Статья опубликована в рамках: IV Международной научно-практической конференции «Вопросы технических наук в свете современных исследований» (Россия, г. Новосибирск, 27 ноября 2017 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Строительство и архитектура

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:

Соколова С.В., Кузнецова А.А. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ НА СВОЙСТВА ШАМОТНЫХ ОГНЕУПОРОВ // Вопросы технических наук в свете современных исследований: сб. ст. по матер. IV междунар. науч.-практ. конф. № 4(3). – Новосибирск: СибАК, 2017. – С. 100-105.

Проголосовать за статью

Дипломы участников

У данной статьи нет
дипломов

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ НА СВОЙСТВА ШАМОТНЫХ ОГНЕУПОРОВ

Соколова Светлана Владимировна

доц., канд. техн. наук, Самарский государственный университет путей сообщения,

РФ, г. Самара

Кузнецова Александра Андреевна

студент, Самарский государственный университет путей сообщения,

РФ, г. Самара

THE EFFECT OF STRUCTURAL-CHEMICAL MODIFICATION ON THE PROPERTIES OF FIRECLAY REFRACTORIES

Svetlana Sokolova

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

Russia, Samara

Aleksandra Kuznetsova

the student the Samara state University of means of communication,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

Исследовано влияние пропитки водорастворимыми алюмофосфатными связками на физико-механические свойства шамотных огнеупоров.

ABSTRACT

The influence of impregnation water soluble alumophosphates ligaments on the physico-mechanical properties of fireclay refractories.

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.

Современные тепловые агрегаты, которые используются в различных отраслях промышленности, являются крупными инженерными сооружениями. Они работают в сложных температурных условиях, при воздействии разнообразных агрессивных сред [1, с.181]. В результате этого происходит быстрый выход из строя агрегатов, выполненных из штучных огнеупоров [2, с.5]. В связи с этим рекомендуется применение при ремонте футеровок пропиточно-обмазочной технологии [3,с.426]. При изготовлении и ремонте футеровок тепловых агрегатов, выполненных из штучных огнеупоров, актуальным является использование алюмофосфатных связок [ 4, с 241.]. Имеется возможность перехода с более дорогостоящих огнеупоров на весьма дешевые и доступные (коруновый огнеупор – на муллит, высокоглиноземистый огнеупор - на шамот) [5, с. 173]. Термическое расширение является главной причиной выхода из строя шамотных огнеупоров. Были проведены дилатометрические исследования огнеупорных обмазок с целью сближения их КТР с КТР шамотного огнеупора [6, с. 62]. Определение КТР поможет оценить возможность разрушения огнеупора при взаимодействии его с расплавом при обжиге керамзита. Весьма актуальным и перспективным при изготовлении жаростойких композитов является применение вяжущих веществ фосфатного твердения [7, с.134]. При ремонте спецсооружений, в том числе футеровок увеличилась сфера применения растворных композиций с расширяющимся эффектом. По своим свойствам жидкое стекло является активным веществом, вступающим во взаимодействие с заполнителем при нагревании с образованием новых веществ [8, с 167]. Расширяющийся эффект в композициях на жидком стекле был получен путем введения добавок металлического алюминия (табл.1) [9, с.110].

Таблица 1.

Составы жаростойких растворов на жидком стекле

Компоненты раствора

Содержание компонентов масс % для составов

Жидкое стекло плотностью 1,36 г/см³

Na₂SiF₆

Шамот фракции 0-5 мм

Тонкомолотый магнезит

Алюминиевые опилки (отходы)

15,0

1,2

55,0

28,8

15,0

1,2

55,0

28,8

1,0

15,0

1,2

55,0

28,8

2,0

15,0

1,2

55,0

28,8

2,5

Свойства жаростойких растворов на жидком стекле представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Термодинамические свойства жаростойких растворов на жидком стекле

№ составов

Плотность бетона, кг/м³ высушенного при 100⁰С

Пределы прочности на сжатие, МПа при температурах ⁰С

Усадка, % при температуре 1200⁰С

Термостойкость по методике Гобериса С.Ю.

100

400

800

1200

2133

2137

2114

2132

35,4

35,5

34,8

35,0

36,0

36,5

34,5

37,7

30,5

30,6

43,4

38,4

22,8

29,6

36,2

39,1

-0,3

+1,5

+2,0

+3,0

0,69

0,67

0,7

0,8…0,9

Водорастворимые фосфатные связующие на основе двух и трехвалентных катионов [(Ca(H₂PO₄)₂; Mg(H₂PO₄)₂; Cr(H₂PO₄)₂; Al(H₂PO₄)₂ были получены на основе химически чистых технических материалов (оксид + ортофосфорная кислота). Наилучшие результаты (предел прочности при сжатии, термостойкость) были получены с применением алюмофосфатной связки (табл.3) .

Таблица 3.

Влияние пропитки ортофосфорной кислотой и последующего нагрева алюмосиликатных огнеупоров на их физико-механические свойства

заполнитель

Средняя плотность ρ, г/см³ в числителе и предел прочности при сжатии (R), МПа

в знаменателе образцов огнеупоров после термообработки при 200⁰С и последующего нагрева до температуры, ⁰С.

200

500

800

1000

1200

1500

Шамот, не подвергнутый пропитке

1,93/

20,60

2,01/

19,70

2,08/

23,70

2,05/

20,80

19,60/

2,03

2,08/

29,60

Шамот ША, пропитанный Н₃РО₄

2,11/

45,4

2,19/

42,9

2,11/

38,7

2,09/

36,9

2,08/

39,6

2.04/

41,3

Шамот пропитанный AФС- 1

2,15/

47,60

2,18/

41,00

2,10/

36,80

2,12/

34,00

2,10/

39,50

2.00/

40,70

При пропитке огнеупоров растворами А1(Н₂РО₄)₃ и А1₂(НРО₄)₃ происходит полное заполнение всех пор материала. В процессе термообработки протекают активные химические реакции между минералами шамотного огнеупора (силлиманита Al₂О₃ SiО₂, муллита 3Al₂О₃-2SiО₂) с кислыми алюмофосфатами А1(Н₂РО₄)₃ и А1₂(НРО₄)₃ с образованием на конечном этапе трехзамещенного алюмофосфата А1РО_4. Свойства огнеупоров, полученных по данному способу, представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Влияние пропитки шамотного огнеупора водорастворимыми алюмофосфатными связкамиА1(Н₂РО₄)₃ и А1₂(НРО₄)з и последующего нагрева на его физико-термические свойства

Тип огнеупора и фосфатных связок	Средняя плотность (ρ₀), г/см³ в числителе и предел прочности при сжатии (R), МПа в знаменателе образцов после термообработки при 250°С и последующего нагрева до температуры, °С						Огнеупорность, °С	Термостойкость, водные теплосмены
	250	500	800	1000	1200	1500
Шамот типа ША по ГОСТ 390-96	1,93 20,6	2,01 19,7	2,08 23,7	2,05 20,8	2,03 19,6	2,08 23,9	1690	10
Шамот типа ША по ГОСТ 390-96, пропитанный А1(Н₂Р0₄)з	2,23 65Д	2,25 64,2	2,24 63,1	2,23 62,3	2,23 64,5	2,21 61,7	1760	28
Шамот типа ША по ГОСТ 390-96, пропитанный А1₂(НРО₄)₃	2,19 57,6	2,22 53,6	2,18 51,9	2,18 51,7	2,12 53,1	2,05 50,8	1760	25

Также была использована торкрет-масса для горячего ремонта шамотной кладки термических печей (табл.5.). Она показала высокую химическую стойкость и долговечность футеровки при работе во многих агрессивных средах [10, с.174].

Таблица 5.

Свойства шамотных торкрет - масс и обмазок на фосфатной связке

Состав, % по массе			Свойства масс
Шамот фракции 0,14-2,5	Отработанный катализатор ИМ-2201	Ортофосфорная кислота 70%-ной концентрации (сверх 100%)	Предел прочности при отрыве от шамота, МПа, после обжига при температурах С⁰			Термическая стойкость, водные теплосмены (800 С⁰– вода)
Шамот фракции 0,14-2,5	Отработанный катализатор ИМ-2201	Ортофосфорная кислота 70%-ной концентрации (сверх 100%)	600	800	1100	Термическая стойкость, водные теплосмены (800 С⁰– вода)
60	40	15	4,6	4,5	3,9	42
50	40 10%-глина огнеупорная	20	5,5	5,3	4,8	45

Список литературы:

Хлыстов А.И. Исследование процессов структурной модификации жаростойких композитов растворами фосфатов / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова // Актуальные проблемы в строительстве. Образование. Наука. Практика: материалы 64-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР СамГАСА за 2006 г. - Самара,2007.- С.181-182.
Новопашин А.А. О некоторых деталях теоретических основ формирования неорганических строительных материалов // Строительные материалы.- 1998.- № 8.- С.5
Хлыстов А.И. Физико-химические основы применения фосфатных связок при ремонте футеровок тепловых агрегатов / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова // Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения: материалы десятых академических чтений РААСН, 2006.- Казань, 2006.- С.426-429.
Судакас Л.Г. Фосфатные вяжущие системы.- СПб: РИА «Квинтет»,2008.- 260 с.
Соколова С.В; Рябова В.В. Повышение физико-термических свойств жаростойких композитов по принципу первоначального электросопротивления с целью увеличения их долговечности // Совершенствование управления научно-техническим прогрессом в современных условиях / Сборник статей VII Международной научно-практической конференции.- Пенза, 2009.- С. 171-174.
Соколова С.В; Буров А.Д. Способы повышения долговечности штучных огнеупоров и жаростойких композитов // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов / Материалы V Международной научно-технической конференции.- Волгоград, 2009.- С.61-68.
Соколова С.В. Структурно-химическая модификация жаростойких композитов // Композиционные материалы: разработка и применение: монография; [под ред. М.Ю. Звездиной].- Новосибирск, 2017.- С. 134-152.
Некрасов К.Д. Жароупорный бетон.- М: Промстройиздат, 1957.- 284 с.
Соколова С.В; Шигоров Д.В. Структурно-химическая модификация жаростойких материалов // Интеллектуальные технологии и техника в производстве и промышленности: Сб. ст. по итогам Международной научно-практической конференции (Омск, 18 октября 2017).- Стерлитамак, 2017.- С. 110-111.
Соколова С.В; Велияев Э.С. Влияние пропитки на физико-механические свойства шамотных огнеупоров // Новые технологии в промышленности, науке и образовании: Сб. ст. по итогам Международной научно-практической конференции (Оренбург, 28 октября 2017).- Стерлитамак, 2017.- С.174-176.

Проголосовать за статью

Дипломы участников

У данной статьи нет
дипломов

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ НА СВОЙСТВА ШАМОТНЫХ ОГНЕУПОРОВ

Оставить комментарий