Введение к работе
Актуальность темы. Преобладающая тенденция развития огнеупорной промышленности состоит в увеличении количества неформо-занных огнеупоров, в том числе огнеупорных бетонов. В последние 10-20 тет наметилось два новых направления в разработке и применении более эффективных огнеупорных бетонов. По первому направлешпо в бетонах гидратационного твердения существенно снижают содержание высокоглиноземистого цемента, что достигается разработкой комплексных Титов связующих, у которых основная часть цемента заменяется высоко-тисперсными или ультрадисперсными порошками или коллоидной связкой. Второе направление - это разработка технологии керамобетонов, ;уть которой заключается в том, что высокоэффективные огнеупорные эетоны получают и без введения «инородных» (типа цементов) компонентов. Роль вяжущего в керамобетонах выполняют полученные по специальной технологии Высококонцентрированные Керамические Вяжущие Суспензии (ВКВС), называемые также керамическими вяжущими.
Применяемые в металлургии, кварцевые сталеразливочные стаканы, производимые по керамобетонной технологии, обладают недостаточно высокой стойкостью по отношению к марганцовистым сталям. В данной работе поставлена задача повышения стойкости кварцевых сталераз-шгеочных стаканов, путем введения в состав матрицы корунда, как компонента, обладающего большей устойчивостью к расплавам.
Диссертация выполнялась в рамках хоздоговорной темы «Исследования по совершенствованию технологии алюмосиликатньгх и кремнеземистых керамобетонов на Первоуральском огнеупорном заводе» 15/99, 1.06.99-31.12.2000.
Цель работы. На основе кварцевого керамобетона получить материал, обладающий повышенной стойкостью к марганцовистым сталям, путем введения в состав матрицы компонентов, обладающих большей эасплавоустойчивостью, а именно корунда, не снизив при этом термостойкость изделий. Изучить реологические и технологические свойства кремнеземистых керамобетонов для определения зависимостей, позволяющих создать саморастекающиеся массы. Исходя из этого, были определены следующие задачи исследования:
изучение условий, обеспечивающих текучесть кремнеземистых керамобетонов;
изучение реологических и технологических свойств литых кремнеземистых керамобетонов;
изучение реологических и технологических свойств смешанных кера-vnraecKHx вяжущих в системе ВКВС плавленого кварца - ВКВС корунда;
- исследование влияния термообработки на свойства материалов квар-цекорундового состава;
изучение влияния состава кварцекорундовых материалов на величину их температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР);
разработка рекомендаций и технологического регламента на выпуск опытно-промышленной партии кварцекорундовых сталеразливочных стаканов;
проведение промышленных испытаний опытной партии кварцекорундовых сталеразливочных стаканов
Научная новизна. Разработан и предложен принцип создания структуры, обеспечивающей саморастекаемость керамобетона, заключающийся в следующем: вязкость матричной составляющей не должна превышать 0,5 Па-с, а минимальное расстояние между зернами заполнителя - не менее удвоенной толщины пленки кинетически связанного вяжущего на его поверхности.
Предложен механизм ускорения процесса твердения литых кера-мобетонов за счет принудительного перевода жидкости системы из кинетически свободного состояния в химически связанное. Данный механизм реализуется путем введения в ВКВС добавки высокоглиноземистого цемента (0,4 %), связывающей воду в результате гидратации.
Определены закономерности изменения свойств материалов на основе ВКВС смешанного состава в системах плавленый кварц - а-глинозем, плавленый кварц - обожженный боксит и плавленый кварц -корунд, их зависимость от вида высокоглиноземистого компонента, его количества и температуры термообработки. При увеличении доли высокоглиноземистого компонента возрастает пористость, прочность и ТКЛР материала. Наибольшую прочность при высокой температуре имеют материалы с максимальным содержанием а-А1203 в составе высокоглиноземистой составляющей.
Выявлена закономерность изменения величины ТКЛР материалов в системе плавленый кварц - корунд представляющая собой ступенчатую зависимость от объемного содержания компонентов. Точки перегиба при объемном содержании 30 и 70 % Si02 являются границами существования каркаса материала, определяющего величину его ТКЛР. Для материалов со сформированным каркасом при содержании более 70 % одного из компонентов величина ТКЛР постоянна и не зависит от состава.
Установлены особенности коррозии кварцевого огнеупора на основе матрицы кварцекорундового состава. Показано, что корунд (присутствующий в матрице в количестве 35 % но объему) инертный по отношению к расплаву, позволяет снизить взаимодействие материала кварцевого огнеупора с расплавами металла и шлаков различной основности. При нагревании корундовая составляющая матрицы расширяется больше чем кварцевая и этим дополнительно уплотняет структуру материала, препятствуя проникновению расплава в поры.
Практическая ценность. Керамобетоны на основе разработанного кварцекорундового вяжущего имеют большую металлоустойчивость и прочность выше, чем кварцевые керамобетоны, применяемые в настоящее время для производства сталеразливочных стаканов. Использование разработанных материалов позволит уменьшить удельный расход огнеупора на тошгу разлитой стали и, тем самым, продлить срок их службы. Из разработанного материала на ОАО «Динур» была изготовлена опытная партия изделий. Проведенные испытания на АО "НТМК" дали положительные результаты.
Улучшены свойства литого кремнеземистого керамобетона. Полученный бетон при массовом содержании вяжущего т„ = 35 %, имеет следующие параметры: технологическая влажность W = 5,1 %, открытая пористость Пк = 14 %, предел прочности при сжатии после термообработки при 1300"С равный (осж)=60 МПа и по эксплуатационным свойствам превосходит огнеупорные бетоны аналогичного состава, укладывающиеся путем набивки и вибро формования.
Апробация работы. Результаты работы доложены на 12 Между-нар. конф. мол. ученых по химии и хим. технологии, посвященной 100 летию образования Рос. хим. - техн. ун - та, ноябрь - декабрь, 1998: МКХТ - 98; Научно-практич. конф. "Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI века". - Белгород, 1998; Научно-практич. конф. "Сооружения, конструкции, технологии и строительные материалыXXI века". - Белгород, 1999, 2000
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследований и характеристик используемых материалов, экспериментальной части, основных выводов, списка литературы (112 наименований). Работа изложена на 163 страницах и включает 13 таблиц и 65 рисунков.
Методы исследований Реологические свойства определялись на ротационном вискозиметре "Реотест-2" с коаксиальными цилиндрами и вискозиметре Энгле-ра. Растекаемость керамобетона под действием собственной массы опрег дсляли по методике расплыва конуса. Концентрацию ионов водорода ,в суспензии определяли на приборе "Иономер универсальный И-130". Рентгенофазовый анализ изучаемых материалов выполнен на дифракто-метре "Дрон-3". Коэффициент термического расширения материала определялся на кварцевом дилатометре ДКВ-3. Петрографические исследования проводились на микроскопах «Неофот-32» и «МИН - 8».
Зерновой состав частиц твердой суспензии определяли седимента-ционным методом. Основные физико-механические свойства разработанных материалов определялись по стандартным методикам. Определе-
ниє шлакоустойчивости керамобетонов проводилось тигельным методом, на литых тиглях.
Получение и некоторые свойства литых (саморастекающихся) кремнеземистых керамобетонов
На основе кварцевого песка была получена ВКВС, характеризующаяся объемной концентрацией Cv =0,69, рН = 9,2 и влажностью 14,5%. Для получения формовочных систем применяли мелкозернистый заполнитель (dmax =1 мм) из смеси кварцевых песков и среднезернистый заполнитель (dmax = 3 мм) на основе Первоуральском кварцита, которые характеризовались коэффициентом упаковки в насыпном состоянии 0,61 и 0,57 соответственно.
т), Па*с
Р, %
8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 W,% Рис. 1. Влияние объёмного содержания заполнителя С„ на саморастекае-мость Р,% кремнеземистых масс: 1-среднезернистых; 2-мелкозернистых; 3-вязкость мелкозернистых масс
Формовочные системы характеризуются высокой степенью полидисперсности, что следует из разницы медианных диаметров частиц твердой фазы суспензии (dm =7 мкм) и заполнителей мелкозернистого 0,6 мм и средне-зернистого 1,3 мм. Это способствует высокой степени самоуплотняемости смеси, необходимой для литейных систем. При изучении растекаемости литых кремнеземистых керамобетонов объемное содержание заполнителя С„ находилось в пределах 0,28 -0,54, что соответствует массовому содержанию вяжущего тв 65-35 %. Влажность массы при этом изменялась от 8,4 до 5,2 %. Лучшей растекаемостью обладают среднезернистые массы (рис. 1). Пороговым значением растекаемости 80 % характеризуются среднезернистые массы с показателем CV3 = 0,47, что соответствует массовому содержанию вяжущего (тБ) 42 % и мелкозернистые массы с Cv3 = 0,45, (m„=37%). При С„ > 0,5 массы к саморасте-каемости не способны. Изменение растекаемости хорошо согласуется с изменением вязкости масс (рис. 1 кривая 3). Максимальная вязкость, при которой еще сохраняется текучесть равна 60 Пас. В области скоростей сдвига є=5 - 15 с"1 (соответствующих литью масс под собственным весом) при С„ = 0,47 вязкость бетона в 140 - 160 раз больше вязкости исходной суспензии. Действующие в массе напряжения сдвига способны
П,%
^1
преодолеть вязкость не более 60 Па-с. Поэтому для обеспечения текучести вязкость суспензии должна находится в пределах 0,38 - 0,43 Па-с.
40 мв, % 45
Рис. 2. Расчетная Пр (1) и экспериментальная пористость образцов среднезернистого (2) и мелкозернистого (3) керамобетона
При сопоставлении значения толщины пленки кинетически связаной суспензии на поверхности частиц и толщины прослоек суспензии между частицами заполнителя, для масс с растекаемо-стью 80%, установлено, что само-растекаемостью обладают массы, в которых минимальное расстояние между зернами в 2 раза больше толщины граничного слоя вяжущего на поверхности частиц. Установлено, что для формовочных систем при значении mB = 35-45% при использовании мелкозернистого заполнителя, величина исходной пористости керамобетона Пк колеблется в незначительных пределах (16,0 - 16,8%). Меньшей исходной пористостю (14,0 - 14,8 %) характеризуется керамобетон на основе среднезернистого заполнителя. Минимальные значения пористости материала достигаются при максимальном содержании заполнителя (тв=35%, т3 = 65 %). Сопоставление величины фактической пористости керамобетонов с расчетной показывает, что для мелкозернистого керамобетона (рис. 2, кривая 3) фактические значения пористости в области низких значений т„ превышают расчетные (прямая 1). Для среднезернистого (кривая 2) фактическая пористость ниже расчетной. Значения Пр рассчитаны из предположения, что объем пор в ке-рамобетоне соответствует объемной доле жидкости в исходной формовочной системе.
При равных значениях гав и влажности литые системы на основе мелкозернистого заполнителя характеризуются существенно большей вязкостью по сравнению со среднезернистыми литыми массами. Первые, вследствие этого, при литье захватывают определенный объем вовлеченного в систему воздуха, а вторые проявляют определенную седиментацию (сжатие системы с появлением в верхней части образцов определенного объема жидкости). Это приводит к уменьшению пористости материалов по сравнению с расчетной.
Прочность керамобетонов, определяется, прежде всего, температурой их термообработки. Существенное влияние при этом оказьшает также дисперсность заполнителя и его количество. Образцы керамобето-на (после сушки) характеризуются исходной прочностью осж = 6-10 МПа, что приемлемо для неформованных огнеупоров. Для образцов, термообработанных при 100-1000 С, исходный состав формовочной системы на прочность влияет незначительно. Резкий рост прочности происходит после термообработки при 1100 - 1300 С, при этом существенное влияние на прочность оказывает содержание вяжущего и дисперсность заполнителя. Так, для среднезернистого керамобетона (Товж - 1300 С) при увеличении содержания вяжущего с 35 до 45 % показатель а^ возрастает почти в 2 раза (65 и 125 МПа соответственно). Термообработан-ные при 1300 С, образцы среднезернистого керамобетона при значениях тв = 38 - 45%, обладают значительно большей механической прочностью, чем таковые из мелкозернистого керамобетона (80 и 125 МПа при значении тв=45%).
На рис. 3 приведены сопоставительные данные по пористости и прочности термообработанных образцов кремнеземистых керамобетонов, отформованных различными способами. Отличие состояло в том, что ВКВС кварцевого песка в массах для прессования и пнев-мо(вибро)трамбования содержали пластифицирующую добавку огнеупорной глины. Пластифицированные формовочные системы отличались
Пк, %.
г 0 100 1000 1100 1200 1300Т, С 010 1000 1100 1200 1300т, С
Рис. 3. Пористость Пк (а) и предел прочности при сжатии осж (б) образцов среднезернистых керамобетонов с содержанием вяжущего 35%, полученных прессованием при Руя =100 МПа из массы с W=5,9% (1), гшевмо(вибро)трамбованием из массы с W = 5,7 % (2), методом литья смеси с W = 5,1 % (3)
реологическими свойствами, механизмом формования и струкгурообра-зования. Из рис. 3 видно, что образцы, полученные литьем (кривые 3),
характеризуются меньшими значениями пористости и большей механической прочностью. Отличие в показателях прочности обусловлены, прежде всего, соответствующими показателями пористости сравниваемых материалов, а также структурой литых керамобетонов.
Установлено, что добавка высокоглиноземистого цемента (ВГЦ) в количестве 0,25 % приводит к уменьшению в 4 - б раз времени затвердевания керамобетона с 12 часов до 2 - Зчасов. Добавка ВГЦ в большем количестве ведет к ухудшению свойств керамобетона .
Реотехнологнческие свойства смешанных суспензий в системе Si02—А12Оз и материалов па их основе
Образцы кварцекорундового состава получали методом литья в гипсовые формы из соответсвующих суспензий. Для получения смешанных кварцекоруцдовых суспензий были приготовлены индивидуальные суспензии плавленого кварца (Si02>99,5%) и корунд содержащих материалов: глинозема, обожженного боксита, плавленого корунда (содержание а - А1203 соответственно 90, 85, 99%). Основные свойства исходных суспензий приведены в таблице 1.
Исходная ВКВС плавленого кварца характеризовалась дилатант-ным характером течения, а суспензии глішозема, обожженного боксита и корунда преимущественно тиксотропним. Смешанные суспензии проявляли переходный тиксотропно-дилантный характер течения. Показатель Сует, практически однозначно определяя долю кинетически свободной и связанной жидкости, определяет также характер реологического поведения суспензий. Если при значениях СуС[<0,66 суспензии во всех случаях проявляют тіпссотропньгіі характер течения, то при Cvcr>0,80 — дила-тантный. В промежуточной области, соответствующей значениям Cvor = 0,65 - 0,80, отмечается как тиксотропный, так и тиксотропно-дилатантный характер течения.
Таблица 1
Существенные различия характеристик исходных ВКВС по показателям С, и CVcr обусловлены прежде всего химической природой частиц их твердой фазы. Согласно принятой классификации ВКВС Si02 относятся к кислым (значение ионного потенциала ИП Si02 около 100), а А120з -амфотерным (ИП - 52). С учетом принятых интервалов показателей ИП для изученных систем к кислым (ИП = 85 - 100) относятся смешанные суспензии с содержанием Si02 до 70%, к кислотно-амфотерным (ИП = 60 - 85) - с содержанием Si02 = 20-70 %, к амфотерным - Si02 менее 20 %.
В соответствии с указанными значениями показателей ИП, рассчитанными из предположения аддитивности, свойства смешанных суспензий определяются соотношением компонентов. Ионный потенциал, характеризующий основность катиона, можно рассматривать как приближенную меру создаваемой им силы электрического поля. Для оксидных соединений характерна зависимость: чем выше ионный потенциал, тем выше значение Cvcr. По мере снижения значения ИП закономерно возрастает доля связанной жидкости в системе, прежде всего толщина адсорбцион-но-сольватной пленки на частицах. По мере роста толщины пленки увеличивается тенденция системы к тиксотропному структурообразоваїгаю, что в свою очередь ведет к повышению усадки отливок при сушке, а также и пористости.
Пк, %
, , | 12 Г , , , 1
О 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100ди^о/п
і 1 1 1 1 1 , ' ' ' : ' ' ' і '
100 90 80 70 60 50 1 90 80 70 60 50 тт
Рис. 4. Яттияние ионного потенциала ИП на долю кинетически связанной жидкости Cws в смешанных суспензиях и плотность отливок на их основе в системах: 1 - плавленый кварц - глинозем; 2 - плавленый кварц - обожженный боксит; 3 - плавленый кварц - плавленый корунд исходная ВКВС; 4 - плавленый кварц - плавленый корунд модифицированная ВКВС
Изменение содержания доли кинетически связанной жидкости Сад в системах связанных суспензий показано на рис. 4. Для всех систем характерно, что с увеличением содержания А1203 (уменьшением ИП) в смесях возрастает содержание С^3. Изменение значений показателя пористости отливок четко согласуются с изменением ДОЛИ Cws исходных суспензий. Наблюдается общий характер изменения пористости отливок во всех изученных системах. Во всех трех системах в области кислотно-амфотерных составов смешанных суспензий (ИП = 60 - 80) с увеличением ИП наблюдается существенное (примерно на 5 %) уменьшение пока-
зателя пористости. Наглядно влияние ИП на свойства отливок из смешанных суспензий иллюстрируют системы плавленый кварц - обожженный боксит и плавленый кварц - корунд. Для данных систем при значениях ИП = 80 -100 пористость отливки находится в пределах 12 -15%.
Для отливок из смешанных суспензий в системах плавленый кварц-обожженный боксит, - плавленый корунд, материалы, содержащие 40 - 70 % А1203, имеют пористость не выше 16 %, равную или ниже рассчитанной из предположения аддитивности. Следовательно, материалы из смешанных суспензий данного состава являются наиболее предпочтительными.
Влияние высоких температур на свойства материалов в системе SiOz- А1203
Изучено влияние температуры обжига до температуры 1300 С на пористость и прочность материалов смешанного кварцекоруядового состава. В ходе проведенных исследований установлено, что термообработка оказывает существенное влияние на свойства материалов смешанного кварцекорундового состава. Определяющее влияние на свойства материалов оказывает то, в каком виде вводилась корундовая составляющая.
Термообработка материалов в системе плавленый кварц - обожженный боксит и плавленьш кварц - корувд не оказывает существенного влияния на их пористость. С повышением температуры обжига до 1300 С открытая пористость материалов в изученной системе снижается в среднем на 2 %.
В системе плавленый кварц-обожженный боксит максимальную прочность при всех температурах термообработки имеет материал с массовым содержанием обожженного боксита 60 - 80 % (рис. 5а). После
сизг, МПа аизг, МПа
0 20 40 Ш 80 100 0 20 40 60 80 100
Обожженный боксит, % Корунд, %
Рис. 5. Изменение предела прочности при изгибе стязг отливок в системах плавленый кварц - обожженный боксит (а) и плавленый кварц-корунд (б) термообработанных при температуре С: 1 - 100; 2 -1000; 3 - 1150; 4 - 1300
термообработки при 1300 С максимальной прочностью (72 МПа) характеризовался материал, содержащий 80 % обожженного боксита, т. е. близкий к химическому составу муллита. Это можно объяснить муллито-образованием в процессе обжига.
В отличие от системы плавленый кварц - обожженный боксит материалы в системе плавленый кварц - корунд характеризуются непрерывным ростом прочности с увеличением содержания А1203 (рис. 56). При увеличении температуры термообработки содержание корунда в смесях оказывает все возрастающее влияние на показатель сизг отливок. Так для материалов с содержанием А1203 от 0 до 70 % термообработанных при 1150 С в течение 1 ч. предел прочности при изгибе атг повышается от 20 до 35 МПа. Более интенсивный рост прочности от 35 до 53 МПа отмечен для материалов с содержанием А1203 70 - 100 %. С ростом температуры термообработки данный эффект усиливается. После термообработки при 1300 С увеличение содержания А120з от 70 до 100% ведет к росту предела прочности при изгибе от 40 до 70 МПа. Существенное снижение прочности при уменьшении содержания А1203 от 100 до 70 % вызвано наличием частиц Si02. Муллитообразования, связывающего частицы плавленого кварца и корунда в результате обжига не происходит. Этим же объясним и менее интенсивный рост предела прочности при изгибе для материалов с содержанием А1203 < 70 % и меньшие абсолютные значения показателя прочности, чем в системе плавленый кварц - обожженный боксит.
Из полученных данных видно, что обжиг приводит к существенному росту прочности материалов. Важным моментом является выбор оптимальной температуры термообработки. Очевидно, что оптимальным является обжиг при температуре 1150 С. При этом происходит достаточное упрочнение материала и не происходит образования новых фаз, снижающих термостойкость материала.
Тепловое расширение материалов
Тепловое расширение является одним из основных параметров, определяющих термостойкость керамики. Величина теплового расширения материалов смешанного состава складывается из суммы тепловых расширений компонентов смеси. Из графика, приведенного на рис. 6 следует, что при объемом содержании в смеси до 30% одного из оксидов, величина удлинения определяется преобладающим в объеме материала компонентом. В области составов 40 - 60 % А1203 происходит резкое изменение величины ALojh, причем у материала, содержащего 50 % А1203 -50 % Si02 экспериментальное удлинение равно теоретическому.
Полученный график зеркально симметричен относительно линии, проходящей через точку состава 50/50, это указывает па равноценный вклад каждого из компонентов в величину теплового расширения материалов. Абсолютное отклонение экспериментального значения AL^m
от теоретического, рассчитанное как 5=АЬотаэксп - ДЬотатеор, изменяется
Объемное содержание А1203,% Рис. 6. Влияние объемного содержания А1203 на показатель относительного линейного удлинения ALOTH:l- экспериментального; 2 -расчетного; 3- отклонение относительного линейного удлинения 5(AL<„„) экспериментального от расчетного
синусоидально с максимумом при содержании 30 - 35 % второго компонента, независимо от его вида. Преобладающий в структуре материала компонент формирует пространственный каркас, который и определяет линейное расширение материала
По величине ALqth оптимальным является материал, содержащий 32 % А1203 - 68 % Si02 (по объему), что соответствует 50 % А1203 - 50 % Si02 по массе. Реальные значения ALOIH этого материала составляют 0,16 %, что в 2 раза меньше, рассчитанных из предположения аддитивности. Этот материал будет обладать высокой термостойкостью, так как его относительное удлинение близко к таковому для плавленого кварца. Прочность материалов при высокой температуре"
«Горячая» прочность определялась методом трехточечного изгиба. Осуществлялся нагрев образца до температуры испытания (20 -1200С). Определялась прочность следующих составов вяжущего: кварцевое Si02- 99,5% и кварцекорундовое из смешанных материалов систем плавленый кварц - обожженный боксит и плавленый кварц - плавленый корунд. Содержание компонентов в материале Si02- 50 %, А1203 - 50 %. Все образцы подвергались предварительной термообработке при 1150 С с выдержкой 1 час. При температуре 20 С максимальную прочность равную 45 МПа имел материал, состоящий из смеси плавленого кварца и обожженного боксита кривая 2, Минимальным пределом прочности при
"Исследования проведены в Санкт-Петербургском государственном университете на кафедре керамики по договору с фирмой «Керамбет»
атт, МПа
80 і —:=ц
70 \//^
60 ^7--^ 2
40-/--^ ^\-~
30- ^^-^^^^ \
20 —-~~~ ^
10 J . - г-
0 200 400 600 800 1000 1200 Температура испытаний, С Рис.7. Высокотемпературный предел прочности при изгибе материалов обожженных при 1150 С: 1 - плавленый кварц; 2 - плавленый кварц - обожженный боксит; 3- плавленый кварц - плавленый корунд (кварц 50 %; корунд 50 %)
изгибе (20 МПа) характеризовался материал кварцевого состава. Образец, состоящий из смеси плавленого кварца и плавленого корунда, имел предел прочности при изгибе 33 МПа. С повышением температуры испытаний, картина меняется, т.к. изменение прочности данных материалов носит различный характер.
Материал, состоящий из смеси плавленого кварца и обожженного боксита, в интервале температур 20 - 900 С проявляет небольшой рост прочности от 45 до 55 МПа. С повышением температуры до 1200 С прочность резко падает до 20 МПа. Причиной резкого падения прочности является образование значительного количества жидкой фазы (расплава), из-за большого содержания примесей в боксите. В отличие от материала кварцебокситового состава, образцы из плавленого кварца и смеси плавленого кварца и плавленого корунда характеризуются непрерывным ростом прочности во всем интервале изученных температур. Для материалов кварцекорундового состава рост прочности происходил более интенсивно. При температуре 1200 С предел прочности при изгибе равнялся 75 МПа, что в 2,3 раза больше по сравнению с прочность при 20 С, для материала же из плавленого кварца прочность увеличилась в 1,8 раза.
Таким образом, если при 20 С предел прочности при изгибе материалов кварцекорундового состава выше, чем у кварцевого в 1,5 раза, то при 1200 С прочность выше уже в 2 раза.
Свойства керамобетона на основе смешанного кварцекорундового вяжущего На основании комплекса свойств, определяющих эксплуатационные характеристики вяжущего, такие как: пористость, прочность, ТКЛР оптимальным кварцекорундовым вяжущим для керамобетона будет материал, содержащий по массе 50 % плавленого кварца и 50 % корунда. Отливки из данного вяжущего после термообработки при 1150 С характеризуются следующими свойствами: Пк - 15 %; ow - 35 МПа;
Abo - 0,16 %. На основе этого вяжущего был получен саморастекающийся керамобетон с заполнителем плавленый кварц фракция 0,2 - 1 мм в количестве 46 % объёмных (35 % массовых).
Прочностные характеристики керамобетона на экспериментальном вяжущем приведены на рис. 8. Там же для сравнения приведены прочностные характеристики стандартного кварцевого керамобетона. Бетон на кварцекорундовом вяжущем имел после сушки открытую пористость равную 13 %, а после обжига при 1300 С пористость снизилась до 12 %. Пористость кварцевого керамобетона составшіа 11 % и 10 %
О 200 400 600 800 100012001400 и 200 4СО 600 800 100012001400,
Температура обжига, С Рис. 8. Зависимость предела прочности при сжатии (а) и предела прочности при изгибе (б) от температуры обжига керамобетона на основе: 1 - кварцевого вяжущего; 2 - кварцекорундового вяжущего
соответственно. Предел прочности при сжатии бетона на смешанном кварцекорундовом вяжущем примерно в 2 раза выше, чем у кварцевого керамобетона. Для материалов, обожженных при 1150С, прочность кварцевого керамобетона составила 40 МПа, а экспериментального 80 МПа, а для материалов, обожженных при 1300 С, соответственно 50 МПа и 90 МПа.
Оптимальную температуру обжига керамобетона как и для кварцекорундового вяжущего можно считать равной 1150 С.
Термостойкость материала определялась методом теплосмен по режиму 1000 С - вода и 1300 С - вода. После 10 теплосмен 1000 - вода появления трещин на образцах не обнаружено. Значение пористости образцов осталось неизменным. Остаточная механическая прочность исследованных образцов составила у бетона на кварцекорундовом вяжущем
80 %; у бетона на кварцевом вяжущем - 100 %. После 5 теплосмен 1300
вода остаточная механическая прочность исследованных образцов составила у бетона на кварцекорундовом вяжущем - 85 %; у бетона на кварцевом вяжущем - 95 %.
Анализируя полученные результаты, можно сделать следующий вывод. Бетоны на кварцекорундовом вяжущем обладают необходимыми свойствами для производства кварцевых сталеразливочных стаканов. Расплавоустойчивость
При определении расплавоустойчивости сравнивались кварцевый керамобетон, использующийся для производства сталеразливочных стаканов, и керамобетон на основе предлагаемого вяжущего смешанного кварцекорундового состава. Определение расплавоустойчивости заключалось в оценке степени взаимодействия расплава с материалом тигля по результатам визуальной диагностики и образованию новых фаз.
Определялась шлако- и металлоустойчивость. Использовалось три вида шлака различной кислотности. Пропитку измеряли по продольному разрезу в месте максимального проникновения шлака. Для анализа отбирали пробы материала тигля и зоны контакта материала с расплавом.
Тигли заполняли металлом (сталь 15 ГС) и кислым шлаком (ОЭМК ЭСПЦ 1), подвергали термообработке при температуре 1500 С в течение 1 ч. При взаимодействии с расплавом металла тигель, на основе кварцекорундового вяжущего подвергался меньшей коррозии, по сравнению кварцевым. Степень коррозии N составила 15 % и 20 % соответственно. Подтверждением более интенсивного взаимодействия является образование большего количества Fe2Si04 и меньшего количества Fe203. В кварцекорундовом тигле образуется преимущественно Fe203 и небольшое количество Fe2Si04. Образование ферроалюмосиликатов не обнаружено. Можно предположить, что в реакцию взаимодействия вступает только кварцевая составляющая тигля, корундовая составляющая, не вступая во взаимодействие, препятствует дальнейшей коррозии тигля.
Проанализировав полученные результаты, можно сделать следующий вывод. Керамобетон на основе кварцекорундового вяжущего, по сравнению с кварцевым керамобетоном, имеет большую расплавоустойчивость по отношению к кислым, нейтральным и основным шлакам, а также к сталям с содержанием Мп 0,9 - 1,3%. Таким образом, керамобетон на основе кварцекорундового вяжущего можно рекомендовать для эксплуатации в контакте с расплавами шлаков любой основности и марганцовистыми сталями.
