1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29260
(51) C04B 38/08 (2006.01)
C04B 33/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0102.1
(22) 30.01.2014
(45) 15.12.2014, бюл. №12
(76) Смаилова Бахытгуль Оразиевна; Абсиметов
Владимир Эскендерович; Калмагамбетова Айзада
Шамшитовна; Оразия Даниса Омирзаковна
(56) RU 2057742 С1, 10.04.1996
(54) ЗОЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ
ПОЛУОГНЕУПОРНЫЙ КИРПИЧ
(57) Способ получения сырьевой смеси для
золокерамических полуогнеупорных кирпичей,
может быть использован в производстве несущих и
облицовочных стеновых строительных, а также
применения в качестве футеровочного материала в
теплоагрегатах различных отраслей
промышленности, в том числе в печах обжига
глиняного кирпича, керамзита, изготавливаемых на
основе отхода производства - золы Экибастузского
ГРЭС и глины Мойского месторождения.
Техническим результатом изобретения является
повышение физико-механических свойств и
снижение энергозатрат. Способ получения сырьевой
смеси для золокерамических полуогнеупорных
кирпичей включает первичное смешивание
отдозированных компонентов в глиномешалке,
затем тщательную обработку зологлиняных смесей
в экструдере ленточного пресса СМК-435 без
вакуума, затем на вакуум-прессе СМК-715,
оснащенном дополнительным узлом обработки, с
глубиной вакуума 85 КПа.
(19)KZ(13)A4(11)29260

2. 29260
2
Изобретение относится к технике производства
строительных материалов и может быть
использовано при применении в качестве
футеровочного материала в теплоагрегатах
различных отраслей промышленности, в том числе в
печах обжига глиняного кирпича, керамзита и
других материалов.
Известно, что в настоящее время актуальной
задачей является комплексное использование в
строительной индустрии отходов различных видов
промышленности, что не только уменьшает
себестоимость строительных материалов, но и
позволяет существенно снизить загрязнение
окружающей среды.
Таким массовым отходом, загрязняющим
окружающую среду, являются различные виды
золы, получаемые как продукт сжигания топлива на
ТЭЦ, ГРЭС, предприятиях металлургической
промышленности и др.
Известна сырьевая смесь на основе
золокерамических материалов для производства
стеновых облицовочных материалов
(Сайбулатов С.Ж. Золокерамические стеновые
материалы. - Изд-во Наука, Каз. ССР, Алма-Ата,
1982, с.113,119-124). При этом в качестве зольного
компонента используют золу ТЭС, которая
используется в качестве плавнеобразующей
добавки.
Использование известной смеси позволяет:
- улучшить экологическую обстановку в
регионах,
- снизить себестоимость изготавливаемой
продукции (строительных изделий).
Наиболее близким аналогом настоящего
изобретения является сырьевая смесь для
изготовления золокерамических камней и кирпичей,
содержащая отощающую добавку на основе
зольного компонента и глину (RU 2057742, С 04 В
38/08, 1996).
При этом известная сырьевая смесь содержит
компоненты при следующем соотношении, мас.%:
глинистый компонент - 2-50
зольный компонент - 50-98
В настоящее время огнеупорный шамотный
кирпич марки ПГБ -11 с огнеупорностью 1580-
1770°С применяется при выполнении футеровки
печей и вагонеток для обжига керамического
кирпича, где максимальная температура обжига не
превышает 1100°С, то есть шамотный огнеупорный
кирпич используется неэффективно. Замена
дефицитного, дорогостоящего огнеупорного
кирпича жаростойким керамическим кирпичом со
степенью огнеупорности 1200 - 1350°С на основе
отходов теплоэнергетики и металлургии с добавкой
местной огнеупорной глины, способной
выдерживать эксплуатационные условия печей для
обжига керамического кирпича или керамзита,
является наиболее актуальной. При этом
одновременно решаются вопросы
импортозамещения, комплексного использования
минерального сырья и улучшения экологической
обстановки в регионах, имеющих производства
металлургии и теплоэнергетики.
Этот результат достигается тем, что сырьевая
смесь для изготовления золокерамического
полуогнеупорного кирпича, содержащая
отощающую добавку на основе зольного
компонента и глину, в качестве зольного
компонента содержит отощающую добавку - золу
Экибастузской ГРЭС и глины Мойского
месторождения при следующем соотношении
компонентов смеси, в мас.%:
зола Экибастузской ГРЭС - 55-65; глина - 35-45.
В качестве сырьевых материалов использовали
глину Мойского месторождения и золу
Экибастузской ГРЭС.
Основным минералом глины Мойского
месторождения является каолинит, в
незначительном количестве присутствует
монотермит и, в зависимости от степени ее
запесоченности, кварц, содержание которого
колеблется в значительных пределах. Химический
состав и огнеупорность глины представлены в
таблицах 1-6.
Таблица 1
Химический состав и огнеупорность глин
Наименование компонентов, %Колебания
Аl2O3 Fе2О3 SiO2
Огнеупорность, °С
1 сорт
от 29,1 1,07 47,7 1690
до 35,6 2,48 54,6 1750
среднее 31,4 2,14 53,9 1710
2 сорт
от 26,01 1,16 48,3 1670
до 34,4 3,50 62,8 1720
среднее 27,7 2,13 59,4 1690
Таблица 2
Гранулометрический состав и пластичность глин
Размер фракций, мм, содержание, %Колебания
более
0,25
0,25-
0,1
0,1-
0,05
0,05-
0,01
0,01-
0,002
0,002-
0,001
менее
0,001
Число
пластичности

3. 29260
3
Размер фракций, мм, содержание, %Колебания
более
0,25
0,25-
0,1
0,1-
0,05
0,05-
0,01
0,01-
0,002
0,002-
0,001
менее
0,001
Число
пластичности
от 0,0 0,9 0,8 2,5 30 1,5 18,5
До 3,1 4,3 25,6 39,5 27,4 25,2 92,0 15-25
среднее 1,2 1,6 10,9 15,8 19,2 7,0 44,1
Таблица 3
Керамические свойства глины
Огневая усадка, %, при
температуре, С
Колебания Водосодер-
жание
Воздушная
усадка, %
900 1100 1300
Температур
а спекания,
°С
Водопогло-
щение, %
Связность
глин, кг/см
от 26,5 3,5 6,8 14,7 16,5 1190 0,8 25,9
до 27,7 4,1 7,5 18,1 18,3 1280 2,4 30,9
Согласно ГОСТ 9169-95, глины относятся к
группе дисперсных сильноспекающихся глин,
среднетемпературного спекания с низким и средним
содержанием красящих оксидов. Интервал спекания
100°С. Эти данные свидетельствуют о возможности
использования глины Мойского месторождения для
изделий огнеупорной и строительной керамики.
Огнеупорность глины составляет 1710-1730°С.
Глина характеризуется высоким содержанием (60-80
%) частиц менее 0,001 мм, для них характерно число
пластичности 18-20.
Зола Экибастузской ГРЭС представляет собой
тонкодисперсный равномернозернистый сыпучий
материал пепельно-серого цвета. Химический и
гранулометрический составы приведены в таблицах
3 и 4.
Таблица 3
Химический состав золы Экибастузской ГРЭС
Содержание оксидов, %
SiO2 Аl2O3 Fе2О3 СаО MgO K2O Na2O SO3 п.п.п.
56,48 27,50 3,73 2,62 0,81 0,80 0,98 0,44 6,73
Таблица 4
Гранулометрический состав золы Экибастузской ГРЭС
Содержание фракций при размере частиц, мм
<0,001 0,001-
0,005
0,005-
0,01
0,01-0,05 0,05-0,1 0,1-0,25 0,25-0,5
2,09 5,73 16,3 50,15 11,01 7,44 7,28
По содержанию Аl2О3 зола относится к
полукислому сырью. Органика в пробе золы
содержится в количестве 5%. В иммерсии проба
представлена в основном стеклом сложного состава
круглой и округлой формы (60-70%),
аморфизованным глинистым веществом (15-20%) и
кристаллической фазой. Стекло состоит из
непрозрачных черных шариков (N - 1,63; 1,65; 1,71),
прозрачных бесцветных шариков с
кристаллическими включениями с N-1,53- 1,54,
прозрачных окрашенных в желтый и бурый цвета с
N-1,65. Кристаллическая фаза (10-15%)
представлена кварцем, полевым шпатом,
магнетитом, гематитом, муллитом.
Зола Экибастузской ГРЭС относится к
тугоплавким с температурами начала и полного
плавления соответственно 1420-1515°С. Насыпная
масса золы находится в пределах 770-810 кг/м3
, с
плотностью 1670-1850 кг/м3
. Повышенная насыпная
масса золы обусловлена большим содержанием в
ней стеклофазы со значительным количеством
пористых сферических стекловидных шариков
закрытого и полузакрытого типа. Отсутствие
гидратной воды в глинистой составляющей золы и
особенности строения частиц стекловидной фазы
придают золе весьма низкую пластичность и
вызывают необходимость применения связующих
добавок для улучшения формуемости изделий на ее
основе. В этой связи выполнены предварительные
испытания зологлиняной шихты в лабораторных
условиях. Содержание добавки глины Мойского
месторождения в шихте принято 35-45%
(таблица 5).
Как видно из таблицы 5, с увеличением
содержания мойской глины повышается связующая
способность массы: увеличивается пластическая
прочность и прочность образцов при растяжении,
одновременно повышается относительное
удлинение.

4. 29260
4
Таблица 5
Результаты предварительных испытаний зологлиняных масс
Состав шихты Прочность
изделий, МПа
глина зола
Влажнос
ть, %
Пластичес
кая
прочность
Прочность
при
растяжени
и, 10-2
кг/см2
Относите
льное
удлинени
е, %
Коэф.
вариации
Выход без
деф.
изделий
после
сушки, %
при
сжатии
при
изгибе
Плотнос
ть, кг/м3
35 65 21,5 0,353 8,8 4,1 4,6 97,8 21,5 4,0 1480
40 60 21,3 0,361 9,1 4,2 4,8 100 25,3 4,6 1540
45 65 21,3 0,363 9,3 4,4 4,6 100 26,5 5,4 1600
Глина Мойского месторождения с влажностью
11% и зола Экибастузской ГРЭС с влажностью 16%
отдозированы в ящичном питателе при следующих
соотношениях компонентов зологлиняных смесей,
%: зола 60 и глина 40 (состав 1); зола 55 и глина 45
(состав 2).
Первичное смешивание отдозированных
компонентов зологлиняных смесей проходило в
глиномешалке. Тщательная обработка зологлиняных
смесей производилась в экструдере ленточного
пресса СМК-435 без вакуума, затем на вакуум-
прессе СМК-715, оснащенном дополнительным
узлом обработки с глубиной вакуума 85 КПа.
Сушка золокерамического кирпича-сырца
производилась в 28-камерной полочной сушилке.
Продолжительность сушки составляла по
заводскому режиму 36 ч. Остаточная влажность
кирпича-сырца составляла 6-8 %.
Результаты физико-механических испытаний
золокерамического кирпича-сырца приведены в
таблице 6.
Таблица 6
Результаты физико-механических испытаний кирпича- сырца
Размеры кирпича,
мм
Масса
кирпича, г
Показания
манометра при
испыт. на изгиб,
кгс/см2
Площадь
образца, см2
Показания манометра
при испыт. на сжатие,
кгс/см2
R сж, МПа
Состав 1
251×121×67 3870 150 1950 7,0
249×120×66 3850 148 1090 7,4
250×121×66 3860 147 1030 7,0
Состав 2
250×121×65 3850 149 1110 7,4
251×122×66 3875 151 1180 7,8
251×120×67 3870 148 1150 7,8
Обжиг золокерамического кирпича производился
в 24-камерной кольцевой печи при максимальной
температуре 1020°С. Продолжительность обжига
золокерамического кирпича составляла 52 ч.
Полученный золокерамический кирпич из
состава 55% золы Экибастузской ГРЭС и 45%
глины Мойского месторождения отвечает
требованиям марки 200 согласно ГОСТ 530-95
«Кирпич и камни керамические. Технические
условия».
Полученные золокерамические полуогнеупорные
кирпичи, были испытаны в процессе эксплуатации
на кирпичном заводе поселка Жапек-Батыра, с
целью определения возможности использования его
для футеровки тепловых агрегатов с рабочей
температурой до 1100°С.
Кирпичи выкладывали по верхнему ряду кладки
по периметру вагонетки. Остальная площадь
заполнялась битым кирпичом и шамотом и
разравнивалась.
Всего на футеровку было использовано 140
кирпичей опытной партии и 70 - глиняного. Полный
цикл одного оборота вагонеток составляет около 4
сут.
Режим работы обжиговой туннельной печи
обычный, скорость проталкивания вагонеток -1ч,
максимальная температура - 1100°С, полный цикл
обжига - 48 ч.
В процессе эксплуатации экспериментальных
вагонеток выявлено, что футеровка из обычного
глиняного кирпича выдерживает два цикла эксплуа-
тации, а футеровка из опытно-промышленной
партии - 7 и более циклов.
Результаты испытаний опытного кирпича в
условиях эксплуатации в футеровке печных
вагонеток туннельной печи кирпичного завода
позволяют считать возможным применение
золокерамического полуогнеупорного кирпича для
футеровки тепловых агрегатов с рабочей
температурой до 1100°С.
Таким образом, предлагаемое использование
золы Экибастузской ГРЭС в составе сырьевой смеси
для изготовления золокерамического
полуогнеупорного кирпича позволяет:

5. 29260
5
- одновременно решить вопросы
импортозамещения, комплексного использования
минерального сырья и улучшения экологической
обстановки в регионах, имеющих производства
металлургии и теплоэнергетики;
- расширить сырьевую базу производства
золокерамического полуогнеупорного кирпича,
предназначенного для применения в качестве
футеровочного материала в теплоагрегатах
различных отраслей промышленности, в том числе в
печах обжига глиняного кирпича, керамзита;
- снизить стоимость ремонта технологических
агрегатов производств, использующих огнеупорный
материал.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сырьевая смесь для изготовления
золокерамических полуогнеупорных кирпичей,
содержащая отощающую добавку на основе
зольного компонента и глину, отличающаяся тем,
что в качестве зольного компонента отощающая
добавка содержит золу ГРЭС и глины Мойского
месторождения при следующем соотношении
компонентов смеси, в мас.%:
зола Экибастузской ГРЭС - 55-65;
глина - 35-45.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Нгметжанова