автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Керамические и стеклокристаллические материалы на основе металлургических шлаков

САНКТ-ПЕТБРШТСКИЯ ИНЕЕНЕРНО-ОТРСИШЫШЙ ИНСТИТУТ

На лразах рукописи

АСЛАМ ПАРБЕЗ

УДК 666.295.002.237

КЕРАМИЧЕСКИ! И СТШОШСТАЛЛШЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ШСТАЛЛУРГОЧЕСКИХ ТМАКОБ

Специалькоеть 05.23.05 - строительные материалы ■ и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

на ссаскание ученой степени кандидата технических наук

, Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Санкт-Петербургским инженерно-строительном институте.

Научный руководитель - кандидат технических наук, ' доцент Б.А. Григорьев

Научный консультант - кандидат технических наук,

старший научнкй сотрудник И.В. иещерякова

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор B.C. Черепанов

- кандидат технических наук, доцент В,В. Лнчии

Ьедущая организация ,-ШО "Стройкерамика" (г. Ыоскыа)

Защита диссертации состоится " " ДсхлвРЯ I99L г.

• в_/6 — часов на заседании специализированного совета

К 063.3I.0Ju в Санкт-Петербургском инженерно-строительном институте по адресу: 19оООЬ, Санкт-Петербург, ¿-я Красноармейскш ул., д. 4. . '

С диссертацией моннс< ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.

Автореферат разослан " ^/_ IS9L г.

Ученый секретарь trie циадиз превыше го , ,

совета, каццидаг технических наук ''0Эл:1В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблемы использования попутных продуктов промшлеьносги становятся актуалышш во многих странах. Примоиэние побочных продуктов является одням из эффективных' способов экономии природных ресурсов к речения экологических проблем. Строительство в г. Карачи (Пакистан) в I'ifcC году крупного металлургического комбината приело к образованию большого количества таков, получаемых в процессе производства чугуна. Ежегодно на комбинате Paxis7am srett. образуется свыше 250 тыс.тонн мака. Часть продукта используется компанией ыы. еемшыТ в производстве шланоцемента, некоторое количество применится для лодекпки дорог и бетонных работ. Потребление ишака в указанных областях не покрыв пет образующихся количеств. С другой стороны, в г. Карачи действует ряд предприятий по производству строительной керамики, которые используют привозное сырье. Работ по использованию этого шлака в производстве керамических и стеклокристалличегких материалов кэ проводилось. На основании этих фактов было признано целесообразным провести исследование пакистанского ишака для оценки возможности его применения в указанных областях.

Опыт использования металлургических шлаков выявил причины недостаточно интенсивного их внедрения в производство керамических плиток. Это, прежде веэго: нестабильность химического состава и незпвершнность физино-хииичосних процессов, происходящих при схлавдении пшаноных расплавов. Лри этих условиях большое значение приобретает разработка технологических приеме?, наиболее эйЬфектквно устраняют;«, их отрисателькое. влияние

на свойства изделий.

Проведенные исследования являются продолжением и развитием работ кафздрк строительных материалов ХЗИИСИ по разработке керамических материалов с использованием попутных продуктов промывдо нности.

Ufi.'b работ». Разработать научно-обоснованные технологические параметры получения декоративно-облиповочных изделий на основ« металлургических ашакоп с учетом их специфики. Пронести физкко-хиническое исследование пакистанского доменного илака с печью получения на его основе керамических и стеклокристалли-ческих материалов. . - . -

Научная новизна:

- изучено влияние режмма охлаждения к термической обработки но формирование сгруктуры шакопых эерон, а именно: п -ранули-рованных первоначально стеклообразных траках при термической обработке по режиму обкига керамических изделир о^рязуютси э»ро-д!»ли кристаллов, не имеющие геометрической огранки. В шлаках рогдуииого охлаждения после обжига наблюдаются кристалла-правильной геометрической фермы;

-установлено, что Солее совершэнная кристаллическая структура еэрен приводит к повыавнио механической прочности керамического материала;.

- показано, что разрушзниз шекосодвиадпих малс «дет по "траиогерновоку" механизму, при атом имес.: значение микроструктура алаког.ыг зерен. Распространяй трещину через зпрно замгд-/•датся при .зго более с«першшой° кристаллизации и вдет гю "пеж-кристаллнческому" механизму;

- выявяено, что при одной и той яе содержании жкл&стк-пшо компонента, увеличение размера его зерен позволяет значительно сократить время обжига. При этом увеличивается вэрсховатость поверхности ».врьмичискит изделий, особенно ярко выраженная при использовании гранулированных шало»). Наличие неровностей пре-яы1иаютих"1С0' м'см ограничивает использование масс длк производства глазуронашдах изделий;

- опробкропаиа ко^бинирбванная "полусухая" схема подготовки пресспорошка;

- впервыз проведено физико-химическое исследование пакистанского доменного пиана с пелыо его применения в производстве керамических и стоклокр исталлических материапов, предлотоны составы керамических плиточных масс и донора; ив них ситаллизирован-ных стекол;

- исследовано влияние подглазурного слой на формирование газовой фазы глазурного покрытия, показано снижение обтсП пористости в 1,5-1,Ь раза.

Практическое значение работы:

-. виз сены измзнзния в сутествующу» технологическую схему производства керамических плиток, которые позволяют использовать в составах маге металлургические шлаки без ухудшения качества изделий. Основным из них лмязтея комбинированный дат од подготовки грубодисгерснэго лресоторояка;

- доказана возможность применения пакистанского доенного ишака в лроизродстве керамических и стеклокристаллических материалов..

Реглизагия работа. На Ленинградском заводе керамиче?них

изделий ь шугае ны сьытно-проыытленные партии керамических плиток

для виугреннзй облицовки стен с использованием ваграночного и

о

доменного пшаксв обшим объемом 64С и . Изделия удовлетворяют требованиям ГОСТ 6141-91. Опытндая плитками Лши облииованы участки стен в по^еоениях кафедры строительных материалов ШбИСИ. Бездефонтн&я эксплуатация плиток в течение 16 месяцев говорит о возможности использования онытных масс в производстве керамических глазурованных плиток для внутренней облиновки стен.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсушены на: республиканской научно-технической конфереттии "Проблемы соверленствоваиия производства стеновых материалов с геяьо идоустриалкзглии строительства и повышзния сейсмостойкости зданий'* (Фрунзе, 199С г.), 4Ь научной кснференпии ЛИСП Оя-ни1град, 1991 г.), Всесоюзной конференши "'¿изико-химичзские проблемы материаловедения и новых технологий" (Белгород, 1991,г.), .^•"'республиканской конференции "Некоторые направления маркетинга разработок в области новых строительных композитов из природных и техногенных продуктов" (Юрмала, 1991 г.>, семинаре ВХО им. Д.И. Менделеева "Новые технологии к оборудование в производстве керамики" Шосква, 1992 г.), международном симпозиуме "Реконструкция - Санкт-Петербург 2С05" (С-Петербург, :1992 г.).

публикации. Основные положения дисс;фтаг ионной работы изложены в девяти работах, опубликованных в печати.

Обтем диссестттии. Дистартачиошая работа состоит из введения, б глав, обькх выводов, списка,Л1гтературы, приложений и чзломэна на 1^8 страницах ^ажаспи^кого текста. Содержит 32

рисунка и II таблиц. О:исок использованной литературы состоит из 1Ь9 наименований, в том число 37 работ зарубежных агтсроа.

На защиту выносятся:

- результаты физико-хташчэскпх исследований металлургических шлаков, позволяюпиг> прогнозировать их поведение в состава керамических масс; — •

- данныэ по влиянию дисперсности шлаковых зерен на скоросгь обжига и шероховатость поверхности керамических изделий;

- схемы подготовки пресепорзшка "сухим" и комбинированным ("полупиикерным") методами;

- результаты исследования дисперсности и фактора формы зерен шлаков после помола п конусно-инорпионноЯ дробилке;

- данные по исследованию микроструктуры и характера разрушения шлакосодершних масс;

-результаты количественной отенки газозоЛ фазы глазурного покрытия при наличии подглазурного слоя;

- составы стеклокристаллических материалов на основе пакистанского доменного шлака.

ОДРМАЮЕ РЛБО'ГЫ

Обзор литературы и выбор, направления исследования

Рассмотрены литературные источники, посвяшэнные физико-химическим характеристикам металлургических шлаков, анализу данных по их применению в производстве керемичзских и стекло-кристялличоских материалов, способа?! подготовки пресспсрошноп и влиянию подглазурного слоя на качество лктгавой поверхности. 3 результате с^ыло установлено, что:

- шлаки представляют собой етеклокристаллические материалы, главнкуи компонентами которых являются ¿>0^1 Мръ , СиО.Ы^О Для них характерно колебание химического состава. При этом следует ответить, что соотношение кристаллических фаз и стеклофазк зависит нв только от химического состава, но и ст ре «а охлаждения шлакового расплава. Таким образом, тепловая пррдыстория шлака, оказывает, влияние на формирование его м-лфострук^уры и на степень завершенности вч формирования. В сияаи с птю.', сспользо-ванпю шлаков должно предшествовать исследоааыиа процессов, происходящих с нда при термической обработке;

•• для_получения плотной структуры материала на стадии формования целесообразно вводить в состав гихгм с глиноГ опткмачьноо количество грубодисперсного компонента, »в претерпо огл'иг;го полиморфных превратениЛ в проюсое обкига. Наряду с достаточно де-тальнш изучением оптимального ооотновшшн компонентов по ({рак-иигм, 1Кпенши остаются вопросы влияния размера максимальной фрзкпии на качество поверхности керамического изделия, к:-, возможность увеличения скорости обшга, д также гранулометрический состав материала, после помола да хенкретном оборудовании;

- на основании сравнительного анализа сухого и мокрого способов подготовки пре-еслоропк.э било пригнано галвсоо^разшя олро-^/р/'Ватъ комбинир'от'агаьгй и-зтод подготовки прпс:порот.:;а;

- дппньп технической литерлтурьг ¡'оворад с гюпочт.тёлыюн в^иян/а по^глазут/ног^ слоя на своРстпа г.гг.зу-рованных ксфаумчее-ккх. изделий, однако слияние подгляаурного слоя на формирование' г чаопоЯ глезури исследовано нздостато"яо полно;

- на основании данных т.ктературн Яши «*|удо;тг.! хгаичоекка

?

составы шлакоситачлов и ыиогокольииовых сятеллизировянных я ликвашюнных стекол для декоративных изделий и глазурей, задачей исследования ст."ио показать возможность применения для их проиогодстяч паклстпнского домр, иного мака.

Вмсяизло»«нпс? позволило сформулировг.ть основные направления работы:

. - провести фисшко-химическое исследование металлургических шлаков, позвсляшйо прогнозировать их поведение в составе керамических масс;

- исследовать влияние дисперсности шлаковых зерэн на скорость обжига и свойства керамических масс;

- исследовать хяргктеристики непластичных компонентов по дисперсности и фактору формы после помола на конкретном оборудовании;

- изучить структуру и характер рагрупвшя шлакосодертачих масс;

- провести количественную опенку влияния яодглазурного слоя на формирование газовой фазы глазурного покрытия;

- опробкровать пакистанский доменный так в производство' с те к л окр и с т ал л и че с к их материалов;

- проверить полусонные результаты в производственных условиях при выпуске опм? но-промышленной партии изделий.

Методы исследования .

Для решения поставленных задач использовали комплекс сов-рег/енньос методоп анализе., погяо.што'шй определить физико-химические характир».ст11ки исхсдн'лх материалов и свойства изделии ля. >;х основе: рентгено- и термореггггсноФогювьтИ, электронно" и сити-

ческой мшсгоскопии, дифференциально-термический, дилатометрический.

Результаты анализов обрабатывались с помощью компьютерного автоматического анализатора изображения (программа "Видеотест").

¿■изико^мэханические характеристики материалов определяли по общепринятым методикам. Характеристики плиток из опытных иасс определялись в соответствии с требоганйпми 1ССГ 0141-21.

Сь-рьзвые материалы

11а основании выводов из обзора технической литературы и постановки задачи исследования в качестве основмк сырьевых материалов в работе использовались: доменный шлак завода 7л* Карачи (Пакистан), вагнарочный шлак завода Лентруб-

лит (С-Пэтербург), кембрийская глина. Выбор шлаков обусловлен следующими основними причинами: местонахождением указанных попутных продуктов промышленности (работа проводилась с учетом интересов Пакистана и ленинградских керамических предприятий); разными режимами охлаждения '¡злаков, что дает возможность сравнительного анализа влияния тепловой "предыстории" шлаков на свойства строительной керамики.

лзмбрийская ^лина, несомая для се лзр о-западного региона России, использовалась и в композиции с пакистанским ишаком, т.к. по минэральпому составу является оптималькой для производства ¡'.зделиЯ строительной керамики я глины аналигичного состава используются в Пакистан.

домино указанных, в работе иопгльзовались (в качестве вспо-могвтельтп: или для получения сбразпоя для сраятпия) трЕдгаи-

о

V

оннш сырьевые материалы; химический состав которых приведен в табл. I.

Из-за предполагаемой нестабильности состава шлаков анализ этих материалов производился для кавдой пробы, взятой в различное время с интервалом приблизительно в 3 месяца. Для ваграночного шлака было сделано 5 анализов, для доменного - 3.

Физико-химические исследования шлаков показали: режим охладцения шлакового расплава оказывает значительное влиядаэ на формирование его структуры в процессе термической обработки. Гранулированный доменный, шлак в исходном состоянии является рентгеноаморфным материалом. По данным терморентгенофаз'ового анализа он начинает кристаллизоваться при температуре 85С-900°С, фиксируются минералы группы милелвта (окерманит и геленит). При дальнейшем повышении температуры качественная картинами меняется, наблюдается лишь незначительное увеличение интенсивности пиков. При снижении температуры фазовых изменений нэ происходило. Дифференциально-термическим анализом зафиксирован значительный экзотермический эффект при 9Ь0°С, ло-ввдимому, именно при этой температуре происходит интенсивная кристалли-заиия'шлака. Дилатометрические исследования показали при этих температурах начало увеличения размера образца.'

Микроскопические исследования гранулированного шлака показали, что первоначально он является однородным стеклообразным материалом. После термической обработки по режиму обжига керамических изделий образуются зародыши кристаллов, не имеющие геометрической огранки.

Аналогичньа исследования ваграночного шлака воздушного

Таблипа I

Химический состав сырьевых материалов

Наименование _;_Содержание оксидов, масс.%

материалов пап №2. СлО М?0 ■ КгО М&гО прочие

I 2 з 4 5 6 7 8 0 10 И

Доменный пиак (комбината РЛХПТАН 5ЛГЛ Пакистан) 0,1- о,ь 35,0-36.С 14,5-• 16,0 . 0,5- 37,5-■£9,С ' 5,06; 5 0,1Г ^ | V 2:1- 0,40,7 0,4- 11с

Ваграночный :;иак (завода Лентрублит) 0,21,5 гь, с- 45,6 5,611,3 5,57,2 с6,5-41,6 2,5-£,2 0,10,4 с.г- 0,5 СДОИ 0,7-

ге^брияская глина 4, £4 62,С9 ■ 17,07 7,04 1,43 2,£7 4,45 0,2 0,61

Огеклобой (бутылочный) _ 71,£ 1,4 С,1 7,Ь" 4,0 * _ 15,4

Нефелиновый конгентоат 1,2Б 4с,ЬЬ 29,03 г, 16 1,56 0,55 7,52 12,14 _

Глина бентонитовая 9,36 5Ь,24 20,1С 7,1С г, к 2,46 „ 0,45 С,6

Отсев дробления касоонат-ных пород 40,22 II,С5 . 2,31 С,91 26,22 17,Ьб 1,05 '

март вый пэсок С.,46 98,54 0,5 0,5 - - - - - -

охлаждения показали: в иЬходном состоянии присутствует геленит и волластонит. При подъеме и снияении температуры значительных: изменений терморентгенофазовьм анализом не фиксируется. Дилатометрические и дифференпиально-термические исследования не зафиксировали каких-либо значительных изменений. Микроскопические снимки ваграночного шлака до и после обжига показали, что зародыши кристаллов в исходном материале после термической обработки принимают правильную геометрическую форму.

Сравнение характеристик ваграночного шлака с доменным говорит о его более стабильном состоянии. При термической обработке фазовые изменения, происходящие в нем, незначительны и связаны с соверпЕнетвованием кристаллической фазы.

Г'рубодисперсные шлакосодержшпяе-массы скоростного режима обжига

Проведено исследование дисперсности шлаков на технологические характеристики и свойства керамических масс. Были опробованы массы с различным соотношением- грубо- и тонкодисперсной составляющей {шака и кембрийской глины): I - 20:70; П - 40:60; Ш - 50:50.

•Эти соотноивния выбраны из оптимального интервала, определенного и обоснованного ранзе проведенными на кафедре строительных материалов работами. -

Для каждого из указанных соотноеений шлак (ваграночный либо доменный) вводился .различной дисперсности, группа клака определялась по размеру максимальной'фракции: а - 0,63-1,25 мм; б - 0,215-0,63 мм; в - 0,14-6,315 мм; г - менее'С,14 мм.

Гранулометрический состав таков после помола в лаборатор-

ной.шековой дробилке представлен в табл. 2. Для получения каждой последующей группы'материала более крупные фракции возвращались на доыол.

Таблица 2

Гранулометрический состав ваграночного и доменного шаков различной степени измельчения

Груша шлака _Содержание <£ракций. масс.$ '

по дисперсности 0.63-1.25 0.315-0.63 0.14-0,315 менее 0.14

В-а 25,7 26,0 26,5 19,6

В-б * - 37,5 41,0 21,5

В-гВ1 - - 64,3. 35,7

В-Г - - - 100

А-а 37,0 .. 30,0 . 20,5 12,5

Д-б - 47,7. 32} 5 • 19,6

А-в - . - 62,1 . 37,9

А-г1 . - - - IC0

. Таким образом, на основе ваграночного и доменного шлаков Йыло получено 24 массы, маркировка которых означает: буква В или Д - используемый пнгак (соответственно, ваграночный или доменный); римская цифра I, Д или Ш - соотношение ишака и глины; буква а,'б, в илиг - размер максимальной фракции. Например, . ивдекс массы АПв' означает: tocca на основе доменного шлака, со-'• отношение таак:глина - 60:40, размер максимальной фракции 0,14-0,315 мм. ,

Из полученных мае формовали образцы размером 50x50 мм различной толщины 15, 10, 15-, 20 и 25 мм).

• Образны обжигали на поточно-конвейерной линии Ленинградского 'завода керамических изделий по следующему режиму: продол-

жительность обжига (включая охлазвдение) 70 мин., максимальная температура 960°С, ввдержка при максимальной температуре -12 мин.

Образцы, не в одержавшие скоростного обжига, обжигались в лабораторной муфельной печке- Режим обжига выбирался на основе работ'М.И. Рогового. Время подтема до максимальной температуры составляло £ часа 40 мин., ввдержка при максимальной температуре 960°С - I час. Скорость охлаждения регулировалась приоткры-ванием дверцы. Время охлаждения до 350° С составило 2 часа.

Характеристики полученных образцов приведены а табл. 2.

Шероховатость поверхности оценивалась по поперечному срезу образца с помошью металлографического микроскопа МШ-8.

На основании проведенных работ и физико-механических показателей опытных масс можно сделать следуютве заключение:

-'опытным путем установлено, что на длительность обжига, помимо толщины изделий и количества отошителя в массе, значительное влияние оказывает его гранулометрический состав. Показано, что при содержании частиц .размером 0,315 мм 37,5 ма.сс.% и более изделия толщиной до 25 мм могут обшгаться за 70 мин. 25 мм'соответствуют размеру самой широкой перегородки пустотелого кирпича. Образцы любого из олробированных размеров (^ = 5, 10, 15, 20, 25 мм) и всех групп, по дисперсности оточттеля выдержали шестичасовой обжиг. Обжиг продолжительностью б часов для грубой керамики предложен и обоснован (технологически и экономически) М.И. Роговым и ре ал и • ован на керамическом комбинате в Голицино (Московская обл.);

- по физико-мехаг:ческим характеристикам для неглазурован-

Таблица'3 Физико-механические характеристики образцов на основе металлургических шлаков { it. « 25 мм; время обжига 70 мин)

№ п/п Индекс массы Обшая усадка, Водопог- лоше ние, % ■ Средняя Прочность Шерохо-плот- при ежа- ват ость ность, тии, КПа поверх-„Г/М3 ности, кг/м мкм Влажно-стное расширение, %

I 2 i V 4 5 6 7 6

I Bis 0,7 7,6 2040 54 132 0,105

2 BW 0,9 7,Ь 2030 57 120 0,098

3 ВПа ■ 1,2 , 7,2 2060 46 ИЗ 0,099

4 ВПб " 1,7 7,0 2070 55 105 0,100

5 ВШа 1,6 8,0 2030 47 117 0,051

б ВШб 2,2 7,7 2030 49 IC7 0,070

7 Д1а .. 0,5 9,3 2010 51 19Ь 0,099.

Ь Д1б 0,6 10,0 2000 47 140 ■ 0,101

9 ДПа 1,2 tí-, 5 1930 44 153 0,097

10 ДПб 1,3 9,Ь 202Сг ' 40 137 0,075

II ДШа 1,6 b,Z 1910 42. 145 0,073

12 ДШб 1,6 - -, 6,6 1920 . 39 140 0,062

время обжига 6 часов

IS В1в 1,2 7,8 2030 58 • 62 0,097

14 В1г 1,4 8,0 2050 62 ' 60 0« 103

15 . БШ 1,7 7,5 2040 51 , 72 0,101

16 . ВПг ' 1,9 7,4 2020 59 70' 0,09b

17 Вйв " 2,1 Ь, 3 1980 . 53 68 . 0,072

18 ВШг '2,3 6,1 1970 55 50 о.оьз

19 А1в 1,1 8,0 2020 49 120 0,104

20 Д1г 1,Ь 6,2 . 1990 53 • 96 ' 0,112

21 ДПв 2,2 Ь, 7 1920 48 112 0,099

22 ДПг 2 * *ч ) V» 6,3 1910 '45 95 0,С66

23 . Д!Е» 2,5 7,9 1Ь70 48 , 105 0,07В

24 ДШг 2,6 • 6,4 1890 ■ £4 65 0,067

пых изделий подходит любая из апробированных масс. Это говорит о технологичности указанных составов при применении объемной дозировки и колебаниях гранулометрического состава, возможного при грубом помоле;

- следует отметить насколько более высокую механическую прочность образцов с ваграночным шлаком и меньвдто шероховатость их поверхности при прочих равных условиях. Большую шероховатость поверхности образцов на основе доменного шлака можно объяснить увеличением размера зерен ишака при температуре кристаллизации. Предварительными опытами показано, что глазурованные изделия'имеют качественную лицевую поверхность при неровностях керамической основы менее 100 мкм. Это явилось критерием для выбора шлака по группе дисперсности при использовании в производстве глазурованных изделий, в частности, керамической плитки для внутренней облиповки стен. Для ваграночного шлака эта группа в (размер максимальной фракции 0,14-0,315 мм); для доменного - группа г (менее 0,14 мм).

Следующий этап работы заключался в разработке и обосновании технологической схемы получения грубодисперсных пресспорош-ков. .'..-,

Особенности подготовки пресспорошка грубодисперсных шлаковых масс

Учитывая данные обзора технической литературы (глава I) о преимупествах и недостатках "мокрого" (шикерного) и "сухого" способов подготовки пресспорошка, а так«® такие особенности попутных продуктов промышленности как нестабильность состава и результаты исследований по свойствам грубодисперсных масс, пред-

латаются следующие варианту подготовки пресспорошка.

В случае использования спекающихся глин, где роль непластичного компонента во многом связана с интенсификацией процесса сушки и обжига, реализуется схема "сухого" способа подготовки пресспорошка. Если же глина для улучшения технологических характеристик требует ввода нзбольших добавок (например, пластификаторов, плавней со стабильным составом), ситового обогащения и др., то наиболее рационально применение "полусухого" способа подготовки пресспорошка. При этом грубодиспэрсный компонент (в нашем случае; ишак),измельчается "сухим" способом, а тонкодисперсная составляющая (глина + тонкомолотые добавки) получали по" принятой в настоящее время на плиточных заводах шликерной технологии с обезвоживанием на бапвнно-распылительных сушилках.

Выбор молольного оборудования во многом зависит от исходных характеристик сырьевых материалов (влажность, твёрдость и др.). •

В диссертации приёеден вариант такой схемы с применением действующего оборудования. .

Исследование механизма тзазрутания длакосодержащих масс .

Характер разрушзния изучался по микроскопическому снимку излома образца^ полученного после испытания на изгиб.

Для сопоставления исследовались образцы: производственной • массы 13КМ; массы на основе ваграночного шлака; массы на основе ' доменного шака; традиционно используемые для грубой керамики '"•геи с использованием кварцевого песка. .

Для керамики излом идет по межзерновым границам, что отражается на характере образующейся после разрушзния поверхности.

V стекол она гладкая, у керамических материалов - шероховатая. Разрушение - ото создание ноя о А поверхности в материал». Анализ разрушения, по сути деле, это анализ новой поверхности.

На показатель прочности керамических масс оказывает влияние формирование макро- и микроструктуры керамики. В керамике, « отличие от стекол, т ре тины, по мнению многих авторов, распространяются с ЛольтеА трудностью, так как развитие третин в материале можно изменить по направлений, замедлить или дане при-оетанор^ть, когда она пересекает грани™ кристаллической

V. стзклофазой.

На основании проведенных-исследований были сделаны следующие выводы:

- при использовании грубодиспврсных Г'вас снимется вероятность образования перепрессовочных третий, оказывающих отрицательное влияние на механическую прочность;

- использование материалов с полиморфными превращениями в изделиях, обжигаемых при скоростных режимах, снижает механическую прочность, раэруивнйе'вдет по "межзерноэому" механизму;

- разругали" шткосодержагаих масс идет по "трансзерно^ому" механизму, при этом имеет значение микроструктура зерен мяча. Распространение трещины через зерно замедляется при его более совершенной .кристаллизации; Нормирование'структуры таковых зерен 1при к<внтичкых условиях обжига) зависит от тепловой "пред-истории" шлака и, прежде всего, от режима его охлаждения, /дя достижения повышения механической прочности масс с использованием гранулированных шлаков возможна при изменении режим«:; обжига. Корректировка рсчигоа, по-видимому, должна заключаться в ор-

ганизапйи ввдержек при тзмпературах образования зародышей кристаллов и их роста.

Двухслойное декорирование керамических изделий

При использовании длаков Для Ьроньводства глазуровантак керамич!ескйх Изделий, наблюдаетсй ухудшение качестьа лицевой поверхности. Для устранения ¿эдиктов глазурованной поверхности применялось двухслойное декорирование. При этом в состав а;ггс-■5ов вводились далоче- и бор содержащие компоненты. В качестве оптимального (по влиянию на качество лицевой поверхности и на термостойкость изделий) бал выбран состав для подглазурного слоя, содержащий (масс.%): S/О, - 62,Ь2; M¿Os - 17,26; FtQs - 0,91; CaO- 4,15; - 1,45; KtO - 2,22; Na.0- 4,26; BjPr - 0,97; Ш - 5,b6.

Исследовалось влияниа подг лазурного слоя на белизну и ха-сактер газовой фазы глазури. Для изучения газовой фазы глазури был использован штод компьютерного автоматического анализатор! изображения. Показано снижение обивй пористости глазури в 1,51,8 раза.

фоме того, при использовании темноокраиенных масс на основе кембрийской глины, нанесение подглазурного слоя с низким содержанием красящих оксид,ов способствует повышнию белизны глазурного покрытия на 5-7%, а также ул/чшние цветовых характеристик глазурей светлых тонов.

Для получения глазурованных издолий различного назначения по поточно-конвейерной технологии исследовалось влияние тотош керамической основы на качество лицечо* поверхность.

Б результате было .установлено: при ксполы5ог?.кки псдглязу]

эго слоя была получена гладкая ровная-поверхность, не зависи-ь от толщины образна. В случае применения для покрытия только лазури наблюдалось ае впитывание в пористый материал без обра-эвания ровной поверхности. Иа остеклованных участках имели зсто многочисленное наколн, в местах вкхода на поверхность зо~ =!Н талака наблюдалась сборка глазури.

Таким оброзом, на*/и установлена возможность получения кв-омгаш на осысле грубоциспзрсных игся'котлх масс с применяем рухслоР.порп деКорИрСВПНИЯ. ' •

Промыишеиное опробирования. Проверку результатов выполнен-ого исследования проворили в условиях Ленинградского завода еоашшеских кгдолиР. Выли выпуясни опмтно-промКтшеиные партии вроиичо-ских плиток для тпгугренией облппсзки стен с нспольиоаа-:ием «-агоаночнот'о и доменного шпаков, '¿изико-механические ха~ •яктеуксики плиток приведена я табл. 4. ''•"

Таблица 4

¡яижнопание Гнебования :оказаталеЧ I ООГ 6141-91

Показатели свойств ппит?к 'ач

произволе'! - опьггн}!х »ас(.

ненкой массы

№ I

Я .1

кщоиогло-пенип ке более 36%

ермичоская ¡топкость

!редя л проч-юсти при «зги5е

-'садка, У-

1лпжнг сткое мстирешл, %

(15С+5ГС

ио мо нее 12 Й1а

15,5 175 .

£3,5 2.5

С ,07

10,3 9,4 175 175,

18,5 20-3 .1,8 .0,3

0,016 0,322

Отеклекристаллические материалы на основе доменного шлака

В настоящее время доменный шлак комбината " $7ïei «

не используется в производстве стеклянных и стеклокристалличес-ких материалов. С другой стороны, данные технической литературы говорят о целесообразности применения ишаков в производстве стеклокрсталлических материалов различного назначения. Црлыо данного исследования является показать возможность лримежния пакистанского.ллака в производстве (шгакоситаллов, глазурой, декоративных стекол.

На основании обзора технической литературы исследовались оптимальные составы в системах: ■SiOj _ М203 - RO - R^O S/Oi -А1г09 - RO Bi05

Si 02 . А£л03 _ RO _ R30 . &гОь _ 7iOz

Яри этом стремились к максимально возможному вводу в состав доменного шлака. ' ."'

Всего бьшо рассмотрено 14 составов. В результате было установлено: на. основе доменного пшака можно получить прозрачное стекло, стекло с частичной кристаллизацией, локально расположенной по объему; стеклокристаллический материал с полной объе»< ной кристаллизапюэй. '

Оптимальным с точки зрения технологических характеристик и декоративных эффектов бил признан ' : став, содержащий (масс.%!

S'Oz - 46,50; А1ръ- 5,49; /еД- С,22; С е. О - 15,30; \<%0 _ £,2Ь; KJD - 0,04; Л'а/>- 5,6Ь; 7/q - 15,14; Вх03 . £,70; ППП - 5,50.

21 • ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1, Получены керамические и стзклокристаллическш материалы на основе пакистанского доменного шлгла.

2. Лредлолена отличная о-r сутествуютей технологическая схема производства керамических плиток, которая учитывает особенности илалосодержапмх масс и предполагает сухой или комбинированный способ подготовки пресспорошка и двухслойное декорирование.

2. Изучено влияние режима оплаждзния и термической обработки на формирование структуры шлаковых, зерен, а имонио: в гранулированных перноначальнэ стеклообразных шлаках при термической обработке по режиму обжига керамических изделий образуются зародыш .кристаллов, те имеющих геометрической огранки. В ишаках воздушного охлаждения после обжига наблюдаются кристаллы правильной геометрической формы.■ Установлено, что более совер-шзннэя кристаллическая структура зорен приводит к повьшзнкю механической прочности керамического материала.

4. Опытным путем установлено, что -на .длительность обтага, помимо толшины изделия и количества отошитоля в массе, значительное влияние оказывает его гранулометрический состав. Показано, что при содержании частиц размером' 0,315 мм 37,"5 масс." и Со-гее, изделия толгошой до 25 мм могут обжигаться за 7С мин. 25 мм соответствуй размеру самой широкой перегородки пустотелого кирпича.

Показано, что глазурованные изделия имеют качс, странную линевум поверхность при неровностях керамической осноим ve нее КО ы'см, чго является причет дай для выбора ишака по группе дне-

22 ■ порсности при использовании в производство глазурованных изделий.

6. Установлено, что при помоле ишаков как в нскопоП, так и в конусно-инерционной дробилке наблюдаются сходнда характеристики полученных порошков, а именно: фактор формы частиц (>,9Ь и 0,95 соответственно, получение значительного количества частип более мелких фракций по сравнению с максимальным заданный размером, т.е. при внборе размера максимальной фракции на указанном помольном оборудовании основное количество частиц имеет размер в 21-26 раз меньше.

7. Показано, что разрушение шлакосодержаиих масс идет по "транезерновому" механизму, при аток имеет значение микроструктура шлаковых зерен. Распространение трещины через оерно замедляется при его более соверавиной кристаллизации и вдет по "шж-кристаллическому" механизму . •

Ь. Исследовано влияние подглазурного слоя на формирование газовой фазы глазурного покрытия, показано снижение обпей пористости в 1,5-1,8 раза. *

9. Результаты работы прошли проверку при выпуску опытяо-промьпменных партий в условиях Ленинградского завода керамических изделий.. - . ' ' ''.'. .

10. Экономический эффект достигается при снижении затрат по статьям "Сырье и сырьевые матерадг--:" и уменьшению энергозатрат при переход» на сухой способ подготовки пресспоротка. В не-(¡ох Ш квартала 1992 года стоимость сырьевых материя лог. сократе-на в 4 раза, затраты онергии на подготовку пресепсхсшгя «а

Основные полояюш'л диссертации изложены а след/ютих работах.

1. Григорьев Б. А., , Ыэщэрякова И.В., Лслам Дарвея. Получение и свойства стеновых керамических материалов скоростного режима обжига. /Дез. докл. реелубл. науч.-техн. конф. Проб лет совершенствования производства стеновых материалов с гелыо ин- . дуегриализат'ки ст|,оитг- тьст«*» а почмшэнкя сейсмостсйкости зданий. - <1ручзе. - - е. 7.

Млтегрлкола И.В., Аслрм Ипрвез. Арамика на основе гру-бодисперсных •лгаксвь'х масс с применением двухслойного декорирования. //Утро игольные материалы из попутных продуктов промышленности Дешигр. инж.-строит. ин-т. - Д. - 1990. - с. 23-25.

2, Мэп®рякова И.В., Аслйм Парвез. армирование глазурн0"0 покрытия при декорировании грубодиеперсных масс. //Строитохьм« материалы и изделия из техногенного сырья /Ленингр. инж.-строит. ин-т. - к. - 1У.31. - с. 1С-14.

4. Аслан Парвеа. Стенка металлургического шака Пакистана как сырья для производства керамических' изделий //Отроите.сьлиэ материалы и издолин из техногенного-сырья Деникгр. инж. опт. • ин-т: - У - 1991. - с. 17-20.

5. 1/йпгрякова И.В., Аслам Парвез. Формирование структуры пшакосодеркач-юс чпсс. /Дез. докл. Бсесош. конф. Физико-хдая-1.е-;:<йе проблемы материаловедения и новьй технологии. Ч. 2. -Белгород. - 1951. - с. 117-1

6. '¿?'1вряковч И.В., 'Аслам Пвртоз, шмпи Ш.Г. Особенности, подготовь»; нлктсчш:/ масс на "основ?! металлургических шлаков. //'Промышленность строительных, материалов. СЬрия 5. - тра^ичес-

кая промышленность: Науч.-техн. реф. сб. /ВНИИ 1ГШ и экономики пром-ети строит, материалов. - 1991. - Вып. 6. - с. £7-29,

7. Аслам Парвез, Григорьев Б.А., йэмпи Ё.Г., Меиерякова И.В. Глазури на основе кальнийсодержаших металлургических шлафор. /Двоись: докладов школа-семинар "Новые технологии и оборудование в производстве керамики" /ВНИИЭОЛ, секция тонкой керамики московского правления ВХО им. Д.И. Менделеева. - М. -1992. - с. 41.

6. Мегерякова И.В., Аслам Парвез, Шалимова И.В, Елияние :подглазурного слоя на качество поверхности глазурованных изделий. //Отекло и керамика. - 1992. - А' V. - с. 16-17.

,9. Аслам Парвез. Применение шлака комбината " ;£> производстве керамики //Ал-Хадид СРА$М*с ). - Серия Ь. -4;: Карачи (Пакистан). - 1991, - с. 7-в.