Патент на изобретение №2294350

(54) КЛЕЙ ОГНЕУПОРНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к клеевым веществам на основе неорганических компонентов с водорастворимыми силикатами щелочных металлов и является огнеупорным материалом и может быть использовано для приклеивания волокнистых материалов к кирпичам и металлическим конструкциям, в частности, для изготовления и долгосрочной работы теплоизоляции металлических труб в металлургическом производстве в методических нагревательных печах, для соединения между собой огнеупорных материалов одного или различных составов, в том числе при создании монолитных изделий сложной конструкции, предпочтительно пористых и волокнистых, для упрочнения керамических материалов и изделий из них при работе в условиях высоких температур до 1600°С и высокоскоростных газовых потоков до 100 м/с и выше, а также при изготовлении и ремонте футеровки печей в различных отраслях промышленности. Поставленная задача решается тем, что клей содержит жидкое натриевое стекло с силикатным модулем 2,0-3,5, огнеупорную глину, электрокорунд, каолин и воду. 1 табл.

Изобретение относится к клеящим веществам на основе неорганических компонентов с водорастворимыми силикатами щелочных металлов и является огнеупорным материалом, который целесообразно применять для приклеивания волокнистых материалов к кирпичам и металлическим конструкциям, в частности, для изготовления и долгосрочной работы теплоизоляции металлических труб в металлургическом производстве в методических нагревательных печах, для соединения между собой огнеупорных материалов как одного, так и различных составов, в том числе при создании монолитных изделий сложной конфигурации, предпочтительно пористых и волокнистых, для упрочнения керамических материалов и изделий из них с целью возможности их применения в условиях высоких температур до 1600°С и высокоскоростных газовых потоков до 100 м/с и выше, а также при изготовлении и ремонте футеровки печей в различных отраслях промышленности.

Термостойкие неорганические клеи обладают способностью работать при высоких температурах до 1000°С и выше. К термостойким клеям предъявляются требования высокой прочности соединений в исходном состоянии, а также сохранения прочностных показателей в процессе работы при повышенных температурах, т.е. стойкость клеевого соединения к термической и термоокислительной деструкции, к механическим воздействиям.

Одним из видов термостойких неорганических клеев являются силикатные клеи, в основе которых находится раствор силиката натрия – жидкое стекло, а в качестве наполнителя – глина. Такие составы клея применяются для приклеивания изоляции из керамических волокон к металлу, асбестовой изоляции к стали, цементу, другим материалам, а также при футеровке обжиговых печей.

Из уровня техники известны составы термостойких клеев. В патенте РФ №942417 от 12.01.81, опубликованном 27.01.96, МПК C 09 J 1/02, заявлен клей, включающий (в мас.%) 49-51%-ый раствор силиката натрия 25-62, каолин 20-40, гидроокись алюминия 10-15, едкий натр 7-17 и перлит 1-3. Клей обладает повышенной адгезией к магнитомягким материалам с возможностью удаления клея после термического воздействия.

В патенте РФ №2026844 от 05.10.92, опубл. 20.01.95, МПК С 04 В 28/24, С 04 В 38/02 предложен состав для изготовления теплоизоляционного материала, содержащий жидкое стекло 48-53%, кремний 15-23%, гидрат окиси алюминия 8-10%, гидрат окиси натрия 3-4% и каолин – остальное.

К недостаткам этих клеев следует отнести низкую температуру их применения (до 1000°С) и довольно большую эрозию при скоростных газовых потоках, т.к. в составах данных огнеупорных клеев отсутствует электрокорунд, который является наилучшим эрозиостойким компонентом.

В патенте РФ №2079472 от 14.12.94, опубл. 20.05.97, МПК С 04 В 28/24, С 04 В 35/66, описана сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий, которая содержит в мас.%: шамот 40-60, глинозем 15-20, цемент 0,5-3, жидкое стекло 15-20, волокнистый огнеупорный материал 0,5-3, модификатор жидкого стекла 1-4 и воду 7-11. Данный состав клея способен повысить температуру его применения приблизительно до 1400°С, но сохраняет относительно большую эрозионную способность из-за присутствия волокнистого огнеупорного материала и отсутствия электрокорунда.

За прототип заявляемого изобретения принята сырьевая смесь по патенту РФ №2079472, как наиболее близкая по составу и достигаемому результату при ее применении.

Задачей изобретения является создание огнеупорного защитного клея, способного для применения в условиях высоких температур (до 1600°С), обладающего защитными свойствами при работе в газовых потоках до 100 м/с и выше, который целесообразно применять для приклеивания волокнистых материалов к кирпичам и металлическим конструкциям, в частности, для изготовления и долгосрочной работы теплоизоляции металлических труб в металлургическом производстве в методических нагревательных печах, а также соединения между собой огнеупорных материалов как одного, так и различных составов, в том числе при создании монолитных изделий сложной конфигурации, предпочтительно пористых и волокнистых, для упрочнения керамических материалов и изделий из них, в процессе изготовления и ремонта футеровки печей в различных отраслях промышленности.

Технический результат достигается за счет оптимального состава клея, способного обеспечить названные выше условия задачи.

Клей огнеупорный защитный включает в вес.%:

Предлагаемая композиция клея включает компоненты, известные в природе и технике, обладающие присущими им традиционными физико-химическими свойствами. Жидкое стекло (натриевое) обладает вяжущими свойствами, причем максимальный их уровень характерен для значений силикатного модуля в интервале 2,0-3,5 и вне этих пределов наблюдается снижение вяжущих свойств. Твердение жидкого стекла происходит на воздухе в результате потери влаги. Огнеупорная глина также обладает вяжущими свойствами, твердение которой осуществляется в результате коагуляционных процессов. Они проявляются, начиная с комнатной температуры, и, что особенно важно, при более высоких температурах, чем у жидкого стекла.

Таким образом, клеящие свойства предлагаемого клея вначале проявляются за счет глины, затем – жидкого стекла, и при температурах выше 1000°С в основном в результате использования огнеупорной глины.

Для придания абразивных свойств и снижения эрозионных свойств при механическом воздействии газовых потоков в составе клея используется электрокорунд. Применение каолина объясняется необходимостью уменьшения примесей, вносимых с глиной и электрокорундом, которые способствуют образованию жидкой (стеклообразной) фазы при температурах выше 1000°С.

Для решения поставленной задачи изобретения состав композиции клея подобран опытным путем. Технология приготовления клея заключается в следующем. Вначале взвешивается огнеупорная глина, которая заливается водой и перемешивается до получения гомогенной массы. Затем взвешивается электрокорунд и каолин, которые после перемешивания засыпаются в приготовленный раствор глины и вся эта смесь тщательно перемешивается. В последнюю очередь в состав вводится жидкое стекло. Приготовленный клей помещается в герметичную тару. Перед употреблением клей необходимо тщательно перемешать. При замерзании клей отогревается до комнатной температуры и перед употреблением должен быть гомогенизирован.

В таблице представлены примеры составов клея с указанием количественных характеристик по плотности состава, физико-механических показателей при комнатной температуре и после высокотемпературной обработки.

Требования по термостойкости клея связаны с определенными рабочими температурами, при которых необходим соответствующий состав клея. Так, для работы при температуре 1200°С подходит состав №1, при 1400°C – состав №2, а при 1600°С – состав №3 с наименьшим содержанием жидкого стекла.

Для приготовления клея использовалось жидкое стекло по ГОСТ 13078-81. В качестве огнеупорной глины применимы различные породы с известными свойствами, такие как латнецкая, любытинская, суворовская, часовярская и др. (см. Справочник «Огнеупорные изделия, материалы и сырье», М.: Металлургия, 1991, с.370-374). Возможно использование различных марок огнеупорной глины, подбор которых зависит от максимальной рабочей температуры. В составе №1 применима огнеупорная глина с большим количеством примесей марок БЛПЗ, ЛГУ или С3, а с увеличением требований по повышению температуры целесообразно использование более чистой глины. Для состава №2 подходит глина марок ЛТ2 или С1, а для №3 – марок ЛТ1 или 40. Каолин применяется также известных марок (см. с.374-377 в указанном выше Справочнике), например, марки 1 по ГОСТ 21287-75 или марки КО-2 по ТУ 14-8-561-88.

Как видно из таблицы, приведенные примеры составов клея по своим техническим характеристикам обеспечивают прочность, надежность клеевых соединений при высоких температурах.

Применение данного клея в условиях металлургического производства особо эффективно проявилось при изготовлении теплоизоляционного покрытия для металлических труб, расположенных в нагревательных печах прокатного производства. Использовалось приклеивание к поверхности труб керамоволокнистого материала в виде требуемого числа его слоев в соответствии с тепловым расчетом. Каждый слой соединялся с предыдущим с помощью нового клея. Конструкция такой теплоизоляции обладала необходимыми технологическими параметрами по прочности и надежности защиты поверхности труб. Последний слой изоляции также покрывался клеем толщиной 2-3 мм, который при затвердевании образовывал термостойкий защитный керамический слой, обладающий достаточной механической прочностью и не разрушался под действием газовых потоков. При этом целесообразно использование составов клея с различными рабочими температурами для приклеивания разных слоев теплоизоляции.

Такие теплоизоляционные покрытия имеют небольшую массу, обладают достаточной гибкостью при укладке на сложных участках подовых труб, имеющих изгибы или переплетения, с сохранением гибкости покрытия в рабочем состоянии при механических ударных и вибрационных нагрузках.

По качественному и количественному составу новый клей соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень», способный к промышленному применению в условиях высоких рабочих температур и высокоскоростных газовых потоков, обеспечивая надежную теплоизоляцию обработанных клеем поверхностей в сочетании с другими теплоизоляционными материалами.

Формула изобретения

Клей огнеупорный защитный, включающий жидкое стекло, огнеупорную глину и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит электрокорунд и каолин, а жидкое стекло в виде натриевого с силикатным модулем 2,0-3,5 при следующем соотношении компонентов, вес.%: