Введение к работе
Актуальность. Широкое использование стеклокристалличе-скігх материалов (СКМ) в различных областях промышленности и строительства требует создания ресурсо- и энергосберегающих технологий. Эти задачи могут быть частично решены за счет интенсификации и оптимизации режима термообработки- завершающего этапа в технологии ситаллов. При этом экспрессивность исследования и контроля параметров в процессе кристаллизации приобретают решающее значение.
Обширные исследования по вопросу разработки промышленной технологии ситаллов и шлакоситаллов были проведены П.Д.Саркисовым, К.Т.Бондаревым, Л.А.Жуниной, Л.А.Орловой, Р.ЯХодаковской, ИДТыкачинским, Н.Ю.Михайленко, В АМинаковым и др. В области рационализации режимов термообработки в технологии шлакоситаллов работали В.Ю.Гойхман, Ю.А.Шитц и другие. Вместе с тем еще недостаточно изученными являются вопросы определения первой ступени кристаллизации и снижение трудоемкости проектирования режимов термообработки. Поэтому получение ситаллов, сочетающих в себе заданные физико-химические свойства при минимальных затратах энергии является актуальным.
Поиск новых подходов к снижению энергоемкости и трудоемкости разработки режимов кристаллизации должен основываться на использовании нетрадиционных методов исследования, новых теориях твердого и жидкого состояния материи. К таковым можно отнести метод акустической эмиссии (АЭ), теорию самоорганиззто-щихся структур (синергетику) и геометрию (топологию) формирования кластеров новой фазы, связанную с порядком и беспорядком в структуре стекла. Таким образом, исследования в данном направлении представляют научный и практический интерес.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом БслГТАСМ по Едином}^ заказ-наряду (постановление Госообразова-ния СССР №347 от 23.05.90) для проведения научно-исследовательских работ, финансируемых из средств федерального бюджета в рамках госбюджетной лаборатории №22 «Новые материалы и технологии на основе стекла» на кафедре химической технологии стекла и ситаллов (Приказ Б'ГИСМ №4/64 от 6.06.90 г.).
Объектами исследования являлись стекла экспериментального и промышленных составов. Состав железосодержащего стекла был разработан на кафедре химической технологии стекла и
ситаллов БелГТАСМ на основе попутно добываемых кристаллических сланцев железорудного бассейна Курской Магнитной Аномалии и прошло опытно-промышленные испытания. В качестве промышленных использовались следующие составы: белый Б-12 и серый АС-2 шлакоситаллы завода "Автостекло", г. Константиновка; сурьмяный шлакоситалл Новолипецкого металлургического комбината, г. Липецк и сортовой ситалл завода им. Октябрьской революции, г. Константиновка.
Цель работы. Оптимизация режимов термообработки в технологии ситаллов для получения материалов с мелкокристаллической структурой и заданным фазовым составом.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
исследовать процесс кристаллизации исходных стекол экспериментального и промышленного составов комплексом физико-химических методов с использованием АЭ;
выявить основные закономерности изменения характера сигналов АЭ от температуры обработки исходных стекол и установить их взаимосвязь со стрз'ктурно-фазовыми превращениями:
выявить особенности формирования структуры ситалла на основе данных АЭ и топологических эффектов кристаллизации;
разработать технологические рекомендации с использованием результатов АЭ по оптимизации режимов термообработки ситаллов строительного, технического и бытового назначения, направленных на обеспечение мелкокристаллической структуры и заданного фазового состава.
Научная новизна. Впервые проведены исследования процесса кристаллизации методом АЭ и установлена зависимость изменения характера сигналов АЭ от термообработки ситаллизирующихся стекол.
Установлены топологические особенности кристаллизации стеклообразных систем как способа управления формированием структуры ситалла при регулируемом воздействии температуры. Предложен механизм процесса кристаллизации для составов системы R20-RO-Al203-Fe203(FeO)-Si02 (где R20 - Li20,Na20,K20; RO - CaO, MgO), характеризующийся образованием и сменой временно упорядоченных областей сетки стекла (диссипатнвных структур - ДС) и обладающих вполне определенной геометрией пространственного
расположения. Показано, что топология ДС обладает свойством универсальности (подобия) для разных составов и определяется температурой кристаллизации.
На основании выявленной зависимости между структурно-фазовыми изменениями, топологическими эффектами и характером температурной кривой АЭ для конкретного состава разработана принципиально новая методика исследования процесса кристаллизации стекол, позволяющая сократить время и трудоемкость проектирования режимов термообработки за счет определения технологических параметров по температурной зависимости сигналов АЭ.
Выявлена закономерность хода кривой АЭ в широком интервале температур 20-1000 С от особенностей процесса формирования структуры ситалла, связанная с периодическими изменениями новообразований в структуре по типу «порядок - беспорядок».
Практическая ценность работы. На основе проведенных исследований и выявленных зависимостей разработаны улучшенные режимы термообработки ситаллов строительного, технического и бытового назначения. Установлено, что температурная зависимость сигналов АЭ является экспресс - характеристикой процесса кристаллизации конкретного состава и может служить основой при разработке режимов термообработки.
Установленные закономерности и выявленные зависимости хода кривой АЭ от процесса формирования структуры ситаллов пяти различных составов дают основание рекомендовать метод АЭ при разработке рациональных режимов кристаллизации составов ситаллов строительного, технического и бытового назначения, относящихся к данной стеклообразной системе.
Разработаны "Рекомендации по оптимизации режимов термообра
ботки в технологии ситаллов", которые подтверждены актами практическо
го использования с АО «Автостекло» г. Константиновка и
РХТУ им.Д.И.Менделеева г.Москва. Экономия в газообразном топливе при
годовом выпуске 1.577 тыс.м' на линии листового шлакоситалла составит
1,608 м3 природного газа или 1,02 м3 на каждый квадратный метр выпу
щенного шлакоситалла. Расчетный годовой экономический эффект состав
ляет 305,6 тыс.р.Л 000 т.дґ (в ценах 1998 года).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийском
совещании "Наука и технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики" (г.Москва, 1995 г.), Международной конференции "Рес>рсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций" (г.Белгород, 1995 г.), Международной конференции "Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений" (г. Белгород, 1997 г.) и Международной конференции молодых ученых 97 (г. Москва, 1997 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, описания методики исследования и использованных материалов, экспериментальной части, изложенной в трех главах, общих выводов, библиографического описания литературных источников 187 наименований. Работа изложена на 199 страницах машинописного текста, включающего 14 таблиц и 44 рисунка, 6 приложений на 16 страницах.
