автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Жаростойкий конструкционно-теплоизоляционный материал на основе техногенных продуктов металлургии

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА та АРХІТЕКТУРИ

НАУМЕНКО ВОЛОДИМИР ЕДУАРДОВИЧ

УДК 691.3:669.054.8.002.8

ЖАРОСТНЇКИЙ КОНСТРУКЦІЙНО - ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИЙ МАТЕРІАЛ НА ОСНОВІ ТЕХНОГЕННИХ ПРОДУКТІВ МЕТАЛУРГІЇ

05.23. 05. Будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступепя кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Шпирько Микола Васильович,

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри будівельних матеріалів

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор Щеглова Меланін Дмитрівна Український державний хіміко-технологічний Університет, професор кафедри хімічної технології в'яжучих матеріалів,

- кандидат технічних наук, доцент Бегун Олександр Іванович Дніпропетровський Державний аграрний університет, доцент кафедри експлуатації гідромеліоративних систем та технології виробництва Провідна установа - Донбаська державна академія будівництва та

архітектури, кафедра будівельних матеріалів та виробництва будівельних конструкцій (м.Макіївка), Міністерство освіти і науки України.

Захист відбудеться "16" березня 2000р. о.аЗ. годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085. 01 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою:

49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а., ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури:

49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий 'Р.П?.0..'Ш.р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Баташева К. В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Однією з найбільш актуальних проблем, раховуючи ріст цін на енергоносії, є їх економія. Основним напрямком іауково-дослідних робіт в галузі будівельних матеріалів є розробка і провадження енерго - і ресурсозберігаючих технологій, зниження матеріало-исткості будівельних виробів і конструкцій, використання техногешшх гродуктів промисловості, зокрема металургійної, які містять комплекс исокоактивних оксидів у поєднаїші з лужними компонентами.

У Придніпровському регіоні є значна кількість дисперсних техногенних гродукгів феросплавних виробництв, які з успіхом можуть бути використані у иробницгві будівельних матеріалів, в тому числі і жаростійких.

Вирішення цього завдання можливе на основі теоретичних уявлень і іаукового підходу до використаїшя шлаків і пилу газоочищення феросплавного иробництва.

Найбільш практичне значення має використання як компонентів шструкційно-теплоізоляційних матеріалів з підвищеною міцністю, юрозостійкістю, термостійкістю і зниженою теплопровідністю відходів зеросплавного виробництва - гашу газоочищення виробництва феросиліцію.

Використання відходів феросплавного виробництва дозволить розширити ировинну базу і номенклатуру виробів, що випускаються, істотно не мішоючи технологію їх виробництва, а також вирішити проблему охорони гавколишнього середовища.

ЗВ’ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ,ТЕМАМИ, ПЛАНАМИ: викладені в дисертації дослідження виконані згідно з науковими напрямками :афедр технології бетонів і в'яжучих та будівельних матеріалів відповідно до ірограми науково - дослідних робіт “Приорітетні напрямки у розвитку науки техніки. Розділ 6. Нові речовини і матеріали”, затвердженої наказом Міносвіти ^краіни №330, додаток 2 від 04.12.95р, а також відповідно до цільової :омплексної міжнародної науково-технічної програми з будівництва ОЦ. 031.

МЕТА І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ: полягають в підвищенні міцності, інструкційно-теплоізоляційних матеріалів, у зішженні втрати міцності при [агрівашіі до 1273К, підвищенні термічної стійкості, морозостійкості, а також ниженні теплопровідності, за рахунок введення до складу штучного каменю і іатеріалу на його основі пилу газоочищення виробництва феросиліцію ПГВФ), що містить до 96% аморфного кремнезему.

Згідно з поставленою метою дисертаційної роботи сформульовані такі авдання досліджень:

- розробка раціональних складів штучного каменю на основі техногенних гродуктів феросплавного виробішцгва-шлаку металевого марганцю, пилу азоочищенпя виробництва феросиліцію і рідкого скла;

- дослідження фізико-механічних і термічних властивостей штучного ;аменю;

- розробка оптимальних складів жаростійкого конструкційно-теплоізоля-теплоізоляційного матеріалу;

-дослідження фізико-механічних і теплофізичних властивостей жаростійкого конструкційно - теплоізоляційного матеріалу;

-проведення дослідно-промислового впровадження розробленого матеріалу.

НАУКОВА НОВИЗНА ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ.

Теоретично обгрунтоване підвищення міцності в широкому діапазоні температур, термостійкості, морозостійкості, зниження теплопровідності матеріалу за рахунок введення до складу штучного каменю і матеріалу на йогс основі пилу газоочшцення виробництва феросиліцію (ПГВФ);

Розроблені оптимальні склади штучного каменю, що містить шлак металевого марганцю, пил газоочищення виробництва феросиліцію і рідке скло, які відрізняються підвищеною міцністю, термостійкістю.

Запропоновані нові складові жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу на основі розробленого штучного каменю шляхом введення до складу бетону гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю, які відрізняються підвищеною міцністю, термостійкістю, морозостійкістю, зниженою теплопровідністю.

Проведеними фізико-хімічними методами досліджень доведено, що підвищення міцності і морозостійкості при звичайних температурах відбувається за рахунок формування низькоосновних і змішаних гидросилікатів кальцію, зниження пористості, зменшення кількості капілярних пор. Підвищення міцності в інтервалі температур від 773К до 1073К досягається за рахунок зв'язування вільних СаО і МлО, що утворюються при термічній дисоціації СаСОз і МпСОз, аморфним кремнеземом.

Доведено, що зниження теплопровідності здійснюється за рахунок розсіювання теплових фононів і одержання оптимальної пористості матеріалу.

Запропонована безвипалювальна технологія виробництва універсального конструкційно-теплоізоляційного матеріалу на основі техногенних продуктів металургії, яка дозволяє одержати матеріали при мінімальній кількості технологічних переробок.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ.

На основі проведених досліджень отримані такі результати:

-розроблені склади універсального конструкційно-теплоізоляційного матеріалу на основі техногенних продуктів металургії щільністю 1400-1700кт/м3, міцністю 28-34МПа, морозостійкістю Мрз 125-200, теплопровідністю 0.46 Вт/мК при 293 К, 0.6 Вт/м.К при 1073 К, термостійкістю 66 тепло-змін;

-розширена сировинна база і знижена собівартість виробництва виробів.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК ЗДОБУВАЧА полягає в:

- теоретичному обгрунтувати і експериментальному підтвердженні підвищення міцності в широкому діапазоні температур, морозостійкості, зниження теплопровідності за рахунок введення до складу штучного каменю і матеріалу на його основі пилу газоочищення виробництва феросиліцію;

з

- розробці оптимальних складів жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу і дослідженні його фізико-механічних і теплофізичних властивостей.

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ: основні результати

дисертаційної роботи доповідались на таких наукових конференціях:

- республіканській науково-технічній конференції “Проблемы и опыт охраны окружающей среды в республике”, Дніпропетровськ, 14-16 листопада 1990р.;

- всесоюзній конференції “Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии. Ч. 5. Розширение сырьевой базы, комплексное использование минеральных ресурсов и промышленных отходов для получения строительных материалов”, Белгород, 21-24 травня 1991р.;

- III міжнародній науковій конференції “Материалы для строительных конструкций“ ІСМВ'94, Дніпропетровськ, 8-10 червня, 1994 p.;

ПУБЛІКАЦІЇ : по темі дисертації опубліковано 8 друкованих праць, в тому числі 4 статті у збірниках наукових праць, одне авторське свідоцтво та З статті в матеріалах конференцій.

ОБСЯГ РОБОТИ ; Дисертаційна робота складається з вступу, Зрозділів, загальних висновків, списку літератури з 110 найменувань та трьох додатків на 5 сторінках. Робота викладена на 149 сторінках тексту, включаючи 39 малюнків (39 сторінок) та 5 таблиць ( 5 сторінок).

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета і задачі досліджень,визначені наукова новизна і практичне значення отриманих результатів , наведені відомості щодо структури і апробації роботи.

У першому розділі аналізуються питання, пов’язані з перпективами і техніко-економічною доцільністю виробництва жаростійких конструкційно-теплоізоляційних матеріалів. Сформульовані передумови одержання

жаростійких конструкційно-теплоізоляційних матеріалів на основі техногенних продуктів феросплавного виробництва, які відзначаються підвишеною міцністю, термостійкістю, морозостійкістю, зниженою теплопровідністю .

Дослідження застосування шлаків у бетонах різного призначення (В.Д.Глуховський, П.В.Кривенко, М.П.Бессмертний, А.М.Тропінов, Г.С.Рос-тоцька) показали, шо при їх використанні можна досягти достатньої міцності і термостійкості за рахунок утворення монолітної структури .

Введення добавок тонкодисперсного кремнезему до складу цементних композицій (О.П.Мчедлов-Петросян) збільшує їх міцність на 70—80%, дозволяє скоротити тривалість теплової обробки.

Тонкодисперсні кремнеземвмісні добавки (зокрема пил газоочищення виробництва феросиліцію) при взаємодії з лужними компонентами бетонних сумішей прискорюють процеси гідратації (А.М.Тропінов та ін.).

Крім того, за результатами ряду досліджень введення кремнеземвмісної добавки призводить до зменшення порової структури матеріалу, яка визначає водовбирання, морозостійкість матеріалу.

Основна наукова гіпотеза роботи полягає в підвищенні міцності і морозостійкості бетону і інтервалі температур від 253К до ЗОЗК, а також зниженні втрати міцності при нагріванні до 1273К, підвищенні термічної стійкості і зниженні теплопровідності за рахунок введення до складу штучного каменю і матеріалу на його основі дисперсної кремнеземвмісної добавки - пилу газоочищення виробництва феросиліцію, що містить 92-96% аморфного кремнезему’. Введешія топкодисперсної кремнеземвмісної добавки - пилу газоочищення виробництва феросиліцію призводить до утворення більшої кількості ішзькоосповних і змішаних гідросилікатів кальцію в одшшці об’єму при нормальних умовах тверднення. Ці сполуки кольматують пори, знижуючи загальну пористість, що призводить до підвищення міцності і морозостійкості.

Присутній в шлаку металевого марганцю МпС03 розкладається на МпО і С02 при нагріванні вище 573К; при подальшому нагрівати вшце 673К Мп переходить з двовалентного стану у тривалентний при одночасній дегідратації поверхні частинок кремнезему і гідросилікатів Са.

Взаємодія частинок Мп3+ з гідратованими поверхнями кремнезему і силікатів кальцію призводить до зміцнення системи за рахунок утворення додаткових зв’язків —Мп — О — Si=, що знижує втрату міцності в

0

1

результаті дегідратації при нагріванні вище 673К.

Зміцнення системи призводить до підвищення тривалої міцності і термічної стійкості.

У другому потлілі наведені характеристики матеріалів і методів досліджень.

У роботі як вихідні матеріали використовувалися : шлак металевого марганцю Запорізького феросплавного заводу, пил газоочищення виробництва феросиліцію Стаханівського феросплавного заводу, гранульований шлак від виплавки силікомарганцю Нікопольського заводу феросплавів, рідке скло.

Шлак металевого марганцю (ШММ) являє собою порошкоподібний матеріал, одержуваний в процесі виплавки металевого марганцю, насипною щільністю 1200 - 1250 кг/м3, з питомою поверхнею 150 - 250 м2/кг. Хімічний склад шлаку наведений в таблиці 1.

Таблиця 1.

Хімічний склад шлаку металевого марганцю

Назва Вміст в %,мас

SiCb AbCh СаО МеО FeO МпО ТЮ, С S Р

Шлак метал. марганцю 28,7 3,9 42,S 3,6 0,13 18,8 0,002 0,17 0,25 0,002

Мінералогічний склад ШММ представлений в основному у- C2S (50 - 55%), ефроітовіш мінералом, що являє твердий розчин Mn2Si04 і 1а2 S1O4, МпСО з з невеликою добавкою (MnFe) Si02, скла, і МпО.

Рідке скло застосоване - натрієве щільністю 1400 кг/м3, такого складу.

SiO - 35%; Мп О - 13-14%; Н20 - 49-52%;

Гранульований шлак від виплавки силікомарганцю (ТУ-14-11-217-85) має ехнічні характеристики, представлені в таблиці 2.

Таблиця 2.

Технічні характеристики гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю.

Показник Од. вимірювань Характеристика

Щільність насішна кг/м3 1000

Абсолютна вологість % 20

Вміст зерен фракції 0- 10(мм) % 95

Кількість включень феросплавів % 5

Кількість кремневидних зерен (що не піддались ■рануляції кусків) крупніше 10мм % 5

Хімічний склад: Si02 % 50,3

А1203 9,2

СаО 14,7

FeO 0,6

МпО 14,2

Мп 4,2

R2O 5,4

S 1.2

Встановлено, що пил газоочищення виробтпгтва феросиліцію є ісокоякісним матеріалом для виробництва жаростійких конструкційно-;плоізоляційиих матеріалів на його основі, тому що складається на 92-96% з лорфного кремнезему, з питомою поверхнею 2000м2/кг. Композиції еросплавних шлаків з рідким склом з доданням цього компоненту ірактеризуютгся високою активністю.

Дослідження впливу добавок на склад продуктів твердіння проводилися етодами рентгенофазового, диференціально-термічного аналізів.

Для досліджень фізико-механічних та теплофізичних властивостей тучного каменю та матеріалу використовувалися стандартні методи.

Для скорочення кількості експериментів та встановлення залежное міцності штучного камешо та матеріалу на його основі від складу використал метод математичного планування експерименту на симплексі - симплекі гратчастий.

У третьому розділі представлені результати експериментальних досліджеі впливу кремнеземвмісної добавки на властивості штучного каменя одержаного при твердінні композиції із шлаку меішевою марганцю і рідкої скла.

Визначена залежність міцності штучного каменю від вмісту компонентів композиції, що має такий вигляд:

Яст=23,4Х, +20,ЗХ2 +14,8Х3 +23Х, Х2 +5,2Х, Х3- 0,2Х2 Х3

За одержаною залежністю міцності штучного каменю від концеїгграи компонентів побудована діаграма “склад-міцність” (рис.І.).

З діаграми “склад-міцність ” визначені раціональні склади штучного камень що містять 60-62% шлаку металевого марганцю, 6-12% пилу газоочищеш виробництва феросиліцію, 28-32% рідкого скла, з яких для подач ьші досліджень обраний склад № 1, який містить ШММ - 60%, РС - 30%, ПГВФ-10%.

За базовий прийнятий склад №2, що включає ШММ - 60%, РС - 40%.

20 24 28 32 36 40

вміст рідкого скла, %

Рис. 1. Діаграма “склад-міщгість”для штучного камешо висушеного при 473К.

Результати досліджень наведені у таблиці 3.

Таблиця 3.

Фізико-механічні властивості штучного жаростійкого каменю.

СКЛАДИ СЕРЕДНЯ ОЦІНКА

Вміст у Натуральний вміст Границя міцності при

кодированому масштабі мас., % стиску після сушки, МПа

х. X, Х3 X, х2 X,

1 2 3 4 5 6 7

1 0 0 40 0 60 23.4

0 1 0 20 20 60 20,3

0 0 1 20 0 ~н >80 14,8

0,5 0,5 0 ЗО 10 60 27,6

0,5 0 0,5 ЗО 0 70 20,4

0 0,5 0,5 20 10 70 17,5

0,333 0,333 0,333 26,66 6,66 66,66 21,7 1

Рентгенофазовий, диференціально-термічний аналіз дозволив встановити, Ю введення до складу штучного каменю оптимальної кількості ПГВФ ризводить до утворення більшої кількості низькоосновних і змішаних ідросилікатів кальцію в одиниці об’єму, що збільшує міцність штучного аменю при нормальних умовах.

Результати досліджень показали,що збільшення питомої поверхні ШММ з 50 до 350м2 /кг (відповідно склади №2,4 та №1,3) призводить до збільшення іцності штучного каменю на 25% з 24 до ЗО МПа.

Проведеними дослідженнями встановлено, що введення до складу (тучного камешо до 10% пилу газоочищення виробництва феросиліцію ідвищує його короткочасну міцність на 10... 15% в інтервалі температур до 73К, знижує втрату короткочасної міцності на 25% в інтервалі температур до 73К-823К і підвищує її на 20% в інтервалі температур 823-1073К (рис.2)

Дериватографічіпім, реіптенофазовим і дилатометричним аналізами лановлено, що при нагріванні розроблюваного штучного камешо в ііггерваті 73-873К відбувається розкладання гідросилікатів кальцію і дегідроксилування [»верхні кремнеземистих частинок різного рівня з наступним його щільненням і утворення зв’язків Бі—О—8і . В інтервалі температур 673-

Э73К відбувається розкладання МпС03 з наступним окисленням Мп2+ до Мп3+ ущільненням структури з утворенням додаткових зв’зків —Мп—О—Бі з .

О

Експериментально підтверджено, що з підвищенням температурі з 823 до )73К тривала міцність базового штучного камешо знижується при о = 0,1 Нр з 20 до 80 діб. Введення до штучного каменю пилу газоочищення виробництва

х

rt

Си

373 473 573 673

Температура випалу, К 6. при розтягненні

373 473 573 673

Температура випалу, К а. при стиску

Рис. 2. Залежність міцності штучного каменю від температури випалу.

1,2,3,4, - склади штучного каменю, феросиліцію підвищує його тривалу міцність при а = 0,Шр на 20...25/ї (рис.З.), підвищує його термічну стійкість в 1,87 — 2,64 рази (рис.4).

Ю7

м

о

"Sh

О

106

ол

0,3Rp

я

І

і<г

0,1

0,2 О.ЗБІр

навантаження б. штучний камінь без ПГВФ

0,2

навантаження а. штучний камінь з добавкою ПГВФ Рис. 3. Залежнсть довговічності штучного каменю від ступеня навантаження. 1,2,3,4 - склади штучного каменю

-------температура 823К

.......температура 1153К

К ЗО

2 т О 27

R С 24

а 21

л ь 18

и ■£ 15

є: 12

у 9

<

\

К ■і ■, \1

LL

0 2

4 6 8

Вміст ПГВФ, %

10 12

70 68 66 64 62 60

Вміст ШММ,% а. рідке скло - const = 30%

58

Вміст ПГВФ, %

40 38 '36 34 32 30 28

Вміст рідкого скла, % б. шлак - const = 60

Рис. 4. Залежність термічної стійкості штучного каменю від його складу.

1 - Sui = 350м /кг,

2 - Shi = 250м7кг

У четвертому розділі дано аналіз результатів досліджень фізико-механічних і теплофізичних властивостей жаростійкого конструкційно-

гплоізоляційного матеріалу, одержаного шляхом введення до штучного амеїпо заповнювача - гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю.

Визначено, що введення до штучного каменю заповнювача фракції 0,14 -мм (грантлак від виплавки силікомарганцю) до 50% призводить до езначного зниження міцності з 34 до 28 МПа матеріалу на LUMM з питомою оверхнею 350м2/кг і з 26 до 21 МПа при 8щмм-250м2/кг (мал. 5).

о.

с

о

5

's

Я

к

и

оЗ

а

k,

36

33

зо

27

24

21

18

15

12

9

6

З

о

1

N , /

V

- - - - - — . ^ U -т -

/ *ч v.

п / V N. \

V >- Ч N.

«ч

І-/

60

70

80

10 20 ЗО 40 50

Вміст і ракш лаку, %

Рис. 5. Залежність міцності матеріалу від вмісту гранульованого шлаку.

1, 2,3, 4 - склади штучного каменю Аналіз залежності міцності матеріалу від тривалості попередньої витримки еред сушінням показав, що збільшеїшя часу попередньої витримки виробів з 4 э 10 годин підвищує ії міцність на ЗО...40%, подальше збільшення до 24 годин г призводить до суттєвого підвищення міцності (рис.6).

Я

о.

с

'н

я с

w &

4

12

14

6 8 10 Час попередньої видержки, год 1 - витрати граншлаку - 30%, 2 - витрати граЕішлаку - 50%

тс. 6. Залежність міцності матеріалу від тривалості попередньої видержки перед сушінням.

______ - = 250м2/кг, ________- = 350м2/кг

Введення до складу матеріалу пористого шлакавого заповнювача жзводить до зменшення теплопровідності матеріалу. Зниження коефіцієнта яілопровідності матеріалу досягається не тільки за рахунок збільшення )ристості, але і за рахунок розсіювання теплових фононів у твердій фазі при

нагріванні. Так при підвищенні температури нагрівання до 1073К коефіцієнт теплопровідності матеріалу не перевищує 0,6 Вт/мК (рис.7).

Встановлено, що введення до складу матеріалу з вмістом 30% граншлаку ПГВФ знижує його водовбирання з 14 до 10% і збільшує морозостійкість на

33...50% з 150 до 200 циклів на шлаку металевого марганцю з питомою поверхнею 350м 2/кг і з 100 до 150 циклів на шлаку з питомою поверхнею 250м2/кг. Це пов’язано з кольматацією пор ішзькоосновнями гідросилікатами і кремнегелем (рис. 8).

0,64 г

•е

О >- 2

£ .3 « її к ¡5

• 5 О >

4) Й Ж О О

с

р

0,60

0,56

0,52

0,48

0,44

0,40

_ — — —

473

873

1073

673

Температура, К

Рис. 7. Залежність коефіцієнта теплопровідності матеріалу від температури.

- матеріал з добавкою ПГВФ у штучний камінь

- матеріал без добавки ПГВФ у штучний камінь

Кільеість циклів заморожування

Рис. 8. Зміна міцності матеріалу при цикличному заморожуванні.

_____ матеріал з ПГВФ

_____ матеріал без ПГВФ

____ матеріал з ПГВФ, висушений при 473К

Експериментально доведено, що введення до складу штучного каменю до 40% гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю підвищу« термічну стійкість матеріалу у 2,2 рази з 30 до 66 теплозмін, що пов’язано ; утворенням в контактній зоні оптимальної кількості дефектів, створенням

¡фагментальної структури і збільшенням релаксаційної здатності матеріалу.

П’ятий позділ присвячений технології виробшпцва і основним техніко-жономічним характеристнгкам дослідно-промислового впровадження юзробленого матеріалу.

Дослідно-промислове впровадження здійснювалося шляхом заміни гастини футеровкн печей випалу кераміки, виконаної з шамотного вогнетриву ШЛБ) на футеровку виробами розміром 250x120x65мм з жаростійкого аднструкційно-теплоізоляційного матеріалу на Синельниківському філіалі іідприємства ЕКСТЕР лтд в 1995 р.

В результаті дослідно-промислового впроваджешія розробленого матеріалу спрощений процес виготовлення, зішжена енергоємність процесу :ушіішя, поліпшені фізико-механічні властивості матеріал}', знижеш тепловтрати в навколишнє середовище, знижена собівартість їм3 виробів у юрівнянні з базовим на 42 грн.

Фізико-механічні властивості матеріалу, виготовленого у промислових /мовах, наведені в таблиці 4.

Таблиця 4.

Фізико-механічні характеристики жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу

Характеристики Показник

Розмір виробу, мм 250x120x65

Щільність, м7кг 1600

Границя міцності при стиску, МПа 21-26

Термостійкість при 1073К, теплозмін 66

Теплопровідність, Вт/мК

при 473К 0,46

при 873К 0,5

при 1073К 0,57

при 1273К 0,6

Морозостійкість циклів 150

ВИСНОВКИ

І.із застосуванням симплекс-гратчастого методу планування експерименту здержана математична модель, що описує міцність штучного каменю, яка має такий вигляд:

Ксг=23,4Х, +20,ЗХ2 +14,8Х3 +23Х, Х2 +5,2Х, X, - 0,2Х2 Х3 З діаграми “склад-міцність”, розрахованої і побудованої за одержаною моделлю, виявлена область раціональних складів штучного каменю, що містить ІІІММ - 60... 62%, ПГВФ - 6... 12%, рідке скло - 28 ... 34%.

2. Проведеними дослідженнями виявлено, що збільшення питомої поверхні длаку з 250м2/кг до 500м2/кг призводить до підвищення міцності штучного

каменю з 24 до ЗО МПА, причому найбільш інтенсивне підвищення міщюст спостерігається при збільшенні питомої поверхні до 350 м2/кг.

3. Доведено, що введення до штучного каменю шлаку із металевоп марганцю з питомою поверхнею 350 м2/кг і рідкого скла пилу газоочищенні виробництва феросиліцію в кількості 10% при оптимальному вмісті рідко фази, підвищує його міцність на 34% і призводить до зниження усадочни; внутрішніх напруг на 20... 25%.

4. Дериватографічним, рентгенофазовим і дилатометричним аналізам] встановлено, що при нагріванні розроблюваного штучного каменю в інтервал температур 473...673К відбувається розклад гідросилікатів і дегідроксилуванн. поверхні кремнеземних частинок різного рівня з наступним ущільнення* структури. В інтервалі температур 673... 1073 К розкладається МпС03 і СаСОз наступним окисленням МпО до Мп20з і ущільненням структури з утворенням основних зв'язків-Са-0-8і= і додаткових —Ми - О - Бі =

О

При нагріванні штучного каменю вище 1073 К його основний мінерал у - С2$ в наслідок поліморфного перетворення переходить у а1 - СгБ, і том; температура застосування штучного каменю в умовах періодичної ді температур не повинна перевищувати 1073 К.

5. Проведеними дослідженнями встановлено, що введення до штучногі каменю до 10% пилу газоочищення виробництва феросиліцію підвищує йог< короткочасну міцність наЮ... 15% в інтервалі температур 473 ...673 К, знижу втрату короткочасної міцності на 25% в інтервалі температур 673...823 К підвищує ії на 20% в інтервалі температур 823... 1073 К.

Визначено, що при температурі 1073 К додаткова деформація штучноп каменю не перевищує 1% і становить 0.8 ...0, 9%.

6. Виявлено, що з підвищенням температури з 823 до 1073 К тривалі міцність штучного каменю знижується при ст =0.1 Яр з 120 до 80 діб. Введенні до складу штучного каменю пилу газоочищення виробництва феросиліцік підвищує його тривалу міцність при а =0.1 Ер на 20...25%. Досліджешіямі встановлено, що введення до складу штучного каменю до 10% тіл; газоочищення виробництва феросиліцію підвищує його термічну стійкість прі питомій ловерхні шлаку 350 м2/кг в 1.87 рази з 16 до 29 теплозмін, а прі питомій поверхні 250 м2/кг в 2.64 рази з 10 до 20 теплозмін.

7. Проведеними дослідженнями встановлено, що введення до штучног« каменю заповнювача фракції 0.14 ...5мм (гранульованого шлаку від виплавю силікомарганцю) до 50% призводить до незначного зниження міцності прі стиску з 34 до 28 Мпа при використанні у в'яжучому шлаку з питомон поверхнею 350 м2/кг із 26 до 21 Мпа при застосуванні шлаку з питомок поверхнею 250 м2/кг. Виявлено, що при витраті заповнювача фракції

0.14...5 мм (шлаку від виплавки силікомарганцю) від 50% до 70% міцністі

8. Виявлено, що при збільшенні вмісту гранульованого шлаку в матеріалі з до 50% коефіцієнт теплопровідності матеріалу практично не змінюється, іначено, що коефіцієнт теплопровідності матеріалу при 1073К збільшується

24... 25% з 0.46... 0.47 до 0.56 ...0.58 Вт/мК. ' ‘

9. Встановлено, що введення до штучного каменю і матеріалу' пилу зочшцення виробництва феросиліцію призводить до зниження кількості пор мір ом понад 1 мкм і збільшення кількості пор розміром менше Імкм.

10 Встановлено, що введення до складу матеріалу ПГВФ з вмістом іішлаку 30% знижує його водовбирання з 14 до 10% і збільшує юзостійкість на 33...50% з 150 до 200 циклів на шлаку з питомою ерхнею 350м2/кг і з 100 до 150 циклів на шлаку з питомою поверхнею м2/кг. Це зв'язано з кольматацією пор кремнегелем. Збільшення вмісту гульопаного шлаку з 30 до 50% призводить до зниження морозостійкості на .20%.

11. Дослідженнями встановлено, що введення до штучного каменю ііульованого шлаку в кількості 30...50% знижує тривалу міцність матеріалу

15...20., при а -0, 1 Rp з 100 до 80... 85 діб для температури 1073 К і з 150

120... 127 діб для температури 823К. Це пов'язано з утворенням різних ектів у контактній зоні заповнювач - штучній камінь.

12. Встановлено, що введення до штучного каменю до 40% гранульованого іку підвищує термічну стійкість у 2.2 рази з ЗО до 66 теплозмін. Це пов'язано творенням в контактній зоні оптимальної кількості дефектів, створенням гментальної структури і збільшенням релаксаційної здатності матеріалу.

13. Проведено дослідно-промислове впровадження розробленого матеріалу футеровки печі випалювання кераміки на підприємстві ‘’ЕКСТЕР ЛТД" пш економічний ефект від впрвадження становив 13242 грн.

ноііні положення дисертаційної роботи опубліковані в таких роботах:

1. Науменко В.Э. К вопросу формирования структуры жаростойкого усственного камня на отходах металлургии и жидком стекле іидніпровський науковий вісник.Технічні науки./Наука і освіта.-Дн-ск, 8,-№55 (122).-с. 101-105.

2. Науменко В.Э. Безобжиговий стеновой материал на отходах металлургии іидніпровський науковий вісник.Технічні науки./Наука і освіта.-Дн-ск,-

8.-№72 (139). -с. 114-119.

3. A.C. № 1728172. (СССР), МКИ С04В28/08. Шлакобетонная сырьевая есь. /Н.В.Шпирько, В. Э.Науменко, А.П.Полтавцев (СССР).-№4794399/33; 02.90; Опубл. Бюл. №15, 1992г-2с. (запропонував введення до складу іакобетону шлаку металевого марганцю).

!. Науменко В. Э. Исследование свойств искусственных камней на основе югенных продуктов ферросплавных производств, формирующихся при ке. //Вісник Придніпровської державної академії будівництва та тектури./Т7ДАБтаА.-Дн-ськ, 1999.-№7.-с.35-40.

з. Науменко В. Э. Исследование физических свойств жаростойкого лрукционно-теплоизоляционного материала. //Вісник Придніпровської

державної академії будівництва та архітектури./ПДАБтаЛ.-Ди-ськ, 1999.-.! С.37-44.

АНОТАЦІЇ

Науменко В. Е. Жаростійкий конструкційно-теплоізоляційний матеріал основі техногенних продуктів металургії.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кондидата технічних науі спеціальності 05.23.05. - будівельні матеріали та вироби,- Придніпров державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2000.

Захищається дисертація , основний зміст якої опубліковано в 9 - наук( працях, в яких на основі фізико-хімічного підходу вирішувалась пробі використання техногенних продуктів металургії (шлаку металеї марганцю,пилу газоочищення виробництва феросиліцію,гранульованого ш. від виплавки силікомарганцю) як компонентів жаростійкого штучного кам та універсального конструкційно-теплоізоляційного матеріалу з висок експлуатаційними властивостями на його основі,розширеїшя сировшшої і будівельних матеріалів.

Вивчені властивості техногенних продуктів металургії, розроб раціональні склади штучного каменю і композицій на його основі, до скі яких входить гранульований шлак від виплавки силікомарганцю. Дослід; фізико-механічні і теплотехнічні властивості розробленого жаростій: конструкційно-теплоізоляційного матеріалу.

Ключові слова: техногенні продукти, штучний камінь, жаростіі конструкщйно-теплоізоляцшшш матеріал, термічна стійкість, морозостійкі теплопровідність.

Науменко В.Э. Жаростойкий конструкциошю-теплоизоляцион материал на основе техногенных продуктов металлургии.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических нау специальности 05.23.05. - строительные материалы и изделия.

Приднепровская государственная академия строительства и архитект Днепропетровск, 2000.

Защищается диссертация , основное содержание которой опубликовано печатных работах, в которых на основе физико-химического подхода реша проблема использования техногенных продуктов металлургии (ш металлического марганца, пыли газоочистки производства ферросили гранулированного шлака от выплавки силикомарганца) как компоне) искусственного камня и универсального конструкционно-теплоизоляциом материала с высокими эксплуатационными свойствами на его ост расширения сырьевой базы строительных материалов.

Изучены физико-механические свойства , химический и минералогиче< составы техногенных продуктов металлургии, возможность их использов;

я повышения физико-механических и теплотехнических свойств зструкционно-теплоизоляционных материалов.

Установлено, что шлак металлического марганца, содержащий ухкальциевый силикат у-С28 и пыль газоочистки производства рросилиция, содержащая до 96% аморфного кремнезема, вступая в реакцию щелочным компонентом сырьевой смеси - жидким стеклом, образуют гсьшее количество низкоосновных и смешанных гидросиликатов кальция в шице объёма, что приводит к повышению прочности в широком интервале шератур, снижению потери прочности в интервале 473 - 823 К, повышению очности в интервале температур 823 - 1073 К.

С использованием метода математического планирования эксперимента ределяли оптимальные составы искусственного камня, содержащего 60 -% шлака металлического марганца, 28 - 34 % жидкого стекла и 6 - 12 % ли газоочистки производства ферросилиция.

Изучено влияние удельной поверхности шлака металлического марганца на зико-мехашшеские свойства искусственного камня. Так для оптимального лава искусственного камня с удельной поверхностью шлака 350м2/кг ;дел прочности при сжатии составляет 35 МПа, термостойкость - 29 шосмен. При удельной поверхности шлака 250 м2/'кг - 27 МПа и 16 шосмен соответственно.

Определено оптимальное количество воды затворения для оптимальных :тавов.

Определены оптимальные составы жаростойкого конструкционно-шоизоляционного материала, полученные путём введения в искусственный лень 30 - 50 % гранулированного шлака от выплавки силикомарганца. Изучены физико-механические и теплофизические свойства полученного гериала. Определено оптимальное количество воды, обеспечивающее )бходимую подвижность смеси. Механическая прочность разработанного гериала достигает 21 - 26 МПа при удельной поверхности шлака галлического марганца 250 м 2/кг и 350 м2 /кг соответственно.

Изучено влияние времени предварительной выдержки изделий перед икой на их прочность и определено оптимальное его значение - 8 часов. Изучены зависимости расхода гранулированного шлака, температуры рева, влажности материала на его теплопроводность.

Определено, что расход гранулированного шлака (30 — 50%) существенно влияет на теплопроводность материала, а его нагрев до 1073 К увеличивает шопроводность на 24-25 % с 0,46 ...0,47 до 0,56...0,58 Вт/м К.

Изучено влияние состава сырьевой смеси и времени предварительной тержки на морозостойкость материата. Установлено, что при расходе шулированного шлака 30%, удельной поверхности шлака металлического эганца 350м2/кг морозостойкость достигает- 200 циклов нормального юраживания и о п аивания.

Изучено влияние состава материата на его термическую стойкость.

Доказано, что введение в искусственный камень до 40 % гранулированног шпака от выплавки сшгикомарганца повышает его термостойкость в 2,2 раза 30 до 66 теплосмен.

Проведено опытно-промышленное внедрение разработанного материала качестве футеровки печи обжига керамики. Годовой экономический эффект с внедрения составляет 13242 грн.

Ключевые слова: техногенные продукты, искусственный камен

жаростойкий конструкционно-теплоизоляционный материал, термическ: стойкость, морозостойкость, теплопроводность.

Naumenko V.E. Heat-resisting , strukturally-heat-insulating materials based t technogenetik products of metallurgy.- Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.23.05 - building materials and Articles - The Pridneprovsk State Academy of Construction and Architecture, Dnepropetrovsk, 2000.

The main content of the defended dissertation is published in 9 scientif papers. The problem of technogenetic products usage of metallurgy has been solv< on the basis of the physics-chemical approach. The mentioned technogene) products such as slag of metal manganese,dust of gas cleaning in ferrosiliciu production, granulated slag of silico-manganese smelting have been considered to 1 components of an artificial block and universal stmcturalli-heat-insulatmg maten on its base with high operating characteristics. Extension of raw building materi: supply has been solved either.

Characteristics of technogenetic products of metallurgy have been studie Balanced compounds of an artificial block and compositions on its base with t granulated slag of silico-manganese smelting as a component have been develops The physics-mechanical and heat engineering characteristics of the developed he; resisting,structuralli-heat-insulating material have been investigated.

KEY WORDS: technogenetic products, an artificial block, heat-resisting structurally-head-insulating material, heat resistance, cold resistance, h< conduction.