"За статью проголосовало 188 человек"

ПОЛУЧЕНИЕ  ОБРАЗЦОВ  ОГНЕУПОРНОГО  БЕТОНА  НА  ЛАБОРАТОРНОЙ  УСТАНОВКЕ

Должиков  Вадим  Сергеевич

студент  4  курса  кафедры  ММ  СТИ  НИТУ  МИСиС,  РФ,  г.  Старый  Оскол

E-mail: 

Шишкин  Вячеслав  Дмитриевич

студент  1  курса  кафедры  ММ  СТИ  НИТУ  МИСиС,  РФ,  г.  Старый  Оскол

E-mail:  dakatuli@bk.ru

Елисеева  Кристина  Александровна

Груздов  Виталий  Сергеевич

студенты  3  курса  кафедры  ММ  СТИ  НИТУ  МИСиС,  РФ,  г.  Старый  Оскол

Тимофеева  Анна  Стефановна

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  ММ  СТИ  НИТУ  МИСиС,  РФ,  г.  Старый  Оскол

В  нашей  стране  металлургическое  производство  играет  важнейшую  и  определяющую  роль,  от  которой  зависит  экономика  всего  государства.  Практически  во  всех  переделах  металлургии  процессы  протекают  при  высоких  температурах.  Вопрос  энерго-  и  ресурсосбережения  определяется  чаще  всего  свойствами  футеровочного  материала  в  агрегатах.  Огнеупорный  материал  может  быть  различным.  Одним  из  видов  такого  материала  является  огнеупорный  бетон.  Огнеупорный  бетон  -  это  смеси  огнеупорных  заполнителей  и  цементов,  которые  при  затвердевании  превращаются  в  камнеподобный  материал,  способный  сохранять  заданные  механические  свойства  при  длительном  воздействии  высоких  температур.  В  последнее  время  огнеупорная  промышленность  развивается  бурными  темпами,  появляются  различные  безобжиговые  огнеупорные  изделия.  Огнеупорные  бетоны  можно  рассматривать  и  сравнивать  с  обычными  бетонами,  так  как  они  состоят  из  аналогичных  компонентов:  огнеупорного  заполнителя,  инертного  при  обычных  температурах,  и  вяжущего  вещества  минерального  или  органического  происхождения.

Огнеупорные  бетоны  имеют  некоторые  преимущества  перед  другими  видами  обожженных  огнеупорных  изделий:

1.  в  монолитной  бетонной  футеровке  полностью  отсутствуют  швы,  а  в  случае  применения  крупных  бетонных  блоков  число  швов  значительно  уменьшается;

2.  обжиг  традиционных  огнеупорных  изделий,  как  правило,  происходит  в  окислительной  среде  и  фазовый  состав  обожженных  изделий  характеризуется  соответственно  оксидными  формами  тех  или  иных  компонентов  смеси.  Служат  же  эти  огнеупоры  в  большинстве  случаев  в  восстановительной  среде  при  температурах,  при  которых  оксидные  формы  становятся  неустойчивыми.  Поэтому  в  обожженных  изделиях  любого  типа  в  условиях  службы  происходят  изменения  фазового  состава,  сопровождающиеся  часто  изменением  объема  минералов,  что  приводит  к  уменьшению  прочности  огнеупорных  изделий.  В  огнеупорных  же  бетонах  изменение  фазового  состава  происходит  только  в  инертном  заполнителе;

3.  при  изготовлении  обжиговых  изделий  происходит  кристаллизация  минералов  из  жидкой  фазы,  образовавшейся  при  высоких  температурах.  В  условиях  службы  наблюдается  обратный  процесс  —  растворение  этих  минералов  в  жидкой  фазе.  Поскольку  удельные  объемы  вещества  в  жидком  и  твердом  состояниях  различны  (объем  расплава  окисных  веществ  примерно  на  10%  больше  объема  твердого  вещества),  то  кристаллизация  минералов  сопровождается  субмикроскопической  пористостью,  обусловливающей  повышение  свободной  энергии  огнеупора  и,  следовательно,  его  повышенную  реакционную  способность.

В  Белгородской  области  изготовлением  огнеупорного  бетона  занимается  фирма  «НК-ТЕПЛОХИММОНТАЖ».  Одной  из  марок  огнеупора  является  СМКРБТ  (смесь  муллитокремнеземистая  бетонная).  Из  нее  получают  плотный  огнеупорный  бетон.  Данная  огнеупорная  смесь  применяется  для  футеровки  различных  высокотемпературных  тепловых  агрегатов  в  качестве  рабочего  или  армирующего  слоя  футеровки,  крышки  сталеразливочных  ковшей,  изготовление  горелочных  камней,  изготовление  сложнофасонных  изделий.  Данный  огнеупорный  бетон  относится  к  типу  алюмосиликатных  (группа  муллитокремнеземистые),  где  определяющим  химическим  компонентом  является  Al₂O₃.  Состав  сухой  смеси  состоит  из  следующих  веществ:  МЛС-62  (70  %  по  массе),  МКС-72  (5  %  по  массе),  цемент  Secar-71  (25  %  по  массе).

Для  изучения  свойств  и  характеристик,  а  также  проведения  испытаний,  огнеупорного  бетона  в  лабораторных  условиях  необходимо  получать  образцы  из  данного  материала.  Согласно  ГОСТ  Р  52541-2006  «Бетоны  огнеупорные.  Подготовка  образцов  для  испытаний»  были  смоделирована  лабораторная  установка  для  получения  образцов  и  3  изложницы  из  квадратной  трубы  размерами  (100×60×60)  мм³  (рис.  1).

Рисунок  1.  Общий  вид  лабораторной  установки:  1  —  изложницы,  2  —  вибропривод  ВП-30Т,  3  —  пластины  из  гетинакса,  4  —  общий  вид  изложницы  для  заливки  бетонной  смеси

Для  лучшего  извлечения  образцов  из  формы  с  одной  стороны  они  были  разрезаны  по  высоте  и  посередине  оснащены  специальными  проушинами  с  резьбой,  которые  в  свою  очередь  с  помощью  болта  могут  смыкать  и  размыкать  формы.  В  качестве  виброплощадки  был  использован  вибропривод  ВП-30Т.  Для  укрепления  изложниц  на  стол  вибропривода  нами  были  изготовлены  2  пластины  из  слоистого  прессованного  материала  —  гетинакса.  По  центру  нижней  пластины  сделана  выемка  под  формы  размером  (180×60)  мм²  и  глубиной  4  мм  для  того,  чтобы  формы  были  плотно  закреплены. 

Согласно  ГОСТ  Р  52541-2006  и  с  помощью  смоделированной  лабораторной  установки  мы  получали  образцы  огнеупорного  бетона. 

Подготовка  образцов  для  испытания  включает  следующие  этапы: 

1.  Подготовка  огнеупорной  бетонной  смеси

На  3  изложницы  мы  брали  и  взвешивали  в  процентном  соотношении  компоненты:  МЛС-62  (70  %  по  массе),  МКС-72  тонкомол  (5  %  по  массе),  цемент  Secar-71  (25  %  по  массе).  Масса  всей  смеси  1200  грамм.

2.  Приготовление  огнеупорной  бетонной  массы

Этот  этап  включает  сухое  перемешивание  огнеупорной  массы,  добавление  в  нее  воды  комнатной  температуры,  а  также  регистрация  количества  этой  воды,  необходимого  для  получения  сырой  смеси  (рис.  2).

Рисунок  2.  Получение  огнеупорной  смеси:  а)  сухое  перемешивание;  б)  добавление  воды

Воды  добавлялось  ровно  столько,  чтобы  получился  нераспадающийся  при  окомковании  шаровый  комок  (рис.3).

Рисунок  3.  Определение  оптимального  количества  воды

Количество  воды,  потребовавшегося  на  приготовление  1200  грамм  смеси  —  0,2  л,  следовательно,  на  100  кг  сухой  бетонной  смеси  потребуется  16,7  л. 

Образцы  из  плотных  огнеупорных  бетонов  формуют  способом  вибрации.  Этот  этап  мы  проводили  с  помощью  виброплощадки.  В  изложницы,  которые  предварительно  были  изнутри  покрыты  смазкой  (литолом),  мы  накладывали  полученную  бетонную  смесь.  Для  получения  куба  (60×60×60)  мм³  внутри  изложниц  была  сделана  отметка  (рис.  4).  Затем  в  течение  одной  минуты  включали  виброплощадку.

Рисунок  4.  Изложницы  со  смесью  после  формования

Изложницы  с  образцами  необходимо  выдерживать  24  часа  при  комнатной  температуре  в  увлажняющей  камере.  Вместо  увлажняющей  камеры  мы  использовали  воздухонепроницаемую  полиэтиленовую  пленку  (рис.  5).

Рисунок  5.  Отвердевание  образцов

Рисунок  6.  Полученные  образцы

После  извлечения  образцов  из  изложниц,  их  подвергали  сушке  в  муфельной  печи  при  температуре  110  ^оС,  регистрируя  через  каждый  час  изменение  массы.  Сушку  проводили  до  тех  пор,  пока  после  повторной  сушки  в  течение  1  ч  результат  взвешивания  отличается  от  предыдущего  не  более  чем  на  0,1  %.

Рисунок  7.  Сушка  образцов

После  сушки  образцы  охлаждали  до  температуры  окружающей  среды  в  эксикаторе.

Обжиг  мы  проводили  в  муфельной  печи  при  t=1300  ^оС.  Нагрев  до  этой  температуры  производили  3  часа  со  скоростью  7  ^оС/мин.  Выдерживали  при  этой  температуре  2  часа.

Рисунок  8.  Обожженный  образец

С  помощью  созданной  лабораторной  установки  получили  образцы  из  огнеупорного  бетона  СМКРБТ.  определение  физических  свойств  этого  бетона:  кажущаяся  плотность  2,09  кг/м³,прочность  на  сжатие.  Относительное  удлинение  при  1000  ⁰С  составляет  1  %,  предел  прочности  при  сжатии  после  обжига  составил  49  кн/мм².  Если  сравнить  с  бетоном  фирмы  «НК-ТЕПЛОХИММОНТАЖ»,  то  относительная  погрешность  для  каждой  величины  не  превышает  2  %.Таким  образом,  экспериментальная  установка  для  получения  огнеупорного  бетона  может  применяться  и  для  исследований  различных  характеристик  и  видов  огнеупорных  бетонов.