Огнеупорные материалы используются во многих отраслях промышленности для футеровки тепловых агрегатов, эксплуатируемых при температуре от 800 до 1200 ^оС. Среди фундаментальных достижений в технике огнеупоров в ХХ веке особо выделяется быстрый рост производства неформованных огнеупоров за последние 25 лет. Этот прогресс в значительной степени связан с созданием в этот период новых огнеупорных бетонов: низкоцементных (НЦОБ), сверхнизкоцементных (СНЦОБ), а также керамобетонов. В настоящее время доля неформованных огнеупоров в Японии превышает 60 %, в США достигла 55 %, причем с опережением увеличиваются объемы потребления бетонов нового поколения.

Между тем огнеупорные бетоны класса НЦОБ и СНЦОБ характеризуются рядом недостатков, обусловленных наличием в их составе инородного по отношению к общей массе вяжущего – высокоглиноземистого цемента. Поэтому эти бетоны постоянно совершенствуются. Анализ отечественных и зарубежных исследований в области совершенствования огнеупорных бетонов рассматриваемых классов показал, что превалирующим стал аспект разработки и внедрения бесцементных огнеупорных бетонов.

Таким образом, концепция керамических вяжущих и керамобетонов, впервые сформулированная Ю.Е. Пивинским в 1976 г., в рассматриваемой области огнеупоров становится определяющей.

В связи с этим целью данной работы являлось разработка составов масс для производства неформованных огнеупоров и изучение возможности модификации ВКВС высокоглиноземистого состава.

В работе использовались следующие материалы: высокоглиноземистый шамот (Al₂O₃=72%), ВКВС на основе высокоглиноземистого шамота, в качестве модифицирующей добавки использовалась готовая кремнекислота марки х.ч. и синтезированная, пластифицирующие добавки M-ADS-1 и M-ADW-1, раствор натриевого жидкого стекла (ρ=1,05 г/см³; 1,07 г/см³; 1,09 г/см³).

Исходная ВКВС имела следующие характеристики: плотность – 2,44 г/см³, остаток на сите 0063 – 3,2 %, характер течения – тиксотропно-дилатантный.

На первом этапе работы мы изучали влияние добавки исходной (КК) и синтезированной (МД) кремнекислоты в количестве 2,5 и 5 %.

Установлено, что при введении добавки КК в состав ВКВС (рис. 1) характер течения не изменяется, однако эффективная вязкость значительно возрастает во всем диапазоне скоростей сдвига. Это связано с тем, что при введении добавки изменяется плотность ВКВС. При введении МД наблюдается снижение эффективной вязкости, т.к. вводимая добавка МД повышает влажность ВКВС.

Исследование физико-механических свойств отливок показало, что прочностные характеристики высушенных образцов практически не изменились. Прочность при сжатии термообработанных образцов с добавками увеличилась в 1,5 раза по сравнению с исходным составом. Больший рост прочности ныблюдается при введении МД.

На втором этапе работы была получена модифицированная ВКВС с введением при помоле 2,5 % МД. Основные характеристики ВКВС: плотность – 2,37г/см³, остаток на сите – 1,2 %, время истечения – 138 с, характер течения – тиксотропно-дилатантный.

Реологические исследования модифицированной ВКВС проводили с введением пластифицирующих добавок, а также табулярного и реактивного глинозема (рис. 2). Установлено что при введении пластифицирующей добавки M-ADS-1 и M-ADW-1 в количестве 1,5 и 1 % соответственно, эффективная вязкость снижается во всем диапазоне градиента скорости сдвига. При увеличении содержания пластифицирующей добавки в 2 раза наблюдается снижение эффективной вязкости в области тиксотропного разрушения структуры (скорость сдвига до 5 с^-1), однако при повышении скорости сдвига более 20 с^-1 отмечается повышение эффективной вязкости по сравнению с исходной ВКВС.