Введение к работе
Актуальность работы. Производство продукции высокого качества при минимальных затратах а также создание принципиально^ новых_ технологий""нёв"оэмояо1о~бёз~разработкй научного обоснования основных технологических принципов процессов, ориентированных на внедрение средств автоматизации технологических процессов, без эффективной системы контроля применительно к действующ технологиям.
Диссертационная работа, посвящена разработке научных основ получения, управления свойствами и нанесения эмалевых шликеров при формировании стеклоэмалевых покрытий, в том числе с применением автоматизированных систем нанесения. Мокрая технология эмалирования, несмотря на жтроксе распространение, отл;іча&їся большой трудоемкостью и применением ручного труда вследствие технологической нестабильности процесса, в том числе нестабильности свойств основного рабочего объекта - эмалевого шликера. Это сдерживает замену ручного труда машинной технологией формирования покрытия. Известна недостаточность знаний о структуре, свойствах, особенностях течения шликера, что не позволяет оптимизировать конструкцию и технологический цикл механизированных систем. Большие проблемы возникают при разработке новых технологий, также требующих глубоких знаний в области реологии эмалевых шликеров.
Работа базируется на применении современных представлений в области физико-химической механики дисперсных систем, поверхностных явлений, технологии силикатов.
Диссертационная работа является результатом участия автора в реализации научно-технической программы ГККТ СССР № 0.36.02, отраслевых программ Министерства черной металлургии СССР, комплексной программы "Роботы" Минвуза РСФСР ,а также ряда НИР, выполнявшихся по госбюджетным программам ВУЗ"а и на договорной основе.
Мель работы. Разработка научных основ получения, регулирования и нанесения эмалевых шликеров при формировании стеклоэмалевых покрытий в условиях, отвечащих комплексу требований в отношении обеспечения улучшения качества готовой продукции, снижения энер-го- и материальных затрат, устранения ручного труда.
Для ее достижения необходимо было решить следующие задачи:
-
Выполнить теоретические и экспериментальные исследования в области процессов структурообразования в полидисперсных гетерогенных системах с целью уточнения модели структурообразования, в максимальной степени приближенной к реальным технологическим системам.
-
Исследовать реологические свойства эмалевых шликеров в условиях их многофакторности и нестабильности.
-
Разработать новые методы и средства контроля при шликероприго-
товлении и внедрить в практику новые приборы, устройства, программное обеспечение к ЭВМ.
4..Разработать алгоритмы оперативного технологического контроля эмалевых шликеров, включая оптимизацию их рецептуры и свойств.
-
Разработать математические модели формирования шликерного слоя на поверхности изделий и обосновать технологические нормативы к шликерам .применительно к машинной технологии нанесения.
-
Разработать составы шликеров для машинной технологии.
Научная новизна состоит в разработке нового подхода к решению проблемы технологической стабилизации и оптимизации процессов формирования стеклоэмалевых покрытий мокрым способом, обеспечивающих применение механизированных систем нанесения, повышение качества готовой продукции, снижение энерго- и материальных затрат. Реализация этого подхода обеспечена получением следующих новых научных результатов:
-
Предложен принцип учета степени гидрофильное поверхности твердой фазы в уравнениях парного взаимодействия в рамках классических теорий устойчивости коллоидов, основанный на специфических Физических свойствах гидратных слоев, который позволил приблизить теоретическую модель структурообразования к условиям существования реальных силикатсодержащих технологических дисперсных систем.
-
Показано, что процесс межчастичного взаимодействия в эмалевых шликерах может быть представлен многослойными моделями коагуляции и адагуляции с определяющей ролью диэлектрической проницаемости частиц и гидратных слоев.
-
Впервые экспериментально доказана корреляционная связь между величиной диэлектрической проницаемости твердой частицы и степенью ее гидрофилизации.
-
На основании кинетической теории коагуляции и теории фрактальных кластеров получены выражения для изучения процесса тиксотропного восстановления дисперсных систем, на базе специально разработанных методики и экспериментальной техники впервые изучен этот процесс в условиях высоких скоростей его протекания.
-
На основе механизма формирования поверхностного заряда вследствие специфической адсорбции анионов предложена классификация электролитов по эффективности их воздействия в эмалевых шликерах.
-
Установлены функциональные зависимости реологических параметров эмалевых шликеров от дисперсности твердой фазы, вида и концентрации электролита, плотности, температуры.
-
Установлено количественное содержание продуктов выщелачивания . фритт в зависимости от различных режимных и рецептурных параметров как основной причины технологическойнестабильности шликеров.
-
Предложены модели формирования шликерного слоя на поверхности
изделия при различных способах его нанесения.
9. Разработаны основы графо-аналитических методов оптимизации рецептурного состава и технологических свойств шликеров.
.0. На основе развитых научных представлений о структурно-реологических свойствах эмалевых шликеров обосновала система"их"""" техноло--гического контроля на операциях приготовления и применения.
L1. Разработаны составы шликеров с глинозаменящими композициями и экспериментально доказана приоритетность их применения в механизированных системах формирования эмалевого покрытия.
12. Разработаны теоретические основы технологического обеспечения процессов конструирования и повышения технологической надежности машин-автоматов по нанесению шликерного слоя на изделия.
Практическая ценность и реализация результатов работы определяются широким их использованием на предприятиях, выпускащих эмалированные изделия. Это выражается в следующих Формах.
-
Установленная связь между реологическим состоянием эмалевого шликера и природой электролита, а также химическим составом твердых компонентов позволяет оптимизировать подбор электролита и включить в перечень оптимизационных факторов при синтезе эмали требования к обеспечению оптимального реологического состояния шликера. Разработанные система и средства технологического контроля, алгоритмы оптимизации свойств в совокупности с разработанным программным обеспечением позволяют существенно повысить технологическую стабильность процессов шликероприготовления, создают благоприятные условия для успешной реализации машинной технологии формирования покрытия. Предприятиям переданы методики и средства технологического контроля, программное обеспечение: "Рубин" г.Ростов н/Д, "Химмаш" г.Полтава, "Электромашина" г.Кишинев, "Аврора-Тонар" г.С-Петербург, Кузнецкий металлургический комбинат, ШИСан-техника г.Москва, ЦНИИ MB (АО "Композит") г.Москва.
-
Разработанные модели течения и результаты реологических исследований явились составной частью технического задания на проектирование автоматизированных систем формирования покрытия мокрым способом. Разработанные составы эмалевых шликеров нашли применение при эксплуатации механизированных устройств по нанесению эмалевых шликеров. Результаты этого направления работы были использованы при проектировании и эксплуатации роботизированных комплексов, установленных на ряде предприятий: "Рубин" г.Ростов н/Д, "Электромашина" г.Кишинев, "Красный металлист" г.Борисов, "Красный Октябрь" г.Волгоград, металлургический комбинат г.Череповец.
-
Результаты работы внедрены в учебный процесс.
-
Экономический эффект при освоении результатов работы в период до 1993 года составляет около 300 тыс.рублей (в ценах 1991 года).
.-6-
Научно-техническая новизна подтверждена получением 19 авторских свидетельств на изобретения в области новых методов и средств исследования структурированных дисперсных систем, на составы эмалевых шликеров и средства технологического контроля.
Агтпгіяпия работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдельные фрагменты излагались и обсуждались на :
республиканской научной конференции "Стеклоэмаль и эмалирование металлов", .г.Новочеркасск, 1973 г.
Всесоюзном научно-техническом совещании по эмали и эмалированию металлов , г.Харьков, 1974 г.
-республиканской конференции по эмалированию, г.Тбилиси, 1975 г.
Всесоюзной научно-технической конференции "Трибоника и антифрикционное материаловедение", г.Новочеркасск, 1980 г.
Всесоюзном научно-техническом совещании "Защита материалов антифрикционными эмалевыми покрытиями", г.Днепропетровск, 1980 г.
11 республиканской конференции "Физико-химическая механика дисперсных систем и материалов", г.Одесса, 1983 г.
Всесоюзном рабочем совещании "Легкоплавкие эмали для различных металлов", г.Тбилиси, .1983 г.
11 региональной конференции "Химики Северного Кавказа-народному хозяйству", г.Грозный, 1989 г.
11 Всесоюзном совещании по приборостроению в области коллоидной химии и физикоухимической механики", г.Яремча, 1990 г.
Всесоюзном совещании по жаростойким покрытиям, г.Ленинград, 1990г.
Всесоюзной конференции "Химия и технология силикатных материалов", г.Белгород, 1991 г.
Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективные направления развития науки и технологии силикатов и тугоплавких неметаллических материалов", г.Днепропетровск, 1991 г.
Международной научно-технической конференции "Стеклоэмали и жаростойкие покрытия для металлов", г.Новочеркасск, 1993 г.
Всрппссийском совещании "Наука и технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики", г.Москва, 1995г.
на заседаниях секции эмалей Научного совета по проблеме "Новые неорганические материалы и покрытия на основе тугоплавких соединений" ГКНТ СССР (1981-1991 гг.)
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 82 работах, в том числе в монографии "Инженерная реология эмалевых шликеров" (в соавторстве), 19 авторских свидетельствах на изобретение.
Обгам и структура. Диссертация объемом 357 с. включает 259 с. машинописного текста, 84 рисунка, 33 таблицы и состоит из введения, 7 глав, основных выводов, списка литературы из 206 наименований на 15 с. и приложений на 34 с.
Автор защипает:
- представления о механизмах структурообразования и тиксотропного
восстановления в эмалевых шликерах с учетом химического состава
змали, природы электролита, других технологических факторов;
-^теоретические, модели Формирования шликерного-покрытия на- изде-
лии применительно к различным технологическим схемам нанесения;
результаты экспериментальных исследований в изучении поверхностных свойств твердых компонентов эмалевых шликеров;
результаты экспериментальных исследований факторных зависимостей - технологических свойств эмалевых шликеров;
комплекс методик и средств технологического контроля в производстве и оптимизации технологических свойств эмалевых шликеров;
составы и свойства мадоглинистых и безглинистнх эмалевых шликеров.
