Композиция для изготовления огнеупорных керамических покрытий

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Волочко Александр Тихонович Подболотов Кирилл Борисович Жукова Анна Анатольевна Шипко Алексей Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Композиция для изготовления огнеупорных керамических покрытий, включающая шамот, огнеупорную глину и триполифосфат натрия, отличающаяся тем, что дополнительно содержит доломит, алюминий и диоксид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.огнеупорная глина 15-30 триполифосфат натрия 5-10 доломит 5-20 алюминий 5-20 диоксид кремния 5-10 шамот остальное. Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для изготовления огнеупорных керамических покрытий и обмазок. Известна огнеупорная масса, включающая, мас.шамот - 35-40, огнеупорная глина 5-10, отходы фаянсового производства - 5-10, алюмофосфатное связующее - 30-40 1. Однако данная масса не имеет необходимой прочности и стойкости при сравнительно низких температурах (до 600 С). Известна огнеупорная масса, содержащая мас.жидкое стекло - 0,2-0,5, глина огнеупорная - 15, шамот фракции (не более 3 мм) - 85 2. Однако указанная масса (обмазка), несмотря на хорошее первоначальное сцепление с футеровкой, склонна к растрескиванию, отслоению, имеет низкую прочность и термическую стойкость, в связи с чем срок ее службы непродолжителен. Наиболее близким техническим решением к заявляемому, его прототипом, является огнеупорная масса для термоизоляции, включающая жидкое стекло, глину огнеупорную,шамот фракции не более 3 мм, золу-унос и триполифосфат натрия при следующем соот 13910 1 2010.12.30 ношении компонентов, мас.жидкое стекло - 10-12, глина огнеупорная - 5-8, зола-унос 5-10, триполифосфат натрия - 0,5-1,0, шамот фракции не более 3 мм - остальное 3. Однако рассматриваемая огнеупорная масса склонна к растрескиванию в результате миграции паров влаги водного раствора жидкого стекла при обжиге покрытий, имеет плохую адгезию к футеровке (в первую очередь, к штучным алюмосиликатным изделиям,например к шамотному кирпичу), невысокую термическую стойкость и прочность из-за недостаточной силы сцепления между частицами материала покрытия, а также между материалом покрытия и основы. Задачей предлагаемого изобретения является повышение адгезионной прочности,термостойкости, прочности при сжатии. Поставленная задача решается тем, что композиция для изготовления огнеупорных керамических покрытий, включающая шамот, огнеупорную глину и триполифосфат натрия, дополнительно содержит доломит, алюминий и диоксид кремния при следующем соотношении ее компонентов, мас.огнеупорная глина - 15-30, триполифосфат натрия 5-10, доломит - 5-20, алюминий - 5-20, диоксид кремния - 5-10, шамот - остальное. Сущность заявляемого технического решения заключается в упрочнении структуры материала за счет химического взаимодействия между компонентами огнеупорной композиции с образованием прочных химических связей в материале покрытия, а также с материалом основы. Доломит, как один из доступных составляющих компонентов добавки, применяется в качестве источника оксидов магния и кальция, которые способствуют образованию тугоплавких соединений с алюминием и диоксидом кремния, что обеспечивает увеличение огнеупорности покрытий, кроме того, оксид кальция способен образовывать с диоксидом кремния эвтектики, которые плавятся при более низких температурах, повышают адгезию за счет заполнения пор жидкой фазой и активации процессов спекания. Введение доломита в количестве менее 10 не достаточно для получения требуемой термостойкости покрытий, содержание же более 20 доломита приводит к разрыхлению структуры покрытия в результате обильного выделения газа 2 за счет его термического разложения. В итоге снижается адгезионная прочность и термостойкость. Диоксид кремния служит для образования огнеупорных силикатов, ответственных также за прочность получаемых покрытий. Уменьшение в композиции содержания диоксида кремния менее 5 мас.не обеспечивает образования достаточного количества химических связей, ответственных за прочность получаемого покрытия, а увеличение более 10 мас.нецелесообразно в связи с тем, что он остается непрореагировавшим и не приводит к дальнейшему повышению прочности. Металлический алюминий используется в производстве керамических огнеупорных материалов для повышения эксплуатационных свойств. Введение его в состав шихты обусловлено протеканием окислительно-восстановительных процессов, сопровождающихся образованием новых соединений. Металлический алюминий, используемый в качестве добавки, при взаимодействии с материалом огнеупорной массы образует фосфаты алюминия, а также оксиды алюминия, которые способствуют увеличению прочности и термостойкости покрытий. При содержании алюминия менее 5 покрытия имеют плохую адгезию к шамотным подложкам, а при содержании более 20 на поверхности покрытий образуются трещины. При изготовлении огнеупорных керамических покрытий используется в качестве связующего и дефлокулянта триполифосфат натрия (ТФН). Использование данного вещества в качестве связующего можно объяснить следующим образом. При взаимодействии алюминия с ТФН происходит образование некислых алюмофосфатов, у которых отсутствует процесс удаления химически связанной воды из кислых солей, что способствует уменьшению растрескивания поверхности покрытий, что характерно для смесей, где используются ортофосфорная кислота и жидкое стекло. 2 13910 1 2010.12.30 Заявляемое изобретение поясняется уравнениями химических реакций 2(3)24222242332,(1) 23/2223,(2)(3) 6229/2232322. Шихту в соответствии с заявляемым изобретением готовили следующим образом. В смеситель загружали сухие порошки, которые предварительно были просеяны через сито 315 мкм огнеупорная глина, доломит, оксид кремния, шамот, алюминий (составы компонентов в мас.указаны в таблице). Компоненты перемешивали в течение 5-7 мин, затем к полученной смеси добавляли триполифосфат натрия и воду до получения сметанообразной консистенции. Смесь перемешивали, полученную шихту наносили тонким слоем (2-5 мм) на шамотные кирпичи. Обжиг производили при постепенном нагреве до 800 С с выдержкой 1 ч при максимальной температуре. Прочность сцепления покрытия с основой кирпича определялась путем отрыва прикрепленной с помощью эпоксидной смолы подложки к покрытию согласно ГОСТ 379-90. Термостойкость определялась по стандартной методике нагрев до 800 С - с охлаждением в воду. Прочность при сжатии после термообработки при 800 С определяли согласно ГОСТ 4071.1-94. Результаты испытаний приведены в таблице. Из приведенных данных видно, что керамические покрытия, изготовленные из огнеупорной композиции в соответствии с заявляемым составом, характеризуются по сравнению с прототипом высокой адгезионной прочностью 0,7-2,5 МПа и имеют более высокую термостойкость и прочность при сжатии после термообработки при 800 С (18-20 против 15-17 и 63-70 против 52-68 соответственно). Заявляемый состав огнеупорной композиции предлагаемого изобретения прошел опытно-промышленные испытания в инструментальном цехе ОАО ММЗ в качестве защитных покрытий на штучные изделия из шамота и корунда в газовых заколочноотпускных печах М 354. Покрытия наносили в места, подвергнутые термическим ударам (в места установки газовых горелок, места открытия дверки печи). Результаты испытаний показали, что с использованием заявляемых покрытий удается повысить межремонтный срок печи в 1,5-1,7 раза. шамот фракции не более 3 мм остальное Прочность при сжатии после термообработки при 800 С,МПа 2,5 18-20 70 1,1 16-18 67 1,6 16-18 63 0,6 15-16 60 0,7 69 0,4 10-12 50 образование трещин на поверхности при термообработке 0,7 18-20 70 0,4 13-15 53 15-17 52-68 Содержание компонентов, мас.Добавка ОгнеШамот Алюминий Диоксид упорная глина кремния Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.