СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ И ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫХ ОГНЕУПОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТУГОПЛАВКИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

STRUCTURAL-CHEMICAL MODIFICATION OF ALUMINOSILICATE AND HIGH-ALUMINA REFRACTORIES WITH THE USE OF INORGANIC INDUSTRIAL WASTE

Svetlana Sokolova

cand. Tech. Sci., the senior lecturer the Samara state University of means of communication,

Russia, Samara

Kristina Chenreva

the student the Samara state University of means of communication,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

Исследовано влияние тугоплавких неорганических отходов промышленности (пиритных огарков, алюмохромистого отработанного катализатора ИМ-2201) на физико-термические характеристики фосфатных жаростойких растворов – обмазок, применяемых при ремонте шамотной футеровки.

ABSTRACT

The effect of refractory inorganic industrial waste (pyrite cinders, alumina-chrome catalyst IM-2201) on the physical and thermal characteristics of heat-resistant phosphate solutions – plasters used in the repair of fireclay lining.

Ключевые слова: фосфатные связки; ортофосфорная кислота; жаростойкие растворы; высокоглиноземистый шлам; структурно-химическая модификация; шамот; муллит.

Keywords: phosphate binder; phosphoric acid; refractory mortar; high alumina sludge; structural and chemical modification; chamotte; mullite.

Тонкомолотые добавки и заполнители для жаростойких растворов обычно изготовляют из дефицитных и дорогостоящих материалов (корунда, циркона, хромита, магнезита и т. д.). Кроме того, для изготовления их требуется выполнение энергоемких операций по помолу и рассеву, что усложняет технологию растворных смесей. Поэтому, замена дефицитных и дорогостоящих огнеупорных заполнителей, и тонкомолотых добавок местными материалами является важной задачей. Применение фосфатных связующих позволяет повысить температуру применения жаростойких растворов на 150–200⁰С по сравнению с растворами на гидравлических вяжущих, а также их адгезию к различным штучным огнеупорам. Некоторые исследователи повышение физико-механических характеристик фосфатных материалов (растворов, бетонов и др.) объясняют природой самой связки, так как ортофосфорная кислота со многими оксидами образует стабильные огнеупорные соединения. В связи с вышеизложенным, в качестве вяжущего для разработки составов жаростойких растворов-обмазок шамотных футеровок были выбраны фосфатные связующие. В качестве сырьевых материалов использовались дробленый шамотный песок, и тонкомолотые добавки такие, как пиритные огарки – железосодержащий отход сернокислого производства; отработанный катализатор ИМ-2201 – алюмохромистый отход производства синтетического каучука. Химические составы тонкомолотых наполнителей и некоторые их физико-термические показатели приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Химические составы тонкомолотых наполнителей и их физико-термические характеристики

Образцы растворов испытывали на прочность при сжатии после нагрева, на определение температуры деформации под нагрузкой и термической стойкости. Составы и некоторые свойства растворов-обмазок приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Основные физико-термические свойства жаростойких растворов-обмазок

Как показали испытания, значения прочности при сжатии образцов растворов-обмазок достаточны для их применения в футеровках тепловых агрегатов. Однако, для более полного заключения о пригодности растворов к применению в качестве защитных обмазок необходимо знать их прочность сцепления с огнеупором или адгезию [1, с. 43]. Определение прочности сцепления растворов проводилось на шамотных – балочках, которые склеивались крест-на-крест, с толщиной шва от 2-х до 8-ми мм. Предел прочности при отрыве растворов-обмазок на фосфатных связующих с повышением температуры обжига возрастает. Результаты испытаний приведены в таблице 3 и на рисунке 1.

Таблица 3.

Термические и адгезионные свойства жаростойких растворов-обмазок

Примечание: толщина склеивания балочек составляет 2–4 мм

Для сравнения на рисунке № 1 представлены кривые изменения адгезионных свойств традиционного шамотно-глиняного раствора состава: шамотный песок – 55 %; огнеупорная глина – 15 %; вода – 30 %. По прочности сцепления фосфатные растворы-обмазки даже при большей толщине сцепления превосходят шамотно-глиняный раствор. Это объясняется тем, что ортофосфорная кислота впитывается в поверхностные слои шамотного огнеупора, коэффициенты термического расширения раствора и огнеупора практически становятся близкими. Это обстоятельство и определяет высокие адгезионные свойства растворов-обмазок и значительно больший срок службы футеровок [2, с. 49].

Рисунок 1. Зависимость прочности сцепления растворов на фосфатных связующих. 1 – состав № 1 (шамотные балочки); 2 – состав № 2 (шамотные балочки); 3 – шамотно-глиняный раствор (шамотные балочки)

Полученные результаты показывают, что температура применения шамотных растворов-обмазок находится в пределах 1250–1400⁰С, что позволяет применять их для футеровочных работ во многих тепловых агрегатах.

Список литературы:

1. Хлыстов А.И., Соколова С.В. О службе шамотных огнеупоров в футеровке керамзитообжигательных печей // А.И. Хлыстов, С.В. Соколова. Огнеупоры и техническая керамика. – 2007, № 5. – С. 41–44.
2. Хлыстов А.И., Соколова С.В., Баранова М.Н., Коннов М.В., Широков В.А. Совершенствование технологии применения пропиточно-обмазочных составов и структурно-химической модификации алюмосилиткатных огнеупоров // Огнеупоры и техническая керамика. – 2015. – № 10. – М.: С. 48–55.