УДК 666

РЕМОНТ ФУТЕРОВОК ТЕПЛОВЫХ  СООРУЖЕНИЙ ПУТЕМ МОДИФИКАЦИИ ЖАРОСТОЙКИХ  КОМПОЗИТОВ

 

REPAIR OF LININGS OF THERMAL FACILITIES THROUGH THE MODIFICATION OF HEAT-RESISTANT COMPOSITES

 

Соколова С.В., Стрельцов Н.В.

(Самарский государственный университет сообщения, г. Самара, РФ)

Sokolova S.V., Streltsov N.V.

(the Samara state University of means of communication)

 

Исследовано влияние различных  жидких водорастворимых алюмофосфатных связок Самарского металлургического завода. Это выполнено с целью    их использования в составах жаростойких материалов фосфатного твердения.

The influence of various liquid water-soluble alumophosphates ligaments Samara metallurgical plant. This is done with a view to their use in heat-resistant materials phosphate hardening.

 

Ключевые слова: термостойкость, отход, огнеупоры, фосфатные растворы, модификация

Keywords: heat resistance, waste, refractories, phosphate solurions, modification

 

Тепловые сооружения, которые используются во многих отраслях  народного хозяйства, являются  сложными инженерными конструкциями.  Им приходится работать при воздействии весьма агрессивных окружающих условий, в сложных температурных режимах. Все это вызывает  заметные изменения в параметрах футеровочных огнеупорных материалов -   ухудшаютсяих физико-механические показатели. Кроме того, значительно повышается напряжение в рабочей зоне футеровки, деформируются детали конструкций, контактирующие с агрессивной средой. В результате этого футеровка,  изготовленная из штучных огнеупоров,выходит из  рабочего состояния.  Итогом является необходимость   ремонтазначительной части сооружения. Таким образом, увеличиваются расход дефицитных и дорогостоящихматериалов, затраты труда высококвалифицированных специалистов. С тем, чтобыпродлить срок службы тепловых агрегатов, требуетсяувеличивать выпуск жаростойких материалов, так как  тепловые сооружения и несущие конструкции работают в очень сложных условиях: при  синхронномдействии высоких (переменных и постоянных) температур и в агрессивных средах[1, 54].В связи с тем, что  сегодня фосфаты и  создаваемые на их основе фосфатные связующие  часто применяются в жаростойких бетонах, то изучение влияния структурно-энергетических  характеристик фосфатов на их свойства при работе в условиях высоких температур, представляют большой интерес. При  эксплуатации сооружений, в материалах конструкций был выявлен комплекс свойств. Эти свойства определяется двумя факторами: структурой материала исвойствами веществ, из которых состоит данный материал. Кроме того, важным фактором в создании количественной характеристики свойств материала, является расстояние между ионами в его структуре [2, 33].Фосфатные связующие  среди  большинстважаростойких вяжущих  имеютбольшую термическую стойкость и высокую химическую сопротивляемость [3, 472]. Наиболее целесообразно и экономически выгодно использовать жидкие фосфатные связки, а так же ортофосфорную кислоту и ее растворы в качестве модификаторов штучных огнеупоров и жаростойких бетонов. Это весьма выгодно с целью повышения их долговечности и физико-термических свойств [4, 143]. В виде жаростойких растворов фосфатные огнеупорные обмазки можно применять как для кладки штучных огнеупоров, так и в виде защитных обмазок, чтобы повысить химическую стойкость штучных огнеупоров (шамота, динаса, муллита и др.) [5, 128]. Промышленные неорганические отходы являются ценным сырьем для использования его в составах жаростойких бетонов. Наиболее ценным техногенным сырьем являются глиноземсодержащие минеральные шламовые отходы, отработанные катализаторы нефтехимии алюмохромистого состава, железосодержащие отходы сернокислого производства – пиритные огарки.  Данные отходы образуются в производстве неорганических кислот, в  технологиях органического синтеза,  при процессе металлообработки в машиностроении и цветной металлургии. Глиноземсодержащие шламы и отработанные катализаторыпо степени дисперсности не имеют себе равных среди порошкообразных материалов,  получаемые механическим измельчением [6, 50]. В промышленности получают жидкие водорастворимые алюмофосфатные связки с различной степенью замещения путем применения технического гидроксида алюминия Al(OH)3 и ортофосфорной кислоты.  В данном случае  протекают  следующие реакции:

Al(OH)3 + 3H3PO4Al(H2PO4)3 + 3H2O- однозамещенный алюмофосфат

                                14%           86%              85,5%            14,5%

2Al(OH)3+3H3PO4Al2(HPO4)3 + 6Н2О - двузамещенныйалюмофосфат

                                   21%            79%               68,4%             31,6%

Также, осуществляли  замену технического гидроксида алюминия  при  синтезировании жидких алюмофосфатных связок  высокоглиноземистым шламом щелочного травления алюминия. Этот отход Самарского металлургического завода является нанотехногенным материалом. Чтобы узнать, какое воздействие оказывает пропиткафосфатными связками на физико-механические  показателиштучных огнеупоров,  производили испытания на образцах из шамотного(класс ША) и высокоглиноземистого муллитового (МЛС-62) кирпичей (табл.1).

 

Таблица 1- Воздействие пропиточного состава(алюмофосфатной связки) на  свойства шамотного и муллитового изделий

Тип огнеупора

Средняя плотность (ρ0) г/см3, в числителе и предел прочности при сжатии (R), МПа в знаменателе образцов огнеупоров после термообработки при 2000С и последующего нагрева до температуры.

200

500

800

1000

1200

1500

Шамот, пропитанный раствором АФС

Муллитовый огнеупор МЛС-62, не подвергнутый пропитке

Муллитовый огнеупор МЛС-62, пропитанный раствором АФС

 

При высоких температурных показателях происходит увеличение прочностных  характеристик.  Это  вызвано тем, что образуются стабильные,  фосфаты с высокой тугоплавкостью. Данные фосфаты синтезируются при помощи жидкости-модификатора Al2(HPO4)3 [7, 152]. На образцах, изготовленных из шамотного кирпича класса ШБ и  пеношамота, выполнили проверку  воздействия пропиточного состава(Н3РО4) 70%-ой концентрации   (табл.2).

 

Таблица 2- Воздействие пропитки H3PO4 и последующей термообработки  алюмосиликатных огнеупоров на их физико-механические  показатели

 

 Тип огнеупора

Средняя плотность, г/см3 в числителе и предел прочности при сжатии, МПа в знаменателе образцов огнеупоров после  пропитки  и последующего нагрева до температуры, ºС.

 

200

500

800

1000

1200

1500

Шамот ША, не подвергнутый пропитке

1,89/18,7

1,95/19,1

1,97/19,3

2,02/19,5

2,04/19,7

образцы деформировались

 

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

Пеношамот ШЛБ-06, не подвергнутый пропитке

0,589/2,41

0,581/2,39

0,557/2,27

0,575/2,19

 0,571/2,15

-

Пеношамот ШЛБ-06, подвергнутый

пропитке

0,635/2,59

0,633/2,47

0,624/2,39

0,619/2,33

0,618/2,31

0,615/2,27

 

Из результатов испытаний  видно, что пропитка положительно влияет на термохимические свойства огнеупоров.

 

Список использованных источников

1.     Соколова С.В. Ремонт футеровки тепловых агрегатов, применяемых в городском хозяйстве // Городи городское хозяйство: сб. статей Четвертой Всероссийской конференции, май 2008. Самара: Изд-во «Самарский муниципальный институт управления», 2008. С. 53-58.

2.    Соколова С.В. Исследование структурно-энергетических характеристик фосфатов металлов с целью улучшения физико-термических свойств жаростойких бетонов // Повышение надежности и долговечности зданий и сооружений на железнодорожном транспорте: сборник научных трудов. 3 выпуск. Самара: СамГАПС, 2005. С.32-38.

3.    Соколова С.В. Связь структурно-энергетических характеристик гидроксидов металлов со свойствами жаростойких фосфатных связующих // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения: Восьмые академические чтения отделения строительных наук РААСН / Изд-во Самарского государственного архитектурно-строительного университета. Самара, 2004. С. 471-473.

4.    Соколова С.В., Кузнецова О.В., Иванова Е.С.Эффективность применения высокоглиноземистых жаростойких бетонов для ремонта футеровок печей промышленных тепловых агрегатов // Макроэкономические проблемы современного общества (федеральный и региональный аспекты). VIIМеждународная научно-практическая конференция: Сборник статей. Пенза: РИО ПГСХА, 2008. С. 143-146.

5.    Соколова С.В., Томилин М.Г. Получение прогрессивных огнеупорных футеровочных    материалов //  Новые материалы и технологии в машиностроении. 2009. №9. С.127-130.

6.    Соколова С.В., Сафронов Е.В., Семенов Е.В., Семенов С.В.Оценка пригодности техногенного сырья для синтеза жаростойких фосфатных связующих // Проблемы строительного и дорожного комплекса. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 5. Брянск: БГИТА, 2008. С.50-52.

7.    Соколова С.В., Щербак В.И. Структурно-химическая модификация безобжиговых огнеупоров // Инновационные механизмы решения проблем научного развития: Сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции (Уфа, 04 июня 2017). Стерлитамак: АМИ, 2017. С.151-153.