автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Высококачественные кислотоупорные изделия на основе глин различного минерального состава и отсевов дробления гранитных пород

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА И СТРОИТЕЛЬСТВА.

На правах рукописи

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ КИСЛОТОУПОРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ГЛИН РАЗЛИЧНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА И ОТСЕВОВ ДРОБЛЕНИЯ ГРАНИТНЫХ ПОРОД

05.17.11 — Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —1992

X 1

Работа выполнена в Государственном нвучно-исследователъ-скогл института строительной керамики "ПШстройкерамика"

Научный руководитель: кандидат технических наук, с.н.о. Гальперина М.К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, крофоссор

Черепанов Б.С.

кандидат технических наук, с,,н.с. Радахин B.C.

Ведущее предприятие - TOUO "Стройкерамика"

I со

Зг.щита состоится (ХдмрС*-^— 1992 года в чу часов

на заседании специализированного совота К 063.Св.01 в Московском

институте коммунального хозяйства и строительства (МЯКХиС)

по адресу: 109807, ГСП, Москва, 1-29, Средняя Калитниковская ул.,

д. 30, ;<ШХиС,актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института коммунального хозяйства и строительства по адресу: 109^07, ГСП, Москва, 2-29, Средняя Калитниковская ул., д.30, МИМСиС.

Автореферат разослан " ^ " О^СРСХАД-- 1992 года.

Ученый сократарь специализированного совета

Бунькин И.Ф.

•' ■!

! ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

-1 !

" Актуальность темы. В настоящее время большинство предприятий, производящих кислотоупорные изделия используют массу, содержащую в качества отощителя 30-40$ шамота. Себестоимость I тн шамота для разных предприятий колеблется в пределах 16-32 руб. (в ценах 1990 года).

Исследования, проведенные в институте НИИстройкерамика показали принципиальную возможность замены шамота в составах масс кислотоупорных изделий отходами дробления горных пород камнедробильных карьеров, однако систематических исследований этой технологии ранее не проведено.

При введении гранитных пород взамен шаиота сокращается расход топлива за счет исключения процесса обжига шамота, снижается объем добычи природного сырья (глин) и используются отходы, засоряющие в настоящее время окружающую среду.

Целью работы является установление взаимосвязи пористо-капиллярной структуры, фазового состава и физико-технических свойств кислотоупорных изделий из глин различного минерального состава и гранитных отсевов и получение высококачественных кислотоупорных изделий.

Научная новизна работы. Установлены закономерности процессов, протекающих при обжиге кислотоупорных изделий из масс с гранитными отсевами и взаимосвязь фазового состава, пористо-кап-пиллярной структуры кислотоупорных изделий из этих масс и их физико-технических свойств.

Установлено, что на стадии спекания пористая структура образцов из масс с гранитными отсевами в отличие от структуры изделий из шамотированных масс сложена капиллярами с меньшими эффективными радиусами и большим объемом полузакрытых пор (резервных).

Определено, что фазовый состав изделий из масс с гранитными отсевами представлен преимущественно стеклофазой с небольшими вкраплениями в ней кристаллов муллита и продуктов разложения глин.

Экспериментально доказано, что кислотостойкость изделий из масо о гранитными отсевами обусловлена значительным содержанием в них высоковязкого кремнеземистого стекла, обвалакивагацего менее кислотостойкие кристаллические фазы.

Установлено, что механическая прочность изделий из масс о гранитными отсевами достигает в процессе обжига максимальных значений при минимальном соотношении в структуре пористости капиллярных и резервных пор.

■ На защиту выносятся;

- описание процессов взаимодействия глин различного минерального состава с отсевами дробления гранитных пород при термообработке;

- структурные и фазовые изменения, происходящие в кислотоупорных изделиях из масс с гранитными отсевами в процессе их обжига;

- взаимосвязь основных физико-технических свойств кислотоупорных изделий из этих масс, их пористой структуры и фазового состава;

- оптимизация технологии кислотоупорных изделий из масс с отсевами гранитных пород.

Степень обоснованности научных положений, результатов и выводов подтверждается производственным опробованием на Щекинском заводе "Кислотоупор" и внедрением разработанной массы на Целиноградском керамическом комбинате.

Практическая ценность. Получены изделия с улучшенными физико-техническими свойствами при более низких температурах обжига.

Реализация работы в промышленности. Разработанные составы масс кислотоупорных изделий внедрены на Целиноградском керамическом комбинате и апробированы в условиях Щекинского завода "Кислотоупор".

Экономический эффект от разработки составляет в ионах 1990 г» 553,1 тыс.рублей при годовом выпуске кислотоупорных изделий 60 тнс.тн.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на IX конференция молодых ученых "Перспективные сырьевые материалы, новые технологические процессы и метода исследования" (гЛ-алезно-дороаныЙ-1, Моск.обл., 1989 г.).

Публикация. По теме диссертация опубликованы 4 печатные работы.

Объем работы. Диссертация состоят из введения, 9 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 36 таблиц, список используемой отечественной и зарубежной литературы из 126 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРГАЩОШОЯ РАБОТЫ

В первой главе дан обзор литературы, который включает рассмотрение печатных трудов отечественных и зарубелсных авторов.

В результате анализа публикаций дается обоснование основных направлений диссертационной работы.

Методика проведения исследования. Характеристика

объектов исследования

Исследование пористой структуры изделий выполняли с определением объемов общей, открытой закрытой лорлсгосгей по стандартным методикам, объемов капиллярлой и резервной пористостей методом каппилярного водоиасыщения образцов.

ФазовыЗ состав определяли методами рентгеновского анализа» Морфологию и размеры глинистых частиц изучали на электронном микроскопе ЭЫ-5.

Щропластическуп вязкость определяли на вискозиметре кручения под действием постоянной нагрузки.

Физико-технические свойства изделий определяли по соответствующим ГОСТам.

Объектами исследования явились основные типы глин, применяемых в производстве кислотоупорных изделий каолинитово-гидроолв-дистне, гидрослвдис*о-каодиш1говыэ (лукошнинская, часов-ярская, печорская, федоровская) и содержащие кромэ каолинита и гидрослюды смешаино-слойные образования типа гидроолрда-шштмориллонцт (талкерисская) н монтмориллонит (целиноградская).

Гранитные отсевы, использованные в исследовании являются типичными для гранитог и включают плагиоклаз, шкрокляя, кварц, небольшие примеси биотита, единичные зерна амфибола.

Изменение пористой структуры глин в процесса обжига

Исследование виполнеио на смесях глин. Содержание кварца стабилизировали на уровне 32, 37 и 39,5$ (табл. I).

Таблица I

Составы смесей глин (шихтовые а минеральные)

Содержание тлт,%

Итаскск масс

I 2 3 4 5 6 7 8 9

50,0 50,0 50,0 33,4 33,4 - - - -

- 25,0 50,0 66,6 33,3 _ - - _

50,0 25,0 — - 33,3 100,0 - -

- - - - - - 100,0 50,0

— — — — - 100,0 - 50,0

27,5 25,5 23,5 22,98 25,65 30,0 55,0 40,0 47,5

31,5 33,5 35,5 33,96 36,32 38,0 - 24,0 12,0

- - - - - - 21,0 - 10,5

- 22,0 11,0

Дукошхилской Печорской ЧасоЕ-ярскоЙ Целиноградской Ташсэрисской

Содержание минералов, 5?

Каолинит Гадрослвда

С.С.О.ГИАРОСЛЮ-

да-монтморилло-:шт

Монтмориллонит Кварц Соотношение

каолиннт/гидро- 0,87 0,76 0,66 0,59 0,71 0,79

39,5 39,5 39,5 36,95 37,03 32,0 24,0 16,0 20,0

слвда

Фракции менее I мкм

48,49 46,45 44,42 45,30 48,02 55,19 63,3 63,91 6^61

Результаты определения' водопоглощешя и кажущейся плотности образцов глин показаны на рисунке I.

Изменение Еододоглощеялд (1-9) и катлейся плотности смесей глин б загаоилссги от температуры обадга.

•Ю50 «ОО 1150 1200 <050 <100 450 1230 1050 НТО ^50 1200 Температура о8жигя, "С

1,2,3,4,5,6,7,8,9 - индексн смесей глин Рис. I,

Температура спекшшя глин, как и следовало ожидать, снижается по мере уменьшения в смеси соотношения каолинита к гпдро-слвде,

Глшш, содержащие кроме каолинита и гидрослвды монтмориллонит и смешанно-слойше образования имеют более коротки! интервал спекания с температурой начала вспучивания 1200°С. После обжига их при температурах до Ю50°С в них форда ру юг ся капилляры с эффективными размера!«? радиусов меньшими, чем в образцах дз глин, содержащих каолинит.и гвдрослвду, кроме того в процесса обшга этих глин форш;руется больший объем закрытой пористости.

В начальной стадии спекания (Ю50°С) аффективные размеры радиусов капилляров образцов глин ген больше, чем менее дисперсна смесь глин. Содержание в глиие кварца способствует, увеличению исходных радиусов капилляров. В смесях глин с более низким' содержанием кварца эффектиьяые размеры радиусов капилляров в области интенсивного спекания несколько увеличиваются.

Исследование взаимодействия глин о гранитнкмц отсеттп\

Взаимодействие глин с гранитными отсевами выполняли при введении а составы смесей глин из таблицы I 30% гранитных отсевов.

В результате исследования установлено, что при взаимодействии глин с гранитными отсеБаш водоиоглощение изделий, обож-аенпых при температурах до П00°С преимущественно повышается по сравнению с водопоглоиением образцов из соответствующих глин (рис. 2). Такая особенность объясняется торможением зернами гранита усадаа глин аналогично тому, как происходит в изделиях из шамотных масс.

Ирк обаиге в интервале температур П00-1200°С водопоглоце-ние из всех разновидностей глин с гранитными отсевами становится нике водоноглощения образцов из соответствующих глин. Б изделиях из шамотных масс (рис. 3) во всом диапазоне обкита водоиоглощение заметно выше, чем в изделиях из масс с гранитом. С по-вааениеы температуры обжига эта разница возрастает.

Спекание образцов из масс с гранитными отсегами сопровождается снижением их пиропластическоЛЕ вязкости (рис. 4 а,б). В температурном интервале П20-1200°С снижение пиропалстической вязкости несколько замедляется, а объем сгеклофазы увеличивается (табл. 4). Это противоречие мохе? быть объяснено только повышением вязкости стеклофазы вследствие растворения в ней кварца. Количество новообразований муллита в этом диапазоне температур небольшое (табл. 6).

Объем закрытой пористости в изделиях из масс с гранитными отсевали возрастает по море увеличения в глинах содержания гидро-слоды к монтмориллонита (табл.2) и достигает 13-16$, кажущаяся плотность их ле превышает 2,25 кг/м3 Ю-3. Б изделиях из масс, содеряаадх глииы преацущаотвеяно каодинатового состава объем закрытой пористости не превышает 13%, а кажущаяся плотность составляет 2,28-2,34 кг/м3 Ю-3.

Изменение водоноглощения (I-Э) и кажущейся плотности (I* - э^) образцов в зависимости от температуря обжига.

•к 2,41 л-

Ю •

„1 ^

з'

1'

3 1

Ах/>

У

V

<

Л

9'

<Г

к

•jtiX^r^—*-

-SOSO -Í100 4)50 12301050 MOÚ <150 <200-1050 1100 11 SO 1200 Температура oSxcuza, "С

1,2,3,4,5,6,7,8,9 - образцы о гранитными отсевэгл! 10 - образцы с шамотом Рис. 2

Изменение водопоглощения изделий в ■зависимости от содержания в массе гранитных отсевов и шамота

\г

10

I 3

Sf

| 6

4

о

CQ

1

.11

у 11

1Ä4

1ЮО ИЗО 12оо Температура обжигз, °С

11.13 - массы с гранитными

отсевами

12.14 - массы с шамотом

Рис. 3

Б процессе спехсация изделий иисэнсивно снижается объем капиллярной пористости и увеличивается объем резервной пористости, соотношение объемов капиллярной пористостд к резервной снижается, достигая в области максимального уплотнения мини-муга.

ю

о

-vlQ

о §

ю6

Изменение вязкости образцов в зависимости от тешературн обзсига

4КК> 1200 -(100

Температура о5жига., "С

1200

3,4,6,7,8 - составы масо Зс,4с,6с,7о,8с - составы смесей глин

Рис. 4

В изделиях из масо с гранитными отсевами в отличие от изделий из масо с шамотом при обяиге формируются капилляры с ыеш.шим сечением (табл. 3), причем в процессе обжига при температурах I05G-II50°C радиусы капилляров уменьшаются.

В изделиях из масс с шамотом при обжига до температуры 1200°С сечение капилляров увеличивается.

Пористая структура образцов из тсс с гранитными отсевами

¡индекс Темпера-__Пористость. %

г/лссы тура обжига, °С общая закрытая открытая капиллярная резервная

I 2 3 5 5 7

I 1050 1100 1150 1200 26,1 22,1 16,7 12,1 3.1 0,7 5,5 8,8 23,0 21,7 11,2 3,3 по о |(<А| / 16,3 8,8 зд 0,3 5.3 2.4 0.1

2 1050 1100 1150 1200 23.8 21,6 17.9 12,1 0,3 0,1 4,0 7,3 23,5 21,5 13,9 19,0 15.6 8,6 2,8 4,5 5.9 5,1 2,1

3 1050 1100 1150 1200 22,7 20,-1 16,1 12,5 0,2 0,2 3.8 10,7 22,5 20,2 12,3 1,6 18,0 11.8 6,6 1.1 4.5 8,4 5.1 0.8

7 1050 1100 1150 1200 24,8 18,4 15,4 17, Г 4,0 15,9 20,8 11.7 3,4 1.2 19,9 го'а 2.1 0.9 0,9 0,4 1.4 0,3

8 1050 1100 1150 1200 21,5 18,1 15,0 16,9 5,8 7,7 13,1 13,8 15,7 10,4 3.1 12.1 6,0 0.7 0.7 3,6 4,4 1.2 2.4

Физико-технические свойства киолотоупор:шх изделий из масс с гранитными отсевами

В изделиях из глины и шамота величину киолотостоШсости связывают с их плотностью и степенью совершенства кристаллов муллита.

В кислотоупорных изделиях из масс с гранитными отсевами, которые обжигают при температурах до 1200°С образуется мало муллита и больше ашдкой фазы.

n

£

\A i

« I

¡3

m o o

<D

a

H ti

«O

Oí

t

<¿

t

M —

CD ¿

lO

'o

10 b

2

t n

M

J.

t H

s

o I o

<0

O) Ih

§2,0

O) svo H(<o

w a a> o ' "O

#

I IH I ION I u>0» II IIII i i III

COf- II. | Mrji I I I 1(7) I I ll«J>l | ívSPi

too c- o

I |uS:o III lili I IU> l l I |<X> iil

So o

oow <o o¡>cm 10 I I I II OIM | COIOH coto I c- MTfto I Mil

M MOp> 0«d«0 NCM

lili lili itc i 1 moto i i toco^f MM i

ncj o 10 ■»(" .i* . co-^oj

en oí ir- oSco || miHi iiicm iiii N^co

lili lili III lili lili II

OOOO OOOO OOOO OOOb oooo ooo

mono momo momo momo momo orno

OMI-ICM OHHN OHHN OWHW OHHN MMt\l

HHHH HHHH WHHH HHHH MHHH HHH

M ro m c--

oo

M

и

КислотостеЁксоть изделий з зависимости от температуры

При сопоставления графиков спекаемости изделий и их кислотоотойкости (рис.2,5) видно, что они располагаются не в одинаковой последовательности . Кривив кислотостойкостн по мера увеличения располагаются в ряд: 1,2,6,4,8, а кривде водопоглощения по мере снижения в ряд: 2,1,4, 6,8. Это связано с различием в фазовом состава изделий (табл.4). При повышении температуры обжига до П60°С количество кварца и полевого шпата во всех составах масс уменьшается, количество муллита несколько увеличивается, количество отеклофазы во всех случаях увеличивается более существенно особенно в массах 8 и 4. Пиропластпческая вязкость соответственно спивается (ряс. 4а,б).

С увеличением количества отеклофазы повышается кислотостой-кость изделий. При увеличении в соотава масс количества гранитных отсевов (табл.5) с 10 до 50% количество отеклофазы значительно возрастает, а вязкость этих изделий в пиропластическом состоянии уменьшается (рис. 6),отепвнь совершенства структуры муллита в изделиях из втих масс изменяется мало.

1050 1100 1150 1200 Температура обжига, 'С

1,2,4,6,8 - индексы масо Рис. 5

Относительное содержание кристаллических фаз

Untren Темпе- Содержание кристаллических фаз Содержание млпгн РЭ^УРа (в сопоставимых единицах) рентгено-обига, га полевого KpiICT0_ «jHoä

°С шата балита

мых единицах)

I 1100 1150 1,0 0,65 г.о 1,11 г.о 0.42 1,0 1,50

2 1100 1150 1,0 0,62 1,0 1,13 1,0 0,32 — 1,0 1,52

4 1100 1150 1,0 0,58 1.0 1,50 1,0 0,32 1.0 Г, 76

6 1100 IIS0 1,0 0,75 1,0 1,92 1,0 0,60 - г.о 1,57

8 1100 II50 1,0 0,56 1,0 1,05 1,0 0,29 1,0 0,93 г.о 2,22

Наряду о этим кислотоотойкссгь обожкеных изделий увеличивается о 97,33$ до 98,88$.

На олектрокных снимках сколов изделий из шамотных масс (рис. 7) поле заполнено мелкими кристаллами муллита, находящимися на небольшом расстоянии друг от друга или образующими орозткн. IIa снимках изделий из масс с гранитными отсевами редкие. крупные кристалла муллита изолированы, погружены в аморфную фазу, подобную сгекяофезе строительного фарфора. Таким обрезом увеличение кислотосгойкости может быть объяснено повышенной кислотостойкостыэ насыщенной кремнеземом стеклофазы, обволакивающей зерна менее кислотостойких фаз.

Результаты количественного рентгеновского анализа

К

:,ядеко степень со-л,аосы вераенотва структуры

Ъ Содержание,% Относи- Кисло-

интеграль- ,„„„„ тельное то-

пая лапу- кшрца содержа- отой-

ширииа о а ние!рент- кость,

пика 5,40А генбаиор- % ,

фной "-фазы

36 1,5 4,0 15,0 36,0 1,03 97,33

37 1,46 4,5 11,0 34,0 1.0 97,33

39 1,70 ' 1,7 9,0 29,0 1,03 97,54

41 1,се 4,2 9,0 29,0 1,06 98,11

42 - - 5,0 27,0 1,17 98,80

Изменение вязкости тсс э плрошгасгаческом .состоянии

10

-1100 1200 1300

Тем пера ггура обжига/С

36,37,39,-12 - индекс массы Рис. 6

Взаимодействие фаз в иасоах

>- -.У

т /'МГЧ .

Л >•.-' —--

В

а - шамотные изделия б - изделии с гранитными отсевами

Рис. 7

Механическая прочность кислотоупорных изделий

Механическая прочность кислотоупорных изделий (табл.6), обоюсенных при температурах 1050-П00оС небольшая (25-40 МПа). При повышении 'температуры обзшга механическая прочность возрастает, достигая максимума. Как видно из таблицы 6 образцы из масо 1,2,3,6 достигают максимальной кажущейся плотности и минимальной пористости при температуре 1200°С, а образцы из масс 4,5,7,8,9 при температура П50°С. В процессе спекания происходит зашхаьиенае капилляров, появляются полузакрытые пори (резервные) и соотношение в материале капиллярных пор к резервным снижается. Минимальное соотношение капиллярных пор к резервным в процессе обжига образцов из масс 2,3,5,6 достигается при температуре 1200°С, а в образцах из масс 1,4,7,8 прт температуре П50°С.

Пористая структура и механическая прочность йзделий из маос с гранитными отсевами

Наименование ратура

свойотв обзздга т °С 2 3 4 5 е 7 8 9

I г 3 1 5 6 7 в 9 10 II

Кажущаяся 1050 1,94 1,93 2,02 1,98 2,01 1,39 1,96 2,04 2,02

плотность, 1100 2,02 2,04 2,07 2,12 2,04 2,11 2,12 2,13 2,14

кг/и Ю-3 1150 2,17 2,14 2,18 2,31 2,34 2,21 2,22 2,23 2,25

1200 2,29 2,29 2,28 2,27 2,25 2,20 2,16 2,16 2,21

Открытая 1050 23,0 23,5 22,5 23,9 21,4 18,5 20,8 15,7 18,3

пористость, 1100 21,7 21,5 20,2 17,4 19,2 11,7 11,7 10,4 9,8

% 1150 11,2 13,9 12,3 6,2 2,5 2,7 3,4 1,9 2,2

1200 3,3 4,8 1,8 2,1 2,1 1,5 1.2 3,1 1,9

Соотношение 1050 75 4,2 4 2,3 4,4 91 22 3,4 9

капиллярной пористости 1100 3,7 2,6 1,4 1,2 1.9 16 27 1,4 2,5

к резервной 1150 3,2 1,7 1.3 1,2 5,3 5,8 Г,5 0,6 0,6

пористости 1200 7.8 х,з 1.3 2,0 1.5 0,9 3 0,6

Предел 1050 26 24 34 36 35 37 33 35 31

прочности 1100 43 39 44 48 44 45 36 39 40

п|и сжатии, 1150 81 71 84 78 86 54 75 71 -

1200 72 75 95 73 87 68 67 46 59

Анизотропия механи-1,3 1.2 1,2 1.1 1Д 1,1 1,4 1.4 1,5

при максимальном ее значении

Кислотоупорные изделия из масс с гранитными отсевами приобретают максимальную механическую прочность как правило при максимальной плотности. Но в некоторых случаях при достижении изделиями максимальной плотности наблвдается начало снижения механической прочности (касса I, табл.6). Это объясняется увеличением объема капиллярных пор при иродолжахщзмся снинекии общего объема открытой пористости. Увеличение объема капиллярной пористости связано с увеличением эффективных размеров радиусов капилляров (габл.З),

Таким образом, механическая прочность из.-елий из масс с гранитными отсеващ достигает в процессе обгшга максимальных значений при минимальном соотношении в пористой структуре объемен капиллярных пор к резервный. I

IIa величину механической прочности изделий влияет такхе струк-турообразоБание массы в процессе формования их методом экструзии. Структурообразование массы приводит к анизотропии механической прочности изделий. Особенно склонны к структурообразованию изделия из шнтморадлонитсодерааках глин.

Увеличение в составе массы гранитных отсевов (состав масс в табл.5) до 20-4® способствует увеличению предела прочности при сжатии, а при превышении этого содержания пористость изделий увеличивается, их механическая прочность снижается.

Оптимизация состава массы кислотоупорных изделий на основе глин и отсевов дробления гранитных пород

Поиск оптимальной технологии кислотоупорных изделий из масс с отсеЕами дробления гранитных пород выполнен методом планирования эксперимента по Бокса-Ушхсону (линейный план 23). В качостве основных факторов, вотшэдх на физико-технические свойства iffle-логоупорных изделий бшш приняты:

Xj- - весовое соотношение печорской и лукошкинской глин; "L^ - восовое соотношение общего количества глинистого компонента и гранитных отсевов: Хд - температура обаага, С.

Уровта варьирования факторов приведены в таблице 7.

Уровни варьирования факторов

Код Верхний уровень Ниишй уровень Интервал варьирования

(а) х2 (6) Х-з (с) 3 4 1160 Г 1,5 1120 I 1,25 20

Результату повторных опытов приведены в таблице 8.

Таблица 8

Результаты повторных опытов

Я опыта Матрица планирования 71 У2 У3

уп см У21 '22 У31 У32

I ав 95,63 95,53 4,21 3,762 75,1 76,6

2 6 95,01 95,38 '4,8699 5,8601 71,4 66,8

3 а 91,96 95,30 6,7394 6,9796 51,7 59,3

4 г 95,25 95,61 6,70 8,80?3 40,8 41,5

5 а 8с 96,87 97,66 3,6068 3,8136 91,4 72,3

6 6с 96,95 96,99 3,071 4,2419 59,3 71,6

7 ас 97,91 97,91 4,4074 4,6303 56,6 46,0

8 с 97,56 97,82 5,989 5,1089 60,1 59,1

Б качестве параметров оптимизации приняты: У-ц - кислотостойкооть изделий,Уд - водопоглощание изделий,У3 - механическая прочность при сжатия, МИа.

С учетом значимости коэффициентов получены нижеследующие адекватные уравнения регрессии:

Тг = 96,396+1,06253^ - 0,1975X2X2 72 = 5,181-0,419Х| - 0,994Х2 - 0,822Хд Г*

Р (2)

= 62,475+3,65Х1 + 10,5375X2 + 2,075Х3 (3)

Оптимальную область значений факторов, обеспечивающая после обетга изделий при температуре П60°С предел прочности при схагии 55-65 Ша, киелотосгойкооть изделий выше 97,5$ при водопоглощании 4,5-5,0$ определяли графическим способом, она обозначена на рис. 8 штриховкой .

Линии одинаковых уровней I +Х2. I

•кислотостойкость (2^) —»—водологлоцение (У£)

----предел прочности при

ежами (Уд)

область оптимальных составов

Рис. 8

Яромнишсшше испытания

По результатам математического планирования эксперимента были установлены оптимальные составы, которые были апробированы в условиях Щекинского завода "Кислотоупор" и внедрены на Целиноградском керамическом комбинате.

На Целиноградском кералдаческом комбинате была внедрена масса для производства кислотоупорных изделий на основе целиноградской и ганкердсской монтмориллонигсодерхавдх глин и гранитных отсевов'Вишневского карьера. Полученные пооле обжига изделия, как видно из таблицы 9, по физико-техническим свойствам не уступав? свойствам изделий из заводской (шамотированной) массы, а по некоторым показателям превосходят их.

Физико-тохяичссняе свойства, изделий

Наименование показателей Щокинокий завод "Кислотоупор" Целиноградский керамический комбинат

массы с гранитными отсевами масса о шамотом масса с гранитными отсевами масса с шамотом

Водопоглоце-ние,% 3,2 2,3-2,7 4,9 5,8 6,8

Кислотостой- кость,% 98,0 98,2 97,6 97,6 96,0

Предел прочности при сяатии, ГЛПа более более 60,0 60,0 57,0 более 35,0 46,0

Термостойкость, г/смея 5 5 3 3 2

Водонепроницаемость, чао более более 48 -18 43 более 24 48

Экономический эффект от внедрения разработанного состава массы на Целиноградском керамическом комбинате при годовом вылуо-ке кислотоупорных изделий 60 гыс.тя составляет более 550 тыс. рублей в ценах 1990 г.

Обдие выводу и рекомендации

1. В результате исследования процессов, протекающих при обжиге кислотоупорных изделий из масс, в которых шамот замекег» отсевала дробления грапитных пород установлены основные зшссш-мерности этого процесса и отлитая его в сравнении с процессами, происходящими при обкиге кислотоупорных изделий из традцциошшх шамотированшх масс..

2. Установлено, что при введении шамота в глины преимущественно гидрослэдистого состава или содержащие монтмориллонит, открытая пористость изделий после обаига их до температур 1200°С повышается. '

При введении гранитных отсевов в аналогичные глины открытая пористость изделий (водопоглощение) при обасиге их в интервале температур Ю50-1200°С снижается и при прочих равных условиях остается нижа, чем в образцах из шамотированных масс. По мере повышения температуры обжига эта разница увеличивается.

3. В изделиях из масс с гранитными отсевами в отличив от изделий из масс с шамотом при облиго формируются капилляры с меньшим сечением, причем в процессе обгага при температурах Ю50-И50°С радиусы капилляров уменьшаются.

В изделиях из масс с аамогом в процессе обжига формируются капилляры с большими эффективными размерами радиусов и при обхи-ге до температуры 1200°С сечение капилляров увеличивается.

4. В процессе спекания изделий из масс с гранитными отсевами интенсивно- отдается обмм капиллярной пористости и увеличивается объем резервной пористости, соотношение объемов капиллярной пористости к резервной спивается, достигая при температурах максимального уплотнения изделия минимума.

5. Механическая прочность изделий повышается по мере повышения кажущейся плотности иаделий, оявкекия общей и открытой пориотостей, снижения соотношения в них объемов капиллярной пористости к резервной.

максимальная механическая прочность изделий достигается при температурах обгига, соответствующих образовании в изделиях

гяшкмального соотношения объемов капиллярной пористости к резервной. При превышении этих температур об гага механическая прочность изделий снижается.

6. Кислотостойкость изделий из масс о гранитными отсевами повышается по мере увеличения в пах содержания высоковязкого кремнеземистого отекла, образующегося при взаимодействии гранитных отсевов с глинами и кварцем. Это стекло обвалакивает включения зародышевых кристаллических фаз, чем объясняется повышенная кислотосгойкость изделий аз масс с гранитными отсевами.

В отличие от изделий из шамотированных маос, в них высокотемпературный муллит образуется в небольших количествах и влияние его на кислотостойкость подчиненное.

7. Методом планирования эксперимента получена математическая модель, адекватно списыващая изменение водопоглощсния, кислотостойкости, механической прочности кислотоупорных изделий в зависимости от содержания в составе масс глин, представленных каолинитом и гидрослвдой, гранитных отсевов и температуры обта-га в границах эксперимента.

8. Установлена оптимальная область составов гасо и температура обжига. При использовании этих составов масс, включающих глины с содержанием в них кварца в пределах 35-39,5$ л соотношением каолинита к гидрослвде 0,56-0,66, получены при температуре обжига 1160-1180°С изделия о кислогостойкостью 98,0$, водо-поглоиением менее 5,0$ и пределом прочности при сжатии более 60,0 МПа, водонепроницаемые по ГОСТ 473,9-81 и термостойкие по ГОСТ 473.8-81.

9. Составы масс опробнроваяы в промышленных условиях Пекинского завода "Кислотоупор" и внедрены на Целиноградском керамическом комбинате. Замена шамота в составах маос кислотоупорных изделий отсевами дробления гранитных пород позволяет при более низких температурах обжига получать изделия высокого качества, применяя полукиелне глины.

10. Исключение из технологического цикла производства кислотоупорных изделий шамота и замена его отсевами дробления гранитных пород позволяет получить экономический эффект 553,1 тыс. рублей при годовом выпуске 60 гыс.ти кислотоупорных изделий на Целиноградском керамическом.комбинате.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следуших работах: * .

1. Гальперина М.К., Ерохива I.B., АхадоаГ.Р., Груздева Г.П. Огоевы дробления гранитных пород - заменитель шамота в массах кислотоупорных изделий // Труды НИИстройкерамшш. 1989. Вып.64. - C.I7-25.

2. Гальперина М.К., Ахадов Г.Р. Исследование физико-технических свойств киолотоудорных изделий из масс, содержащих гранитные отсевы //Обзор.информ. Сер.5. Керамическая пром-сть. Вып.б/ШШСМ ШСЫ СССР, 1989. - С.6-9. I

3. Гальперина U.K., Ахадов Г.Р. Исследования кислотоотой-кооти кислотоупорных изделий из масс с гранитными отсевами

// Труды НИИстройкераышси. 1991. Вып. 68. - С.28-34.

4. Гальперина U.K., Ахадов Г.Р. Оптимизация состава массы для кислотоупорных изделий на основе глин и отоевоЕ дробления гранитных пород //Гр.НШстройкерамика. 1991. Вып. 69. - С. 15-23.