Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Перспективы использования полусухие и пластичных масс в производстве огнеупоров 10
1.1. Тенденции развития огнеупорной промышленности 10
1.2. Особенности структурообразования дисперсных систем 15
1.3. Дисперсные системы в технологии керамики и огнеупоров . 21
1.3.1. Глины как природные дисперсные системы 21
1.3.2. Искусственные дисперсные системы 23
1.4. Вяжущие материалы и бетоны в технологии огнеупоров 26
1.4.1. Традиционные вяжущие применяемые для производства огнеупорных бетонов 26
1.4.2. Кремнеземистые ВКВС 29
1.4.3. ВКВС высокоглиноземистого состава 31
1.4.4. Пластифицированные вяжущие с использованием ВКВС-технологии 33
1.4.5. Особенности формования масс на основе керамобетонной технологии 39
1.5. Традиционные виды неформованных огнеупоров 41
1.5.1. Классификация неформованных огнеупоров 41
1.5.2. Полусухие (набивные) огнеупорные массы 45
1.5.3. Огнеупорные пластичные массы 47
1.5.4. Особенности применения, эксплуатационные характеристики 50
1.6. Выводы по главе. 59
Глава 2. Сырьевые материалы и методы исследования 60
2.1. Сырьевые материалы 60
2.1.1. Материалы для получения ВКВС и заполнителя 60
2.1.2. Характеристика пластифицирующих добавок 62
2.2. Методики и экспериментальные установки 65
Глава 3. Исследование структурно-механических свойств вяжущих суспензий 75
3.1. Массы на основе огнеупорных глин 75
3.1.1. Определение оптимальной формовочной влажности масс 75
3.1.2. Влияние влажности на упругопластичновязкие свойства масс 78
3:2. Пластифицированные керамические вяжущие в системе кремнезем-глина 85
3.2.1. Влияние нижнеувельской глины на реологические свойства композиционных суспензий 86
3.2.2. Влияние ВКВС кремнеземистого состава на структурно-механические свойства пластичных масс на основе нижнеувельской глины. 89
3.3. Пластифицированные керамические вяжущие высокоглиноземистого состава 94
3.3.1. Свойства вяжущих суспензий (ВКВС) из термообработанного боксита 94
3.3.2. Свойства вяжущих суспензий (ВКВС) из высокоглиноземистого шамота 103
3.4. Выводы по главе 118
Глава 4. Керамобетоны на основе вквс высокоглиноземистого шамота 120
4.1. Огнеупорные полусухие массы на основе пластифицированных ВКВС высокоглиноземистого шамота 120
4.1.1. Влияние различных добавок на физико-механические свойства изделий 120
4.1.2. Влияние вяжущего на физико-механические свойства изделий 125
4.1.3. Влияние давления формования на физико-механические свойства изделий 127
4.2. Огнеупорные массы пластического формования на основе ВКВС высокоглиноземистого шамота 131
4.2.1. Рациональный зерновой состав заполнителя 132
4.2.2. Влияние состава и содержания вяжущего на процесс формования масс 134
4.2.3. Влияние состава и содержания вяжущего на физико-механические свойства материала 138
Глава 5. Разработка технологии огнупорных масс высокоглиноземистого состава 143
5.1. Технология полусухих масс из пластифицированной ВКВС высокоглиноземистого шамота и изделий 143
5.2, Технология огнеупорных масс пластического формования из ВКВС высокоглиноземистого шамота и изделий 147
5.3. Внедрение разработанных технологий в производство 149
5.4. Выводы по главе 154
Основные выводы 155
Библиографический список 157
Приложения 180
- Дисперсные системы в технологии керамики и огнеупоров
- Методики и экспериментальные установки
- Пластифицированные керамические вяжущие в системе кремнезем-глина
- Огнеупорные массы пластического формования на основе ВКВС высокоглиноземистого шамота
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время наблюдается постепенное уменьшение массы производимых огнеупоров при одновременном увеличении объема их производства в стоимостном выражении. Это обусловлено, прежде всего, увеличением доли высокоэффективных и поэтому более дорогих огнеупорных материалов, позволяющих, в конечном итоге, получить значительный технико-экономический эффект за счет увеличения ресурса работы тепловых агрегатов. В этих условиях все большее распространение получают неформованные огнеупоры, обеспечивающие высокое качество футеровок при существенном сокращении сроков проведения ремонтных работ.
Однако широкое распространение неформованных огнеупоров в ряде случаев сдерживается существенными недостатками традиционных вяжущих материалов на основе огнеупорных глин, высокоглиноземистых цементов, различных органических и неорганических связок. Более перспективным направлением в этом случае является применение керамических вяжущих с использованием высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС), которые получают из первичного огнеупорного сырья (обожженные бокситы, шамот, кварцевые песок, кварцевое стекло и т.д.), лома огнеупоров, что обеспечивает существенное улучшение эксплуатационных характеристик (уменьшение усадки, увеличение физико-механических свойств и срока службы из-за близости составов вяжущего и заполнителя) огнеупорных изделий.
Использование ВКВС, которые характеризуются высокой объемной концентрацией твердой фазы, ярко выраженной дилатансией, без введения пластифицирующих добавок для получения полусухих и пластичных масс затруднено. Дня улучшения формовочных свойств керамобетонов наиболее эффективными могут оказаться смешанные вяжущие на основе ВКВС и пластичных огнеупорных глин в сочетании с комплексными органоминеральными разжижителями (КОМР).
В настоящее время практически нет разработок в области производства масс для пластического формования, получаемых на основе керамобетонных техноло-
гий. Поэтому существует необходимость проведения комплексных исследований структурно-механических свойств вяжущих для пластичных и полусухих масс в широком диапазоне изменения концентрации огнеупорной глины и ВКВС кремнеземистого и глиноземистого составов при одновременной оптимизации содержания органоминеральных разжижителей.
Работа выполнялась в соответствии с единым наряд-заказом Минобразования Российской Федерации по высшему образованию в 1999-2001 г., грантом Российского фонда фундаментальных исследований (проект 01-03-97401), хоздоговорной темой «Разработка технологии высокоглиноземистого огнеприпаса для питателей стеклоформующих машин» №7/24/03;
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработать огнеупорные массы, применяемые для пластического и полусухого прессования, набивки и трамбовки, отличающихся от традиционных улучшенными формовочными свойствами при незначительном содержании глины, пониженных влажностью и давлении формования.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
комплексное исследование структурно-механических свойств вяжущих для огнеупорных масс на основе ВКВС кремнеземистого и высокоглиноземистого составов с добавками модификаторов;
изучение влияния реологических свойств вяжущих, концентрации модифицирующих добавок, условий формования, содержания и гранулометрии заполнителя на физико-механические характеристики огнеупоров;
разработка технологических регламентов и выпуск опытно-промышленных партий огнеупорных масс для полусухого и пластического формования, а также изделий на их основе.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Выявлены закономерности изменения структурно-механических характеристик вяжущих для пластичных и полусухих масс на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС), заключающиеся в том, что введение глины в ВКВС способствует развитию преимущественно пластических, а в сочетании с органоминеральными добавками - медленных эластических деформаций. Это обеспечивает принципиаль-
7 ную возможность управления технологическими свойствами и получения масс
с любым структурно-механическим типом (от 0 до V).
Установлено, что при использовании комплексной органоминеральной добавки в ВКВС при соотношении органической (СБ-5) и минеральной (триполифосфат натрия) составляющих 1:3 проявляется эффект синергизма, который дополнительно усиливается при введении 3% глины за счет увеличения концентрации наночастиц. При этом комплексная органоминеральная добавка изменяет тип течения модифицированной глиной суспензии с тиксотропного на тиксотропно-дилатантный и позволяет снизить эффективную вязкость в 80-150 раз.
Реомодифицирование вяжущих на основе ВКВС высокоглиноземистого состава глиной и органоминеральной добавкой способствует увеличению периода истинной релаксации в 5-6 раз и снижает на 45-53% условную мощность деформации, что переводит связующее для огнеупорных полусухих масс в І-П структурно-механический тип. Формование таких масс реализуется при влажности 5-6 % и удельных давлениях 10-30 МПа, что обеспечивает получение изделий с открытой пористостью 13-14 % и прочностью при сжатии 100-120 МПа.
Разработаны новые огнеупорные массы высокоглиноземистого состава на основе ВКВС для прессования полуфабриката методом экструзии с влажностью 11-12 % при давлении формования 1-5 МПа. Эти массы в отличие от традиционных характеризуются низким содержанием (в 2-3 раза) глины, пониженной влажностью (на 6-8 %), что существенно улучшает физико-механические свойства изделий, снижает огневую усадку и увеличивает прочность при сжатии в 3 раза.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработана методика оценки формуемости, и выявлены параметры, определяющие качество пластичных и полусухих масс - содержание вяжущего, соотношение ВКВС-глина-модификаторы, формовочная влажность, пластическая прочность, оптимальное давление формования и зерновой состав заполнителя.
8 Максимальные физико-механические характеристики огнеупоров на основе
полусухих масс обеспечиваются при содержании огнеупорной глины в вяжущем; около 2 % (0,8 % в пересчете на общую массу) с добавкой триполифосфата натрия и суперпластификатора СБ-5 до 0,02 %, введении в массу 60 % заполнителя с оптимальной гранулометрией, влажности 5-6 %, и давлении формования 10-30 МПа. По сравнению с полусухими в пластичных массах при влажности 11-12% содержание глины увеличивается до 12-16%, а давление формования снижается до 3-5 МПа.
Установлено, что изделия, полученные на основе разработанных масс, обладают в сравнении с изделиями, изготовленными из традиционно используемых масс, пониженной воздушной и огневой усадкой (в 4-10 раз), повышенной плотностью и более низкой открытой пористостью (на 5-20 %). Прочность при сжатии изделий на основе полусухих масс возрастает в 8 раз, а на пластичных - в 3- 4 раза.
Разработаны технологические регламенты для производства изделий из предлагаемых масс пластическим формованием, набивкой и пневмотромбова-нием. Технологии внедрены на ЗАО «СТЕКЛОИНВЕСТ» (г. Минеральные Воды) для производства огнеприпаса с повышенной коррозионной и термической стойкостью для стекловаренных печей. Ожидаемый экономический эффект составит около 1000 руб. на тонну продукции.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы доложены на Международных научно-практических конференциях «Передовые технологии в промьппленности и строительстве на пороге XXI века», (Белгород, 1998 г.); «Сооружения, конструкции, технологии и строительные материалы XXI века», (Белгород, 1999 г.); «Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промьппленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века», (Белгород, 2000 г.); Ш Международной научно-практической конференции-школе-семинаре молодых ученых, аспирантов и докторантов «Современные проблемы строительного материаловедения» (Белгород, 2001 г.); Седьмые академические чтения РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» (Белгород, 2001 г.).
9 ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертационной работы изложены в
10 публикациях.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа изложена в 5 главах на 180 страницах, состоит из введения, обзора литературы, методической части, трех глав экспериментальной части, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 246 источников и 11 приложений; содержит 21 таблицу, 93 рисунок.
Автор и научный руководитель выражают благодарность инициатору данной работы, научному консультанту доктору технических наук, профессору Ю.Е. Пивинскому.
Дисперсные системы в технологии керамики и огнеупоров
Широкое распространение в технологии керамических и огнеупорных материалов, в частности, в производстве неформованных огнеупоров [81-83], получили дисперсные системы на основе глинистого сырья, которые используются как вяжущее или пластифицирующий компонент. В данных системах дисперсной фазой являются природные глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит и др.) или их совокупность, а в качестве дисперсионной среды обычно используется вода.
Как известно [16, 17, 84-90], глинистая частица обладает зарядом, если на ее поверхности имеются свободные связи, которые возникают в процессе адсорбции ионов. В системе глина-вода глинистые минералы окружены неоднородными водными оболочками (рис. 1.4). различной величины начинают отделяться более мелкие агрегаты и частицы (рис. 1.5). Это явление можно назвать поверхностным диспергированием глины [91]. В результате вокруг кусков глины в воде образуется слой суспензии из мельчайших частиц глины вплоть до коллоидного размера, которые, взаимодействуя, образуют пространственную сетчатую структуру, пронизывающую весь диффузный слой вокруг агрегатов глины. Поэтому указанное явление ведет к увеличению в глиняной массе связанной воды.
В керамическом и огнеупорном производстве используются, в основном; высококонцентрированные (Cv = 70-95) - твердообразные массы или пасты, пресспорошки и средней концентрации (Cv = 50-70) - жидкообразные - литейные шликеры, пульпы, шламы.
Известно [5, 86, 92], что глинистые дисперсии обладают вяжущими свойствами, которые в существенной степени определяются минеральным составом, величиной и формой кристаллов глинистых минералов, различными примесями, природой обменных ионов.
В многочисленных работах, например в [93-96], отмечено, что физико-механические показатели полуфабриката на основе разнообразных глинистых минералов определяются содержанием в них фракций коллоидной дисперсности (менее 0,1 мкм). Согласно работам [92, 95, 97-99] в глинистых дисперсиях, содержащих значительную долю коллоидных частиц, наблюдается повышенное значение усадки отливок после сушки.
Согласно представлениям, развитым П. А. Ребиндером и его школой [15, 19, 20, 23, 100-102], тиксотропное коагуляционное структурообразование является одним из наиболее характерных коллоидных процессов. Оно выражается в постепенном, иногда медленном, развитии пространственной структурной сетки, пронизывающей весь объем суспензии или золя с переходом его в гель при постоянной температуре, произвольно заданной в довольно широком интервале температур. Этот процесс является вполне обратимым, и после полного или частичного разрушения тиксотропная структура вновь полностью восстанавливается, обнаруживая ту же предельную механическую прочность (предельное напряжение сдвига) для любого числа последовательных разрушений. Основные закономерности тиксотропного структурообразования при этом были изучены, в основном, на суспензиях глин, т.е. системах, проявляющих обычно истинно тиксотропный характер течения.
Следует отметить, что в некоторых глинистых дисперсиях проявляется эффект дилатансии. Он характерен, в основном, для систем, частицы дисперсной фазы которых имеют изотропную или близкую к ней форму, способствующую достижению высокого объемного заполнения [24, 103, 104, 105].
В последние десятилетия ведутся интенсивные исследования по разработке керамических вяжущих и материалов на их основе без использования глинистого сырья [106]. Использование вяжущих свойств керамических суспензий, а также эффекта упрочнения полуфабриката на их основе позволило разработать основы технологии новых типов керамических вяжущих с улучшенными эксплуатационными свойствами. Причем все типы этих вяжущих можно изготавливать с использованием кремнеземистых, шамотных и высокоглиноземистых материалов. В основе технологии таких вяжущих лежит принцип получения дисперсных систем с повышенной концентрацией твердой фазы — высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС), разра ботанный Ю.Е. Ливийским и его школой [107-108].
Принципиальные положения технологии ВКВС были предложены и разработаны применительно к технологии кварцевой керамики в 60-70-х годах прошлого столетия [33, 108-112].
Ю.Е. Пивинским была предложена классификация систем ВКВС, в основу которой положен фактор химической природы твердой фазы, охарактеризованной ионным потенциалом ИП. Классифицированы ВКВС на основе кислых, ки-слотно-амфотерных, амфотерных и основных материалов (табл. 1.1).
Методики и экспериментальные установки
Для выполнения поставленных в работе задач были использованы как стандартные методы исследований и испытаний свойств материала, так и специально разработанные.
Относительная и абсолютная влажность определялась исходя из следующих отношений:
Для сравнительной оценки текучести суспензий использовался вискози-метр Энглера, позволяющий получить некоторые условные показатели вязкости [229, 230].
Относительная вязкость - отношение времени истечения керамической суспензии ко времени истечения такого же объема воды при одинаковых условиях и выражается в градусах Энглера (?Е):где тж - время истечения исследуемой системы, с; тв - время истечения воды, с. Метод истечения положен в основу наиболее распространенного определения вязкости керамических суспензий на вискозиметрах Энглера. Характеристика вязкости по времени истечения основывается на наличии обратной зависимости между вязкостью жидкости Т, Па-с, и скоростью ее протекания через тонкую трубку (закон Пуазейля) :где V — объем вытекающей жидкости, см ;т - время истечения, с ;Р — давление, взывающее течение, Па ;г - радиус трубки, см;1 - длина трубки, см. Приведенная формула предусматривает расчет вязкости на основе процесса истечения жидкости под постоянным давлением.
Реологические характеристики полученных суспензий определялись на ротационном вискозиметре «Rheotest -2» с коасильными цилиндрами. Скорость вращения рабочего цилиндра при этом изменялась от 1с"1 до 437 с"1. У данного прибора двенадцать скоростей, каждой соответствует определенный градиент скорости, по которому рассчитывают динамическое напряжение сдвига по следующей формулегде т - сдвигающее напряжение, Па; к- постоянная рабочего цилиндра, а- отсчитываемое зачение по шкале прибора, град. Величину эффективной вязкости вычисляется по следующей формуле :где Е - градиент скорости сдвига, с"1
Пластическая прочность Рт пластичных масс определялась на коническом пластометре Ребиндера [231, 232]. Масса для исследования приготавливалась методом обезвоживания на гипсовой подложке. В ходе эксперимента фиксировалась глубина погружения конуса h при разных нагрузках F. Затем строилась зависимость Л =f(F), которая является прямой линией, проходящей через начало координат. Потом для данной зависимости выводилось уравнение следующего вида:
По данному уравнению рассчитывались усредненные значения глубины погружения конуса и нагрузки для данного состава. Затем производился расчет пластической прочности Рт по формуле:где Ка - коэффициент, зависящий от угла при вершине конуса. Все вышеуказанные расчеты проводились с использованием созданной нами программы для обработки данных в среде Microsoft Excel:
Структурно-механические свойства пластичных масс определялись с помощью прибора конструкции Д.М. Толстого [231, 232]. В ходе исследования фиксировалась нагрузка Р, прилагаемая к испытуемой массе, и изменение деформации, происходящей в ней, во времени, которые фиксировались с помощью микрометра (с точностью 0,001 мм), в течение 15 мин. Затем нагрузка с образца снималась, и измерялась обратная релаксация размеров до ее стабилизации. Последовательно увеличивая нагрузки, замеряли деформации образца до момента его разрушения. По результатам исследования строился график зависимости деформации є от времени т (рис. 2.6). По графическим данным, представленным на рис. 1, определялись следующие виды деформаций:быстрая эластическая деформация я - происходит в первые мгновения после приложения внешнего усилия; она связана с шарнирным поворотом и упругой деформацией частиц дисперсной фазы. После снятия нагрузки она полностью и мгновенно исчезает;- медленная эластическая деформация вм — развивается с момента приложения внешней нагрузки в течение нескольких (обычно 3-Ю) мин с постепенно уменьшающейся скоростью. Она связана с небольшим смещением (скольжением) частиц относительно друг друга без разрыва межмолекулярных связей и разрушения структуры. При снятии нагрузки она полностью обратима;пластическая деформация вш, - возникает только тогда, когда напряжение сдвига достигает величины, равной пределу текучести. Она связана с частичным разрушением структуры и является необратимой.
На основании полученных данных строились графические зависимости єб = У(Р), Єм =ДР) (рис. 2.7) и (іЄпл/dT =ДР) (рис. 2.8). Эти зависимости представляют собой прямые линии, причем первые две проходят через начало координат. Прямая, проведенная через экспериментальные точки (рис. 2.8) по методу наименьших квадратов, отсекает на оси Р отрезок, равный по величине условному статическому
Пластифицированные керамические вяжущие в системе кремнезем-глина
Знание закономерностей изменения реологических свойств пластифицированных керамических вяжущих на основе ВКВС позволяет активно влиять на конечную структуру и свойства материала посредством выбора состава, введения различных добавок, регулирования режимов и параметров всех технологических процессов.
Сопоставление искусственных (на основе ВКВС) и природных (на основе глины) керамических вяжущих показывает как определенное их подобие, так и существенное различие. Подобие состоит в том, что проявление вяжущих свойств ВКВС и глин связано с наличием в их составе определенного количества наночастиц ( 0,1 мкм). Отличие заключается в существенно разных показателях водопотребности системы и усадки их при сушке. В связи с этим сочетание природных и искусственных вяжущих дает возможность снизить эффект дилатансии и получить вяжущие с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Известно [158], что введение глины в ВКВС изменяет характер реологического течения суспензий, а также способствует повышению седиментационной устойчивости системы.
В качестве модельных систем для исследования реологических свойств использовались хорошо изученные ВКВС кремнеземистого состава на основе кварцевого песка (график помола см. приложение 1), кварцевого стекла лабораторного (график помола см. приложение 2) и заводского помолов, характеризующиеся максимальными дилатантными свойствами и высокими значениями Cv, содержание наночастиц - до 3% (см. табл. 3.5). В качестве второго компонента была выбрана суспензия Нижнеувельской глина, характеризующейся из-за присутствия примесей монтмориллонита самым высоким содержанием наночастиц (менее 0,1 мкм) - 25 % (см. табл. 3.5). Для исследуемых систем была выбрана предельно низкая влажность, обеспечивающая текучесть системы [241-243].
Реологические свойства смешанных суспензий, состоящих из ВКВС разного состава и Нижнеувельской глины, представлены на рис. 3.14, 3.15. В работах [5, 7, 155] была отмечена целесообразность сочетания ВКВС и огнеупорной глины. Из графиков видно, что суспензии кварцевого песка и стекла имеют ди латантный характер течения (рис.3.14, 3.15, кривы 1), а суспензия Нижнеувельскои глины имеет явно выраженную тиксотропию (рис.3.14, кривая 6, рис. 3.15, кривые 5). Все смешанные суспензии (рис. 3.14, кривые 2-5, рис. 3.15, кривые 2-4) характеризуются тиксотропним характером течения. При этом для суспензии с добавкой 20 — 25 % глины (рис. 3.14, 3.15, кривые 2) характерно большее значение ГЭфф, чем у исходной суспензии глины. При увеличении содержания глины до 75 - 80 % (рис. 3.14, кривые 3 -5, рис. 3.15, кривые 3, 4) значения гЭфф снижаются по сравнению с исходными и приближаются к значениям гэфф суспензии глины.
На характер кривых оказывают влияние как свойства и соотношение частиц твердой фазы, так и объемная концентрация твердой фазы Cv. С учетом низкого значения Cv для суспензии глины значения Cv для смешанных суспензий уменьшаются с увеличением содержания суспензии Нижнеувельскои глины (рис. 3.16). Введение глинистой составляющей способствует повышению седи-ментационной устойчивости системы. На реологические свойства кремнеземистых суспензий влияет значение коэффициента полидисперсности Кп, зависящие от содержания коллоидного компонента [5, 63]. Высокое содержание коллоидного компонента в ВКВС приводит к существенному усилению их дилатантных свойств. Как видно из данных табл. 3.5, коэффициент полидисперсности ВКВС кварцевого стекла заводского помола выше, чем у ВКВС лабораторного помола. Это приводит к существенной разнице между реологическими характеристиками, в частности, к усилению дилатантных свойств суспензий (рис. 3.15, кривые 1).
Для исследования структурно-механических свойств пластичных масс были взяты модельные системы на основе суспензий Нижнеувельской глины, в которых содержание ВКВС кварцевого песка, кварцевого стекла заводского и лабораторного помолов колебалось в широком диапазоне от 20 до 80 %.
Процесс обработки пластичных масс протекает в условиях недостаточного количества воды, определяющего неполное развитие гидратньгх оболочек. Поэтому пластичная масса является предельно концентрированной, структурированной и стабилизированной суспензией. Наличие сплошной структуры придает пластичной массе ярко выраженные механические свойства: прочность, упругость, эластичность, пластичность, вязкость, определяющиеся действием вандервальсовских молекулярных сил между частицами дисперсной фазы через тончайшие гидратные оболочки.
Из смешанных суспензий были приготовлены пластичные массы разного состава путем их обезвоживания до влажности 13 - 20 %. Полученные структурно-механические характеристики и упругопластичновязкие константы приведены втабл.3.6.
Огнеупорные массы пластического формования на основе ВКВС высокоглиноземистого шамота
Процессы пластического формования издавна применяются для производства различных видов огнеупоров. Данный метод формования основан на введении в состав формовочной смеси природных пластичных керамических материалов (глины, каолины, бентониты), которые играют роль вяжущего и выступают в качестве пластифицирующей добавки, которая необходима для придания формовочной массе определенных вязкопластичных свойств. Формование пластичных масс происходит с повышенной влажностью сырьевой шихты, которая может достигать до 25-27 %, при этом давление формования составляет 10-20 кг/см2 (1-2 МПа). При использовании масс с более низкой влажностью (не ниже 16-18 %) давление формования значительно возрастает и составляет 50-70 кг/см (5-7 МПа), а иногда может достигать и 100 кг/см (10 МПа), в зависимости от состава формовочной смеси.
Целью данной главы.является исследование и разработка огнеупорных масс пластического формования на основе ВКВС высокоглиноземистого шамота с пониженным содержанием глинистой составляющей и низким значением влажности. При этом данные массы должны хорошо формоваться при давлении до 100 кг/см2 (10 МПа) и иметь повышенные эксплуатационные характеристики.
Главное отличие этих пластичных масс от систем на основе пластифицированной ВКВС высокоглиноземистого состава (полусухих масс), которые были рассмотрены выше, заключается в том, что глинистая составляющая в данных массах вводится в виде сухого тонкомолотого порошка, а не в виде суспензии. Также данные составы отличались повышенной пластичностью и влажностью, а формование экспериментальных образцов осуществлялось методом свободного выдавливания.
На первом этапе были проведены исследования по подбору оптимального зернового состава 3-х фракционного заполнителя применительно к методу пластического формования. В качестве заполнителя использовался высокоглиноземистый шамот производства Семилукского огнеупорного завода (СОЗ), исследуемые составы которого представлены в табл. 4.2.
Подбор проводился по двум параметрам: коэффициенту упаковки Куп [5] и коэффициенту уплотнения (Купл). Купл - это отношение насыпной плотности заполнителя рнас к плотности заполнителя после снятия нагрузки рн, он характеризует степень уплотнения частиц заполнителя при приложении определенного давления. Выбор давления, при котором проводились исследования, произведен исходя из значения усилия, которое развивает обычный среднестатистический шнековый пресс для пластического формования. В связи с эти было вы-брано давление, которое составляло 20 кг/см (2 МПа).
В ходе исследования были рассчитаны значения К и Купл. Из диаграмм, представленных нарис. 4.10 следует, что максимальный коэффициент уплотнения имеет состав 1 (табл. 4.2), но значение коэффициента упаковки у данного состава невысокое. Также следует отметить, что состав 4 характеризуется максимальным значением Куп (рис. 4.10, б), но значение Купл (рис. 4.10, а) практически самое низкое по сравнению с другими составами. Из вышесказанного следует, что не всегда высокое значение Куп соответствует повышенному значению КуПЛ и наоборот. Поэтому при выборе оптимального зернового состава заполнителя необходимо учитывать повышенное значение обоих коэффициентов. В данном случаем оптимальным составом является состав 6 (60 % фракции менее 0,5 мм, 20 % - 0,5-2,5 мм и 20 % - 2,5-5,0 мм), у которого наблюдается по вышенное значение коэффициента уплотнения ( 1,06) и повышенное значение коэффициента упаковки ( 0,58-0,59).
Далее на основе подобранного выше оптимального зернового состава (состав 6, табл. 4.2) были исследованы пластичные огнеупорные массы на основе ВКВС высокоглиноземистого шамота с различным содержанием массовой доли вяжущего тв и глинистой составляющей в нем. В качестве вяжущего использовалась смешанная система, состоящая из ВКВС и глины Дружковского месторождения (марки ДН-0), которая характеризуется более высокой степенью пластичности по сравнению с Латненской (марки ЛТ-0). Для сопоставительной оценки различных эксплуатационных характеристик массы, влажность рассматриваемых систем находилась в узких пределах и составляла 11-12 %. Состав исследуемых пластичных масс представлены в табл. 4.3.
