкоплавкую - 35 глину тугоплавкую 35 шамот алюмосиликатный - 30 (состав композиции 1). Полученную смесь исходных материалов увлажняют водой до получения пластической массы, далее производят формование образцов, их сушку и обжиг. Пример 2. Приготовление керамической массы и изготовление образцов осуществляется аналогично примеру 1, но отличается тем, что берут, мас.глину легкоплавкую - 15 глину тугоплавкую - 60 шамот алюмосиликатный - 20 бой изделий - 5 (состав композиции 2). В таблице приведены составы и сравнительные свойства образцов, изготовленных из предлагаемой керамической массы и керамической массы-прототипа. Составы и основные свойства материалов Составы композиций и Наименование компонентов и свойств показатели 1 2 Глина легкоплавкая 15 35 Глина тугоплавкая 60 35 Золошлаковый материал Шамот алюмосиликатный 20 30 Бой изделий 5 Отработанный катализатор Механическая прочность при сжатии, МПа 26,8 33,0 Морозостойкость, циклов Температурный коэффициент линейного расшире 6,88 6,30 ния (20-420 С), 106 К-1 Термостойкость (800 С - вода), циклов 20 20 3 13058 1 2010.04.30 Полученные результаты показали, что предлагаемая керамическая масса в сравнении с керамической массой прототипа обеспечивает более высокие эксплуатационные свойства предел прочности при сжатии выше в 1,3-1,6 раза, термостойкость повышается более чем в 1,7 раза. Предлагаемая керамическая масса может быть использована для получения изделий,подвергающихся воздействию термоциклических нагрузок, например кирпича для кладки печей, каминов, дымоходов. Источники информации 1.2259972 С 1, МПК С 04 В 33/00. 2.2311387 С 1, МПК С 04 В 33/138. 3.2354627 С 2, МПК С 04 В 33/135. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4