Новые огнеупорные и теплоизоляционные материалы и технологии их производства

состава смеси, свойств  и концентрации отдельных ингредиентов (физико-химических свойств каждого компонента, его дисперсности и т.п.), условий проведения процесса (температуры окружающей среды, теплофизических характеристик реакционного сосуда —. литьевой формы, условий теплообмена ) и др. В результате протекания гетерогенной реакции обеспечивается возможность получения вспученного при комнатной температуре (коэффициент вспучивания 2—4) легкого или особолегкого ячеистого жаростойкого (или теплоизоляционного) материала необходимой плотности (200—1200 кг/м³) с заданными свойствами. Особо интересен факт образования конечной жесткой ячеистой структуры на завершающейся фазе холодного вспучивания, сохраняющейся вплоть до окончания процесса низкотемпературного обжига (при 650—800 °С) в волне СВС с образованием в созданной структуре соединения типа муллита.

Главное своеобразие  получаемых по предлагаемым технологиям материалов, имеющих пористую структуру, состоит в том, что они образуют вследствие присущих им ряда уникальных эксплуатационных характеристик (высокая химическая и эрозионная стойкость, износостойкость, низкая теплопроводность, повышенная температура применения, более высокие механические характеристики по сравнению с известными материалами той же плотности) новую нишу в ряду особолегких огнеупорных материалов.

Отмеченные особенности  новых видов огнеупорных и теплоизоляционных материалов связаны исключительно с рядом технологических приемов, не использованных ранее в довольно хорошо известных технологиях. Так, в технологии холодного вспучивания найдены эффективные способы увеличения объема исходных составляющих путем соответствующего подбора пары компонентов, обеспечивающей мощное вспучивание минеральной массы с одновременным ее отверждением в процессе химического взаимодействия этих компонентов, а также повышение прочности особолегких изделий за счет придания ячеистой структуре анизотропных свойств.

В СВС-процессах найдены  наиболее реакционно-способные вещества, обладающие свои ствами как окислителя, так и восстановителя. Результатом их взаимодействия в волне термохимического синтеза являются новые минеральные образования с редким набором важных эксплуатационных свойств.

Следует отметить, что  разработанные технологии могут применяться как вместе, так и раздельно. При использовании только технологии холодного вспучивания можно получить достаточно большой ассортимент особолегких, пористых огнеупорных и теплоизоляционных материалов, которые могут работать при 1000—1100 °С.

Если использовать только СВС-технологию, можно производить  огнеупорные и высокоогнеупорные материалы на алюмосиликатной основе, работающие в интервале 800—1800 ^оС. Совместное использование обеих технологий позволяет существенно расширить диапазон возможного применения предлагаемых материалов и создать новые материалы многоцелевого назначения. В процессе создания огнеупорных и теплоизоляционных материалов используют минеральные природные вещества, такие как песок, глина, перлит, вермикулит и другие, а также огнеупорные строительные материалы: шамот,  цемент, известь, гипс и др. В состав исходных материалов могут входить различные промышленные и строительные отходы: зола, шлаки, бой стройматериалов.

Разработанные технологии производства готовых изделий, полуфабрикатов или сухих смесей являются безотходными, т. е. ресурсосберегающими. С другой стороны, как технология холодного вспучивания, так и СВС-технология являются энергосберегающими, поскольку на обеих стадиях получения материала основная часть энергии черпается из источников химического взаимодействия компонентов.

К положительным качествам  предлагаемых технологий относится  их экологическая чистота. В предложенном варианте холодного вспучивания единственным газообразным продуктом, выделяющимся в процессе химической реакции, являются пары воды, а в СВС-технологии, как уже отмечалось выше, вообще нет газовыделения. Сами компоненты, используемые при создании целевых продуктов, являются экологически чистыми (природные минеральные вещества, строительные материалы и т.п.).

Большинство из разработанных  материалов (огнеупорных,   огнеупорно-теплоизоляционных, теплоизоляционных, а также защитно-упрочняющих покрытий, обмазок, смесей и растворов) успешно опробованы в реальных условиях эксплуатации более чем на 20 предприятиях различных областей промышленности, а ряд из них (оксидно-керамические покрытия и кладочные растворы) достаточно широко используют при эксплуатации тепловых агрегатов и проведении футеровочных и обмуровочных работ на предприятиях черной и цветной металлургии, теплоэнергетики, машиностроительных заводах, фирмах—производителях электрических нагревательных печей и т.д.

Следует отметить, что  технология нанесения покрытий и  обмазок проста и доступна (рис. 7—9). На подготовленную (очищенную металлической щеткой) поверхность с помощью ручного пневматического краскораспылителя или валика либо кистью наносят несколько слоев шликера общей толщиной 2—2,5 мм или более.

Промышленные испытания  одного из видов огнеупорно-керамического покрытия проведены в электросталеплавильном цехе ОАО «Электросталь». Покрытие ОКП-6 было нанесено на рабочую поверхность сливного желоба дуговой печи, на «боевую» рабочую поверхность стенки и дно сталеразливочного ковша. Испытания показали, что ОКП не смачивается жидким металлом. Покрытие сливного желоба выдержало 18 плавок без разрушения, в то время как футеровка желоба без покрытия выдерживает 2—3 плавки, т.е. стойкость футеровки желоба с ОКП возросла в 6—9 раз. Рабочая поверхность стенки ковша выдержала 15 плавок, а футеровка дна не имела видимых изменений. При этом следует отметить, что недостаточно высокое качество исходной футеровки желоба и ковша не позволили полностью реализовать возможности ОКП.

Представляется весьма перспективным применение ОКП для защиты футеровки индукционных тигельных и канальных печей плавки черных и цветных сплавов (особенно сплавов алюминия). Высокая металле- и шлакоустойчивость, несмачиваемость покрытия жидкими медью, сталью и алюминием, а также высокая адгезионная прочность покрытия позволяют прогнозировать существенное повышение стойкости футеровок индукционных печей.

Применение СВС-смесей и растворов позволяет значительно повысить стойкость футеровки печей, работающих в условиях воздействия агрессивных сред и высокоскоростных газовых и пылевых потоков. Особенно эффективно их использование в сочетании с защитно-упрочняющими покрытиями, наносимыми на поверхность футеровки на заключительной стадии выполнения футеровочных работ.

Огнеупорные смеси марок СКР-1 и СКР-2 используют в качестве кладочных растворов для алюмосиликатных огнеупоров, а СКР-3 и СКР-4 — для соединения в монолит жаростойких, плотных, легких и особолегких ячеистых СВС-бетонов марок ЖСБ, ЛСБ и др. Применение таких смесей и растворов для футеровки катодного устройства алюминиевых электролизеров позволит создать прочную монолитную структуру, способную обеспечить длительный срок службы катодных блоков, а использование СВС-бетонов для бортовой футеровки — повысить ее стойкость без дорогостоящих карбидкремниевых огнеупоров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Научно обоснован, предложен  и экспериментально отработан ряд перспективных технологических процессов для создания новых огнеупорных и теплоизоляционных материалов. На базе этих технологий разработаны и опробованы новые огнеупорные, огнеупорно-теплоизоляционные и теплоизоляционные материалы и изделия на их основе (кирпичи, блоки, плитки, панели, плиты, фасонные изделия и др.). Испытания показали, что новые огнеупорные материалы обладают более высокими эксплуатационными свойствами и техническими характеристиками по сравнению с традиционными.

Наиболее перспективными направлениями практического использования  разработанных материалов являются футеровки высокотемпературных тепловых агрегатов (печей, котлов, реакторов, ковшей, труб и т.д.), используемых в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, в строительной индустрии, машиностроении и в других отраслях.

Библиографический список

1. Владимиров B.C., Мальцев В.М., Мойзис С.Е., Подлубный В.В. СВС-технологии получения новых видов огнеупорных многокомпонентных материалов // 5-й Международный научно-технический симпозиум «Авиационные технологии 21 века». Жуковский: Изд. ЦАГИ, 1999. С. 45-46.

2. Владимиров B.C., Мойзис С.Е., Мальцев В.М. СВС-технологии создания новых видов многокомпонентных материалов и покрытий для решения задач авиационной и ракетно-космической техники // Труды IX Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». — М.: Научтех-литиздат, 2000. С. 330—332.

3. Владимиров B.C., Долгов В.И., Карпухин И.А., Мойзис С.Е. Разработка и использование новых видов легких ячеистых теплоизоляционных материалов и покрытий для аиационной и космический индустрии // Труды Х Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». М.: Научтехлитиздат, 2001. С.286-288.

4. Мержанов А.Г. Физическая химия. Современные проблемы. —М.: Химия, 1987. — 44 с.

5. Левашов Е.А., Рогачев А.С. Юхвид В.И., Боровинская И. П. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. - М.: Изд. БИНОМ, 1999. - 176 с.

6. Научно-технические разработки в области СВС:

Справочник / Под ред. А. Г. Мержанова. — Черноголовка, 1999.— 320с.