Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния вопроса стеклокристаллических материалов и покрытий 6
1.1. Каменное литье 6
1.1.1. Сырье для камнелитейного производства 6
1.1.2. Затвердевание и кристаллизация силикатных расплавов 8
1.1.3. Влияние строения на свойства литых стеклокристаллических материалов 16
1.2. Ситаллы 22
1.3. Стеклокристаллические покрытия 42
1.3.1. Эмали 42
1.3.2. Ситаллоэмали 47
Глава 2. Материалы, оборудование и методика проведения исследований 58
Глава 3. Структура и свойства базальтов Приморского края 74
3.1. Исследование исходной структуры (петрография) базальтов Приморского края 74
3.2. Определение температуры кристаллизации базальтов по Френчу-Камерону 86
3.3. Исследование технологических свойств базальтов Приморского края 92
Глава 4. Исследование и разработка технологии нанесения покрытия на огнеупорные материалы 110
4.1. Анализ огнеупорных материалов и покрытий, используемых при защите топочных устройств 110
4.2. Опыт использования природных сырьевых материалов для получения огнеупорных защитных покрытий в Приморском крае 114
4.3. Исследование и разработка технологии нанесения стекло- кристаллического покрытия на огнеупорный кирпич 119
4.4. Исследование свойств стеклокристаллического покрытия на шамотном кирпиче 128
Глава 5. Исследование и разработка технологии нанесения стекло-кристаллического покрытия на сталь 131
5.1. Способы нанесения стеклокристаллических покрытий на сталь и их анализ 131
5.2. Исследование технологии нанесения стеклокристалических покрытий из базальтов Приморского края на сталь 138
5.3. Исследование режимов кристаллизации на фазовый состав и структуру исследуемых покрытий 145
5.4. Исследование свойств стеклокристаллических покрытий на основе базальтов Приморского края 161
Заключение 163
Библиографический список использованной литературы 165
Приложения 171
- Влияние строения на свойства литых стеклокристаллических материалов
- Определение температуры кристаллизации базальтов по Френчу-Камерону
- Исследование и разработка технологии нанесения стекло- кристаллического покрытия на огнеупорный кирпич
- Исследование режимов кристаллизации на фазовый состав и структуру исследуемых покрытий
Введение к работе
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:
Проведен системный анализ месторождений базальтов Приморского края по их петрографии, макро- и микроструктуре, фазовому составу с детальным изучением их технологических свойств;
Расчетным и экспериментальным путем установлены оптимальные составы шихты на основе базальтов, которые могут быть использованы в
5 технологии как каменного литья, так и для нанесения защитных покрытий;
Методами исследований макро- и микроструктуры покрытий установлены закономерности взаимодействия металлической и неметаллической подложки с покрытиями на основе базальтов;
Установлены закономерности между режимами термической обработки стеклокристаллических покрытий на основе базальтов и их микроструктурой, а также фазовым составом;
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.
Влияние строения на свойства литых стеклокристаллических материалов
На этой диаграмме составы пироксенов рассмотренных систем располагаются вблизи характерных прямых линий, соединяющих точки, соответствующие двойным метасиликатам, с вершинами треугольной диаграммы, то есть одинарными метасиликатами. Анализируя расположение составов тройных метасиликатов в поле треугольной диаграммы, можно более наглядно пояснить особенности кристаллизационных свойств петрургических расплавов. Например, расплавы из базальта с добавкой доломита (область 1) находятся на линии геденбергит - метасиликат магния и содержат примерно одинаковое весовое количество этих составляющих. Такие расплавы хорошо формируют пироксен и обладают удовлетворительной кристаллизационной способностью. При оптимальных условиях охлаждения в плавлено литом материале содержится 85 - 90% моноклинного пироксена и до 10% остаточной стеклообразной фазы. Кроме этого, в структуре материала обнаруживается магнетит. Расплавы из смеси гранита и доменного шлака (область 2) находятся на линии диопсид геденбергит, причем около 80 вес. % приходится на долю диопсидовой составляющей. Близость этих расплавов к фигуративной точке диопсида обуславливает их хорошую кристаллизационную способность и способность образовывать в структуре только один минерал - моноклинный пироксен сложного состава. Расплавы на основе горнблендита (область 3) располагаются вблизи линии геденбергит - метасиликат магния и содержат до 60% MgSiC . Эти расплавы обладают улучшенной кристаллизационной способностью и в них, наряду с моноклинным пироксеном, может образоваться магнезиальный оливин. Расплавы на основе шлака медной плавки (область 4) располагаются вблизи линии диопсид - метасиликат железа, причем до 80 вес. % приходится на долю FeSi03. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что расплавы, близкие по стехиометрическому составу к пироксенам типа диопсид, геденбергит, гиперстен будут обладать повышенной кристаллизационной способностью. Кристаллизирующие свойства петрургических расплавов будут улучшаться по мере удаления от вершины CaSiC в направлении стороны MgSiCb -FeSi03: то есть по линии метасиликат кальция - гиперстен. Следует предположить, что для каменного литья на основе базальтов и других железосодержащих горных пород (диабазов, амфиболитов) наиболее приемлемыми являются составы располагающиеся в центральной части диаграммы внутри треугольника abc. [17]
По приведенным литературным данным можно сделать заключение, что при получении отливок из алюмосиликатных расплавов с изменением тепловых условий изменяется скорость охлаждения расплава. Это изменение может привести к различной величине переохлаждения. При определенной величине переохлаждения расплава в свою очередь могут создаваться благоприятные условия для преимущественного возникновения силикатов с более простыми кремнекислородными радикалами (пироксенов) или более сложных силикатов, например, плагиоклазов, для кристаллизации которых необходимо преодоление относительно большого энергетического барьера. [3,4,15,18]
Следует отметить, что хотя строение оливинов более простое, чем пироксенов, однако процесс кристаллизации их при реальных условиях получения литья затруднен. Это объясняется узким температурным интервалом, в котором может происходить кристаллизация оливинов при формировании каменного литья. Температурный интервал кристаллизации оливинов находится в области более высоких температур, чем у моноклинного пироксена. В реальных условиях производства скорость охлаждения отливок обычно составляет 30—40 град/мин, вследствие чего температурный интервал образования оливинов существует незначительное время, и они не успевают выделиться из расплава.
Таким образом, в зависимости от скорости охлаждения расплава существенным образом может изменяться фазовый и минеральный состав отливок и их частей. Можно выделить три группы скоростей охлаждения в зависимости от их влияния на фазовый и минеральный состав отливок из расплавов. При охлаждении железистых расплавов со скоростью 50 град/мин и больше в структуре отливок наблюдается значительное количество стеклообразной фазы. Охлаждение со скоростью 20 град/мин и менее приближает условия затвердевания к более равновесным и способствует выделению из расплава оливина и даже плагиоклаза, а охлаждение со скоростью 30—40 град/мин позволяет за счет быстрого нарастания вязкости расплава зафиксировать образующееся метастабильное состояние и получить строение отливки, близкое к мономинеральному пироксеновому. Возможность образования плагиоклаза и оливина хотя и определяется тепловыми условиями охлаждения, но зависит в первую очередь от химического состава расплава.
По форме кристаллических образований различают следующие типы структур: сферолитовую, дендритовую, шестоватую, сноповидную, спутановолокнистую. [4] Форма кристаллических образований, так же как и закристаллизованность материала, определяется степенью отклонения условий охлаждения расплава от равновесных. Обычно в каменном литье имеют место скелетные формы кристаллизации.
При кристаллизации базальтовых (железистых) расплавов кристаллические образования чаще всего представлены различными типами сферолитов, отличающихся по своему внутреннему строению. Наиболее часто встречаются радиально-лучистые сферолиты - глобальные образования, представленные тонкими иглами (толщиной до 10" мм), растущими из одного центра. [19,20,21,22]
Кроме указанного типа, имеются другие разновидности сферолитов — микросферолиты, в которых трудно различить тонкое радиальное строение; звездчатые сферолиты — сферолиты звездчатого облика с дендритным строением отдельных лучей; радиально-волокнистые сферолиты — сферические образования из тонких радиальных волокон, расходящихся из общего центра; перистые сферолиты - перистые дендритовидные пучки волокон, радиально исходящие из одной точки. Встречаются также промежуточные, переходные разновидности, которые могут кристаллизоваться в тесном контакте с основными кристаллическими формами. Характерной особенностью строения камнелитых изделий является наличие плотного мелкокристаллического наружного слоя, примыкающего к литьевой поверхности. Такая структура материала обеспечивает наиболее высокие характеристики химической стойкости и сопротивления истиранию, являющимися главными свойствами каменного литья. Внутренний слой отливок имеет дефекты строения в виде усадочной рыхлости, межкристаллитной пористости, крупной кристаллизации и большей индивидуализации минералов, а также повышенного количества стеклообразной составляющей, которые снижают механические и эксплуатационные характеристики материала.
Определение температуры кристаллизации базальтов по Френчу-Камерону
Под эмалированием следует понимать соединение стекловидносиликатного или стеклокристаллического материала (эмали) с металлом. [47] Слово эмаль заимствовано из французского языка (email), где оно означает «плавка», «плавить».[47] Эмаль можно определить как стекловидную застывшую массу, полученную в результате плавления или спекания и имеющую неорганический, главным образом оксидно-силикатный состав, которая должна быть наплавлена в один или несколько слоев с добавками на изделие из металла. В особых случаях, эмаль после управляемого расстекловывания может существовать в кристаллической или частично кристаллической форме. Эмаль не является материалом, функционально применяемым самостоятельно; она превращается в специфический компонент только благодаря соединению с металлом.
Традиционный технологический процесс эмалирования железных заготовок состоит из этапов нанесения дисперсной мелкозернистой эмалевой массы (фритты) на предварительно подготовленный исходный материал, сушки и обжига (вжигания). На уже наплавленную грунтовую эмаль (в качестве буферного или промежуточного слоя для покровного эмалирования) наносят один или несколько покровных слоев эмали. В случае особых металлов и при современных способах эмалирования стального листа поверхность можно обрабатывать только одним слоем эмали. Эта технология нанесения слоя эмали непосредственно на металл называется безгрунтовым эмалированием. [47]
Эмаль на металле по своему изготовлению и по форме появления часто рассматривается лишь как покрытие, нанесенное для защиты от коррозии. Однако защита от коррозии является только одной из задач эмалирования, но далеко не единственной. Скорее эмаль служит вообще для улучшения качества поверхностей и формирования новых материаловедческих, технических и функциональных свойств новой системы.
При эмалировании взаимодействие металла и эмали определяется разными физическими, механическими и химическими факторами в комплексе. По мнению авторов работ [47], для обеспечения стабильности системы решающими факторами являются смачивание, адгезия и внутренние напряжения.
Для безупречного эмалирования требуется полное покрытие поверхности металла расплавом эмали. Ее смачивающие свойства и смачиваемость поверхности металла являются важными условиями для активного смачивания как решающего процесса при обжиге и для хорошей адгезии.
Грунтовую эмаль наносят в качестве промежуточного слоя между металлов и покровной эмалью. [47,48,49] Она способствует адгезии на материале основы и служит в известной степени буферным слоем при реакциях, протекающих в процессе обжига, вследствие своей специально созданной пузырьковой структуры; она может воспринимать выделяющийся из стали водород. Авторы работы [47] полагают, что грунтовая эмаль должна удовлетворять следующим требованиям. Наряду с подгонкой теплового расширения к значению этого параметра для основного металла (причем всегда соблюдается соотношение аЕ ам во избежание возникновения растягивающих напряжений в эмали), следует обеспечивать хорошее смачивание поверхности металла эмалью, а во избежание динактивных процессов грунтовая эмаль должна иметь более высокое поверхностное натяжение, чем покровная. От грунтовой эмали требуется оптимальная вязкость в интервале 10 —10 Па-с при технически приемлемых температурах обжига. Наконец, грунтовая эмаль должна иметь довольно широкий интервал обжига и высокую устойчивость к обжигу, чтобы не сужался выбор покровных эмалей и чтобы грунтовая эмаль оставалась стабильной при нескольких обжигах.
Обычная фритта грунтовой эмали представляет собой стеклообразную не вполне однородную массу. Фритты этим и отличаются от новых (нетрадиционных) материалов, специально предназначенных для грунтовки, например, адгезионных суспензий и т. д. Хотя ассортимент грунтовых эмалей для сталей и очень широк, они состоят из ограниченного набора компонентов (в основном Si02, В203, А12Оз, Na20 или К20, СаО, фторидов и оксидов сцепления). Широкий интервал обжига и стабильность обжига достигаются частично уже во фритте путем высоких содержаний кремнезема и глинозема, а также путем неполного расплавления. [50]
Плавильная характеристика грунтовой эмали определяется добавками флюсов. Однако при обжиге плавильная характеристика изменяется: кварц и глина повышают вязкость, а оксиды железа, в особенности вюстит, снижают ее. Оптимальное смачивание обеспечивается наличием В20з, а адгезия — добавкой соответствующих активаторов (СоО, NiO, соединений сурьмы и молибдена); в последнее время проявляется тенденция к созданию бедных кобальтом эмалей или эмалей, совсем не содержащих кобальта (оксиды никеля, марганца и т. д. предлагается использовать как активаторы адгезии). Весьма важной характеристикой грунтовой эмали является ее способность к растворению окалины, которая зависит от состава эмали. При двухслойном эмалевом покрытии, получаемом за один обжиг, в качестве грунтовочного слоя применяют адгезионные суспензии, основой которых являются тонкоизмельченные фритты, богатые оксидами сцепления и частично содержащие щелочноземельные металлы. [47]
Анализ литературных данных показал, что покровные эмали должны иметь потребительские свойства, удовлетворять определенным декоративным требованиям. Температурный коэффициент линейного расширения а покровной эмали определяется свойствами металла, покрытого грунтовой эмалью.
Показатель а должен быть примерно на (3-4)-10" К" меньше, чем для грунтовой эмали, поверхностное натяжение должно быть более низким. [47,50] Вязкость грунтовой эмали должна быть более высока, нежели у покровной эмали. Температура размягчения покровной эмали должна быть на 20 К ниже, чем у грунтовой. Покровные эмали характеризуются тем, что свое окончательное состояние они могут приобретать не только из расплава, но и во многих случаях просто путем добавок (частичных глушителей и пигментов). Обожженные слои эмали - по сути композиционные системы (стекло - глушитель, стекло - пигмент, стекло - глушитель - пигмент). Покровные эмали существуют не только в стекловидной форме, но и могут быть в большей степени кристаллическими в результате последующей управляемой кристаллизации (стеклокристаллические эмали). В табл. 16 приведены составы покровных и грунтовых эмалей.
Исследование и разработка технологии нанесения стекло- кристаллического покрытия на огнеупорный кирпич
Мишель, Певзнер и Резник исследовали область системы R20 (Li20, Na20) - В203 - Si02 с добавками Р205 как основу стеклокристаллических грунтовых эмалей для стали. Авторы установили зависимость физико-химических свойств (коэффициент термического расширения, температура размягчения, формируемость) от состава выделяющихся кристаллических фаз и соотношения компонентов. [60]
Дилатометрические свойства, фазовый состав и структуру стеклокристаллических материалов, полученных на основе стекол Li20 -А120з - Si02 с высоким содержанием Si02, а также добавками К20, ВаО, MgO, ZnO, В205, МпО, СаО и NiO, изучали Гречанова и Люцедарский. В качестве ядрообразователя применялся Р205.[61]
Посредством термообработки стекол по оптимальным режимам получены стеклокристаллические материалы с коэффициентом термического расширения (92-150)-10" град" в интервале температур 20-800С и температурой начала деформации под нагрузкой 780-900С. Стеклокристаллические материалы имеют равномерную тонкую структуру с размером частиц до 1-3 мкм. Челноков, Ермоленко и Ступнева испытывали возможность нанесения стеклокристаллических покрытий с помощью плазменной струи азота. Для этой цели использовали установку для плазменного напыления УМП-4-64.[62] На основе базальта Берестовецкого месторождения Ровенской обл. Галушко и Дворкин разработали химически стойкие стеклокристаллические покрытия, содержащие до 75-90% моноклинного пироксена. Кроме базальта, шихта содержала песок, глину, доломит, каолин или хромитовую руду.[63] Певзнер, Джавукцян и Мишель использовали в качестве исходного состава систему R20 - ZnO - Р205 - Si02 для синтеза кислотостойких стеклокристаллических покрытий металлов. Они определяли влияние Р2О5, режимов обжига и тепловой обработки на свойства покрытий. Авторы получили покрытия для металлов с большим коэффициентом теплового расширения - меди и аустенитовых сталей. [64] Зависимость между фазовым составом и свойствами стеклокристаллических покрытий в системе R20 - ZnO - Р2О5 - Si02 определял Певзнер.[65] Для получения стеклокристаллического материала, имеющего высокий коэффициент теплового расширения, необходимо добиться во время процесса обжига частичной кристаллизации фазы с высоким коэффициентом термического расширения, что связано с выделением кристобалита и тридимита. Значительное увеличение кислотоустойчивости зависит от выделения бисиликата лития при тепловой обработке. Кислотную коррозию стеклокристаллического покрытия, принадлежащего к системе Li20 - Na20 - А1203 - Si02 с добавками Ті02 и MgO, определяли Рогожкин, Маркина и Рашина.[66] Стеклокристаллические покрытия для защиты жаропрочных сплавов от газовой коррозии изучали Додонова, Фролов и Барабанов. Авторы избрали для синтеза покрытий составы, лежащие в области шпинелей в системе MgO - А1203 - Si02. Они показали, что эмалировочный обжиг при 1200С в течение 2-10 мин не снижает свойств избранных ими эмалей. [67] Влияние кристаллизации на структуру и химическую устойчивость титановых покрытий изучали Мазо, Ходский, Жос и др. [68] Они установили, что кристаллизация рутиловой фазы служит надежным способом повышения кислотоустойчивости стеклокристаллических покрытий. Они пришли к заключению, что стеклокристаллические покрытия на основе титановых эмалей имеют преимущества по сравнению с другими такими же покрытиями, так как соединяют в себе совокупность ценных свойств — достаточную легкоплавкость во время обжига, высокую кислотоустойчивость кристаллической фазы и повышение устойчивости стеклообразной матрицы в процессе кристаллизации. [68] На основании опытной работы над стеклокристаллическими эмалями на основе системы Li20 - Na20 - СеО - Si02 Еськова с сотрудниками установила, что в зависимости от соотношения окислов Li20, СеО, Si02 резко изменяются свойства покрытий. Так, например, если указанные окислы будут в соотношении 1:1, 5:9, то при нагревании до 400-800С за 1 ч выделяются кварц и волластонит; при соотношении тех же компонентов 1:0, 5:7 при 600-800С кристаллизуются кварц, кристобалит, Li20-Si02 и Li20-2Si02. [69] Хизанишвили и др., разработали эмаль по металлу на основе вулканических горных пород, в качестве которых выступали перлит и андезит. [70] Авторами проведены исследования, направленные на установление взаимосвязи между структурой и свойствами поликристаллических покрытий, синтезируемых в системе: Li02 - RO - Я2Оз - А120з - Si02 (где RO = CaO, MgO, SrO). Содержание компонентов изменяли в пределах (массовое содержание, %): 48-55 Si02, 15-29 I RO, 3-4,5 LiOz, 10-15 А1203 при постоянном количестве В20з, равном 10%. [71] Зубехин, Манышева и Очкурова занимались разработкой состава стекломатрицы светлого жаростойкого ситаллового покрытия для нихромовых сплавов. Авторами были проведены исследования особенностей стеклообразования в многокомпонентной системе RxO - А12Оз - Si02 - ТЮ2 (R = Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ba2+).[72] Авторами также изучались особенности технологии ситалловых стеклокомпозиционных жаростойких покрытий для нихромовых сплавов. [73] Исследования свойств ситаллоэмалей показали их явное преимущество перед обычными (стекловидными) эмалями. Таким образом, ситаллоэмали можно применять в качестве покрытий деталей дизелей и газотурбинных установок, электронагревательных элементов, деталей атомных реакторов. Широкая область применения открывается перед стеклокристаллическими покрытиями в ракетной и авиационной технике, т. е. всюду, где высокая температура службы сочетается с агрессивностью окружающей среды. На основании проведенного анализа стеклокристаллических материалов и покрытий нами были сделаны следующие выводы: 1) Из всех стеклокристаллических материалов, в наибольшей степени изучено и применяется серийно каменное литье. 2) Ситаллы обладают большим многообразием, и самой сложной технологией получения, по сравнению с другими стеклокристаллическими материалами. 3) Ситаллоэмали изучены и применяются в меньшей степени по сравнению с обычными эмалями, однако имеют явные преимущества в свойствах: ударная прочность, повышенная микротвердость, устойчивость к истиранию, более высокая устойчивость к резким сменам температур. 4) Что касается природного материала базальта, применение его в качестве материала для нанесения стеклокристаллических покрытий практически не изучено. Также слабо освоена и технологическая сторона вопроса нанесения и получения стеклокристаллического покрытия на металл.
Исследование режимов кристаллизации на фазовый состав и структуру исследуемых покрытий
В Приморском крае уже проводились исследования по использованию магматических горных пород для защиты огнеупорных материалов.
Ремонт и восстановление тепловых агрегатов, как правило, весьма трудоемкий, материалоемкии и дорогостоящий даже при их плановом проведении. Поэтому разрабатывались и испытывались мероприятия по продлению срока службы огнеупорной кладки. Чаще использовались покрытия из отечественных обмазок, среди которых могут быть выделены шамотноглиняная с добавлением графитного порошка хромитовая, хромитомагнезнтовая, хромистая, каолиновая и циркониевая. Иногда выполняли покрытие импортными каолиновой и карборундовой обмазками. Защитные покрытия в различной мере улучшали состояние огнеупорной кладки топок и соответственно увеличивали межремонтные периоды последних. Однако, материалы специальных покрытий, почти без исключения (особенно импортные), были весьма дорогостоящими. В ряде случаев цена обмазки и расходы на ремонт топки почти не отличались друг от друга, что не давало экономического эффекта. К тому же специальные обмазки являются дефицитными материалами. В результате всех этих факторов широкого распространения по СНГ и России, в том числе в Приморском крае, огнеупорные покрытия из этих обмазок не получили. Опробование андезито-базальтового порошка проводилось институтом "ДальвостНИИпроектуголь" в условиях Артемовских ЦЭММ (г. Артем Приморского края). Испытания выполнялись в котельно-кузнечном цехе, где имеются калильные печи, в которых нагрев осуществляется посредством пары форсунок, направленных с боков навстречу друг другу, а дизельное топливо сжигается при воздушном дутье. Обмазка готовилась из тонко молотого андезито-базальтового порошка со связующими материалами: пресной водой, водой с добавками цемента или жидкого стекла (по 10% того или другого). Готовую защитную массу наносили кистью ровным слоем толщиной от 2 до 5 мм на чистую поверхность огнеупорного кирпича (каждую пробу на отдельный кирпич). Кроме того, один из опытов был проведен без связующих, когда поверхность кирпича была посыпана сухим андезито-базальтовым порошком. Испытываемые образцы помещались внутрь работающей калильной печи; располагаясь на поде печи, они были подвержены воздействию сильных встречных потоков раскаленных продуктов горения из обеих форсунок. Плавление и остеклование андезито базальта, как определялось визуальными наблюдениями, происходило в этой печи в течение 15-20 мин. Выяснилось, что от нагрева бензокислородной горелкой андезито-базальтовый порошок оплавляется в течение 5-10 мин. Однако, при ускоренном перемещении пламени вдоль кирпича и недостаточном его прогреве прочность сцепления покрытия с поверхностью оказывалась меньшей, и базальтовый слой было легко отделить. Что касается образца при обычной обработке (в печи), то покрытие получилось нормальным, однако его испытания не дали положительных результатов. [86] В настоящее время в топках различных котлов применяется огнеупорная кладка из материалов алюмосиликатного состава (шамотный кирпич и т.п). При сжигании топлива происходят физико-химические изменения в таком огнеупоре от воздействия продуктов горения, шлаков и резкопеременных тепловых напряжений, что приводит к охрупчиванию, агрессивной разъедаемости, растрескиванию и откалыванию вначале поверхностных, а затем и глубинных слоев кладки топочных устройств. Поэтому требуются частые остановки котлов и выполняются трудоемкие и дорогостоящие ремонтные или восстановительные ремонты. В системе «Дальэнерго» находятся шестьдесят шесть крупных котлов: сорок четыре паровых энергетических и двадцать два отопительных (одиннадцать паровых и одиннадцать водогрейных). При таком количестве теплоисточников, даже незначительное удлинение межремонтных периодов перспективно существенным сокращением материальных и трудовых затрат на содержание котлов. К главным недостаткам серийных топочных устройств котлов различного типа и назначения относятся перегрев огнезащитной обмуровки, сложность конструктивного решения вопросов подачи топлива (мазута), предварительного подогрева поступающего воздуха и подачи нагретых газов в котел. Указанные недостатки, в основном устраняются в охлаждаемом воздухом циклоном предтопке. За последние 15 лет на теплоисточниках ПТС «Дальэнерго» проведена модернизация котлов, где используется в качестве топлива мазут, путем перехода на его циклонно-вихревое сжигание. Используемые при этом воздухоохлаждаемые циклонные предтопки хотя и позволили нарастить теплопроизводительность ряда ТЭЦ и теплоцентралей, однако требуют ежесезонных восстановлений обмуровки, так как огнеупорная кладка выходит из строя. В связи с этим в ООО «Дальэнерго» были проведены исследования с целью изыскать возможность удлинения межремонтных сроков службы огнеупорной кладки охлаждаемых воздухом циклонных предтопков паровых и водогрейных котлов, действующих на теплоисточниках ПТС «Дальэнерго». [86] Были опробованы три состава андезито-базальтового покрытия: сухой порошок и со связующими - водой и жидким стеклом. Два первых состава исследовались вне предтопка на образцах, подлежащих защите материалов, прежде всего - шамотном кирпиче - основе обмуровки предтопков и котлов. Также эти составы опробовались на металле (стальной пластине толщиной 5мм). В качестве нагревателя использовалась газовая горелка с тремя головками.
Легкоподвижный раствор порошка наносили кистью в один и в несколько слоев для получения покрытия толщиной 2, 3 и 5 мм. Пламя трех горящих головок газовой горелки приближалось к образцам на расстояние около 50мм, а затем в этой плоскости совершали качательные движения для тепловой обработки соответствующей площади (порядка одной четверти кирпича), на которой через 7-10 мин начиналось оплавление базальтового порошка. При этом кирпич накалялся до свечения. Вначале проявлялось вспучивание порошка отдельными округлыми сверху комками. Затем наблюдалась тенденция к тому, что в зависимости от температуры комки начинали растекаться (при приближении пламени и уменьшении амплитуды движения пламени из стороны в сторону), или, наоборот, они приобретали форму со всесторонне закругленными краями. [86]
