ТЕРМОИЗОЛЯЦИОННАЯ МАССА

ТЕРМОИЗОЛЯЦИОННАЯ МАССА


RU (11) 2312086 (13) C1

(51) МПК
C04B 28/26 (2006.01)
C04B 35/66 (2006.01)
C04B 111/40 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 28.02.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006111947/03 
(22) Дата подачи заявки: 2006.04.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.04.10 
(45) Опубликовано: 2007.12.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2081086 C1, 10.06.1997. RU 2243952 С1, 10.01.2005. RU 2197450 C1, 27.01.2003. RU 2247096 C1, 27.02.2005. SU 1076421 А1, 28.02.1984. GB 1153299 A, 29.05.1969. GB 2081246 A, 17.02.1982. 
(72) Автор(ы): Сватовская Лариса Борисовна (RU); Масленникова Людмила Леонидовна (RU); Якимова Наталия Игоревна (RU); Шершнева Мария Владимировна (RU); Киселева Лидия Алексеевна (RU); Бухарина Дарья Николаевна (RU); Суконников Виктор Валерьевич (RU); Платонов Алексей Сергеевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU) 
Адрес для переписки: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ПГУПС, патентный отдел 

(54) ТЕРМОИЗОЛЯЦИОННАЯ МАССА

Термоизоляционная масса относится к области строительных материалов, в частности, к термоизоляционным массам, предназначенным для теплоизоляции тепловых печных агрегатов и энергетического оборудования с температурой изолируемой поверхности до 1150°С. Термоизоляционная масса содержит, мас.%: жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см 3 23,0-28,0, кембрийскую глину 8,0-12,0, гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8 49,0-60,0, тонкодисперсный нефелиновый шлам 3,0-8,0, осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% 2,0-7,0. Технический результат - уменьшение теплопроводности при обеспечении прочности, достаточной для практического применения. 1 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, в частности, к термоизоляционным массам, предназначенным для теплоизоляции тепловых, печных агрегатов и энергетического оборудования с температурой изолируемой поверхности до 1150°С.

Известна сырьевая смесь для изготовления золокерамических теплоизоляционных изделий (RU 2057742, С04В 38/08, бюл. №17, 06.20.2000), которая включает огнеупорную глину 2-50 мас.% и легкую фракцию золы-уноса ТЭС 50-98 мас.%. Получаемый из данной сырьевой смеси материал характеризуется плотностью 0,5-0,75 г/см3 , прочностью при изгибе 0,5-4,0 МПа, теплопроводностью 0,17-0,24 Вт/(м·К).

Недостатками такой сырьевой смеси является высокая теплопроводность и плотность.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому изобретению является термоизоляционная масса (RU 2081086, С04В 28/26, бюл. №33, 11.27.2001) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см 3 30-32 
огнеупорная глина порошкообразная 50-55 
древесные опилки 18-20 
вода до получения консистенции, удобной для работы 


Теплопроводность термоизоляции 0,3 Вт/(м·К).

Недостатком такой термоизоляционной массы является высокая теплопроводность.

Настоящее изобретение направлено на создание новой термоизоляционной массы с пониженной теплопроводностью при обеспечении прочности, достаточной для практического применения и одновременной утилизации промышленных отходов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что термоизоляционная масса, включающая жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см3, кембрийскую глину, гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8, тонкодисперсный нефелиновый шлам, осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, содержит, мас.%:

жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см 3 23,0-28,0 
кембрийская глина 8,0-12,0 
гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8 49,0-60,0 
тонкодисперсный нефелиновый шлам 3,0-8,0 
осадок очистных сооружений станций водоподготовки 
с влажностью 80% 2,0-7,0 


Другое отличие заявляемого состава термоизоляционной массы заключается в том, что она содержит вместо огнеупорной глины кембрийскую легкоплавкую глину, а вместо воды, согласно предлагаемому изобретению, осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%.

Нефелиновый шлам - попутный продукт, образующийся в процессе производства глинозема с содержанием -2CaO·SiO2 от 75 до 80%. Основная масса представляет собой -2CaO·SiO2 в виде мелких зерен и агрегатных скоплений. Кроме того, наблюдаются мелкие зерна продуктов гидратации 2Ca·SiO2. Общее количество гидратированных частиц составляет 5-7%, присутствуют зерна нефелина и оксидов железа.

Осадок очистных сооружений станций водоподготовки представляет собой коллоидный осадок влажностью 80%, имеющий следующий химический состав, мас.%:

Al(ОН)3·Н 2O 31,5% 
Fe(OH)3·H2O 3,5% 
SiO 2 15,6% 
Al2(SO4) 3 0,4% 
AlPO4 0,3% 
MgF2 0,8% 
CaF2 1,05 
Органические примеси 27,0% 
Гидратная вода, в основном состоящая из гидроокиси Al, остальное 


На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемая смесь неизвестна и данное техническое решение обладает новизной.

Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат.

Совместное присутствие тонкомолотых нефелинового шлама, гранулированного доменного шлака с М кр=2,0-2,8, осадка очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, кембрийской глины и жидкого стекла приводит к твердению термоизоляционной массы, а также образованию силикатов алюминия, отличающихся низким значением коэффициента теплопроводности. Осадок очистных сооружений станций водоподготовки имеет частицы наноразмера, что способствует активизации поверхности зерен заполнителя и аморфизации новообразований. Гидроксид алюминия, из которого в основном состоит осадок очистных сооружений, является неорганическим полимером с разветвленной структурой, а d-металлы, находящиеся в осадке, способствуют образованию оксидов тяжелых металлов при обжиге, что значительно снижает теплопроводность. Таким образом, усложнение фазового состава и аморфизация приводит к более низкому значению теплопроводности всей системы.

Оптимальное содержание жидкого стекла в термоизоляционной массе - 23,0-28,0%. При выходе за пределы оптимального содержания понижается прочность при сжатии термоизоляционной массы. При введении тонкодисперсного нефелинового шлама менее 3,0% увеличивается время твердения термоизоляционной массы. Увеличение содержания нефелинового шлама сверх 8% снижает прочность при сжатии термоизоляционной массы.

Содержание гранулированного шлака с Мкр=2,0-2,8 менее 49% увеличивает коэффициент теплопроводности термоизоляционной массы, а увеличение его более 60% влечет за собой повышенный расход жидкого стекла в составе смеси, что снижает огнеупорность композиции, а следовательно, и температуру применения термоизоляционной массы. Увеличение содержания осадка очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% - более 7% приводит к снижению прочности термоизоляционной массы после обжига, а уменьшение - менее 2% к снижению термостойкости и повышению теплопроводности.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый состав термоизоляционной массы явным образом не следует из уровня техники, и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достичь указанного технического результата, т.е. изобретение соответствует критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".

Пример конкретного выполнения

Изготовление термоизоляционной массы

1. Дозируют тонкодисперсные нефелиновый шлам, кембрийскую глину и гранулированный шлак с М кр=2,0.

2. Дозируют жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3.

3. Приготавливают термоизоляционную массу, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 3-5 минут.

4. Дозируют осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% до рабочей консистенции смеси.

5. Жаростойкая термоизоляционная масса используется для изготовления изделий требуемой формы и образцов для проведения физико-механических испытаний методом литья.

6. Твердение термоизоляционной массы осуществляется в течение 1 часа в нормальных условиях.

7. Затвердевшие образцы вынимают из форм и сушат при температуре 100-110°С.

8. Высушенные образцы готовы к эксплуатации.

9. После эксплуатации при плюс 1000°С, образцы испытывались на прочность и теплопроводность.

Для определения физико-механических характеристик термоизоляционной массы (плотности и прочности на сжатие), изготавливались образцы-кубы с размером ребра 100 мм. Для определения коэффициента теплопроводности по ГОСТ 7076-99 изготовлялись плитки размером 100 мм·100 мм и высотой 20 мм. Физико-механические характеристики термоизоляционной массы представлены в таблице.

Анализ данных таблицы показывает, что предлагаемый состав обеспечивает получение термоизоляционной массы, у которой коэффициент теплопроводности снижается до 0,15-0,16 Вт/(м·К), и, следовательно, расширяется диапазон применения. При получении термоизоляционной массы заявляемого состава используются побочные продукты станций водоподготовки и строительства (кембрийская глина из отвалов), что благоприятно сказывается на экологической обстановке, а также снижает себестоимость продукции.

Термоизоляционная масса, характеризуемая физико-механическими характеристиками, указанными в таблице, может быть использована для изготовления теплоизоляционных изделий, с температурой применения до плюс 1150°С, к которым предъявляют повышенные требования по теплозащитным свойствам.

Масса указанного состава отличается рядом преимуществ.

По сравнению с другими термоизоляционными массами она дешевле, не содержит дефицитных материалов, а именно огнеупорной глины, в условиях работы тепловых агрегатов более надежна и приготовление ее не требует специальных мер по защите атмосферы.

Анализируя данные таблицы, можно сделать вывод, что термоизоляционная масса характеризуется снижением теплопроводности на 50% ( =0,15-0,16 Вт/(м·К)), что улучшает теплозащитные свойства массы, и достигается попутный эффект утилизации отходов.

Таблица 
Состав и свойства термоизоляционной массы 
Термоизоляционная масса, состав, мас.% 
№ п/п Жидкое стекло =1,4-1,5 г/см3 Огнеупорная глина порошкообразная Древесные опилки Вода Гранулированный шлак Тонкомолотый нефелиновый шлам Осадок очистных сооружений Кембрийская глина Прочность при сжатии, МПа Жаростойкость,°с Теплопроводность , Вт/(м·К) 
Прототип 30-32 50-55 8-20 Остальное - - 0,3 
1 28,0 - - - 49,0 3,0 2,0 8,0 13,85 1150 0,16 
2 25,5 - - - 54,5 5,5 4,5 10,0 14,225 1150 0,155 
3 23,0 - - - 60,0 8,0 7,0 12,0 14,60 1150 0,15 





ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Термоизоляционная масса, содержащая жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см3 и глину, отличающаяся тем, что она содержит глину кембрийскую и дополнительно содержит гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8, тонкодисперсный нефелиновый шлам, осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см 3 23,0-28,0 
кембрийская глина 8,0-12,0 
гранулированный доменный шлак с Мкр=2,0-2,8 49,0-60,0 
тонкодисперсный нефелиновый шлам 3,0-8,0 
осадок очистных сооружений станций 
водоподготовки с влажностью 80% 2,0-7,0