Анотація до роботи:

Кущенко П.О. Вібролиті тиглі із стабілізованого діоксиду цирконію для індукційної плавки платини. 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, 2004.

Дисертацію присвячено питанню розробки технології вібролитих випалених тиглів із стабілізованого ZrO₂, призначених для плавки платини та її сплавів з металами платинової групи в індукційних печах в умовах швидкого нагріву та охолодження. Встановлено оптимальну кількість добавки моноклінного ZrO₂, що дозволяє отримувати вібролиті випалені вироби із ZrO₂, стабілізованого окремо CaO та Y₂O₃, з підвищеною термостійкістю. Доведено доцільність використання як стабілізуючої добавки 9-12 мол % плавленого периклазу та встановлено умови випалу брикету з ZrO₂, які забезпечують отримання спеченого ZrO₂, використання якого дозволяє підвищити термостійкість вібролитих випалених виробів. Встановлено оптимальний зерновий склад маси та доведено доцільність використання метода вібролиття для отримання термостійких виробів із спеченого ZrO₂, стабілізованого MgO. Обґрунтовано доцільність введення добавок Al₂O₃, SiO₂ та ZrSiO₄ для підвищення термостійкості виробів із спеченого ZrO₂, стабілізованого 12 мол % MgO. Встановлено оптимальну кількість добавки ГКР-11 Н для інтенсифікації вібролиття зернистих мас з ZrO₂, стабілізованого окремо CaO, Y₂O₃ та MgO. Розроблено технологію та впроваджено виробництво випалених вібролитих тиглів із стабілізованого ZrO₂ з підвищеною термостійкістю.

На підставі аналізу літературних даних та результатів виконаних досліджень вирішено науково-практичну задачу одержання вібролитих випалених тиглів із стабілізованого діоксиду цирконію з підвищеною термостійкістю, здатних витримувати багаторазовий інтенсивний нагрів та охолодження в умовах індукційної плавки платини та її сплавів з металами платинової групи.

1. Вивчено залежність термостійкості та інших властивостей вібролитих випалених виробів із електроплавленого ZrO₂, стабілізованого CaO або Y₂O₃, від кількості введеної добавки моноклінного ZrO₂. Встановлено доцільність використання цієї добавки у кількості 30 % у складі мас для вібролиття з ZrO₂, стабілізованого CaO, та у кількості 10 % у складі мас для вібролиття з ZrO₂, стабілізованого Y₂O₃, що сприяє утворенню у випалених виробах оптимального фазового складу та мікротріщінуватої структури. Це дозволило підвищити термостійкість випалених виробів з означених матеріалів до 8-11 теплозмін, з межею міцності при стиску не менше 25 МПа та відкритою пористістю до 25 %.

2. Дослідженнями процесів фазо- та структуроутворення при спіканні брикету із ZrO₂, стабілізованого MgO, встановлено, що оптимальними, з позицій прогнозування високої термостійкості виробів, є співвідношення між кубічним + тетрагональним твердими розчинами MgO в ZrO₂ та моноклінним ZrO₂, що дорівнює 30-40 : 70-60, та пластинчато-стовбчаста структура, яка представлена полікристалічним моноклінним ZrO₂, з поєднанням з фрагментарною, які утворюються у брикеті з 9-12 мол % плавленого периклазу внаслідок випалу при 1750 єС з охолодженням в інтервалі 1200-600 єС протягом 50 годин.

3. На підставі порівняльних досліджень впливу методів формування та зернового складу мас із спеченого ZrO₂, стабілізованого 9-12 мол % MgO, доведено переваги та доцільність використання для виготовлення виробів методу вібролиття. Встановлено, що використання для вібролиття мас оптимального зернового складу (зерен фракції 1-0,5 мм – 20,4 %, зерен менше 0,5 мм – 79,6 %) дозволило отримати випалені вироби, які характеризуються термостійкістю більш 13 теплозмін, межею міцності при стиску більш 100 МПа, та обмеженою відкритою пористістю (до 25 %).

4. Ґрунтуючись на результатах досліджень впливу різних ПАР на розрідження водних суспензій із стабілізованого та моноклінного ZrO₂ в різному співвідношенні цих фаз, встановлено, що найбільш ефективною добавкою є ГКР-11 Н, яка в обмеженій кількості (0,25-0,55 %) сприяє інтенсифікації розрідження суспензій. При цьому процес розрідження суспензій обумовлений дисперсністю матеріалів та не залежить від модифікації ZrO₂.

5. Враховуючи результати досліджень впливу добавки ГКР-11 Н на розтікання під час вібрації гранично концентрованих тиксотропних зернистих мас із електроплавленого ZrO₂, стабілізованого CaO або Y₂O₃, та спеченого ZrO₂, стабілізованого MgO, встановлено, що найбільше розтікання кожної з мас спостерігається за умов використання ГКР-11 Н у кількості 0,15 %, 0,05 % та 0,25 % відповідно. Встановлено також, що на процес розтікання мас під час вібрації суттєво впливає концентрація її тонкомеленої складової.

6. Встановлено доцільність введення добавок Al₂O₃, -кварцу (SiO₂) або ZrSiO₄ в кількості 1 %, 1,5 % та 1,5 % відповідно у склад мас для вібролиття виробів із ZrO₂, стабілізованого 12 мол % MgO, що забезпечує підвищення термостійкості випалених виробів до 25-27 теплозмін та збереження межі міцності при стиску не менше 100 МПа і відкритої пористості до 25 %. Підвищення термостійкості обумовлено утворенням сполук MgAl₂O₄ (шпінелі) та Mg₂SiO₄ (форстериту), що було також прогнозовано термодинамічними розрахунками.

7. Розроблено технологічні параметри виробництва термостійких вібролитих тиглів із стабілізованого ZrO₂ для індукційної плавки платини та її сплавів з металами платинової групи. Запропоновану технологію впроваджено в Україні на дослідному виробництві ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”.

8. Виготовлені дослідні тиглі показали високу стійкість за результатами випробувань в умовах багаторазового інтенсивного нагріву та охолодження під час індукційної плавки паладію, платини та платино-родієвих сплавів на підприємствах України, Російської Федерації та Республіки Білорусь. На даний час дослідні тиглі використовуються для означених цілей на 6 підприємствах України, Російської Федерації та Республіки Білорусь. Без урахування прибутків у користувачів, отриманих завдяки збільшенню терміну служби тиглів та зменшенню витрат на плавку означених металів, загальний економічний ефект від впровадження у виробництво розробленої технології за даними ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” склав 19 619,26 грн.

Здобувач висловлює щиру подяку за допомогу в здійсненні досліджень керівництву і працівникам ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” і інших організацій, та особисто д.т.н. Примаченко В.В. і д.т.н. Караулову А.Г..

Публікації автора:

1. Вибролитые тигли из стабилизированного диоксида циркония / В.В. Примаченко, А.Г. Караулов, Т.В. Пискун, П.А. Кущенко // Сборник научных трудов ОАО «УкрНИИогне-упоров им. А.С. Бережного».– Харьков: Каравелла.– 2000.– №100.– С. 7 – 16.

Здобувачем вивчено вплив моноклінного ZrO₂ на властивості вібролитих виробів із ZrO₂, стабілізованого CaO.

2. Влияние гидрофобизирующей жидкости ГКЖ-11 на разжижение суспензий на основе диоксида циркония, стабилизированного CaO, и смеси его с моноклинным диоксидом циркония / Примаченко В.В., Караулов А.Г., Пащенко Н.В., Орехова Г.П., Кущенко П.А. // Сборник научных трудов ОАО «УкрНИИогнеупоров им. А.С. Бережного».– 2001.– №101.– С. 55 – 57.

Здобувачем досліджено вплив ГКР-11 Н на розрідження суспензій із ZrO₂.

3. Примаченко В.В., Караулов А.Г., Кущенко П.А. Влияние концентрации MgO и температуры обжига на изменение фазового состава и свойств брикета из диоксида циркония // Вестник Национального технического университета «ХПИ».– Харків: НТУ “ХПІ”.– 2001.– № 19.– С. 150 – 155.

Здобувачем вивчено процеси фазоутворення і залежність властивостей випаленого брикету із ZrO₂ від кількості добавки MgO та температури випалу.

4. Примаченко В.В., Караулов А.Г., Кущенко П.А. Влияние зернового состава на уплотнение зернистых масс из спеченного диоксида циркония, стабилизированного оксидом магния // Теория и практика процессов измельчения, разделения, смешения и уплотнения: Сборник научных трудов.– Одесса: ОГМА.– 2001.– Вып. 9.– С. 71 – 79.

Здобувачем досліджено вплив зернового складу на властивості вібролитих зразків із спеченого ZrO₂, стабілізованого MgO.

5. Исследование фазового состава и структуры образцов из спеченного ZrO₂, стабилизированного MgO / Примаченко В.В., Рыщенко М.И., Караулов А.Г., Кущенко П.А., Кущенко А.В. // Вестник Национального технического университета «ХПИ».– Харків: НТУ “ХПІ”.– 2003.– №3.– С. 127 – 133.

Здобувачем вивчено процеси фазоутворення та структуроутворення у вібролитих зразках із спеченого ZrO₂, стабілізованого MgO.

6. Изучение фазового состава и микроструктуры тиглей из диоксида циркония после службы при плавке металлов платиновой группы / Примаченко В.В., Шулик И.Г., Кущенко П.А., Пискун Т.В., Кущенко А.В., Варганов В.В. // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІвогнетривів імені А.С. Бережного”.– Харків: Каравела.– 2003.– №103.– С. 87 – 97.

Здобувачем виготовлено дослідні тиглі, за його участю здійснено випробування тиглів та досліджено зміну фазового і хімічного складу, а також структури дослідних тиглів після експлуатації.

7. The research on the manufacture of vibrocast thermal shock resistant products from zirconium dioxide stabilized by MgO using sintering method / Primachenko V.V., Karaulov A.G., Kushchenko P.A., Kushchenko A.V., Karyakina E.L., Ryshchenko M.I. // Stahl und Eisen.– Dьsseldorf: Verlag Stahleisen Gmbh.– 2003.– November Special.– P. 16 – 21.

Здобувачем розроблено технологічні параметри виготовлення термостійких виробів із спеченого ZrO₂, стабілізованого MgO.

8. Вибролитые огнеупорные крупногабаритные изделия из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия / Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Караулов А.Г., Шляхова Т.М., Пащенко Н.В., Орехова Г.П., Кущенко П.А. // Эффективные огнеупоры на рубеже XXI столетия: Тезисы докладов международной научно-технической конференции, Харьков, 25–26 апреля 2000г.– Харьков: Каравелла.– 2000.– С. 3 – 4.

Здобувачем виготовлено зразки, за його участю вивчено вплив методу формування, температури випалу і кількості дисперсної складової на властивості виробів із ZrО₂, стабілізованого Y₂O₃, виготовлено дослідну партію виробів.

9. Примаченко В.В., Караулов А.Г., Кущенко П.А. Исследование влияния вида и концентрации MgO на стабилизацию и спекание диоксида циркония в зависимости от температуры термообработки // Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: Тезисы докладов международной научно-технической конференции, Харьков, 24–25 апреля 2001г.– Харьков: Каравелла.– 2001.– С. 11 – 12.

Здобувачем вивчено процеси стабілізації та спікання ZrO₂ в залежності від температури випалу та кількості MgO.

10. Изделия из стабилизированного диоксида циркония для металлургической промышленности / В.В. Примаченко, А.Г. Караулов, Т.В. Пискун, П.А. Кущенко // Передовая керамика – третьему тысячелетию: Тезисы докладов международной конференции, Киев, 5–9 ноября 2001г.– Киев: Видавничий дом ”Академперіодика” НАН України.– 2001.– С. 146.

Здобувачем виготовлено дослідні вібролиті тиглі, за участю здобувача розроблено технологічні параметри виготовлення методом вібролиття випалених тиглів з підвищеною термостійкістю із ZrO₂, стабілізованого CaO.

11. Примаченко В.В., Караулов А.Г., Кущенко П.А. Влияние добавки моноклинного (нестабилизированного) ZrO₂ на свойства вибролитых образцов из ZrO₂, стабилизированного 8 – 11 масс % Y₂O₃ // Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: Тезисы докладов международной научно-технической конференции, Харьков, 24–25 апреля 2002г.– Харьков: Каравелла.– 2002.– С. 34 – 36.

Здобувачем виконано дослідження впливу добавки моноклінного ZrO₂ на властивості вібролитих виробів із ZrO₂, стабілізованого Y₂O₃.

12. An influence of diluting additions on the fluidity of suspensions from ZrО₂ stabilized by MgO, and its mixtures with a monoclinic ZrО₂ / V.V. Primachenko, A.G. Karaulov, P.A. Kushchenko, N.V. Pashchenko / Proceedings of The Fourth International Symposium on Refractories, Dalian, 24–28 March 2003. – Beijing: International Academic Publishers / Beijing World Publishing Corporation.– 2003. – P. 395 – 402.

Здобувачем досліджено вплив добавки ГКР-11 Н на розтікання під час вібрації зернистої маси із спеченого ZrO₂, стабілізованого MgO.

13. Исследование тиглей из диоксида циркония после службы при плавке металлов платиновой группы / Примаченко В.В., Караулов А.Г., Пискун Т.В., Кущенко П.А., Кущенко А.В., Варганов В.В. // Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: Тезисы докладов международной научно-технической конференции, Харьков, 23–24 апреля 2003 г.– Харьков: Каравелла.– 2003.– С. 18 – 19.

Здобувачем виготовлено дослідні тиглі, за участю здобувача здійснено випробування тиглів та досліджено зміну їх структури після випробувань.

14. Тигли из диоксида циркония для плавки металлов платиновой группы / В.В. Примаченко, А.Г. Караулов, Т.В. Пискун, П.А. Кущенко // Технологии, сырьё и оборудование для производства огнеупоров. Использование новых видов огнеупоров в черной и цветной металлургии: Тезисы докладов международной конференции, Москва, 22 мая 2003 г.– Новые огнеупоры.– М.: Изд-во «Фолиум».– 2003.– №5.– С. 70.

Здобувачем виготовлено вібролиті тиглі, за участю здобувача розроблено технологічні параметри виробництва вібролитих тиглів із стабілізованого ZrO₂.

15. Использование вибролитых тиглей из стабилизированного диоксида циркония для плавки металлов платиновой группы индукционным методом/ Примаченко ВВ, Караулов А.Г., Пискун Т.В., Кущенко П.А., Дриленок Б.С., Лобанов Е.А. // Благородные и редкие металлы: Труды Четвертой международной конференции «БРМ – 2003», Донецк, 22 – 26 сентября 2003г.– Донецк: ООО «Норд Компьютер».– 2003.– С. 443 – 445.

Здобувачем виготовлено дослідні тиглі із стабілізованого ZrO₂, за його участю здійснено випробування дослідних тиглів.

16. Исследование влияния различных оксидных добавок на свойства вибролитых образцов из ZrO₂, стабилизированного MgO / Примаченко В.В., Караулов А.Г., Шулик И.Г., Кущенко П.А., Рыщенко М.И. // Перспективні напрямки розвитку науки і технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів: Тези доповідей науково-технічної конференції, Дніпропетровськ, 6 – 9 жовтня 2003г.– Дніпропетровськ: УДХТУ.– 2003.– С. 91 – 92.

Здобувачем досліджено вплив SiO₂, ZrSiO₄, Al₂O₃, Fe₂O₃ та моноклінного ZrО₂ на властивості вібролитих зразків із спеченого ZrO₂, стабілізованого MgO.