Анортитові легковагі вироби з мікропоруватою структурою

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Автореферат

Анортитові легковагі вироби з мікропоруватою структурою

Спеціальність 05.17.11 - технологія тугоплавких неметалічних матеріалів

Костирко Інна Юріївна

Харків - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у ВАТ “Український науково-дослідний інститут

вогнетривів імені А.С. Бережного” Міністерства промислової політики

України, м. Харків

Науковий керівник:

Заслужений діяч науки і техніки України,

доктор технічних наук, старший науковий

співробітник

Примаченко Володимир Васильович,

ВАТ “Український науково-дослідний інститут

вогнетривів імені А.С. Бережного,

голова правління-директор

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий

співробітник

Шабанова Галина Миколаївна,

Національний технічний університет

“Харківський політехнічний інститут”,

головний науковий співробітник кафедри

технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей

кандидат технічних наук, доцент

Литовченко Сергій Володимирович,Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, доцент кафедри матеріалів реакторобудування

Провідна установа:

Український державний хіміко-технологічнийуніверситет, кафедра хімічної технологіїкераміки та скла, Міністерство освіти і наукиУкраїни, м. Дніпропетровськ

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження. Для служби у відновлювальних вуглецьвміщуючих середовищах при температурах до 1260 ?С у машинобудівній, металургійній, нафтохімічній та інших галузях промисловості у світовій практиці широко використовуються анортитові легковагі вироби, що мають поряд з високими теплоізоляційними властивостями здібність протистояти впливу визначених середовищ.

В країнах СНД, у тому числі в Україні, відсутнє виробництво анортитових легковагих виробів. Тому у відновлювальних вуглецьвміщуючих середовищах використовують більш дорогі високоглиноземисті (мулітокремнеземисті) легковагі вироби марки МКРЛ-0,8. Значну кількість цієї легковаги використовують у нафтохімічній промисловості в агрегатах виробництва аміаку для футерівки трубчатих печей у вуглецьвміщуючему середовищі. В Україні працює 7 таких підприємств, де для футерівки агрегатів використовують МКРЛ-0,8 виробництва Росії чи анортитову легковагу зарубіжних фірм. У наступний час пріоритет промислового виробництва анортитових легковагих виробів належить фірмам BNZ Materials, Inc. та RHI Refractories (США). Враховуючи викладене вище, проблема розробки вітчизняної науково обгрунтованої сучасної технології та організації виробництва конкурентоспроможних на світовому ринку анортитових легковагих виробів є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до тематичного плану науково-дослідних робіт ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” („Розробка технології виробництва анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою на дослідному виробництві ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”; номери державної реєстрації 0101U007917, 0102U002423, 0103U004332, 0104U006291, шифри робіт 2.10-4-К-33-2000-ТП, 2.10-3-М-965-2000, 2.10-4-Д-50-2001-ТП, 2.10-3-М-5.1-2002-ВП, 2.10-3-К-5.1-2003-ВП, 2.10-3-К-5.1-2004-ВП), які були спрямовані на розробку технології та впровадження у виробництво анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою, в яких здобувач була відповідальним виконавцем.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка технології та впровадження виробництва в Україні анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою з уявною щільністю не більше 1,3 г/см³ та теплопровідністю при середній температурі 650 ?С не більше 0,35 Вт/(м•К) для температури експлуатації 1250-1300 ?С.

Відповідно до поставленої мети вирішувались наступні задачі:

- встановити залежності властивостей анортитової легковаги від впливу складу шихти, параметрів лиття, режимів твердіння та сушіння легковагих виробів, що вміщують каолін, гіпс та щільний алюмосилікатний заповнювач різної дисперсності, які забезпечують одержання анортитової легковаги з уявною щільністю нижче 1,3 г/см³;

- встановити залежності властивостей мас та анортитової легковаги від впливу рН середовища, розріджуючих добавок та добавок, що регулюють твердіння, які забезпечують оптимальні технологічні процеси лиття;

- встановити залежності властивостей анортитової легковаги від впливу добавок легких заповнювачів та піноутворюючих добавок на властивості легковаги, які забезпечують зниження уявної щільності легковаги;

- вивчити процеси фазоутворення при випалі анортитової легковаги із компонентів оптимальних шихт для оптимізації режиму випалу легковаги;

- вивчити вплив фазового складу та мікроструктури на теплопровідність анортитової легковаги, що забезпечує одержання виробів з низькою теплопровідністю у широкому інтервалі температур;

- вивчити можливість застосування отриманої анортитової легковаги у вуглецьвміщуючему середовищі;

- розробити технологію виготовлення анортитової легковаги, впровадити її у виробництво та використати в промислових теплових агрегатах у якості теплоізоляції.

Об'єкт досліджень - процеси фазо- та структуроутворення в анортитових легковагих виробах, що забезпечують одержання легковаги з мікропоруватою структурою, яка має низьку теплопровідність.

Предмет досліджень - технологічні параметри виготовлення анортитової легковаги для використання у відновлювальних вуглецьвміщуючих середовищах як теплоізоляції.

Методи досліджень. В роботі для визначення фазового складу та структури виробів використовували петрографічний, рентгенофазовий та електронномікроскопічний методи аналізу. Визначення уявної щільності, межі міцності при стисненні та інших фізико-механічних та теплофізичних властивостей здійснювали стандартними методами відповідно до діючих ДСТУ, ГОСТ та ISO. Дослідження розподілу мікропор за розмірами виконували методом ртутної порометрії високого тиску. Дослідження властивостей мас визначали згідно стандартизованих методик, що застосовуються для керамічних та в'яжучих матеріалів.

Наукова новизна одержаних результатів виконаної роботи полягає в тому, що здобувачем вперше:

- термодинамічно обґрунтовано та експериментально доведено, що процес фазоутворення в зразках із 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 легковазі, та цей процес інтенсифікується зі зростанням температури;

- ґрунтуючись на дослідженнях процесів фазо- і 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;

- за результатами досліджень впливу складу шихти, параметрів лиття, режимів твердіння та сушіння легковагих виробів, що вміщують каолін, гіпс та щільний алюмосилікатний заповнювач різної дисперсності, на властивості виробів, встановлено оптимальні технологічні параметри, які забезпечують отримання анортитової легковаги з уявною щільністю в діапазоні від 0,4 до 1,0 г/см³ з високими показниками властивостей, та теплопровідністю у 2-2,5 рази менше, ніж у шамотної та мулітокремнеземистої легковаг при однаковій уявній щільності;

- на підставі отриманих наукових результатів 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.

Практична цінність. На підставі отриманих результатів наукових досліджень розроблено технологію анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою та низькою теплопровідністю, стійких у вуглецьвміщуючих середовищах. Спосіб виготовлення мікропоруватих легковагих виробів захищено патентом України. Розроблено та затверджено технологічну інструкцію на виробництво анортитових легковагих мікропоруватих виробів та технічні умови. Розроблену технологію впроваджено в Україні у ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” (м. Харків), де здійснюється виробництво анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою. Вказані вироби застосовано на ВАТ „Чернігівавтодеталь” (м. Чернігів) в печі відпалу металевих заготовок в середовищі ендотермічного газу, на ВАТ „Рівнеазот” (м. Рівне) та ВАТ „Азот” (м. Черкаси) в агрегатах виробництва аміаку. Всі встановлені вироби продовжують експлуатуватися та забезпечують реалізацію необхідних технологічних параметрів процесів.

Економічний ефект від впровадження у виробництво розробленої технології анортитових легковагих виробів у першій рік впровадження за даними ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” склав 7013 грн. та з урахуванням розширення впровадження в 2002-2005 рр. економічний ефект склав ~ 24159 грн. анортитовий легковага розріджуючий добавка

Особистий внесок здобувача. Здобувачем виконано детальний огляд науково-технічної літератури за темою дисертації та аналіз наведених даних, що дозволило здійснити вибір напрямків досліджень. Експериментальні дослідження з розробки технології анортитової легковаги з мікропоруватою структурою та обробку результатів досліджень виконано безпосередньо здобувачем. Здобувач приймав безпосередню участь у впровадженні результатів роботи в промисловості. Окремі дослідження виконані спільно з фахівцями ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” та інших організацій, що відображено в роботі. За результатами етапів роботи здобувачем самостійно сформульовано висновки та наукові положення.

Апробація результатів. Результати досліджень, які залучено до дисертаційної роботи, доповідались та обговорювались на Міжнародних науково-технічних конференціях: „Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности” (м. Харків, 2001-2004 р.р.), Міжнародній конференції „Передовая керамика - третьему тысячелетию” (м. Київ, 2001 р.), 45-му Міжнародному колоквіуму з вогнетривів (Німеччина, м. Аахен, 2002 р.), IV Міжнародному симпозіумі з вогнетривів (Китай, м. Далянь, 2003 р.), конгресі UNITECR'2003 (Японія, м. Осака, 2003 р.), Других наукових читаннях імені академіка НАН України А.С. Бережного „Физико-химические проблемы керамического материаловедения” (м. Харків, 2004 р.), основні результати роботи в повному обсязі доповідались на засіданні вченої ради ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” (протокол № 9 від 28.07.2005 р.).

Публікації. Основні наукові результати дисертаційної роботи відображено в 16 друкованих працях, серед них 6 статей у фахових виданнях ВАК України, 9 тез доповідей наукових конференцій, 1 патент України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 7 розділів, висновків, 9 додатків. Повний обсяг дисертації складає 208 сторінок; 10 ілюстрацій по тексту; 33 ілюстрацій на 26 сторінках; 33 таблиці по тексту; 9 таблиць на 8 сторінках; 9 додатків на 17 сторінках; 204 використаних літературних джерел на 20 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету досліджень та шляхи її досягнення, викладено наукову новизну роботи та результати її реалізації в промисловості, надано загальну характеристику роботи.

У першому розділі зроблено огляд даних науково-технічної літератури з питань використання основних сировинних матеріалів у виробництві анортитових легковагих виробів, та їх властивостей, основних способів отримання, властивостей та застосування легковаг, залежності теплопровідності від структури та поруватості, впливу відновлювального середовища на властивості легковагих виробів при нагріванні. Показано, що для теплоізоляції агрегатів, що працюють у відновлювальних вуглецьвміщуючих середовищах, використовують легковагу з низьким вмістом домішок, особливо оксидів заліза. Для роботи у таких умовах експлуатації в Україні використовують мулітокремнеземисту чи імпортну анортитову легковагу для температур до 1260 ?С. За кордоном для температур до 1260 ?С в агрегатах, що працюють з вуглецьвміщуючими середовищами, використовують анортитову легковагу, виробництво якої в Україні відсутнє. Ґрунтуючись на літературних даних, для досліджень вибрано високочисті положський (марка ПЛК-1) та просянівський (марка П-3) каоліни, високоміцний технічний гіпс (марка Г-10), як заповнювачі - новоселицький шамот (марка ШКН-1) та дистенсиліманітовий концентрат струминного помелу (марка КДСП), що відрізняються високою чистотою за домішками заліза.

Огляд літератури зі способів отримання легковагих вогнетривів показав, що актуальним є питання з формування виробів методом лиття, бо він забезпечує одержання легковагих вогнетривів з найменшою уявною щільністю та найкращою теплоізолюючою здібністю. Основним напрямком досліджень визначено створення нового способу одержання анортитової легковаги, що забезпечує отримання виробів з мікропоруватою структурою. Як пороутворювач визначено тільки одну воду - для одержання легковаги з уявною щільністю 0,8-1,0 г/см³, або комбінований пороутворювач, що містить воду та легкий заповнювач (спучений перліт), або воду та піноутворюючі добавки - для отримання легковаги з уявною щільністю 0,4-0,8 г/см³.

У другому розділі наведено характеристики сировинних матеріалів, які використано в роботі, технології приготування дослідних мас і виготовлення зразків. Наведено перелік стандартних методів досліджень, за якими визначали властивості мас, легковагих зразків та виробів.

Третій розділ присвячено встановленню залежностей властивостей анортитової легковаги від технологічних параметрів для одержання анортитової легковаги з уявною щільністю 0,8-1,0 г/см³ з використанням води як пороутворюючої добавки. Досліджено вплив параметрів лиття, режимів твердіння та сушіння легковагих зразків на їх властивості. Встановлено, що із маси, яка містить каолін і гіпс (останній у кількості 36 %) 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). Слід відзначити, що зразки без деформації із цієї маси не отримали, що ускладнює виготовлення із неї легковагих виробів без механічної обробки, однак цей матеріал можливо використовувати як заповнювач для теплоізоляційних бетонів.

З метою усунення деформації зразків при сушінні та випалі досліджено вплив на властивості зразків введення у каоліногіпсову масу щільного алюмосилікатного заповнювача у вигляді каолінового шамоту марки ШКН-1 фракцій < 0,5 мм та < 0,09 мм та дистенсиліманітового концентрату струминного помелу марки КДСП. Усі матеріали вводили в шихту у кількостях, що забезпечували стехіометрію анортиту, за рахунок зменшення вмісту каоліну в шихті. Деформація зразків, які виготовлено із різних складів, була відсутня.

Встановлено, що збільшення дисперсності шамоту дозволяє знизити уявну щільність зразків від 1,28-1,30 до 0,96-1,02 г/см³, об'ємну усадку на 5-8 % та міцність зразків від 11,5-12,1 до 7,1-6,6 МПа. Встановлено, що зразки з використанням КДСП у кількості 15, 20 та 25 % мають уявну щільність 0,73-0,80 г/см³ та міцність 3,5-4,0 МПа. Показано, що синтез анортиту у зразках з більш високою дисперсністю шамоту марки ШКН-1 та дистенсиліманітового концентрату струминного помелу марки КДСП проходить більш повно, однак при температурі випалу 1300 ?С ще залишається ангідрит в перерахунку на SO₃ і кількість його складає 0,08-0,23 %.

З метою повного зв'язування ангідриту в анортит досліджено вплив кількості гіпсу на властивості анортитової легковаги. Встановлено, що зменшення масової частки гіпсу до 30 % в масах, які містять як шамот марки ШКН-1 так і дистенсиліманітовий концентрат струминного помелу марки КДСП, дозволяє провести реакцію утворення анортиту повністю та виключити наявність ангідриту в виробах, підвищити межу міцності при стисненні та зменшити лінійну усадку.

Для визначення раціонального складу алюмосилікатного заповнювача в каолиногіпсових масах з 30 % гіпсу виконано дослідження з різним співвідношенням шамоту марки ШКН-1 фракції < 0,09 мм та дистенсиліманітового концентрату струминного помелу марки КДСП. Встановлено, що зразки, які виготовлено із шихти, що містить комбінований заповнювач (5 % КДСП, 20-25 % ШКН-1) мають кращі властивості. Уявна щільність практично не залежить від співвідношення між шамотом марки ШКН-1 та дистенсиліманітовим концентратом струминного помелу марки КДСП та складає 0,78-0,80 г/см³. Межа міцності при стисненні суттєво залежить від співвідношення компонентів (рис. 1) і складає 5-7 МПа. Структура зразків тонкокристалічна, анортит спостерігається у зразках як густий зросток із дрібних кристалів (< 4 мкм), що скріплені скловидними плівками.

Досліджено вплив рН середовища, розріджуючих добавок та добавок, що регулюють твердіння, на текучість шликерів, строки схоплювання відливок та властивості зразків. Показано, що строки схоплювання шликерів можливо регулювати, якщо змінювати рН води затворіння, при цьому властивості зразків анортитового легковага 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, без погіршання властивостей сирцю та випалених виробів.

Досліджено вплив добавок глинозему на властивості зразків та показано, що введення добавок глинозему замість каоліну від 15 % та вище дозволяє одержувати стабільні маси та повністю запобігти деформації зразків при сушінні та випалі. Встановлено, що вміст 15 % глинозему у складі шихти є оптимальним і забезпечує анортитовій легковазі уявну щільність 0,9 г/см³, межу міцності при стисненні 4,2 МПа та температуру експлуатації 1300 ?С.

Встановлено можливість заміни шамоту анортитовим легковагим заповнювачем у кількості 5-10 % у каоліногіпсових масах, що забезпечує більшу стабільність литтєвих мас, зменшує повітряну усадку та уявну щільність зразків до і після випалу.

Результати досліджень, які наведено у цьому розділі, використано при розробці технологічних параметрів виготовлення анортитових легковагих виробів з уявною щільністю від 0,8 до 1,0 г/см³.

У четвертому розділі наведено дані, отримані при встановленні залежностей анортитової легковаги від впливу добавок легких заповнювачів та піноутворюючих добавок, які забезпечують одержання анортитової легковаги з уявною щільністю менше 0,8 г/см³.

Досліджено вплив вмісту в шихті спученого перліту від 1 до 3 % на властивості анортитової легковаги. Для досліджень використано дві шихти, які містять як заповнювач шамот марки ШКН-1 та комбінований заповнювач. Встановлено, що вміст 3 % спученого перліту у складі шихти для обох видів заповнювачів є оптимальним, а кращі властивості одержано для комбінованого заповнювача (уявна щільність ~ 0,7 г/см³, межа міцності при стисненні 3,4-5,0 МПа).

Досліджено вплив добавок різних видів синтетичних піноутворювачів („Комфорт” виготовлен АТЗТ „Корона” (м. Москва, РФ), „Піностром” виготовлен СПО „ЩИТ” (м. Шебекіно, Білгородська обл., РФ) та „Esapon-1214” реалізується ЗАТ „Єврохім-1” (м. Москва, РФ)) в каоліногіпсошамотному шликері на властивості зразків анортитової легковаги. Встановлено, що піноутворюючі добавки знижують текучість мас у порівнянні з базовим складом. Введення піноутворювачів кілька прискорюють строки схоплювання мас. Встановлено, що застосування рідкого піноутворювача „Піностром” (1 %) дає можливість одержати легковагу з уявною щільністю 0,4 г/см³ та межею міцності при стисненні 1,2 МПа (рис. 2), яка по фізико-механічним характеристикам рівна шамотній легковазі ШЛ-0,4, однак вміст домішок Fe₂O₃ в анортитовій легковазі набагато нижче та температура експлуатації вище, ніж у ШЛ-0,4. Встановлено, що добавка піноутворювача „Комфорт” (0,3 %) забезпечує одержання зразків з уявною щільністю 0,5 г/см³ та межею міцності при стисненні 2,4 МПа, що за міцністю перевищує приблизно у 2 рази аналогічну легковагу фірми BNZ-Materials, Inc. (США).

У п'ятому розділі наведено результати досліджень, які направлено на вивчення процесів фазоутворення при випалі анортитової легковаги із компонентів розроблених складів шихт.

За результатом термодинамічного аналізу доведено вірогідність утворення визначених сполук для оптимального складу суміші та встановлено, що найбільш вірогідним є утворення анортиту та муліту з максимальними негативними значеннями ДG, а також геленіту та алюмінатів і силікатів кальцію. При вмісті СаО ~ 20 %, що за складом близьке до стехіометрії анортиту, вірогідність утворення воластониту вище, як небажаної фази, ніж у складі з СаО ~ 15 %. Дослідженнями процесів фазоутворення у зразках із хімічно чистих речовин показано, що синтез проходить через утворення проміжних сполук - алюмінатів кальцію та гелениту. Значна кількість анортиту утворюється тільки при 1300 ?С в наслідок реакції взаємодії гелениту, SiO₂, та алюмінатів кальцію CA і CA₂ та збільшується після 1350 ?С, при цьому ще залишаються сліди гелениту та кристобаліту. Для вивчення процесів фазоутворення у зразках із використаних сировинних матеріалів було виготовлено три склади, які визнано оптимальними. Дослідженнями процесів фазоутворення у зразках із використаних сировинних матеріалів показано, що анортит спостерігається вже при температурі 1200 ?С у значній кількості та з ростом температури до 1300-1350 ?С його вміст у зразках збільшується. Синтез анортиту починається при більш низьких температурах та проходить більш інтенсивно без утворення проміжних сполук. Встановлено максимальні температури та режим випалу для оптимальних складів.

У шостому розділі наведено дані, що отримано при вивченні механічних та теплофізичних властивостей зразків розробленої анортитової легковаги з різними добавками, що забезпечили отримання виробів з різною уявною щільністю.

Досліджено залежність межі міцності при стисненні від уявної щільності анортитової легковаги з різними пороутворювачами та встановлено, що міцність анортитових виробів практично лінійно залежить від уявної щільності.

Досліджено теплопровідність (рис. 3) згаданих мікропоруватих анортитових (марки АЛ-0,8 і АЛ-1,3) та для порівняння промислових крупнопоруватих легковагих вогнетривів (мулітокремнеземистої легковаги марки МКРЛ-0,8 та шамотної легковаги марки ШЛ-1,3), а також волокнистої мулітокремнеземистої плити марки МКРП-340 від температури. Встановлено, що теплопровідність анортитової легковаги зі зростанням температури до 400 ?С збільшується повільно по експоненті та вище 400 ?С практично залишається без змін для обох марок. Для крупнопоруватих виробів, що виготовлені із застосуванням вигоряючих добавок (МКРЛ-0,8 та ШЛ-1,3) характерно підвищення теплопровідності в усьому дослідженому інтервалі температур. Абсолютні значення теплопровідності цих легковаг у 2-2,5 рази вище, ніж у анортитової легковаги при однаковій уявній щільності. Досліджено взаємозв'язок фазового складу, мікроструктури та теплопровідності анортитової легковаги. Петрографічними дослідженнями показано, що легковагі зразки без і з добавками додаткових пороутворювачів, містять анортит, що кристалізується у вигляді кристалітів переважним розміром 4-6 мкм, які щільно контактують між собою, більшістю у вигляді агрегатів. Електронномікроскопічними дослідженнями встановлено, що у випаленій легковазі анортит спостерігається у вигляді ізометричних зерен, які утворюють щільні агрегати. Середній розмір кристалів анортиту складає 0,8-1,3 мкм. Переважний розмір мікропор 3,0-5,0 мкм, субмікронних пор - 0,1-0,4 мкм.

Характер розподілу мікропор, який досліджено ртутною порометрією, у зразках анортитової легковаги з уявною щільністю 0,8 та 1,1 г/см³ (без додаткового пороутворювача) наведено на рис. 4. Встановлено, що у мікропоруватій анортитовій легковазі без додаткових пороутворювачів розміри мікропор лежать в дуже вузькому діапазоні від 1 до 6 мкм з характерним максимальним радіусом 3 мкм (АЛ-0,8), який зміщується до радіусу 6 мкм при збільшенні щільності цієї легковаги за рахунок збільшення температури випалу (АЛ-1,1). При введенні додаткових пороутворювачів (рис.5) (спіненого полістиролу ПСВ фракції 3-0 мм) мікропори утворюються в широкому діапазоні радіусів від 0,1 до 10 мкм, максимуми мікропор фіксуються в інтервалі радіусів 2-6 мкм із значно меншою інтенсивністю. Такий саме розподіл мікропор спостерігається при введенні додаткових пороутворювачів - спученого перліту та піноутворюючих добавок.

Досліджено кількість та розподіл макропор та показано, що характер розподілу макропор в розроблених анортитових легковагах значно залежить від типу пороутворювача. Легковага, де пороутворювачем є тільки вода, містить 1-2 % макропор радіусом 10-50 мкм. Введення будь-яких додаткових пороутворювачів приводить до підвищення частки макропор до 13-14 % (спучений перліт, піноутворюючі добавки), при цьому основна частка (~ 90 %) цих пор має значно більші розміри (50-500 мкм), введення поліфракційного спіненого полістиролу фракції 3-0 мм зміщує розміри основної частки макропор до величини більше 1 мм (~ 65 %).

Результати досліджень теплопровідності анортитових легковагих вогнетривів з різною уявною щільністю та поруватою структурою наведені на рис. 6, де показано, що теплопровідність легковаги збільшується зі зростанням температури. Максимальну теплопровідність мають зразки анортитової легковаги з максимальною уявною щільністю. У зразках, що містять більшу кількість крупних пор розміром > 100 мкм з підвищенням температури теплопровідність зростає значно більше, ніж у мікропоруватих виробів. Мінімальна теплопровідність у зразках АЛ-0,8 з часткою мікропор - 99 %.

Дослідженнями стійкості розробленої анортитової легковаги у вуглецьвміщуючему середовищі встановлено, що стійкість її вище шамотної легковаги марки ШЛ-1,3 та зіставлена з мулітокремнеземистою легковагою марки МКРЛ-0,8.

У сьомому розділі наведено практичне застосування одержаних результатів. За результатами досліджень, які наведено у розділах 3-6, розроблено технологічну схему, технологічну інструкцію на виготовлення анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою методом лиття та технічні умови. Розроблену технологію освоєно та впроваджено у ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”. Властивості розроблених анортитових виробів з різною уявною щільністю і закордонних аналогів наведено у таблиці 1. Із даних цієї таблиці видно, що розроблені анортитові легковаги мають при близькій уявній щільності значно більшу міцність та значно меншу теплопровідність, ніж відомі промислові закордонні легковаги.

Таблиця 1

Властивості анортитових легковагих виробів

Найменування властивостей	Показники властивостей
	Анортитова легковага марки C-22 Z фірми BNZ Materials, США	Мулітокремнеземиста легковага марки МКРЛ-0,8 ГОСТ 5040-96, РФ	Розроблені анортитові легковаги ТУ У 26.2-00190503-233-2003
			АЛ-0,8	АЛ-0,7	АЛ-0,6
Масова частка, %: Al2O3	38,8	50	40,7-42,6	40,2-41,8	41,6-42,3
SiO2	47,8	-	41,7-42,2	41,3-42,7	40,9-41,5
CaO	10,9	-	14,8-15,0	14,8-15,0	14,8-15,0
Fe2O3	0,4	1	0,74-0,85	0,73-0,77	0,64-0,70
Уявна щільність, г/см3	0,737	0,8	0,8	0,7	0,6
Межа міцності при стисненні, МПа	2,2	2,5	4,2-5,4	3,7-4,3	2,6-3,0
Теплопровідность при середній температурі 650 °С, Вт/(м·К)	0,29	0,40	0,19-0,20	0,19-0,20	0,18-0,19
Додаткова лінійна усадка, %, при температурі, °С, з витримкою 2 ч:
1250	немає даних	1	-	0,5-0,6	0,5
1300	немає даних	-	0,6-0,8	-	-
Максимальна темпера-тура застосування, °С	1260	1250	1300	1250	1250

Анортитові легковагі вироби, які виготовляються за розробленою технологією, використовуються в печі для відпалу металевих заготовок при температурі 870-920 ?С у середовищі ендотермічного газу, в агрегатах виробництва аміаку для футерівки трубчатих печей у середовищі, що контролюється, при температурі до 1200 ?С. Всього в період з 2001 по 2004 р. виготовлено ~ 22 тони анортитових легковагих виробів з мікропоруватою структурою.

У додатках наведено титульні аркуші ТІ та ТУ, акт впровадження технології у виробництво, акти використання вогнетривів, розрахунок економічного ефекту, копію одержаного патенту України, термодинамічні розрахунки.

ВИСНОВКИ

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.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

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 1200-1300°С.

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 %.

АНОТАЦІЇ

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.

Ключові слова: анортит, легковага, пороутворювач, фазоутворення, мікропорувата структура, теплопровідність, відновлюване середовище.

Костырко И.Ю. Анортитовые легковесные изделия с микропористой структурой. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.11 - технология тугоплавких неметаллических материалов. Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2005.

Диссертация посвящена вопросу разработки отечественной технологии анортитовых легковесных изделий с микропористой структурой.

Разработан новый способ получения анортитового легковеса с микропористой структурой и низкой теплопроводностью, в котором порообразователем является вода, удерживаемая в структуре сырца затвердевшим гипсом и обеспечивающая образование микропор на этапах сушки и обжига легковеса. Данный способ защищен патентом Украины.

Выполнены исследования и установлены оптимальные состав шихты и технологические параметры, обеспечивающие получение указанной продукции с кажущейся плотностью 0,8-1,0 г/см³ с высокими показателями свойств при использовании в качестве порообразователя воды. Установлены зависимости свойств анортитового легковеса от соотношения компонентов в исходных массах, от дисперсности использованного сырья, влажности масс. Установлено, что из массы, содержащей каолин и гипс в соотношении оксидов, соответствующем стехиометрии анортита, возможно получение анортитового материала с кажущейся плотностью ниже 1,3 г/см³ и высоким пределом прочности при сжатии (~ 10-12 МПа). Установлено, что снижение массовой доли гипса до 30 % в массах, содержащих как шамот ШКН-1 так и дистенсиллиманитовый концентрат струйного помола марки КДСП, позволяет провести реакцию образования анортита полностью и исключить наличие ангидрита в изделиях, повысить предел прочности при сжатии и уменьшить линейную усадку. Установлено, что образцы, изготовленные из шихты, содержащей комбинированный заполнитель (5 % КДСП, 20-25 % ШКН-1) имеют лучшие свойства (кажущуюся плотность ~ 0,8 г/см³, предел прочности при сжатии 5-7 МПа). Показана возможность регулирования текучести и сроков схватывания каолиногипсошамотных масс за счет введения в них соответствующих добавок, не ухудшая свойства обожженных изделий. Определена оптимальная добавка. Показано, что дополнительное введение в шихту в соответствующих количествах легкого заполнителя (вспученного перлита) или пенообразующих добавок обеспечивает получение высококачественного анортитового легковеса с кажущейся плотностью 0,4-0,8 г/см³.

Выполнены термодинамические расчеты, которыми обосновано и экспериментально подтверждено, что процесс фазообразования в образцах из смеси каолина, гипса и алюмосиликатного заполнителя при содержании оксидов в соотношении, близком к стехиометрии анортита (35 % Al₂O₃, 45 % SiO₂, 20 % CaO), протекает с образованием промежуточной фазы - волластонита. При нестехиометрическом соотношении оксидов с содержанием СаО ~ 15 % анортит синтезируется при более низких температурах без образования промежуточных низкотемпературных фаз. В обоих случаях анортит образуется в виде мелких кристаллов, скрепленных стекловидными пленками, обеспечивающими высокую прочность легковеса, и этот процесс интенсифицируется с ростом температуры.

Изучен процесс фазообразования в образцах из компонентов оптимальных составов шихт (каолина, гипса и алюмосиликатного заполнителя), отличающихся по составу от стехиометрии анортита. Установлено, что образование анортита из указанных природных материалов протекает при более низких температурах и более интенсивно, чем из химически чистых веществ.

Исследованы служебные свойства разработанного легковеса, и установлено, что характер пористой структуры в полученных анортитовых легковесах влияет на теплопроводность. Определены зависимости коэффициента теплопроводности от температуры легковесных образцов с различным распределением размером пор в структуре и выявлено, что наименьшей теплопроводностью обладает анортитовый легковес с максимальной долей микропор 99 % (радиус пор от 1 до 6 мкм). Выявлено, что теплопроводность анортитовых легковесов с ростом температуры до 400 ?С увеличивается плавно по экспоненте, а выше 400 ?С практически остается без изменений.

Установлено, что теплопроводность анортитовых легковесов с ростом температуры до 400 ?С увеличивается плавно по экспоненте, а выше 400 ?С практически остается без изменений. Абсолютные значения теплопроводности микропористого анортитового легковеса в 2-2,5 раза ниже, чем у шамотных и муллитокремнеземистых легковесов при равной кажущейся плотности и сравнима с теплопроводностью волокнистых теплоизоляционных изделий муллито-кремнеземистого состава.

...