автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Кирпич керамический для футеровки тепловых агрегатов на основе легкоплавкого глинистого сырья (технология и свойства)

ВСЕСОЮЗНОЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ СТЕНОВЫХ И БЯНУЩХ шАТЕРИАЛСЗ

ВСЕСОЮЗНЫЙ МУЧКО-ИССЛЗДОВАТЗ^-ЖЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИИ' им.ПоП.БУДНИКОВА

АВДУЛГАЗКЫОВА Райхака Гимазутдиновна

УДК 656.71/72;66.04.1

КИРПИЧ КЕРАМИЧЕСКИЙ ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ ЛЕГКОПЛАВКОГО ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ (ТЕХНОЛОГИЯ

И СВОЙСТВА)

05.17.11 - Технология силикатных и тугоплавких

На правах рукописи

неметаллических материалов.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой - степени кандидата технических наук

Работа выполнена во ВКИЛстроме им.П.П.Будникова Всесоюзно: каучно-производстЕенного объединения стеновых и вяжущих матер»

Научный руководитель

Официальные оппоненты

кандидат технических наук, старший научный сотрудник АШАРИН Г.Д.

доктор технических наук, професс TOPiiiKOB B.C.

кандидат технических наук, старшй научный сотрудник ПЕТИ1ХИНА Г.А.

Ведущая- организация . . - Производственное объединение

"Воронехстроймат ериалы"

Защита диссертации состоится " ■t—1992 г

-

в iif.. часов на'заседании специализированного совета К,III.05 по присуждения ученой степени кандидата технических наук во Вс союзном научно-произЕодстЕенном объединении стеновых и вяжущих материалов по адресу: 140080, п.Красково Московской области, ул.Карла Маркса, 117.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке объединена. Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв заверенный печать» в адрес специализированною совета.

Автореферат разослан

«МЛ

92 г.

Ученый секретарь cAlT

специализированного совета г^11 юилия^

АНТОНИЧЕВА Н.Б.

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблем: самена шамотного огнеупорного кирпича в тепловых агрегатах с рабочими температурами 7СС-1Ю0°С более дешевыми и распространенными материалами является важной народнохозяйственной задачей, поскольку запасы качественных огнеупорных глин ограничены. К числу таких материалов может быть отнесен керамический строительный кирпич, обладающий повышенными теркомеха-

ническими характеристиками. Применение керамическою кирпича в

качестве футеровочного предопределяет необходимость изучения та-тх основных его сеойсте как деформационная стойкость при температурах до П00°С и термостойкость, а такхе разработки путей регулирования этих свойств и практических приемов получения таких вделий на основе полиминерального глинистого сырья. Специальных ^следований в данном направлении не проводилось, что одерживает шрокув организацию производства и применения кераютеского кир-шча для футеровки тепловых агрегатов с температурой до ПСС°С. [оэтому разработка технологических приемов производства керами-:еского кирпича с заданными термомеханическими свойствами, пред-азначенного для футеровки тепловых агрегатов, на основе широко аспространенного глинистого сырья является актуальной научной адачей.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка на-чных предпосылок и практических рекомендаций по производству ерамического кирпича для футеровки теплоЕых агрегатов с задан-ой деформационной и термической стойкостью в области '.температур Ои-ИОО°С на основе широко распространенного полиминерального инистого сырья и отходов промышленности.

Научная новизна. На основании результатов оценки термомеха-

нических свойств (деформационной стойкости под действием темпера

ры и нагрузки и термостойкости) керамических изделий, изготовлен

из различного полиминерального глинистого сырья, выявлены основн

факторы, влияющие на указанные характеристики и предложены пути

лучения изделий с заданными свойствами.

Установлено, что деформационная стойкость керамического ст£

тельного кирпича на основе полилинеральных глин, изготовленного

'ходом пластического формования на ленточных прессах, в интервал

температур 1000-1100°С определяется, главным образом, вязкостью

образующейся жидкой фазы, Керамические структуры с вязкостью ад

то

кой фазы в указанном интервале температур выше 1С Па.с обеспе1 вают необходимую деформационную стойкость изделий. А термическая стойкость определяется их макроструктурой. Термические разрушен: изделий связаны с .возникновением в материале напряжений, вызван градиентом температур (напряжения 1-го рода).

Установлены пути повышения термостойкости кёра\:кческого ки ча (в 2-5 раз) за счет изменения количественного и зернового со ва вводимых зернистых добавок (шамот, асбоотходы и другие) и ра ботаны критерии подбора шихты для получения изделий с заданной мостойкостью. Найдены добавки, позволяющие поеысить температурь1 применения керамического строительного кирпича на 80 -100 граду Выявлена корреляционная связь меаду деформационной стойкос химическим составом и огнеупорностью исходного сырья и предлоге критерии предварительной оценки глины в соответствии с предлоке ной классификацией.

Практическая ценность работы. Разработаны технологические ноеы- производства керамического кирпича для футеровки тепловых регатоэ на основе полкыинеральных глин и промышленных отходов, работаны практические рекомендации по производству керамическо:

кирпича для футеровки тепловых агрегатов на действующих заводах отрасли.

Разработаны технические условия ТУ 21-31-48-85 "Кирпич керамический для футеровки тепловых агрегатов", регламентирующие требования к строительному кирпичу для кладки тепловых агрегатоЕ с рабочей температурой 80Q-IICQ°C.

Внедрение результатов работы. Организовано промышленное про-шводство керагшческого кирпича для футеровки тепловых агрегатов ta Шевченковском КШ, заводе "ЕкрукиЕи", Ревдинском КЗ, Семилук-:ком КС1Л.

1 i

Б 1990 году объем выпуска кирпича для футеровки; тепловых аг-

I

¡егатов составил более 90 млн.шт. (более 32 тыс.тонн). Фактическая [рибыль предприятий от производства ноеого вида продукции состави-а: на заводе "Вырукиви" - 91,56 тыс.руб., на Великолукском КЗ -61,20 тыс.руб., на Шевченковском КСМ - 67,73 тыс.руб.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований доло-ены и обсуждены на Ученом совете ВШИстром (1988 г.), научно- ' рактических конференциях и семинарах, в том числе, конференции Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строи-ельннх материалов и строительной индустрии" (Белгород, ЕЛ! строи-ельных штериалов им.И.А.Гришманова, 1987 г.), первом мавдународ-эм семинаре "Керамика" (ФРГ, Нюренберг, 1990 г.). Работа по соз -анию технологии керамического кирпича для футеровки тепловых аг -згатов экспонировалась на ВДНХ СССР (IS65-ISS7 гг.).

Основное содержание диссертационной работы опубликовано 7 печатных работах.

Диссертация выполнена в отделе керамических стеновых ыате-[алов ВНИИстром им.П.П.Вудникоеэ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,

пяти глав, обидах выводов, списка литературы из 141 наименования приложений и изложена на 152 страницах машинописного текста, включая 33 рисунка, 13 таблиц и приложений на 19 страницах.

На эадиту выносятся:

- результаты теоретического обоснования и экспериментальш исследований технологических основ производства и применения к« рамического кирпича для футеровки тепловых агрегатов на основе пироко распространенного полиминерального глинистого сырья;

- результаты исследований тер.иомеханических свойств (дефо] ционной стойкости под действием температуры и нагрузки) керами1 них образцов, изготовленных из различного полиминерального гли: того сырья, а также установленные зависимости изменения термом' нических характеристик от химического состава и •огнеупорности ходкого сырья, количества и качества добавок, в частности, изм ние микро- и макроструктуры во взаимосвязи с термической стойк и пути ее регулирования путем введения корректирующих добавок;

- составы аихт, технологические параметры и экономические показатели производства и применения керамического кирпича для футеровки тепловых агрегатов на основе широко распространенног глинистого сырья и промышленных отходов. |

I

СОДЕРЖАНИЕ РАБ01Ы ■

Состояние вопроса. В результате многочисленных работ сове них и'зарубежных исследователей найдены эффективные заменител! огнеупоров, в том числе: огнеупоры на основе промышленных отхс (Д.П.Будников, А.С.ЕазелеЕИЧ, А.С.Бережной, К.К.Стрелов, Г.И.£ дат, И.И.Немец), ларостойкие бетоны (К.Д.Некрасов, А.П.Тарасо! П.Н.Григорьев, В.Л.Копейкин, А.Е.Гуревич). Одним из направлен! замены • огнеупорно!о кирпича мо^ет быть применение керамическо;

ироительного кирпича с заданными свойствами в тепловых агрегатах ! рабочей температурой до II00°С. Попытки использования строительно кирпича для кладки тепловых агрегатов был,; предприняты еде в :0-х годах (В.И.Вельский, А.В.Чернов). Работы носили чисто практи-еский и эпизодический характер. Специальных исследований в данной вправлении не проводилось. При изучении литературных источников е найдено данных о стойкости керамического кирпича к деформации :од действием температуры и нагрузки, его способности протиЕосто-ть, не разрушаясь, колебаниям температуры прп нагревании и охлаж-енш. Отсутстнуют данные о взаимосвязи термомеханических свойств зделий и характеристик исходного сырья, возможных путях повыпе-ия термомеханической стойкости керамического строительного кир-ича.

На основании анализа литературных источников за рабочую ги-отезу принято предположение о возможности создания температуро -стойчивых структур керамического кирпича на основе пслишнераль-ого, преимущественно, легкоплавкого, глинистого сырья путем под-ора корректирующих добавок и применения его взамен огнеупорного о И00°С.

Сырьевые материалы и методы исследований. С целью классифика-ии глинистого сырья и выбора критериев его оценки с позиций полу-ения температуроустойчивых структур Еыбраны представительные про-ы глин пятнадцати месторождений, отличающиеся по огнеупорности от 1160 до 1550°С), химическому и минералогическому составу. Со-ержание основных тугоплавких оксидов в исследованных глинах сос-авляет: ¡»¡.С^ - от 48 до 1Ъ%, А120д - от 9,1 до 20,4%, содержание ксидов щелочных и щелочноземельных металлов - от 2,7 до 17,3?.. о технологическим свойствам исследованные глины являются типичнн-и для производства керамического строительного кирпича.

Детальные исследования процессов формирования температуроус тойчивых структур проводили на глинах двух месторождений, являющ ся не только представительными для данного типа глин, но и поляр ¡¿и: каолинитовая тугоплавкая глина месторождения "Поозу" (огнеуп ность 1400°С) и полиминеральная легкоплавкая редвинская глина (о неупорность 1260°С).

Б качестве добавок для улучшения деформационной стойкости и следованы отходы обогащения огнеупорных глин (низкосортные огне упорные глины, непригодные для огнеупорной промышленности по сод ханиг основного окисла А^Од), рядовые отходы обогащения асбестс руд (асбоотходы) с огнеупорностью 15Ю°С. Годоеой выход отходов обогащения огнеупорных глин составляет около 5 млн.тонн, отходов обогащения асбестовых руд - около 50 млн.тонн.

Б качестве добавок, обеспечиЕашцдах формирование термостойка структур использовали зернистые добавки: шамот (бой кирпича собс венного производства), асбоотходы, граншлак, опилки, дегидратирс ванная глина.

Основными показателями, по которым можно судить о пригодное керамического строительного кирпича для службы в тепловых агрегг

I

тах в качестве футероЕОЧного материала, являются стойкость к деформации под действием температуры и нагрузки и термостойкость.

I

Определение стойкости к деформации под действием температу] и нагрузки осуществляли на установке, разработанной во ВНИИстрог конструктивные особенности которой обеспечивают высокую точност] снятия кривой истинной деформации образцов. Установка рассчитан; на испытания одновременно трех образцов при температурах до 1251 и нагрузках до 15 1.Ша к позволяет определить деформацию при пос янных телшературе и нагрузке в течение длительного времени (пол: честь)» При проведении испытаний была принята нагрузка на образ

0,2 Ша, которая соответствует среднему удельному давления, воспринимаемому огнеупорным;: изделиями в ни:шей части футеровки стены высотой 10 м.

Исследование термической стойкости проводили по стандартной методике, принятой для огнеупорных материалов (ГОСТ 7875-83), согласно которой-термостойкость оценивали по числу теплосмен (нагрев до 800°С - резкое охлаждение до 15°С), выдергиваемых изделиями без разрушений (до потери 20^ массы).

Влияние различных добавок на деформационную стойкость определяли по изменению вязкости жидкой фазы обожженных образцов в интервале температур 1000-П00°С. Определение вязкости осуществляли на ротационном вискозиметре (метод скручивания цилиндрического образца под действием постоянной нагрузки при нагревании).

Изменение структуры образцов оценивали по изменению пористости, фазового состава, микро- и макроструктуры с применением реят-генофазоЕого анализа и электронной микроскопии.

Для выявления и количественного описания зависимостей термо-леханических свойств от химического и зернового состава исходного ;ырья и добавок использовали методы корреляционного и регрессион-юго анализа с применением ЭВМ.

Экспериментальная часть исследовании выполнена в два этапа: з лабораторных условиях и на действующих загодах стеновых керами-геских материалов.

Исследование деформации под нагрузкой при нагревании обогаен-[ых образцов на основе полиминеральных глин. В результате исследо-(аний глин пятнадцати месторождений, отличающихся химическим, ьш-:ералогическим составом и технологическими свойствами, установле-о, что в интервале температур Ю0-800°С все "образцы, обожженные

при 1С00°С, претерпевают незначительное расширение от 0,5 до 2,'. (рис.1), связанное с термическим расширением материала. Дальне, see повышение температуры приводит к развитию пластических дефо. матхий, обусловленных появлением жидкой фазы.

По аналогии с огнеупорными материалами за температуру слуя керамического строительного кирпича принята температура 0,6/&-но деформации образца от точки максимального расширения при прилож ней нагрузки в 0,2 ЫПа. Установлено, что температуры 0,6^-ной д формации обо?гхенных образцов из всех исследованных глин, незави ыо от их огнеупорности находятся в пределах от 1025 до П50°С (табл.1, рис.1). Выше температуры 0,6^-ной деформации характер

кривых деформации различен и меняется в зависимости от хкмичес*

/

го z минералогического состава исходного сырья и вязкости хидке фазы. Для глин преимущественно каолинктового состава (Студено-) торская, "Лоозу") характерно медленное развитие пластических д< формаций. Скорость деформации на участке выше температуры 0,6/2-дефермации составляет от 0,21 до 0,3 мм/град. Для глин монтморз нитозого состава и высококарбонатяых характерны кривые с быстр« деформацией Еыше точки 0,6^-ной деформации. Скорость деформаци] для таких глин составляет 0,30-0,49 мм/град. 1

В огнеупорных алюмосиликатных материалах стойкость к дефо;

нации определяется содержанием муллита и вяькостыо аморфной фа:

Поскольку образцы из исследованных глин характеризуются незнач

тельным содержанием муллита, то их деформационная стойкость оп

деляется в основном вязкостью образующейся кидкой фазы. На осн

нии анализа кригкх деформации и показателей вязкости устаноЕле

12

что образцы с вязкостью жидкой фазы = 10 Пас характеризу ся высокими температурами 0,6^-вой деформации (III0-II25°C) и роким интервалом размягчения до 60-S5 град. Образцы с вязкость

хаолица 1

Исходные свойства глин и термомеханические характеристики обожженных образцов

на их основе

Наименование месторождения

Содержание оксидов, &о2 А1203 НО

тсс.% Огне- Коэф. -упор- плавность, кости,

ос

К,

пл

Вязкость, Па.с

Температура^де-

формации

0,6/о-го 4,0^-го сжатия сжатия

Скорост 10,6-4,0 деформа

гад?гр ад

' I. Усачевское 69,74 16,70 1,57 2,58 1550 0,055 3,7x1О12 1100 1195 95 0,210

2. Студено-Хуторское 69,62 16,61 1,75 0,98 1500 0,056 2,ЭхЮ12 3,4х1012 1125 1200 75 0,267

3. Лииовецкое 62,20 18,38 2,36 1,09 1430 0,108 1115 1200 85 0,237

4. "Йоозу" 59,56 20,44 3,34 3,90 1400 0,110 3,4хЮ12 1100 1170 70 0,286

5. Уватское 73,78 11,59 3,17 2,94 1340 0,089 2,7хЮ12 1065 1120 45 0,444

6. Паженское 75,24 9,46 3,81 2,34 1360 0,088 2,8x1О12 юто ШО 40 0,500

7. Зарубкин-ское 69,40 13,20 3,08 4,19 1330 О.Ш 2,8хЮ12 1125 1175 50 0,400"""

8. Ивдельское 69,24 12,43 5,21 ЗДЗ 1280 0,126 3,5хЮП 1060 1120 60 0,333

9. Ревдинское 61,82 16,40 4,65 2,76 1260 0,139 3.2хЮП 1050 ШО 50 0,400

10. Тягунское 64,44 13,64 5,82 3,77 1250 0,136 3,2x10й 1080 1150 70 0,286

II. Мазуропское 63,32 14,03 6,44 3,57 1250 0,138 1,1x1О11 1100 ИЗО 30 0,667

12. Ибресинское 68,74 12,21 3,70 2,88 1230 0,117 2,8x1О11 1,9хЮ10 2,6хЮ10 2,4x1О10 1060 1105 35 0,571..

13. Грсмяченское 55,40 11,13 13,54 3,38 1200 0,177 1035 1090 55 0,364

14. Б.Канимансур 48,16 14,62 14,44 3,64 1180 0,245 1010 1050 40 0,500

15. Лягушевское 62,10 9,11 10,87 2,44 1160 0,215 1000 1050 50 0,400

Ш группа

\ I I КЧ

7во ¿¿а ооо лао м

Й-1

V.

№

-)0

Ргс.1. Кг-г.вге дэ'оряхг-г. под ~е"стЕкв:л те.'.гте:';®?;,'?^ г,

нагрузки (С,2 .'.На' о^с-ггннкх образцов не основе псследоза:"-"'Х глг.н

- 13 - г }

10® Па.с имеют низкие температуры 0,6;'»-но/. деформации (на 80-100 град.ниже). Поэтому за критерий оценки глинистого сырья была принята вязкость жидкой фазы в температурном интервале 10Си-1Ю0°С Ю^-Ю14 Па.с.

При изучении влияния химического состава исходных глин на деформационную.стойкость образцов на их основе установлено, что определяющее влияние на вязкость зкдкой фазы оказывает примеси оксидов щелочных и щелочноземельных металлов (СаО, ^0, .Л^О). Так, обожженные образцы, содержащие в своем составе более 4;1 перечисленных окислов при огнеупорности 1350-1400°С, имеют температуру начала размягчения (Тп на 50-50 град, ниже,по, сравнению с I

■ I I

образцами из глин, содержащих примесей на деэ порядка меньше |

(2,5-3,0$), а их еязкость составляет Па.с против 10^ Па.с. Увеличение содержания легкоплавких оксидов до 6-10,приводит к снижению вязкости ;<идкой фазы (до'Ю^'^-^ Па.с) и, как следствие, к снижению температуры начала размягчения на 80-100 град. ".Интервал размягчения для таких глин находится в пределах 30-40 град.

то

(при £> = 10 Па.с, ДТд 5_4 д = 80-100 град.). Такие глины не могут быть рекомендованы в качестве сырья для производства кирпича для футеровки тепловых агрегатов, так как дахе при кратковременном повышении температуры в тепловом агрегате СЕЫше Тд возможна деформация и разрушен;:е футеровки.

Предположение о наличии корреляционной связи между стойкостью к деформация при нагревании и свойстваул исходного глинистого сырья составило основу для прогнозирования термсмеханических свойств изделий. В результате статистического анализа и обработки результатов эксперимента на ЭЕ.1 получена математическая модель, применение которой позволяет дать предварительную оценку термоме-ханкческих свойств изделий по данным химического состава л вязкое-

ти хидкой фазы в интервале температур 1000-1Ю0°С. Уравнения мно-

зественной регрессии еыглядят следующим образом:

Т0 = 0,17 - 7,54х1 - 3,7X2 " 6'22хз + 4,36х6 + 6.25Х]-2 +

+ 3.58Х22 + 6,03х62 + 4,46x2X2 + Б.ОЗх^д - 14,5X2X2 -

- 9,81Х2Х5 - 7,65х3х6

ЛТ0,6-4,0 = 38,54 + 14»12х4 " 5>е4х5 2 35.89х42 + П,75X4X5, где Х£ - содержание ¿¡-02 Х£ - содержание А1п0^ Хд - содержание КО +1^0 Х4 - вязкость хидкой аазы

Х5 — коэффициент плавкости, определяющий соотношение туго-шхавких и легкоплавких оксидов в глине.

Анализ полученных уравнений показал, что наиболее значимым фактором формирования температуроустойчивых структур является зи чение вязкости хидкой фазы при температурах деформации.

В результате анализа полученных результатов предложена клас сификация исследованных глин на три группы. К первой группе отне сены глины с температурой огнеупорности более 1450°С, содеряашн КОЕ^О не. более 4£. Температура применения кирпича на основе та! глин до 1Ю0°С. Ко второй группе отнесены глины с температурой < неупорности 1300-1450°С, ЙСн-Б^О не более 8%. К третьей группе о1 несены глины с температурой огнеупорности до 1300°С, ИСи-^О не 1 лее 102. Температура применения изделий на Ьснове глин П и Ш гр; не Еыше 500°С.

Глины с температурой огнеупорности более 1450°С могут быть рекомендованы для получения температуроустойчивых структур без введения добавок. Для глин с температурой огнеупорности менее 1450°С необходимо применение корректирующих добавок, повышающи:

вязкость жидкой фазы, образующейся в условиях службы изделий.

Для глин второй и третьей групп почтение вязкости и, следовательно, деформационной стойкости в интервале температур 1000 -П00°С было достигнуто введением добавок. Характер кривых деформации обожженных образцов из смесей глин близок к деформационным кривым обожженных образцов на основе тугоплавких глин, условно отнесенным к пер- ой группе, для которых температура применения П00°С.

При введении отходов обогащения огнеупорных г лик, содерхапшх 25% и более А1о0~, в легкоплавкую ревдинскую глину существенно

¿s О

меняется характер кривых деформации. Температура начала размягчения (Tq goj) повышается незначительно (20-Ó0 град.), однако интервал размягчения (aTq q*) расширяется с 40 до 100 град, при введении 40%' добавки низкосортной огнеупорной глины. Введение 30;5 отходов обогащения огнеупорной глины способствует повышению вяз-

тп

кости жидкой фазы до желаемых значений = 10 Па.с, за счет уменьшения в общей массе содержания оксадов Са, К, Va, приводядзх к образованию легкоплавких эвтектик. Интервал пиропластического состояния на кривых вязкости смещается в область более высоких температур (до IICG°C). 0 поло.чптельном влиянии отходое огнеупорных гл!ы свидетельствуют данные о ползучести обохче^ых образцов.

Скорость деформации в области установившейся ползучести медду 4 и 6 часами обожженных образцов из легкоплавкой ревдинской глины с добавкой отходов огнеупорной глины (2CJ) снимется в три раза ■ (0,065/í в час против 0,205/., в час). Учитывая, что качественный огнеупорный материал должен иметь ползучесть при температурах службы не выше 0,2?* в час, полученные данные свидетельствуют о целесообразности введения отходов огнеупорных глин в легкоплавкие глинк, отнесенные нами условно ко второй и третьей группам.

В результате исследований ползучести в совокупности с получе ныш характеристиками вязкости жидкой фазы, образующейся при темп ратурах 1000-1100°С, установлено, что скорость ползучести обратно пропорциональна еязкости жидкой фазы. С повышением вязкости от 2,1.10^ до 2,8.10^ Па.с. скорость ползучести снижается от 0,205$ в час до 0,050,2 в час.

Исследования термической стойкости. Одной из важнейших харак теристик керамического строительного кирпича, применяемого в каче стве футерозочною, является термическая стойкость. Для того, чтс бы керамический строительный кирпич был условно сравним по показг тело термической стойкости с шамотным огнеупорным кирпичом 061^ назначения, он должен Еыдеряивать не менее 10 теклосмен.

Изучение поведения при термическом нагружении рядового полш телого кирпича ряда заводов (Ревдинский 13, завод "Вырукиви", Се> милукский КСМ) и образцов, сформованных на лабораторном вакуум-прессе, показало, что неличика термостойкости составляет от I до 3 теплосмен. Установлено, что разрушение изделйй при термическом ударе происходит в основном по структурным трещинам и обусловлен формированием ориентированной анизотропной структуры при пластическом формовании на ленточном прессе.

Исследование зависимости термостойкости от пористости показ ло, что изделия (образцы) с повышенной пористостью (до 25$) боле термостойки по сравнению с менее пористыми изделиями (пористость до 9%). Такая зависимость обусловлена тем, что поры препятствуют распространению трещин, возникающих в результате термических наг ряяений, вызванных градиентом температур (напряжения 1-го рода).

С целью повышения пористости и снижения анизотропии, а, еле довательно, повыпения термостойкости в глины ееодили от 10 до 4( зернистых добавок различного типа (шамот, асбоотходы и другие).

качестве критерия оптимального содержания добавки принято такое количество, которое обеспечивает'термостойкость до 10 теплосмен с сохранением прочностных характеристик изделий. Оптимальное коли -чество вводимой добавки для повышения термической стойкости изделий на основе умереннопластичных глин составляет 10-20£ (рис.2).

Рис.2. Зависимость термостойкости обожженных образцов от

количества вводимой зернистой добавки (I - прочность при с,^тии, 2 - термостойкость)

Наиболее положительный эффект при этом достигается при введении волокнистых добавок, например, отходов обогащения асбестовых руд. ^сбоотходы, помимо образования дополнительного порового пространства, препятствуют распространению разрушающих трещин.

Установлено, что термостойкость изделий существенно зэенсит от зернового состава добаЕКи. Определение оптимального соотношения «езду отдельными фракциям проведено с помощью симплекс-реше! чатого планирования на математической модели "состав-свойство". Анализ результатов, полученных при обработке данных на ЭВМ, показал, что наибольшее влияние оказывает в исследованном интервале крупная фракция добавки. Введение крупной фракции (3-5 мм) повывает термостойкость в 5 раз, что обусловлено образованием мелких пор и микротрещин. Тогда как при введении мелкой фракции (менее I ми) термостойкость повышается лишь в 2 раза, либо остается на том se уровне (рис.3). Однако увеличение количества крупной фрак ции в большей степени, чем мелкой и средней фракций, снижает ме ханическую прочность изделий. Следовательно, исходя из сохранени прочностных показателей, при общем содержании зернистой добавки шихте в количестве 15f. оптимальное соотношение отдельных фракций обеспечивающее достаточную термостойкость, следующее: фракция 3-ш до 50/., фракция 1-3 мм и фракция менее I мм до 25#. ,

Исследования макроструктуры показали, что образцы, содержац шамот фракции 3-5 мм, характеризуются значительной концентрацие!

микротрещин (0,005-0,007 мм) по сравнению с образцами, содержат*

j

шамот фракции менее I мм. Это благоцриятно сказывается на повыик нии термостойкости, за счет разрушения ориентированной структур! и создания микротрещиноватой пористой структуры изделий.

Опытно-промышленные испытания. С учетом полученных результг тов цромышленная апробация технологии керамического кирпича для футеровки тепловых агрегатов проведена на Ревдинском КЗ и завода "Выруживи".

Кирпич Ревдинского КЗ, изготовленный на основе легкоплавко;

- г.ор-стоссь,

ревдинской глины (огнеупорность I260°C) с добаЕкой низкосортной огнеупорной глины {25%) и зернистых добавок (граншлак - 5/ó, опилки - 5;í) шест деформацию 0,6% при температуре И20°С и термо -стойкость 10 теплосмен. Введение 15% шамота (бой кирпича собсгве: ного производства) в состав шхты на заводе "Еырукиви" (огнеупор ность глины "Йоозу" - 1400°С) позволило получить кирпич с темпер турой 0,6^-ной деформации И00°С и термостойкостью до 12 теплосм Такой кирпич по своим свойствам полностью заменяет огнеупорный п температуре 800-1100°С.

Производство футеровочного кирпича может быть организовано на заводах отрасли на тех яе технологических линиях, на которых изготавливается и рядовой керамический кирпич при обеспечении в£ да корректирующих добавок в состав шхты.

С 1987-1988-гг. освоено промышленное производство керамичес кого кирпича для футеровки тепловых är-регатов по ТУ 21-31-48-85 Шевченковском Ш.1 (экономический эффект в производстве около 70Í ткс.руб. в год), на заводе "Бырукиви" (экономический эффект в nj изводстве около 100 тыс.руб.в год) и раде других зэеодов отрасл] В 1990 и ISSI годах объем выпуска кирпича для футеровки тепловы: агрегатов составил более 90 млн.шт. (более 32 тыс.тонн). Пародн хозяйственный эффект в производстве и применении футеровочного кирпича взамен огнеупорного состоит в сокращении затрат на тран портировку огнеупорных глин и огнеупоров и использования более шевых местных сырьевых материалов.

СИЛЕ выводи

I. Разработаны научные предпосылки и технологические основ производства керамического кирпича для футеровки тепловых агрег тов на основе акроко распространенного глинистого сырья, которь

можно применять взамен огнеупорного кирпича в тепловых агрегатах с рабочей температурой до П00°С.

2. Установлено, что стойкость керамического кирпича из рядового глинистого сырья к деформации под действием температуры и нагрузки в интервале Ю00-1100°С определяется в основном количеством

и составом жидкой фазы и ее вязкостью, керамические структуры с

12

вязкостью в указанном температурном интернале более 1С Па.с обеспечивают необходимую деформационную стойкость изделий.

3. На основании статистического анализа предложена математическая модель, позволяющая по температуре огнеупорности л содержанию ряда оксидов (А^Од, ¿102. ЖЖЕ^О) и Кпл< (коэффициент плавкости), оценить важнейшие термоыеханлческие характеристики керамического строительною кирпича (Тд &Тд д),

4. Предложена классификация исследованных глин, согласно которой все исследованные глины условно разделены на три группы. Глины с огнеупорностью Еыше 1450°С и содержанием ХСн-НлО не более 4% могут быть рекомендованы для получения те.мпературоустойчиЕых струк-г тур без введения добавок с температурой применения изделий на их осноЕе до П00°С. Глины с огнеупорностью 1350-1450°С и содержанием ИМ^О не более 8% могут быть использованы для производства керамического кирпича для футеровки тепловых агрегатов в сыеси с до-

12

бавками, повышающими еязкость жидкой фазы до 10 Па.с. К третьей группе отнесены глины с огнеупорностью до 1300°С, в том числе высококарбонатные. Изделия на основе таких глин могут применяться в тепловых агрегатах с рабочей температурой не. вьшс 900°С.

5. Повышение деформационной стойкости а температуры примене-шя. изделий до 1Ю0°С из глин второй и третьей групп может быть застигнуто за счет введения добавок, способствующих повышению зязкости системы в интервале температур применения до Ю12-^4

Па.с и образованию устойчивых высокотемпературных кристаллически фаз. Такими добавками могут служить отходы обогащения огнеупорны глин е количестве 20-30%, которые повышает температуру 0,6^-ной деформации на 40-50 град, и расширяют интервал размягчения до 100 град.

6. Установлено, что термостойкость изделий пластического фс мования определяется их макроструктурой. Термические разрушения изделий связаны с возникновением в материале напряжений, вызвана градиентом температур и макроструктурой. Изделия с пористостью 25-30^ выдерживают 10 и более теплосмен, тогда как изделия с плс кой структурой (пористость 8-10/1) выдерлщвают всего 2 тешюсмеш

7.. Повышение' термостойкости изделий с 1-2 до 10-12 теплосм« достигается введением в состав шихты зернистых добавок (шамот, г боотходы и другие), способствующих образованию более изотропной структуры кирпича при пластическом формовании изделий.

8. Экспериментальными исследованиями, выполненными с помощ: метода симплекс решетчатого планирования эксперимента, доказана возможность направленного регулирования термостойкости изделий : счет изменения соотношения между отдельными фракциями зернистой добавки при общем содержании добавки 15%. Найдено оптимальное с ношение отдельных фракций: 3-5 мм - 50$; 1-3 мм - 25%; менее I I - 25%. ' I

9. Разработаны технические условия ТУ 21-31-48-85 "Кирпич керамический для футеровки тепловых агрегатов", регламентирующи требования и области применения керамического строительного кир ча для кладки стен и других элементов тепловых агрегатов'для ра чих температур до'ПС0°С. Разработаны технологические рекоменда по организации производства керамического кирпича для футеровки тепловых агрегатов на 'действующих кирпичных заводах.

10. Еа основании научных исследований и опктно-промыншенш

испытаний с 1987 года начато щюккилекное производство кирпича для футеровки тепловых агрегатов на Шевченковском r.d.i, заводе "Зк-руклви", Ревдинском КЗ, Селалукском и Зел.шолукском КЗ.

В 1990 и IS9I годах объем выпуска кирпича для футеровки тепловых агрегатов составил более SG млн.et. (32 тыс.тонн). Прибыль от производства-кирпича .для футеровки тепловых агрегатов на Шевченковском КСМ за 1990 год составила 827 тыс.руб., на РеЕДинском КЗ - 85,2 тыс.руб, Прибыль от пр^мененля керамического хкрщпа для футеровки тепловых агрегатов Шевченковского КШ на ряде предприятий взамен огнеупорного составила 337,9 тыс.зуб.

I ! * i

Основное содержанке диссертационной работы изложено е следующих работах:

1. Абдулгазимова Р.Г., Токаев B.E. Перспективы организации производства керамического кирпича для 4утеровкн тепловых агрегатов на основе легкоплавких глин//Тез.докл.Всесоюзной конференции "Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии", Белгород. -1987. - C.II7.

2. Токаев B.E., Козлов В.В., Абдулгазимова Р.Г. Деформация керамики ка основе легкоплавких глин под нагрузкой при повышенных температурах//Тр.ин-та/ВКП..'стром. - 1988. - Вып.63(91). -

С.77-88

3. Токаев В.Е., Аикарпн Г.Д., Абдулгазимова Р.Г. Организация производства футеровочного керамического кирпича с рабочей температурой до ПС0°С на основе широко распространенного глинистого сырья//Строктельнке материалы. - 1988. - Л" 9. - С.II.

i. Токаев В.Е., Абдулгазимова Р.Г. Пути повышения деформационной стойкости керамического кирпича на основе легкоплавких глин в области температур IOGC-II СС°С//Тр. и н-та/ЗНН; : с тр о:.:. - 1989.

s.W.Tok aew, Ohdulgaiimow Ziegel als Auskleiciunggmate-Hai jür Wärmeagoregate //Hräter Internationaler Kongreß über ^Silicer-90 /Тезисы докл.

6. Абдулгазиыова Р.Г., Токаев В.Е. Термостойкость керамического кирпича и пути ее поБЫшения//Тр.ин-та/ВШМстром. - 1992. -Еып.71С99). - СД2-19.

7. Абдулгазимова Р.Г., Токаев В.Е., Ашгларин Г.Д. Перспективы организации производства кирпича для футеровки тепловых агрегатов на основе промышленных отходов/Дез.докл.Всесоюзного научно-практического совещания "Экологические проблемы переработк: вторичных ресурсов в строительные материалы и изделия", Чим -кент. - 1980. - С.18.