Плити шиберних затворів з безвипальною основою - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ” Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Робота виконана на кафедрі технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Пітак Ярослав Миколайович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, професор кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей.Технічний прогрес в області розливання сталі характеризується широким впровадженням шиберних затворів, обладнаних шиберними плитами замість стопорних пристроїв. З метою економії дорогих високоякісних вогнетривів доцільне застосування складених шиберних плит, у яких тільки вкладиш виготовлений з високовогнетривкого матеріалу, а іншу частину плити (основу) виробляють із менш дефіцитного та дешевшого матеріалу, оскільки маса вкладишу становить 15-20% від загальної маси плити. Технічним результатом даної роботи має бути розробка оптимальних складів для виготовлення вкладишів шиберних плит та їх безвипалювальної основи за енергозберігаючою технологією, що дозволить знизити температуру термообробки і підвищити властивості матеріалів у порівнянні з вогнетривами, які одержують за відомими технологіям. Робота виконувалася в рамках науково-дослідної тематики кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» згідно з Державною програмою „Нові сполуки і матеріали” підрозділ 7.03.03 „Наукові основи і розробка сучасних видів силікатних і тугоплавких неметалічних матеріалів різноманітного функціонального призначення”. уточнити субсолідусну будову системи MGO - CAO - FEO - SIO2, побудувати топологічний граф взаємозвязку елементарних тетраедрів; визначити елементарні тетраедри, що описують склади периклазового вогнетриву та металургійного шлаку та побудувати діаграму зміни фазового складу в перетині периклазовий вогнетрив - металургійний шлак;Показано перспективність композицій цих систем при проектуванні складів вогнетривких матеріалів та проведення досліджень при взаємодії вогнетрива та металургійного шлака. Наведено вимоги до плит шиберних затворів і показано, що плити поточного виробництва не в повній мірі відповідають зростаючим вимогам сучасної промисловості по цілому ряду параметрів: термостійкість, міцність на стиск, вихід браку при формуванні, ресурсо-та енергозбереження та інші. Нижче цієї температури реакція термодинамічно неможлива і співіснуючими будуть фази CAO·MGO·2SIO2 - 2CAO·FEO·2SIO2, а вище 1050 K співіснують фази CAO·FEO·2SIO2 - 2·CAO·MGO·2SIO2. Для виготовлення вкладишів використовували плавлений периклаз з вмістом MGO 96,4 (склад 1А) ; 97,5 (склад 2А) та 98,6 масс.% (склад 3А). Як і модифікуючі домішки використовували ільменіт (0,3 мас.% , склад 1Б ), рутил (0,6 мас.%, склад 2Б) та комплексну домішку (0,45 мас.% , склад 3Б ), яка складається з оксидів заліза (2 ), хрому, алюмінію та тітану.В результаті виконання дисертаційної роботи вирішено науково-практичну задачу - розроблено склади та технологію плит шиберних затворів з безвипальною основою. Показано, що в системі існує тільки одна конода ZNAL2O4 - Ca3MGAL4O10, яка проходить у тримірному просторі. Проведено тетраедрацію цієї системи, побудовано граф взаємозвязку елементарних тетраедрів і надано геометро-топологічну характеристику фаз системи. За допомогою термодинамічного методу аналізу встановлено співіснуючі фази в системі, показано наявність комбінацій фаз, що утворюють „заповнений” та „пустий контур”. Встановлено, що система розбивається на 33 елементарних тетраедра і взаємозвязок між ними здійснюється за рахунок 48 ребер графа.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В результаті виконання дисертаційної роботи вирішено науково-практичну задачу - розроблено склади та технологію плит шиберних затворів з безвипальною основою.

За результатами роботи зроблені висновки: 1. Отримано нові дані про субсолідусну будову системи CAO - MGO - ZNO - Al2O3. Показано, що в системі існує тільки одна конода ZNAL2O4 - Ca3MGAL4O10, яка проходить у тримірному просторі. Проведено тетраедрацію цієї системи, побудовано граф взаємозвязку елементарних тетраедрів і надано геометро-топологічну характеристику фаз системи. Встановлено, що для технології вогнетривких матеріалів перспективними є композиції в елементарних тетраедрах CAAL4O7-CAAL12O19-MGAL2O4- ZNAL2O4 (Te=1902 К), CAAL12O19-Al2O3-MGAL2O4- ZNAL2O4 (Te=1941 К).

2. Уточнено субсолідусну будову системи MGO - CAO - FEO - SIO2. За допомогою термодинамічного методу аналізу встановлено співіснуючі фази в системі, показано наявність комбінацій фаз, що утворюють „заповнений” та „пустий контур”. Встановлено, що система розбивається на 33 елементарних тетраедра і взаємозвязок між ними здійснюється за рахунок 48 ребер графа. Визначено області, перспективні в технології вогнетривів - елементарні тетраедри CAO - MGO - Ca3SIO5 - FEO, CAMGSIO4 - Mg2SIO4 - MGO - FEO, Ca3SIO5 - Ca2SIO4 - MGO - FEO, Ca3MGSI2O8 - CAMGSIO4 - MGO - FEO. Запропоновано методику і побудовано модель зміни фазового складу в перетині периклазовий вогнетрив - металургійний шлак.

3. Показано, що введення модифікуючих домішок (рутіл, ільменіт та інші) в тонкомолоту складову вогнетривкої (периклаз, корунд) шихти при виробництві корундових (периклазових) вкладишів призводить до утворення твердих розчинів ізовалентного та неізовалентного типу і істотно зменшує температуру спікання виробів (на 80-170°C). Встановлено оптимальну кількість модифікуючих домішок: для периклазових вогнетривів - 0,3 мас.% ільменіту; для корундових вогнетривів - 0,5 мас.% рутілу.

4. На основі дослідження комплексного впливу органічних і фосфатвмісних звязок на властивості безвипальної основи встановлено порядок їх введення в шихту: поліфосфат натрія, АХФС, ЛСТ, що дає змогу регулювати процеси фазоутворення при виготовленні виробів.

5. Розроблено склади та технологію корундового та периклазового вкладишів з застосуванням модифікуючих домішок. Розроблено склад та технологію безвипальної основи плити для шиберних затворів, що дає змогу отримувати складені плити для шиберних затворів з підвищеними експлуатаційними властивостями.

6. Виготовлено промислову партію складених плит відповідно з ТТ „Плиты огнеупорные безобжиговые составные для шиберних затворов сталеразливочных ковшей марки МКСПКТ - 90” в обсязі 5,34 т.

7. Проведено промислові випробування складених шиберних плит в умова ОАО „ММК ім. Ілліча” і надано рекомендації щодо впровадження цієї технології в промисловості на ВАТ „Кіндратівський вогнетривкий завод”.

8. Результати роботи використовуються у навчальних курсах: „Фізична хімія ТНСМ”, „Фазові рівноваги та діаграми стану багатокомпонентних систем”, „Хімічна технологія вогнетривів” на кафедрі технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей Національного технічного університету „Харківський політехнічний інститут”.