RU2163579C2 - Exothermic refractory mortar - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgical, by-product coking and glass making industries, more particularly manufacture and repair of brickwork. SUBSTANCE: exothermic mortar comprises, wt. %: ferric oxide, 22-40; aluminium, 17-29; refractory clay, 15-23; alumina, 5-22; gypsum, 4-15; and sodium tripolyphosphate, 1-3. EFFECT: greater refractoriness and low porosity of ceramic bond.

Description

Изобретение относится к огнеупорным растворам для изготовления и ремонта кирпичной кладки и может быть использовано в металлургической, коксохимической и стекловаренной промышленности. The invention relates to refractory solutions for the manufacture and repair of masonry and can be used in the metallurgical, coke and glassmaking industries.

Известен состав для заполнения швов кладки футеровки кислородного конвертора из магнезито-хромитового кирпича, содержащий магнезитовый порошок и термитную добавку, в виде алюминиевого порошка, и прокатную окалину при следующем соотношении компонентов, мас.%:
магнезитовый порошок - 52-60
алюминиевый порошок - 8-12
прокатная окалина - 32-38
(а.с. СССР N 912716, C 04 B 35/04, опубл. 15.03.82 БИ N 10).A known composition for filling the joints of the masonry lining of the oxygen Converter of magnesite-chromite brick, containing magnesite powder and termite additive, in the form of aluminum powder, and mill scale in the following ratio of components, wt.%:
magnesite powder - 52-60
aluminum powder - 8-12
mill scale - 32-38
(AS USSR N 912716, C 04 B 35/04, publ. 15.03.82 BI N 10).

Недостатком указанного состава является малая термичность, пониженная огнеупорность и высокая пористость, образующейся после алюминотермии связки, вызванная значительной огневой усадкой при разогреве кладки. Усадка происходит из-за спекания зерен магнезита и кирпича при химическом взаимодействии алюминия и окислов железа. The disadvantage of this composition is the low thermal conductivity, reduced refractoriness and high porosity formed after aluminothermic ligament, caused by significant fire shrinkage during heating of the masonry. Shrinkage occurs due to sintering of magnesite and brick grains during the chemical interaction of aluminum and iron oxides.

Известна огнеупорная масса, содержащая компоненты, мас.%:
магнезит - 28-32
окислы железа - 23-28
алюминий - 10-13
хромомагнезит - 18-22
огнеупорная глина - 5-6
жидкое стекло, плотностью 1,15-1,20 г/см³ - 6-9
(а.с. СССР N 494374, C 04 B 35/68, опубл. 05.12.75 БИ N 45).Known refractory mass containing components, wt.%:
magnesite - 28-32
iron oxides - 23-28
aluminum - 10-13
chromomagnesite - 18-22
refractory clay - 5-6
water glass, with a density of 1.15-1.20 g / cm ³ - 6-9
(A.S. USSR N 494374, C 04 B 35/68, publ. 05.12.75 BI N 45).

Недостатком этой огнеупорной массы является низкая термичность и слабая огнеупорность образующегося в процессе реакции СВС продукта. The disadvantage of this refractory mass is the low thermal and low refractoriness of the product formed during the SHS reaction.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является огнеупорный материал, получаемый обжигом экзотермической смеси, содержащий следующие компоненты, мас.%:
восстановитель - 6-20
окислитель - 20-70
наполнитель - 100 (при суммарном содержании компонентов 100%).The closest in technical essence and the achieved result to this invention is a refractory material obtained by firing an exothermic mixture containing the following components, wt.%:
reducing agent - 6-20
oxidizing agent - 20-70
filler - 100 (with a total content of components of 100%).

В качестве восстановителя используют магний, алюминий, цинк, кремний, титан или их сплавы, в качестве окислителя применяют необожженный доломит, хромит, сульфат и (или) карбонат металла, например магния, кальция, стронция, бария, цинка или алюминия. В качестве наполнителя используют периклаз, хромит, огнеупорные отходы, огнеупорный оксид, углеродсодержащий компонент, карбид и (или) нитрид алюминия, кремния, титана (PCT 90/13526 A1, опубл. 15.11.1990, C 04 B 35/66, 29 с.). Magnesium, aluminum, zinc, silicon, titanium or their alloys are used as a reducing agent; unfired dolomite, chromite, sulfate and (or) metal carbonate, for example magnesium, calcium, strontium, barium, zinc or aluminum, are used as an oxidizing agent. Periclase, chromite, refractory waste, refractory oxide, carbon-containing component, carbide and (or) nitride of aluminum, silicon, titanium (PCT 90/13526 A1, publ. 15.11.1990, C 04 B 35/66, 29 s .).

Однако в данном случае при получении огнеупора оксид алюминия в процессе синтеза расплавляется, образуя мулито-корундовые составляющие, что ведет к низкой термичности и слабой огнеупорности. Из такой массы трудно получить качественный раствор, образующий шов, прочно сцепляющий его с кирпичной кладкой. Задачей предлагаемого изобретения является создание экзотермического огнеупорного мертеля высокой термичности для получения керамической связки повышенной огнеупорности. However, in this case, upon receipt of the refractory, aluminum oxide melts during the synthesis process, forming mulite-corundum components, which leads to low thermal and low refractoriness. From such a mass it is difficult to obtain a high-quality mortar, forming a seam, firmly adhering it to the brickwork. The objective of the invention is the creation of an exothermic refractory mortar of high thermal conductivity to obtain a ceramic bond of high refractoriness.

Поставленная задача достигается тем, что экзотермический огнеупорный мертель, включающий оксид железа, глинозем, алюминий, огнеупорную глину, гипс, отличается тем, что он дополнительно содержит триполифосфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид железа - 22-40
алюминий - 17-29
огнеупорная глина - 15-23
глинозем - 5-22
гипс 4-15
триполифосфат натрия - 1-3
Сущность изобретения заключается в следующем.The problem is achieved in that the exothermic refractory mortar, including iron oxide, alumina, aluminum, refractory clay, gypsum, is characterized in that it additionally contains sodium tripolyphosphate in the following ratio of components, wt.%:
iron oxide - 22-40
aluminum - 17-29
refractory clay - 15-23
alumina - 5-22
gypsum 4-15
sodium tripolyphosphate - 1-3
The invention consists in the following.

Предлагаемый мертель получают простым смешиванием и увлажнением компонентов. The proposed mortar is obtained by simple mixing and wetting of the components.

Полученный огнеупорный раствор наносят на кирпич в процессе кладки. При инициировании процессов CBC происходит спекание огнеупорного мертеля с образованием керамической связки. The resulting refractory solution is applied to the brick during the laying process. When CBC processes are initiated, the refractory mortar is sintered to form a ceramic bond.

Использование термитной составляющей и гипса в составе огнеупорного мертеля приводит к тому, что для CBC имеют место реакции
3CaSO₄ + 8Al = 3CaS + 4Al₂O₃ (1),
Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃ (2)
Наличие огнеупорной глины, содержащей в виде примесей кварцевый песок, при избытке алюминия в составе мертеля приводит к возникновению реакции
3SiO₂ + 4Al = 3Si + 2Al₂O₃ (3)
С позиций термодинамики предпочтительнее протекание реакции 1, затем 2 и наконец 3.The use of the termite component and gypsum in the composition of the refractory mortar leads to the fact that for CBC reactions
3CaSO ₄ + 8Al = 3CaS + 4Al ₂ O ₃ (1),
Fe ₂ O ₃ + 2Al = 2Fe + Al ₂ O ₃ (2)
The presence of refractory clay containing quartz sand in the form of impurities, with an excess of aluminum in the composition of the mortar, leads to a reaction
3SiO ₂ + 4Al = 3Si + 2Al ₂ O ₃ (3)
From the standpoint of thermodynamics, the reaction 1, then 2 and finally 3 are preferable.

При содержании алюминия в составе мертеля более 22%, в силу вступают реакции (1) и (2). Термичность мертеля в этом случае превышает оптимальный уровень (2800-3000 кДж/кг). В результате реакций СВС образуется керамическая связка, имеющая повышенную пористость, снижающая ее прочность. В продуктах реакции может оставаться алюминий, что приводит к его перерасходу. When the aluminum content in the mortar is more than 22%, reactions (1) and (2) take effect. Thermal mortar in this case exceeds the optimal level (2800-3000 kJ / kg). As a result of the SHS reactions, a ceramic bond is formed having an increased porosity, which reduces its strength. Aluminum may remain in the reaction products, which leads to its overuse.

При содержании алюминия в составе мертеля менее 17% его термичность недостаточна. В результате снижается огнеупорность шва, нарушается синхронность термических расширений шва и связываемых кирпичей, что приводит к растрескиванию швов образующейся в ходе синтеза керамической связки. When the aluminum content in the mortar is less than 17%, its thermality is insufficient. As a result, the fire resistance of the weld is reduced, and the synchronization of the thermal expansion of the weld and the bricks being broken is violated, which leads to cracking of the welds formed during the synthesis of the ceramic bond.

При избытке оксида железа Fe₂O₃ (свыше 40%) в составе экзотермического огнеупорного мертеля происходит очень бурное алюминотермическое восстановление по реакции (2). Образующаяся керамическая связка имеет очень высокую пористость из-за значительной огневой усадки шва. С уменьшением содержания оксида железа (менее 22%) соответственно возрастают доли огнеупорной глины, гипса, глинозема. В результате возрастает роль реакций (1) и (3). Это приведет к дополнительному расходу тепла и должно сопровождаться дополнительным расходом алюминия. При таком содержании оксида железа Fe₂O₃ в мертеле возникает разница в термическом расширении кирпичной кладки и шва кладки, состоящего из полученного в ходе СВС продукта.With an excess of iron oxide Fe ₂ O ₃ (over 40%) in the composition of the exothermic refractory mortar, a very rapid aluminothermic reduction occurs according to reaction (2). The resulting ceramic bond has a very high porosity due to significant fire shrinkage of the seam. With a decrease in the content of iron oxide (less than 22%), the proportions of refractory clay, gypsum, and alumina increase accordingly. As a result, the role of reactions (1) and (3) increases. This will result in additional heat consumption and must be accompanied by additional aluminum consumption. With such a content of iron oxide Fe ₂ O ₃ in the mortar, a difference arises in the thermal expansion of the brickwork and the masonry seam consisting of the product obtained during SHS.

Известно, что при использовании такого воздушно-вяжущего вещества как гипс, максимальное его количество в составе смесей определяется его схватываемостью и скоростью твердения. Поэтому, в случае использования полуводного гипса CaSO₄ · 5H₂O более 15% (в оптимальных по влажности условиях) скорость твердения раствора мертеля очень высока и не позволяет вести кладочные работы из-за чрезвычайно быстрого обезвоживания и отслаивания раствора. Со снижением содержания гипса (менее 4%) в составе мертеля схватываемость его раствора недостаточна и не обеспечивает связывания кирпичной кладки.It is known that when using such an air-binder as gypsum, its maximum amount in the composition of the mixtures is determined by its seizure and hardening rate. Therefore, in the case of using semi-aquatic gypsum CaSO ₄ · 5H ₂ O of more than 15% (under optimal humidity conditions), the mortar mortar curing rate is very high and does not allow masonry work due to extremely fast dehydration and delamination of the solution. With a decrease in the gypsum content (less than 4%) in the mortar, the adhesion of its solution is insufficient and does not provide bonding of the brickwork.

Применение такого замедлителя скорости твердения гипса как триполифосфат натрия эффективно в интервале от 1 до 3% в составе мертеля. При содержании триполифосфата натрия более 3% раствор мертеля (при оптимальной влажности) неустойчив из-за излишнего количества жидкой фазы. При этом снижается качество шва кладки из-за невозможности выдерживать необходимую толщину шва. При содержании триполифосфата натрия менее 1% раствор теряет пластичность, обезвоживаясь раньше времени. Наблюдается расслаивание раствора при его укладке. The use of such a gypsum hardening rate inhibitor as sodium tripolyphosphate is effective in the range from 1 to 3% in the composition of the mortar. If the sodium tripolyphosphate content is more than 3%, the mortar solution (at optimal humidity) is unstable due to the excessive amount of the liquid phase. This reduces the quality of the masonry seam due to the inability to withstand the required thickness of the seam. When the content of sodium tripolyphosphate is less than 1%, the solution loses its plasticity, dehydrating ahead of time. There is a delamination of the solution during its installation.

При количестве огнеупорной глины в мертеле, превышающем 23%, шов кладки характеризуется повышенной огневой усадкой. Образующаяся в ходе реакций СВС керамическая связка имеет повышенную пористость, снижающую ее прочность. При количестве глины менее 15% соответственно возрастает доля глинозема и других компонентов, что приводит к неоптимальному составу керамической связки и возникновению разницы термических расширений шва и кирпичной кладки. When the amount of refractory clay in the mortar exceeds 23%, the masonry seam is characterized by increased fire shrinkage. The ceramic bond formed during SHS reactions has an increased porosity, which reduces its strength. When the amount of clay is less than 15%, the proportion of alumina and other components increases correspondingly, which leads to a non-optimal composition of the ceramic bond and the difference in thermal expansion of the weld and brickwork.

Содержание глинозема в составе мертеля более 22% снижает его термичность ниже оптимального уровня, а менее 5% - наблюдается значительная усадка шва, снижающая его механическую прочность. The alumina content in the mortar more than 22% reduces its thermal resistance below the optimal level, and less than 5% - there is a significant shrinkage of the seam, reducing its mechanical strength.

Новый технический результат при использовании заявляемого экзотермического огнеупорного мертеля состоит в связывании огнеупоров (отдельных кирпичей) керамической связкой, образующейся в ходе реакций GBC веществ, входящих в состав мертеля при последующем нагреве огнеупорной футеровки до рабочих температур. A new technical result when using the inventive exothermic refractory mortar is to bind the refractories (individual bricks) with a ceramic bond formed during the GBC reactions of the substances that make up the mortar during subsequent heating of the refractory lining to operating temperatures.

Особенностью заявляемого мертеля является совмещение свойств кладочного раствора (кирпичной кладки), удовлетворяющее требованиям качества огнеупорных растворов при проведении работ, и свойств керамической связки, образующейся в ходе СВС, последующем нагреве кладки и работе ее в области высоких температур. A feature of the inventive mortar is the combination of the properties of the masonry mortar (brickwork), which meets the quality requirements of refractory mortars during work, and the properties of the ceramic bond formed during SHS, subsequent heating of the masonry and its work in the high-temperature range.

Экзотермический огнеупорный мертель получали следующим образом. An exothermic refractory mortar was prepared as follows.

Смесь, состоящую из компонентов, мас.%:
оксид железа - 30
алюминий - 18
огнеупорная глина - 20
глинозем - 14
гипс - 15
триполифосфат натрия - 3
перемешивали и увлажняли. Затем огнеупорный раствор наносили на кирпич (при надавливании кирпичом на раствор, он должен заполнять все неровности и углубления на поверхности кирпичей и обеспечивать легкое перемещение кирпичей по раствору). При инициировании процессов CBC происходило спекание экзотермического огнеупорного мертеля в швах кладки с образованием керамической связки, скрепляющей кирпичи кладки.A mixture consisting of components, wt.%:
iron oxide - 30
aluminum - 18
refractory clay - 20
alumina - 14
gypsum - 15
sodium tripolyphosphate - 3
mixed and moistened. Then the refractory mortar was applied to the brick (when pressing with a brick on the mortar, it should fill in all the bumps and depressions on the surface of the bricks and allow easy movement of the bricks over the mortar). When CBC processes were initiated, an exothermic refractory mortar was sintered at the joints of the masonry with the formation of a ceramic bond fastening the masonry bricks.

Термичность мертеля составляла 3071 кДж/кг, а огнеупорность керамической связки: температура начала плавления - 1330^oC, конца плавления - 1900^oC.The temperature of the mortar was 3071 kJ / kg, and the refractoriness of the ceramic binder: the temperature of the beginning of melting - 1330 ^o C, the end of melting - 1900 ^o C.

Таким образом, в предлагаемых составах мертелей
термичность составляла 2885 - 3270 кДж/кг;
огнеупорность составляла:
температура начала плавления 1280 - 1500^oC,
температура конца плавления 1700 - 1900^oC.Thus, in the proposed compositions of mortars
thermal performance was 2885 - 3270 kJ / kg;
fire resistance was:
the temperature of the onset of melting 1280 - 1500 ^o C,
the temperature of the end of melting 1700 - 1900 ^o C.

Заявляемый экзотермический огнеупорный мертель промышленно применим. The inventive exothermic refractory mortar is industrially applicable.

Claims (1)

Экзотермический огнеупорный мертель, включающий оксид железа, глинозем, алюминий, огнеупорную глину, гипс, отличающийся тем, что он дополнительно содержит триполифосфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид железа - 22 - 40
Алюминий - 17 - 29
Огнеупорная глина - 15 - 23
Глинозем - 5 - 22
Гипс - 4 - 15
Триполифосфат натрия - 1 - 3Exothermic refractory mortar, including iron oxide, alumina, aluminum, refractory clay, gypsum, characterized in that it additionally contains sodium tripolyphosphate in the following ratio, wt.%:
Iron oxide - 22 - 40
Aluminum - 17 - 29
Refractory clay - 15 - 23
Alumina - 5 - 22
Gypsum - 4 - 15
Sodium Tripolyphosphate - 1 - 3