1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28435
(51) B05D 7/22 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0478.1
(22) 12.04.2013
(45) 15.05.2014, бюл. №5
(72) Ксандопуло Георгий Иванович; Байдельдинова
Анна Николаевна; Омарова Каинжамал Искановна;
Айнабаев Ардак Максутович
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Институт
проблем горения" Комитета науки Министерства
образования и науки Республики Казахстан
(56) Патент РФ №2465246, кл. С04В 35/111, опубл.
27.10.2012г
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
КЕРАМИЧЕСКИХ ТРУБ
(57) Способ относится к изготовлению
керамических труб, используемых в химической и
металлургической промышленности.
Способ изготовления керамических труб
включает загрузку в цилиндрический тигель
термитной порошковой смеси, содержащей
восстановитель - либо алюминий, либо магний,
окислитель - оксид либо железа, либо хрома, либо
никеля и оксиды алюминия и магния, его вращение
вокруг оси, перпендикулярной его собственной, с
центробежным ускорением 80 - 350 G и поджиг
термитной смеси.
В результате реализации способа получают
трубу с толщиной стенки 1,7 - 4,0 мм, обладающую
огнеупорностью 1900 - 2000°С, кислотостойкостью
95 - 98%, щелочестойкостью 98 - 100%.
(19)KZ(13)A4(11)28435

2. 28435
2
Способ относится к изготовлению керамических
труб, используемых в химической и
металлургической промышленности.
Известен способ изготовления железобетонных
изделий путем центрифугирования с
одновременным разогревом. Согласно известному
способу, собранную форму устанавливают на
центрифугу, расположенную внутри обмотки
индуктора или каким-либо другим образом,
обеспечивающим замыкание индукции
электромагнитного поля на форму изделия,
одновременно включают центрифугу и обмотку
индуктора, в результате чего, производится
распределение бетонной смеси внутри формы под
действием центробежных сил и одновременный
нагрев формы и арматуры в электромагнитном
потоке промышленной частоты с кондуктивной
передачей тепла бетону. (А.с. СССР N 480683, кл.
С04В 40/02, 1975).
Недостатком известного способа является его
высокая энергоемкость, за счет использования
электрической энергии для разогрева и
последующей сушки бетонной смеси.
Наиболее близким техническим решением к
заявляемому способу, является способ получения
керамической облицовки на внутренней
поверхности полого металлического тела,
включающий загрузку во внутреннее пространство
пустотелого изделия термитной порошковой смеси,
содержащей восстановитель и окислитель, вращение
пустотелого изделия вокруг своей оси с
центробежным ускорением 100 - 200 G и поджиг
термитной смеси; при этом в качестве
восстановителя используют либо алюминий, либо
магний, либо кремний, а в качестве окислителя -
оксиды железа, хрома, никеля, титана, ванадия,
цинка, марганца в различном качественном
соотношении. (Патент США №4363832, МПК В05D
7/22, опубл. 14.12.1982)
Недостатком известного способа является
невозможность изготовления труб вследствие
адгезии получаемой керамики к поверхности полого
металлического тела.
Задача заявляемого технического решения
состоит в разработке способа изготовления
керамических труб, техническим результатом
которой является регулирование толщины стенок
труб и их повышенная коррозионная стойкость и
огнеупорность.
Задача решается тем, что способ изготовления
керамических труб включает загрузку в
цилиндрический тигель термитной порошковой
смеси, содержащей восстановитель - либо
алюминий, либо магний, окислитель - оксид либо
железа, либо хрома, либо никеля и оксиды
алюминия и магния, его вращение вокруг оси,
перпендикулярной его собственной, с
центробежным ускорением 80 - 350 G и поджиг
термитной смеси.
Существенным отличительным признаком
является то, что в термитную смесь дополнительно
вводят оксиды алюминия и магния, в качестве
пустотелого изделия используют цилиндрический
тигель с кокилем высокотемпературной центрифуги,
а вращение тигля осуществляют вокруг оси,
перпендикулярной его собственной с центробежным
ускорением 80- 350 G.
В состав экзотермической смеси вводят
восстановитель - либо алюминий, либо магний, либо
кремний и окислитель - оксид либо железа, либо
хрома, либо никеля для осуществления химической
реакции горения - самораспространяющегося
высокотемпературного синтеза (СВС), протекающей
с выделением большого количества тепла.
Температура экзотермических реакций заявляемых
компонентов необходима и достаточна для перевода
всех промежуточных и конечных продуктов горения
в жидкофазное состояние, что способствует
полному разделению конечного продукта горения
на металл и керамику.
Оксид магния и оксид алюминия вводят в состав
исходной смеси для формирования состава и
структуры керамической фазы - продукта СВС -
Mg(1-х)MexAl2О4, обладающей высокими
огнеупорными свойствами (температура плавления
выше 2050°С), высокой кислото- и
щелочестойкостью.
Для решения поставленной задачи в качестве
пустотелого изделия используют цилиндрический
тигель с кокилем, вращающимся вокруг оси
высокотемпературной центрифуги. Цилиндрический
тигель необходим для формирования трубы из
расплава, а кокиль для сбора металла,
восстановленного из экзотермической смеси в
результате прохождения волны горения.
Вращение тигля вокруг оси, перпендикулярной
его собственной с центробежным ускорением 80 -
350 G, обеспечивает формирование трубы из
керамической фазы продуктов горения.
Центробежная сила, возникающая при вращении
тигля - полого металлического тела, направлена
вдоль его собственной оси, в отличие от известного
способа, в котором центробежная сила направлена
перпендикулярно его собственной оси. В результате
этого, продукт высокотемпературного синтеза, в
данном случае -восстановленный металл, имеющий
высокую плотность, продвигается по оси тигля и
собирается в кокиле. Керамическая составляющая
продукта синтеза остается в цилиндрической части
тигля, распределяется равномерно по его
поверхности и формируется в трубу.
Величина центробежного ускорения от 80 G до
350 G способствует полному разделению
жидкофазных продуктов горения на металл и
керамику. В микроструктуре керамической фазы
продукта синтеза, по результатам РФА, отсутствуют
следы металла, вследствие чего, нет адгезии с
внутренней поверхностью тигля - полого
металлического тела, в отличие от известного
способа. Центробежное ускорение в указанных
пределах необходимо и достаточно для того, чтобы
создать скорость перемещения фронта волны
горения за счет более интенсивного проникновения
капель расплава восстановленного металла в
свободное пространство между частицами
компонентов исходной шихты, возрастания

3. 28435
3
температура расплава и, соответственно полного
разделения расплава на металлическую и
керамическую фазы.
Постоянный теплоотвод через стенки тигля
увеличивает градиент вязкости расплава
керамической составляющей в поперечном сечении
реактора. При горении смеси заявляемых
компонентов плотность восстановленного металла
превышает плотность расплава Al2O3 - MgO.
Температура плавления восстановленных металлов
1455 - 1890°С и динамическая вязкость его расплава
ниже, чем у расплава оксида алюминия с оксидом
магния, отвердевающего при температуре 2135°С.
Наиболее горячие и менее вязкие потоки расплава
вблизи оси цилиндрического реактора устремляются
к его дну. Скорость перемещения внешних слоев
расплава, контактирующих с относительно
холодными стенками реактора, и, следовательно,
более вязких, существенно ниже. Таким образом,
при совокупности отличительных признаков
заявляемого способа, таких как введение в
экзотермическую смесь оксидов алюминия и магния
и наложение центробежных сил по оси тигля с
ускорением не ниже 80 G, более вязкая фаза
расплава в виде керамики Al2O3 -MgO, в результате
теплоотвода быстро отвердевает и формируется в
трубу с внешним диаметром равным внутреннему
диаметру тигля. По мере увеличения центробежного
ускорения толщина стенок трубки уменьшается за
счет возрастания скорости горения, уменьшения
вязкости расплава и продвижения металла в кокиль.
Способ осуществляется следующим образом.
Загружают в пустотелое изделие смесь
восстановителя - либо алюминий, либо магний, либо
кремний, окислителя - оксид либо железа, либо
хрома, либо никеля и инертных, по отношению к
горению, оксидов алюминия и магния.
Используемое пустотелое изделие представляет
собой тигель высокотемпературной центрифуги в
виде цилиндра задаваемых размеров
изготавливаемой трубы, нижняя крышка которого
выполнена в виде кокиля для сбора металла,
восстановленного из экзотермической смеси в
результате прохождения волны горения.
Затем включают центрифугу и при достижении
центробежного ускорения тигля вокруг оси,
перпендикулярной его собственной до 80 G - 350 G,
смесь поджигают электрическим импульсом со
стороны оси вращения. Волна горения в режиме
СВС перемещается вдоль оси реактора от точки
поджига к кокилю. После завершения процесса
горения вращение останавливают, реактор
открывают, и извлекают продукт горения -
керамическую трубку. Из кокиля извлекают
восстановленный металл.
В результате реализации способа получают
трубу с толщиной стенки 1,7- 4,0 мм, обладающую
огнеупорностью 1900 - 2000°С, кислотостойкостью
95 - 98%, щелочестойкостью 98 - 100%.
Пример 1.
Загружают в тигель высокотемпературной
центрифуги смесь 12 кг алюминия, 36 кг оксида
железа, 33 кг оксида алюминия и 19 кг оксида
магния. Затем включают центрифугу и при
достижении тиглем, вращающимся вокруг оси
высокотемпературной центрифуги, центробежного
ускорения 350 G, смесь поджигают электрическим
импульсом со стороны оси вращения. Волна
горения в режиме (СВС) перемещается вдоль оси
реактора от точки поджига к кокилю. После
завершения процесса горения вращение
останавливают, реактор открывают, и извлекают
продукт горения -керамическую трубку, имеющую
структуру шпинели MgAl2O3. Из кокиля извлекают
восстановленный металл - железо. В результате
реализации способа получают трубу с толщиной
стенки 0,7 мм, обладающую огнеупорностью
1900°С, кислотостойкостью 98%, щелоче-
стойкостью 100%.
Примеры 2-4 таблицы 1 выполняют аналогично
примеру 1.
Таблица 1
№ Состав Количество,
%
Центробежноe
ускорение, G
Толщина
стенки
трубки, мм
Огнеупорность,
°С
Кислотостойко
сть, %
Щелочестой
кость, %
Аl 12
Fe2О3 36 350 0,7 1900 98 100
MgO 19
1
Аl2О3 33
Mg 13
Fe2О3 28 80 4,0 1950 95 98
MgO 13
2
Al2O3 46
Al 18
Cr2О3 54 200 2,0 1900 98 100
MgO 15
3
Al2O3 13
Al 15
NiO 53 200 2,5 2000 98 100
MgO 12
4
Al2O3 20

4. 28435
4
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ изготовления керамических труб,
включающий загрузку в пустотелое изделие
термитной порошковой смеси, содержащей
восстановитель - либо алюминий, либо магний, либо
кремний и окислитель - оксид либо железа, либо
хрома, либо никеля, его вращение и поджиг
термитной смеси, отличающийся тем, что в
термитную смесь дополнительно вводят оксиды
алюминия и магния, в качестве пустотелого изделия
используют цилиндрический тигель с кокилем
высокотемпературной центрифуги, а вращение
тигля осуществляют вокруг оси, перпендикулярной
его собственной с центробежным ускорением 80 -
350 G.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч