автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Стеклокристаллические покрытия на основе базальтов Приморского края

Введение

Глава 1. Анализ современного состояния вопроса стеклокристалли-ческих материалов и покрытий

1.1. Каменное литье

1.1.1. Сырье для камнелитейного производства

1.1.2. Затвердевание и кристаллизация силикатных расплавов

1.1.3. Влияние строения на свойства литых стеклокристаллических материалов

1.2. Ситаллы

1.3. Стеклокристаллические покрытия.

1.3.1. Эмали

1.3.2. Ситаллоэмали

Глава 2. Материалы, оборудование и методика проведения исследований

Глава 3. Структура и свойства базальтов Приморского края.

3.1. Исследование исходной структуры (петрография) базальтов Приморского края

3.2. Определение температуры кристаллизации базальтов по Френчу-Камерону

3.3. Исследование технологических свойств базальтов

Приморского края

Глава 4. Исследование и разработка технологии нанесения покрытия на огнеупорные материалы

4.1. Анализ огнеупорных материалов и покрытий, используемых при защите топочных устройств

4.2. Опыт использования природных сырьевых материалов для получения огнеупорных защитных покрытий в Приморском крае.

4.3. Исследование и разработка технологии нанесения стекло- • кристаллического покрытия на огнеупорный кирпич

4.4. Исследование свойств стеклокристаллического покрытия на шамотном кирпиче.

Глава 5. Исследование и разработка технологии нанесения стекло-кристаллического покрытия на сталь

5.1. Способы нанесения стеклокристаллических покрытий на сталь и их анализ

5.2. Исследование технологии нанесения стеклокристалических покрытий из базальтов Приморского края на сталь

5.3. Исследование режимов кристаллизации на фазовый состав и структуру исследуемых покрытий

5.4. Исследование свойств стеклокристаллических покрытий на основе базальтов Приморского края

Современные тенденции развития промышленности Приморского края связаны с расширением внедрения прогрессивных технологических процессов нанесения защитных покрытий, использованием для этой цели местного минерального сырья. Базальт является уникальным природным материалом, являющимся основой при получении каменного литья. Изделия из каменного литья широко используются в народном хозяйстве. Однако, технология получения изделий из каменного литья чрезвычайно энергоемкая и требует специального оборудования.

В Приморском крае разведаны крупные месторождения базальтов. Высокие тарифы на электроэнергию препятствует развитию энергоемких технологических процессов, в том числе и производству каменного литья из местного сырья. Выход из создавшегося положения возможен при использовании базальта в качестве покрытия. Однако проведенный анализ мировой и отечественной литературы показал отсутствие систематических исследований в данной области.

В этой связи исследования и разработка технологии нанесения защитных покрытий на основе базальтов Приморского края представляет весьма важную задачу и имеет большое экономическое значение.

Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы является разработка технологии нанесения защитных покрытий на основе базальтов Приморского края на металлические и неметаллические материалы.

Научная новизна работы выражается в следующем:

1. Проведен системный анализ месторождений базальтов Приморского края по их петрографии, макро- и микроструктуре, фазовому составу с детальным изучением их технологических свойств;

2. Расчетным и экспериментальным путем установлены оптимальные составы шихты на основе базальтов, которые могут быть использованы в технологии как каменного литья, так и для нанесения защитных покрытий;

3. Методами исследований макро- и микроструктуры покрытий установлены закономерности взаимодействия металлической и неметаллической подложки с покрытиями на основе базальтов;

4. Установлены закономерности между режимами термической обработки стеклокристаллических покрытий на основе базальтов и их микроструктурой, а также фазовым составом;

5. Получены корреляционные зависимости свойств покрытий на металлические и неметаллические материалы от химического состава, фазового состава и технологии нанесения базальтов.

Создана база данных, позволяющая эффективно использовать базальты Приморского края в качестве стеклокристаллических покрытий на металлические и неметаллические материалы. Разработаны технологии нанесения защитных покрытий на основе базальтов Приморского края на сталь и шамотный кирпич. Полученные покрытия используются для защиты шамотного кирпича от разрушения в термических печах и топочных устройствах.

Автор работы выражает благодарность сотрудникам кафедры «Технология металлов и металловедение» ДВГТУ за помощь в проведении экспериментов, сотрудникам Института Геологии ДВО РАН и особенно Чащину А.А., а так же сотруднику Института Биологии Моря ДВО РАН -Фомину Денису.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании проведенного анализа месторождений базальтов Приморского края по их петрографии, фазовому составу, макро- и микроструктуре, технологическим свойствам создана база данных, позволяющая эффективно использовать базальты в качестве стеклокристаллических материалов и покрытий.

2. Установлено, что базальты Приморского края обладают повышенным коэффициентом кислотности и пониженными значениями пироксенового модуля. Расчетным и экспериментальным путем установлено, что для получения качественного каменного литья необходимо подшихтовывать базальт основными оксидами и вводить плавиковый шпат.

3. Изучена морфология кристаллов базальта после литья в зависимости от состава шихты и температуры отжига. Показано, что для получения кристаллической структуры каменного литья необходимо проводить отжиг с дополнительным нагревом при температурах не менее 950°С.

4. Установлена зависимость между степенью кристалличности, временем выдержки и температурой отжига каменного литья. Показано, что процесс перехода аморфного состояния в кристаллическое происходит, главным образом, при отжиге в течение тридцати минут.

5. Разработана технология нанесения защитного покрытия на основе базальтов Приморского края на шамотный кирпич. Установлено, что полученное покрытие обладает высокими эксплуатационными свойствами при их использовании в термических печах и топочных устройствах.

6. Установлены закономерности взаимодействия металлической подложки с покрытием на основе базальтов. Показано, что для улучшения прочности сцепления покрытия, необходимо в исходную шихту вводить модификаторы, буру и плавиковый шпат. При оптимальных составах шихты

1. Варгин В.В., Пирогов В.И. Каменное литье. М.: «Машиностроение», 1962 г.

2. Липовский И.Е., Дорофеев В.А. Каменное и шлаковое литье для обогатительных фабрик. М: «Недра», 1969, 86 с.

3. Хан Б.Х, Быков Н.И. Производство и применение каменного литья. Киев, «Машиностроение», 1968, 41 с

4. Хан Б.Х., Быков Н. И., Кораблин В.П., Ладохин С.В. Затвердевание и кристаллизация каменного литья. К: Наукова думка, 1969. 193 с.

5. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация. Гостеортехиздат, М.,1954.

6. Цветков А.И в КН.: Труды Института Геологических наук АН СССР, М., 1951.

7. Заварицкий А.Н., Соболев B.C. Физико-химические основы петрографии изверженных горных пород. Госгеолтехиздат, М., 1961.

8. Рашин Г.А В кн.: Проблемы каменного литья. Издательство АН УССР, К., 1963.

9. Вольдан Я. В кн.: Проблемы каменного литья. Изд-во АН УССР, К., 1963. Ю.Леонтьева В.А. - Записки Всероссийского минералогического общества, 1947.

10. Пеликан А. Плавленные камни. Металлургиздат, М., 1959.

11. Рашин Г. А. Изв. АН СССР. Серия геологич.1959, 12.

12. Быков И.И., Хан Б.Х. Литейное производство, 1966, 4.

13. Мовляев В.А. Структурные особенности камнелитых изделий. В кн.: Технологические особенности каменного литья, Киев, «Машиностроение», 1965, 47 с.

14. Хан Б.Х. Процессы кристаллизации в технологии пироксенового каменного литья. В кн.: Проблемы каменного литья. Киев, ИПЛ АН УССР, 1982, 120 с.

15. Адылов Г.Т., Файзиев Н.А., Паршина A.M., Мусаев A.M., Мусаев Р.А. Использование акчинского интрузива в производстве каменного литья и стеклокристаллических материалов. Стекло и керамика, 1998, №10, с. 21-24.

16. Хан Б.Х. Процессы кристаллизации в технологии пироксенового каменного литья. В кн.: Проблемы каменного литья. Киев, ИПЛ АН УССР, 1982, 120 с.

17. Хан Б.Х. Особенности кристаллизационных процессов при получении каменного литья. В кн.: Литейные свойства сплавов. Киев, ИПЛ АН УССР, 1972, С 112-116.

18. Рашин Г.А. Изв. АН СССР. Серия геологич. 1961, 11.

19. Рашин Г.А. Возможности управляемого минералообразования в петрургии. «Проблемы каменного литья» Вып.№2, Киев, изд. АН УССР, 1968, с 12-16.

20. Заварицкий А.Н., Соболев B.C. Физико-химические основы петрографии изверженных горных пород. М.: Гостехтеориздат, 1961 г - 432 с.

21. Липовский И.Е., Дорофеев В.А. Камнелитейное производство. М.: «Металлургия», 1965 г.

22. Павлушкин Н.М Основы технологии ситаллов. М., Стройиздат, 1979 г., 360с.

23. Минакова В.А. Исследование в области синтеза и производства новых стекол и ситаллов. М.: Стройиздат, 1974 г., 287 с.

24. Под.ред. Ермоленко Н.Н. Стекло, ситаллы и силикатные материалы., Минск, 1974 г., 326 с.

25. Круглицкий Н.Н. Искусственные силикаты. Киев, 1986 г., 412 с.

26. Тыкачинский С.Д. Проектирование и синтез стекол и ситаллов с заданными свойствами., М.: Стройиздат, 1977., 367 с.

27. Безбородов М.А Стеклокристаллические материалы. Минск, «Наука и техника», 1982 г., 256 с.

28. Под ред. Павлушкина Н.М, Химическая технология стекла и ситаллов, М., Стройиздат, 1983 г., 432 с.

29. Дудеров И.Г. Общая технология силикатов. М.: Машиностроение., 1987 г., 378 с.

30. Под.ред. Седмалиса У.В. Неоранические стекла, покрытия и материалы., Рига, «Зинатне», 1989 г., 431 с.

31. Под. ред. Гулоян Ю.А. Производство и исследование стекла и силикатных материалов. Ярославль, 1978 г., 247 с.

32. Пащенко А.А. Общая технология силикатов. Киев, 1983 г., 398 с.

33. Саркисов П.Д. Направленная кристаллизация стекла основа получения много функциональных стеклокристаллических материалов. М.: Изд. РХТУ, 1997.-218 с.

34. Бережной А.И Ситаллы и фотоситаллы. М., Машиностроение, 1981, 348 с.

35. Жунина Л.А., Кузьменков М.И., Яглов В.Н. Пироксеновые ситаллы. Минск, 1974.

36. Безбородов М.А. Синтез и строение силикатных стекол. Минск, 1968 г.

37. Сулейменов С. Стекла и стеклокристаллические материалы из горных пород Казахстана. Алма-Ата, 1969., 307 с.

38. Федосеева Т.И., Соболев Е.В., Тахер Е.А. Стекло и керамика, 1972, №1, с 29-31.

39. Износостойкий ситалл марки БЛ. Стекло и керамика, 1977, №2, с 41.

40. Пенегин С.В. Контактная прочность ситаллов. М.: «Наука», 1970 г.

41. Жунина Л.А. Пироксеновые ситаллы. Минск, 1974 г.

42. Исханов Г.В., Журавель А.Е. Прочность армированных пластиков и ситаллов.М.: Машиностроение, 1981 г.

43. Безбородов М.А Самопроизвольная кристаллизация силикатных стекол. Минск, «Наука и техника», 1981 г., 248 с.

44. Бондарев К.Т. Шлакоситаллы в строительстве. М.: Металлургия, 1972.

45. Безбородов М.А. Химическая устойчивость силикатных стекол. Минск, «Наука и техника», 1972 г.

46. Петцольд А., Пешманн Г. Эмаль и эмалирование. М., «Металлургия», 1990 г., 573 с.

47. Под ред. Варгина В.В. Эмалирование металлических изделий. M.-J1, Машгиз, 1962, с 329

48. Под ред. Варгина В.В. Эмаль и эмалирование металлов. Ленинград, 1967 50.Эйдук Ю.Я Неорганические стекловидные покрытия и материалы, Рига, «Зинатне», 1985 г., 501 с.

49. Литвинова Е.И. Металл для эмалирования. М.'Металлургия, 1987.

50. Под ред. Горбатенко В.Е. Стеклоэмаль и эмалирование металлов., вып. 2 Новочеркасск, 1974 г., 163 с.

51. Петцольд А. Эмаль. М.: Металлургия, 1958.

52. Аппен А.А, Температуроустойчивые неорганические покрытия, Ленинград, «Химия», 1976 г.

53. Зорина М.Л., Милюков Е.М., Ушаков Д.Ф. Неорганические материалы, 1967, т. 3, с 566-572.

54. Горбатенко В.Е., Ратькова В.П., Лукьянова З.Л Исследования в области синтеза жаростойких эмалевых покрытий В кн.: Неорганические стекловидные покрытия и материалы, Рига, 1969, с 437-443.

55. Горбатенко В.Е., Подройкина Е.И В кн.: Всесоюзное совещание по расширению производства химической аппаратуры. Полтава, 1971, с. 51.

56. Варгин В.В., Вензель Л.И. В кн.: Всесоюзное совещание по расширению производства химической аппаратуры. Полтава, 1971, с. 55-56.

57. Певзнер Б.З., Джавукцян С.Г., Мишель В.Э В кн.: Всесоюзное совещание по расширению производства химической аппаратуры. Полтава, 1971, с. 13-14.

58. Мишель В.Э., Певзнер Б.З., Резник С.А. В кн.: Всесоюзное совещание по расширению производства химической аппаратуры. Полтава, 1971.

59. Гречанова С.Б., Люцедарский В.А. В кн.: Всесоюзное совещание по расширению производства химической аппаратуры. Полтава, 1971, с. 53.

60. Челноков А.А., Ермоленко Н.Н., Ступнева В.М. В кн.: Всесоюзное совещание по расширению производства химической аппаратуры. Полтава, 1971, с. 77.

61. Галушко И.К., Дворкин Л.И. Стекло и керамика, 1971, №9, с. 36-39.

62. Певзнер Б.З., Джавукцян С.Г., Мишель В.Э. Стекло и керамика, 1972, №4. С. 17-18.

63. Певзнер Б.З. ЖПХ, 1973, Т.46, №5/1, С 1039-1043

64. Рогожкин Ю.В., Маркина Л.В., Рашина Е.П. Стекло и керамика, 1973, №1, с. 27-28.

65. Додонова Р.Н., Фролов А.С., Барабанов Б.Н. Стеклокристаллические покрытия для защиты жаропрочных сплавов от газовой коррозии. В кн.: Стеклоэмаль и эмалирование металлов, вып. 1. Новочеркасск, 1974, с 136-139

66. Мазо Э.Э., Ходский Л.Г., Жос Ф.Т. и др. Стекло и керамика, 1976, №1, с. 1820.

67. Еськова Н.Ф., Симхович З.И., Мизонов В.М., Коваль В.М. Стекло и керамика, 1977, №1, с. 17-19.

68. Хизанишвили И.Г., Гаприндашвили Г.Г., Гвердцители Г.С. Эмаль по металлу на основе вулканических горных пород. В кн.: Неорганические стекловидные покрытия и материалы, Рига, 1969, с 451-456.

69. Рыщенко М.И., Лисачук Г.В., Щукина Л.П., Федоренко Е.Ю., Трусова Ю.Д. Изучение структуры и свойств ситаллизированных покрытий с привлечением количественного РФА. Стекло и керамика, 1997, №2, с. 21-23.

70. Зубехин А.П., Манышева Е.А., Очкурова Л.Д. Разработка состава стекломатрицы светлого жаростойкого ситаллового покрытия для нихромовых сплавов. Стекло и керамика, 1999, №9, с. 25-27.

71. Зубехин А.П., Манышева Е.А., Очкурова Л.Д. Особенности технологии ситалловых стеклокомпозиционных жаростойких покрытий для нихромовых сплавов. Стекло и керамика, 2000, №1, с. 29-31.

72. Фрей К. Минералогическая энциклопедия. Ленинград, 1985 г.

73. Под ред. Ефремовой С.В. Классификация магматических (изверженных) пород и словарь терминов. М.: ОАО «Недра», 1997 г., 478 с.

74. Ю.А. Мартынов, А.А. Чащин и др. «Эволюция средне-позднемиоценового магматизма южного Сихотэ-Алиня».//Эволюция эндогенных режимов Центрально-Азиатского складчатого пояса. Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 2001, с.167-192.

75. М.П. Белопольский, Н.Ю. Бунакова, Н.А. Михайлова, Н.П. Попов и др. «Химический анализ горных пород и минералов». Москва, «Недра», 1974, с.245.

76. Залищак Б.Л. Определение породообразующих минералов в шлифах. М.:Наука, 1981 г., 321 с.

77. Гвоздовер Р.С, Комолова Л.Ф. «Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ», Москва, «Мир», 1984.

78. С.И. Лебедева. «Микротвердость минералов» Москва, «Недра», 1977, с.118.

79. W.J French and Е.Р Cameron. «Calculation of the temperature of crystallization of silicates from basaltic melts». Mineralogical magazine, march 1981, vol.44, pp. 19-26.

80. Цурюпа А.И. Вкрапленники в эффузивах и инверсия температуры ликвидуса. Владивосток, Дальнаука, 1997 г., 244 с.

81. РотенбергГ.В. Огнеупорные материалы. М.: Металлургия, 1980 г., 341 с.

82. Кайнарский И.С, Дегтярева Э.В. Основные огнеупоры. М.: «Металлургия», 1974 г., 365 с.

83. Отчет о научно исследовательской работе "Экспериментальная проверка защиты андезито-базальтовой обмазкой кладки в предтопках котлов на Владивостокской ТЭЦ-1",Владивосток, 1997 г, 32 с.