Анотація до роботи:

Костирко І.Ю. Анортитові легковагі вироби з мікропоруватою структурою. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. Національний технічний університет „Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.

Дисертацію присвячено питанню розробки вітчизняної технології анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою. Розроблено новий спосіб одержання анортитової легковаги з мікропоруватою структурою та низькою теплопровідністю. Встановлено оптимальні склад шихти та технологічні параметри, які забезпечують отримання анортитової легковаги з уявною щільністю в діапазоні 0,4-1,0 г/см³ з високими показниками властивостей та теплопровідністю у 2-2,5 рази менше, ніж у промислових легковаг. Показано можливість регулювання текучесті та строків схоплювання каоліногіпсошамотних мас. Виконано термодинамічний аналіз та вивчено процес фазоутворення в зразках із компонентів оптимальних шихт , що відрізняються за складом від стехіометрії анортиту. Встановлено, що утворення анортиту із вказаних природних матеріалів проходить при більш низьких температурах та більш інтенсивно, ніж із хімічно чистих речовин. Встановлено, що характер поруватої структури в отриманих анортитових легковагих виробах впливає на теплопровідність. Найменшу теплопровідність має анортитова легковага з максимальною часткою мікропор 99 % (радіус пор від 1 до 6 мкм). Встановлено, що зі зростанням температури теплопровідність у мікропоруватій легковазі зростає не суттєво, збільшення частки макропор (радіус пор > 10 мкм) викликає різьке підвищення теплопровідності. Показано, що розроблені мікропоруваті анортитові вироби можливо використовувати у середовищах, які контролюються, замість мулітокремнеземистої та шамотної легковаг. Технологію анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою впроваджено у виробництво.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-практичної задачі створення технології анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою.

1. Враховуючи результати досліджень по встановленню залежностей властивостей анортитової легковаги від технологічних параметрів (параметрів лиття, режимів твердіння та сушіння легковагих зразків) для одержання анортитової легковаги з використанням води як пороутворюючої добавки, встановлено, що із маси, яка містить каолін і гіпс у співвідношенні оксидів, що відповідає стехіометрії анортиту, є можливим одержання анортитового матеріалу з уявною щільністю нижче 1,30 г/см³ та високою межею міцності при стисненні (~ 10-12 МПа). З метою одержання виробів без деформації із каоліногіпсових мас необхідно частину каоліну замінювати заповнювачем у вигляді дистенсиліманітового концентрату струминного помелу марки КДСП, шамоту марки ШКН-1 різної дисперсності чи глинозему. Встановлено оптимальні склад шихти, що вміщує каолін, гіпс та щільний алюмосилікатний заповнювач та технологічні параметри, які забезпечують отримання вказаної продукції з уявною щільністю 0,8-1,0 г/см³ та високими показниками властивостей при використанні води як пороутворювача. Встановлено, що зменшення масової частки гіпсу до 30 % в масах дозволяє провести реакцію утворення анортиту повністю.

Розроблено новий спосіб одержання анортитової легковаги з мікропоруватою структурою та низькою теплопровідністю, у якому пороутворювачем є вода, яка утримується в структурі сирцю гіпсом, що затвердів, та забезпечує утворення мікропор на етапах сушіння та випалу легковаги (патент 70374 України від 03.01.2002р.).

2. Досліджено вплив рН середовища, розріджуючих добавок та добавок, що регулюють твердіння, на текучість шликерів, строки схоплювання відливок на властивості зразків. Показано, що строки схоплювання шлікерів можливо регулювати, якщо змінювати рН води затворіння, при цьому властивості зразків анортитової легковаги в діапазоні рН 4-10 не погіршуються. Показано, що добавка лігносульфонату технічного (ЛСТ) у кількості 0,05 % дозволяє поліпшити текучість мас та декілька зрушити початок схоплювання.

3. Встановлені залежності анортитової легковаги від впливу добавок легких заповнювачів та піноутворюючих добавок на властивості анортитової легковаги. Показано, що при додатковому введенні в шихту у відповідній кількості легкого заповнювача (спученого перліту) чи піноутворюючих добавок забезпечується отримання високоякісної анортитової легковаги з уявною щільністю 0,4-0,8 г/см³.

4. Термодинамічно обгрунтовано та експериментально доведено, що процес фазоутворення в зразках з суміші каоліну, гіпсу та алюмосилікатного заповнювача, яка вміщує оксиди у співвідношенні, що близьке до стехіометрії анортиту (35 % Al₂O₃, 45 % SiO₂, 20 % CaO), проходить з утворенням проміжної фази – воластониту. При нестехіометрічному співвідношенні оксидів із вмістом СаО ~ 15 % анортит синтезується при більш низьких температурах без утворення проміжних низькотемпературних фаз. У обох випадках анортит утворюється у вигляді дрібних кристалів, що скріплені скловидними плівками, які забезпечують високу міцність легковаги, та цей процес інтенсифікується зі зростанням температури.

Вивчено процес фазоутворення в зразках із компонентів оптимальних шихт (каоліну, гіпсу та алюмосилікатного заповнювача), що відрізняються за складом від стехіометрії анортиту. Встановлено, що утворення анортиту із вказаних природних матеріалів проходить при більш низьких температурах та більш інтенсивно, ніж з хімічно чистих речовин. Встановлено, що підвищення дисперсності заповнювача дозволяє провести процес синтезу більш повно.

5. Ґрунтуючись на дослідженнях процесів фазо- та структуроутворення встановлено, що характер поруватої структури в отриманих анортитових легковагих виробах впливає на теплопровідність. Найменшу теплопровідність має анортитова легковага з максимальною часткою мікропор 99 % (радіус пор від 1 до 6 мкм). Встановлено, що зі зростанням температури теплопровідність у мікропоруватій легковазі зростає не суттєво, збільшення частки макропор (радіус пор > 10 мкм) викликає різке підвищення теплопровідності.

Фізико-механічні та теплофізичні дослідження властивостей мікропоруватої анортитової легковаги дозволили встановити, що теплопровідність анортитових легковагих виробів зі зростанням температури до 400 С збільшується повільно по експоненті та вище 400 С практично залишається без змін. Абсолютні значення теплопровідності анортитової легковаги у 2-2,5 рази менше, ніж у шамотної та мулітокремнеземистої легковаг при однаковій уявній щільності та порівняна з теплопровідністю волокнистих теплоізоляційних виробів мулітокремнеземистого складу. Розроблена анортитова легковага має більш низьку теплопровідність та більш високу межу міцності при стисненні у порівнянні з закордонним анортитовим легковагим аналогом.

6. Встановлено, що розроблені мікропоруваті анортитові легковагі вироби можливо використовувати у вуглецьвміщуючих середовищах, замість мулітокремнеземистої та шамотної легковаг.

7. Визначено технологічні параметри виготовлення анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою. Технологію виробництва анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою впроваджено на дослідному виробництві ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”.

8. Виготовлено дослідні партії анортитових легковагих виробів, що до цього часу використовуються на підприємствах України та забезпечують реалізацію необхідних технологічних процесів. Економічний ефект від впровадження в умовах ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” технології виготовлення анортитових легковагих виробів у першій рік впровадження склав 7013 грн. та з урахуванням розширення впровадження в 2002-2005 рр. економічний ефект склав ~ 24159 грн.

Публікації автора:

1. Исследования по получению анортитового легковеса с микропористой структурой / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Сборник научных трудов ОАО „УкрНИИО имени А.С. Бережного”. – Харьков: Каравелла, 2001. – № 101. – С. 7–10.

Здобувачем для досліджень було визначено склад шихти, порядок введення компонентів в шихту, параметри лиття, сушіння та випалу тощо. Здобувачем виготовлено дослідні зразки та обрано 4 склади з оптимальним комплексом властивостей.

2. Влияние технологических параметров на свойства и микроструктуру анортитового легковеса / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дерга-пуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Збірник наукових праць ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2002. – № 102. – С. 18–25.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки та досліджено вплив технологічних параметрів на властивості та структуру і фазовий склад анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою. Здобувачем виконано аналіз отриманих результатів, встановлено залежність властивостей та розроблено оптимальні режими сушіння та випалу.

3. The stability research of heat insulating refractories with a microporous structure in the reducing atmosphere / V.V. Primachenko, V.V. Martynenko, L.A. Derghaputskaya, N.M. Kaznacheeva, I.U. Kostyrko // Stahl und Eisen. – 2002. – № 9 Special. – P. 206–208.

Здобувачем досліджено та показано високу стійкість мікропоруватих анортитових зразків до впливу вуглецьвміщуючого середовища при температурах 1200–1250 С протягом 80 годин.

4. Влияние восстановительной среды на свойства анортитового легковеса / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Збірник наукових праць ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2003. – № 103. – С. 3–10.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки та виконано дослідження впливу дії агресивного середовища на властивості анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою.

5. Влияние добавок глинозема на свойства анортитового легковеса / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Збірник наукових праць ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2004. – № 104. – С. 10–18.

Здобувачем досліджено вплив добавок вібромеленого глинозему марок ГК та Г-00 на властивості зразків анортитової легковаги та встановлено, що введення глинозему не менше 15 % дозволяє одержувати стабільні маси та запобігти деформації зразків при сушінні та випалі.

6. Свойства и микроструктура низкотеплопроводных микропористых легковесных огнеупоров анортитового состава / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Вісник Національного технічного університету „Харківський політехнічний інститут”.– Харків: НТУ „ХПІ”, 2004. – № 32. – С. 131–138.

Здобувачем встановлено, що на експлуатаційні властивості розроблених легковагих матеріалів поряд з уявною щільністю та фазовим складом матеріалу значний вплив чинить характер поруватої структури.

7. Патент 70374 України, МКІ С 04 В 38/06; 35/66. Спосіб виготовлення легковагових керамічних виробів / В.В. Примаченко, В.В. Мартиненко, Л.О. Дергапуцька, Н.М. Казначеєва, І.Ю. Костирко, І.О. Бабік; „Український науково-дослідний інститут вогнетривів імені А.С. Бережного”; № 2002010096; Заявл. 03.01.2002; Опубл. 15.10.04 // Промислова власність. –2004. – № 10. – С. 3.70.

За участю здобувача розроблено спосіб отримання легковагих виробів з мікропоруватою структурою, яка утворюється завдяки видаленню води із сирцю та підчас термообробки.

8. Исследования по получению анортитового легковеса – высокоэффективного теплоизоляционного материала с мелкопористой структурой/ В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, И.Ю. Костырко, Н.М. Васильева // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции „Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”, Харьков, 24–25 апреля 2001 г. – Харьков: Каравелла, 2001. – С. 16.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки, за участю здобувача встановлено основні технологічні параметри, що дозволяють фіксувати жорстку структуру сирцю з утриманням води більше 50 %, та визначено експлуатаційні характеристики анортитової легковаги, яка може бути застосована в робочій зоні теплових агрегатів при температурах 1200–1300С.

9. Легковесная керамика с микропористой структурой / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Тезисы докладов Международной конференции „Передовая керамика – третьему тысячелетию”, Киев, 5–9 ноября 2001 г. – Київ: Видавничий дом „Академперіодика” НАН України, 2001. – С. 147.

За участю здобувача розроблено новий технологічний процес, що дозволяє отримувати мікропорувату структуру у виробах з високою загальною пористістю.

10. Anorthite lightweight material with microporous structure / V.V. Primachenko, V.V. Martynenko, L.A. Derghaputskaya, N.M. Vasylyeva, I.U. Kostyrko // Proceedings of UNITECR’2001, Cancun, Mexico – 2001. – P. 1193–1195.

Здобувачем розраховано та досліджено склади із вмістом СаО від 18 до 20 %, що максимально приблизні до стехіометрії анортиту. Проведено порівняльні дослідження фізико-механічних характеристик, фазового складу та мікроструктури зразків для температур застосування від 1200 С до 1300 С.

11. Влияние типа и количества алюмосиликатной составляющей шихты на свойства анортитового легковеса / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции „Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”, Харьков, 24–25 апреля 2002 г. – Харьков: Каравелла, 2002. – С. 13–14.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки та досліджено склади з використанням зернистого та вібромеленого шамоту, глиноземів різних марок та дистенсиліманітового концентрату.

12. The study of the temperature dependence of the thermal conductivity of lightweight heatinsulating refractories with a microporous structure / V.V. Primachenko, V.V. Martynenko, L.A. Derghaputskaya, N.M. Kaznacheeva, I.U. Kostyrko, V.V. Rubanova // Proceedings of the Fourth International Symposium on Refractories, Dalian, China, 24–28 March 2003. – Beijing: Іnternational Academic Publishers / Beijing World Publishing Corporation. – 2003. – P. 358–361.

За участю здобувача досліджено вплив поруватої структури легковагих виробів на їх теплоізолюючі властивості.

13. Влияние восстановительной среды на свойства анортитового легковеса / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции „Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”, Харьков, 23-24 апреля 2003 г. – Харьков: Каравелла, 2003. – С. 27-28.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки та виконано дослідження стійкості мікропоруватої анортитової легковаги у вуглецьвміщуючему середовищі та встановлено, що властивості всіх зразків не змінились аж до 80 годин витримки при 1250 С.

14. Новые высокоэффективные легковесные огнеупоры для теплоизоляции агрегатов черной металлургии / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции „Технологии, сырье и оборудование для производства огнеупоров. Использование новых огнеупоров в черной и цветной металлургии”, Москва, 22 мая 2003 г. // Новые огнеупоры. – 2003. – № 5. – С. 47.

Здобувачем досліджено властивості анортитових легковагих виробів та порівняно їх з властивостями промислових вогнетривів марок ШЛ-1,0, ШЛ-1,3, МКРЛ-0,8 та імпортних виробів цього класу. За участю здобувача сформульовано висновки для ефективного використання вітчизняних легковагих анортитових виробів.

15. The research of an influence of a number of a technological factors on anorthite synthesis in lightweight refractories / V.V. Primachenko, V.V. Martynenko, L.A. Derghaputskaya, N.M. Kaznacheeva, I.U. Kostyrko // Proceedings of UNITECR’2003 CONGRESS, Osaca, Japan. – 2003. – P. 190–193.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки, за участю здобувача досліджено вплив речовинного складу шихти та температури випалу виробів на синтез анортиту. Встановлено, що підвищення температури випалу до 1300 С сприяє утворенню анортиту у кількості 85–90 %.

16. Влияние вида и количества глинозема на свойства анортитового легковеса микропористой структуры / В.В. Примаченко, В.В. Мартыненко, Л.А. Дергапуцкая, Н.М. Казначеева, И.Ю. Костырко // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции „Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”, Харьков, 7–8 апреля 2004 г. – Харьков: Каравелла, 2004. – С. 28-29.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки мікропоруватих анортитових легковагих виробів та досліджено зміни властивостей анортитових виробів залежно від кількості глинозему марок ГК та Г-00. Встановлено, що оптимальні властивості мають зразки з вмістом добавки Г-00 15 %.