Zemstroyplan.com

В настоящее время для футеровок тепловых агрегатов применяются как штучные огнеупоры, так и монолитные жаростойкие бетоны. Срок службы данных футеровочных материалов определяется в основном двумя показателями: термостойкостью и химической стойкостью. Нами разработан способ повышения данных показателей за счет увеличения электросопротивления футеровочных материалов. Как показали производственные испытания, проведенные в действующих тепловых агрегатах, футеровочные жаростойкие и огнеупорные материалы оптимальных составов имеют повышенную химическую стойкость и долговечность. Срок службы таких футеровок увеличился в 2-4 раза в зависимости от степени агрессивности среды.

Жаростойкие бетоны фосфатного твердения

Для получения воздушно-твердеющих жаростойких бетонов на фосфатных связках были разработаны составы комбинированных алюможелезофосфатных и цирконожелезофосфатных связующих.

Оптимизация состава жаростойких бетонов фосфатного твердения по электропроводности осуществляется путем введения шламовых отходов предприятий цветной металлургии. Приготовление таких бетонов на различных предприятиях не требует специального оборудования. Основное технологическое оборудование аналогично тому, которое требуется при приготовлении обычных строительных бетонов.

Жаростойкие бетоны фосфатного твердения возможно получить с широким спектром свойств:

тяжелые бетоны на высокоглиноземистом и шамотном заполнителях имеют среднюю плотность в пределах 2200-2500 кг/м³, предел прочности при сжатии 25-35 МПа, термостойкость 35-45 водных теплосмен. Максимальная темпера тура применения превышает 1600-1700 ºС. Рабочие футеровки, выполненные с применением таких бетонов, весьма устойчивы в контакте с расплавами алюминиевых сплавов, шлаков и других металлов;

легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях и бетоны ячеистой структуры имеют среднюю плотность в пределах 400-1200 кг/м³, предел прочности при сжатии от 2,5 до 15 МПа, термостойкость 25-35 воздушных тепло смен, температура применения превышает 1000-1600 ºС. Такие бетоны необходимо применять в виде эффективной теплоизоляции тепловых агрегатов взамен штучных дорогостоящих ультралегковесов. Тяжелые и легкие (ячеистые) жаростойкие бетоны фосфатного твердения возможно использовать как в монолитном варианте, так и в виде отдельных сборных элементов (блоков);

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.). Фосфатные огнеупорные обмазки позволяют значительно повысить стойкость и долговечность футеровок, выполненных на основе штучных керамических огнеупоров для любых агрессивных сред. Температура применения фосфатных обмазок составляет 1600-1700 ^оС. Такие обмазки возможно применять в виде торкрет-масс и сухих смесей. Для приготовления жаростойких бетонов и растворов фосфатного твердения не требуется специальных материалов. Тонкомолотые добавки для формирования цементного камня и заполнители жаростойких растворов и бетонов возможно подобрать из отходов промышленности (отработанные катализаторы, огнеупорный лом и др.).

Жаростойкие бетоны на жидкостекольных и силикат-натриевых связующих

Тяжелые бетоны

Были разработаны составы тяжелых жаростойких бетонов с применением жидкого стекла, комбинированного силикат-натриевого вяжущего и огнеупорных заполнителей.

Тяжелые жаростойкие бетоны на жидком стекле с шамотными и высокоглиноземистыми заполнителями показали повышенную стойкость и долговечность в футеровках соляных ванн, где готовятся расплавы солей хлоридов натрия, калия, бария для химико-технической обработки металлических деталей и изделий.

В составах бетонов на жидком стекле традиционный отвердитель, кремнефтористый натрий, возможно заменить на материалы, содержащие силикаты или алюминаты кальция. Это позволило повысить температуру эксплуатации тяжелых жаростойких бетонов от 1100 до 1350 ^оС и расширить область их применения. Такие бетоны отличаются также повышенной окалиностойкостью, что позволило их применять для футеровки подин нагревательных газовых печей кузнечного производства и для изготовления индикаторов технологических линий подшипникового производства.

Преимущество жаростойких бетонов на основе силикат-натриевой композиции перед жидкостекольными состоит в том, что применение отвердителей не требуется, а затворение смесей осуществляется водой. Тяжелые жаростойкие бетоны на жидком стекле и растворимом силикате натрия (силикат-глыбе) возможно применять в монолитном варианте, в виде отдельных блоков, а выпускать в виде сухих смесей.

Легкие бетоны Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях, где связующим является жидкое стекло, отличаются также высокой химической стойкостью и термостойкостью. Такое сочетание свойств позволяет эксплуатировать их в виде эффективной теплоизоляции электротермических печей цементации, где имеется восстановительная углеродсодержащая атмосфера. В таких условиях шамотные легковесы быстро в течение первых двух месяцев науглероживаются из-за накопления сажистого углерода в порах и выходят из строя. Среднюю плотность теплоизоляционных бетонов можно регулировать в пределах от 400 до 700 кг/м³, соответственно имеется возможность влиять на теплоизоляционные качества материала.

Максимальная прочность таких бетонов может достигать 7,5 МПа, термостойкость — до 25 воздушных теплосмен. Эти свойства позволяют применять такие бетоны в монолитном варианте, в виде отдельных элементов, а также заранее готовить в виде сухих смесей.

Жаростойкие растворы Жидкостекольные огнеупорные обмазки в виде жаростойких растворов возможно применять для кладки штучных огнеупоров, для защиты футеровок термических печей с углеродсодержащей средой, соляных ванн и нагревательных печей, кузн ечного производства, где возможно образование окалины. Температура применения защитных обмазок на основе жидкого стекла находится в пределах 1100-1400 ^оС в зависимости от типа отвердителя и вида заполнителей. Такие обмазки возможно наносить на кирпичные футеровки с помощью торкрет-пушек, а выпускать в виде сухих смесей. Сырьевые компоненты для жаростойких растворов можно выбрать из широкого набора промышленных отходов химии, нефтехимии, машиностроения и металлургии.

Для приготовления жаростойких бетонов и растворов на жидком стекле и силикат-натриевой композиции не требуется специального технологического оборудования.

Жаростойкие бетоны на гидравлических вяжущих Жаростойкие бетоны на гидравлических вяжущих считаются самыми доступными. В качестве вяжущих возможно применять портландцемент в сочетании с огнеупорной тонкомолотой добавкой, шлакопортландцемент, глиноземистый и высокоглин оземистый цементы. Заполнители и тонкомолотые добавки возможно изготовить путем дробления и помола огнеупорного лома и других промышленных отходов. В качестве тонкомолотых добавок возможно использовать многие тонкодисперсные промышленные отходы, а также глиноземсодержащие шламы. Применение алюминатных шламов в составах жаростойких бетонов позволяет повысить термическую стойкость футеровочных материалов за счет повышения их электросопротивления. Температура применения жаростойких бетонов на портландцементе и шлакопортландцементе составляет 1100-1500 ^оС (в зависимости от вида заполнителя и тонкомолотой добавки), на глиноземистом цементе — 1200-1400 ^оС, на высокоглиноземистом цементе — 1500-1700 ^оС.

Тяжелые бетоны Жаростойкие бетоны на портландцементе и глиноземистом цементе весьма эффективны в футеровках вагонеток туннельных печей керамического производства, в футеровках котельного оборудования и т.д. Бетоны на высокоглиноземистом цементе с корундовым заполнителем показали высокую химическую стойкость в восстановительных средах (в агрегатах получения аммиака). Для повышения химической стойкости и термостойкости бетонов на портландском и глиноземистом цементах в их состав можно вводить шламовые отходы алюминатного состава. Тем самым повышается долговечность футеровок и эффективность тепловых агрегатов.

Легкие бетоны Легкие жаростойкие бетоны гидравлического твердения на пористых заполнителях и бетоны ячеистой структуры имеют среднюю плотность в пределах 400-1200 кг/м³, термостойкость 12-18 воздушных теплосмен, температуру применения 1100-1400 ^оС. Такие бетоны весьма эффективно применять для теплоизоляции футеровок тепловых агрегатов с воздушно-окислительной средой: вагонетки туннельных печей, сушильные камеры, туннельные печи и т.д. Легкие жаростойкие бетоны на высокоглиноземистом цементе пригодны к эксплуатации и в восстановительной среде.

Жаростойкие растворы Жаростойкие растворы на гидравлических вяжущих возможны к применению тепловых агрегатов для кладки штучных огнеупоров, для приготовления теплоотражающей энергосберегающей обмазки футеровки и для ее ремонта. Температура применения жаростойких растворов и обмазок может достигать 1200-1700 ^оС в зависимости от вида заполнителя.

С применением легких пористых заполнителей возможно получить теплоизоляционные растворы, пригодные для защиты металлических конструкций тепловых агрегатов от высоких температур (фартуки вагонеток, заслонки печей и т.д.).

Повышение физико-термических защитных свойств штучных огнеупоров 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 защитных обмазок или путем выдержки огнеупоров в ваннах с соответствующими растворами, корректирующими состав и структуру материалов. Во втором случае кладку огнеупоров следует вести на соответствующем жаростойком растворе. Для приготовления пропиточно-обмазочных составов используются глиноземсодержащие шламы, фосфатные связки, жидкое стекло и другие композиции в зависимости от типа 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 по следующему ряду:

• корундовый огнеупор на муллит;
• высокоглиноземистый огнеупор на шамот.

Аналогичные замены возможно осуществлять и с огнеупорами другого ряда (магнезитовые, хромитовые, динасовые и др.).

Жаростойкие теплоизоляционные бетоны повышенной огнестойкости

Для защиты открытых участков газопроводов в местах перехода через овраги, балки, речные преграды требуются жаростойкие теплоизоляционные материалы с температурой применения до 1100 ^оС. Такую температуру может раз вивать струя горящего газа при прорыве из газопровода. Для защиты соседних нитей трубопровода необходимо их покрывать теплоизоляционными бетонными скорлупами. Традиционные неорганические теплоизоляционные материалы (асбест, минеральная вата и др.) имеют весьма невысокую температуру применения.

В связи с этим предлагается легкобетонная тонкостенная скорлупа на основе шлакопортландцемента, где заполнители представлены пористыми тугоплавкими и материалами (керамзитовый гравий с насыпной плотностью не более 300 кг/м³). Кроме шлакопортландцемента в качестве вяжущего возможно применять портландские цементы в композиции с тонкомолотым керамзитом, который вполне взаимозаменяем керамзитовыми пылевидными отходами.

Полученные легкие жаростойкие теплоизоляционные бетоны имели среднюю плотность в пределах 600-700 кг/м³, коэффициент теплопроводности в сухом состоянии 0,14-0,16 Вт/м^.оС, предел прочности при сжатии 30,1-4,0 МПа.

Авторы: А. Хлыстов, В. Стоцкая