Вогнетривкі цементи на основі системи СаО–Аl2О3–НfО2 - Автореферат

Розроблені на сьогодні вяжучі вищої вогнетривкості (алюмоцирконокальцієві, алюмоцирконостронцієві) не знайшли широкого застосування для виготовлення металоплавильних виробів при плавці спецсплавів рідкоземельних металів, тому що мають недостатню термостійкість і вступають в хімічну взаємодію з розплавами рідкоземельних металів. З цієї точки зору привертає увагу система САО - Al2О3 - HFO2, до складу якої входять як гідравлічно активні сполуки, так і сполуки, що мають високі температури плавлення. Дисертаційна робота виконувалась згідно з постановою ДКНТ України №12 від 04.05.1992 р., програма 7.33 "Наукові основи й розробка сучасних видів силікатних і тугоплавких неметалічних матеріалів різного функціонального призначення". вивчити особливості процесу фазоутворення клінкеру цементу в сировинній суміші, що містить вуглекислий кальцій, глинозем та діоксид гафнію; встановити фазовий склад, структуру, особливості процесу гідратації та фізико-механічні властивості цементів;Показано, що розвиток високотемпературної техніки нерозривно повязаний з використанням вогнетривких цементів і бетонів на їх основі, але відомості про розробки цементів, які мають комплекс експлуатаційних характеристик (хімічна стійкість, висока вогнетривкість та термостійкість) подані недостатньо. Аналіз нових напрямків у теорії і практиці використання вогнетривких цементів показав, що найбільш перспективними є цементи, до складу яких входять алюмінати лужноземельних елементів і подвійні оксиди цирконію та гафнію. Основна увага в літературному огляді приділена бінарним системам САО-Al2О3, САО-HFO2, оскільки до складу цих систем входять сполуки, що мають гідравлічну активність і високі температури плавлення. Дослідження фазового складу продуктів випалу сировинних сумішей і гідратації вяжучого здійснювали за допомогою комплексу фізико-хімічних методів аналізу: ІЧ-спектроскопії (прилад Specond MSO), диференційно термічного (дериватограф Q-1500Д системи F. Термодинамічні й кінетичні дослідження гетерофазної взаємодії в перерізі СА - CHF системи САО - Al2О3 - HFO2 дозволили теоретично обґрунтувати можливість одержання AHFC-цементу на основі сполук системи, встановити принциповий хімізм, імовірність та послідовність процесів фазоутворення, а також визначити основні технологічні параметри синтезу AHFC-цементу: температура випалу клінкеру - 1773 К з ізотермічною витримкою при температурі випалу 3 год.В аналітичному огляді літератури показано, що для використання вогнетривких цементів з комплексом експлуатаційних характеристик найбільш перспективними є цементи, до складу яких входять алюмінати лужноземельних елементів і подвійні оксиди цирконію та гафнію. З цієї точки зору система САО-Al2О3-HFO2, до складу якої входять як гідравлічно активні сполуки, так і сполуки, що мають високі температури плавлення, привертає увагу. За допомогою термодинамічних розрахунків та експериментальних досліджень можливості перебігу реакцій фазоутворення в перерізі СА-CHF визначено, що спочатку відбувається одночасне утворення моноалюмінату кальцію, а пізніше починає здійснюватися процес утворення гафнату кальцію. Вивчено процеси фазоутворення клінкеру AHFC-цементу, одержаного на основі сполук перерізу СА - CHF. Встановлено, що твердофазові реакції синтезу клінкеру AHFC-цементу починають здійснюватися з помітною швидкістю при температурі 1273 К, а процес утворення сполук повністю завершується при 1773 К.

Основний зміст роботи

1. В аналітичному огляді літератури показано, що для використання вогнетривких цементів з комплексом експлуатаційних характеристик найбільш перспективними є цементи, до складу яких входять алюмінати лужноземельних елементів і подвійні оксиди цирконію та гафнію. З цієї точки зору система САО-Al2О3-HFO2, до складу якої входять як гідравлічно активні сполуки, так і сполуки, що мають високі температури плавлення, привертає увагу.

2. Досліджено субсолідусну будову системи САО-Al2О3-HFO2. Побудовано діаграму плавкості псевдосистеми СА-СА2-CHF. Визначено температури та склади евтектик у перерізі системи СА-СА2-CHF, встановлено область складів, придатних для одержання вогнетривких вяжучих матеріалів.

3. За допомогою термодинамічних розрахунків та експериментальних досліджень можливості перебігу реакцій фазоутворення в перерізі СА-CHF визначено, що спочатку відбувається одночасне утворення моноалюмінату кальцію, а пізніше починає здійснюватися процес утворення гафнату кальцію.

Вивчено процеси фазоутворення клінкеру AHFC-цементу, одержаного на основі сполук перерізу СА - CHF. Встановлено, що твердофазові реакції синтезу клінкеру AHFC-цементу починають здійснюватися з помітною швидкістю при температурі 1273 К, а процес утворення сполук повністю завершується при 1773 К. Спочатку швидкість твердофазових реакцій визначається хімічною взаємодією компонентів сировинної суміші на межі розподілу фаз. Тільки після утворення безперервного шару продуктів реакції швидкість процесу визначається умовами дифузії. Встановлено константи швидкостей реакцій фазоутворення та енергію активації процесу. Виявлено, що кінцевими продуктами синтезу є моноалюмінат кальцію і гафнат кальцію.

4. Розроблено склади вогнетривких цементів на основі сполук системи САО - Al2О3 - HFO2, визначено їх фізико-механічні властивості.

5. Розглянуто фізико-хімічні аспекти тверднення AHFC-цементу. Доведено, що основними продуктами гідратації цементу є гідроалюмінати кальцію, а також гідроксид гафнію і гідроксид кальцію. Саме таке поєднання фаз забезпечує високу міцність цементного каменю.

6. Розроблено технічні умови та технологічний регламент на виробництво AHFC-цементу.

7. Здійснено випуск експериментальної партії цементу в умовах ВАТ "УКРНДІВ" ім. А.С. Бережного.

8. Розроблено склади бетонів на основі AHFC-цементу та заповнювача - гафнату кальцію. Бетони характеризуються високою механічною міцністю (50-52 МПА), термостійкістю (54 теплозміни), вогнетривкістю (2270 К).

9. Проведено випробування вогнетривких бетонів на основі AHFC-цементу на змочуваність розплавами рідкоземельних елементів та їх сплавів в умовах лабораторії ядерної фізики Харківського національного університету ім. Каразіна В.Н.

Розроблені склади бетонів рекомендовані для виготовлення металоплавильних тиглів. цемент вогнетривкий субсолідусний вяжучий

Бурак Н.П., Рыщенко Т.Д. К вопросу о получении высокотемпературных материалов на основе системы CAO-Al2O3-HFO2 // Коммунальное хозяйство городов: науч.-техн. сб. Вып. 13. - К.: Техніка, 1998. - С. 85-86.

Бурак Н.П., Рыщенко Т.Д., Лапшин А.С. Об изучении субсолидусного строения трехкомпонентной системы CAO-Al2O3-HFO2 // Коммунальное хозяйство городов: науч.-техн.сб. Вып. 18. - К.: Техніка, 1999. - С. 151-153.

Бурак Н.П., Рыщенко Т.Д., Лапшин А.С. Высокоогнеупорные вяжущие системы CAO-Al2O3-HFO2 // Вестн. Харьковск. гос. политехн. ун-та №90. - Харьков: ХПИ, 1999. - С. 40-42.

Бурак Н.П., Рыщенко Т.Д., Доронин Е.В. О результатах исследования системы CAO-Al2O3-HFO2 как основы для получения высокоогнеупорных вяжущих // Вестн. Харьковск. гос. политехн. ун-та №105. - Харьков: ХПИ, 2000. - С. 80-83.

Доронин Е.В., Рыщенко Т.Д., Стельмах О.А., Бурак Н.П. Твердофазовые процессы, протекающие в системе CAO-Al2O3-HFO2 // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков, 2000. - №8. - С. 57-59.

Бурак Н.П., Рыщенко Т.Д., Питак Я.Н. Модель поверхности ликвидуса сечения системы CAO-Al2O3-HFO2 // Тез. докл. VI Междунар. науч.-техн. конф. "Информационные технологии". Наука, техника, технология, образование, здоровье. - Харьков, 1998. - С. 22.

Бурак Н.П., Рыщенко Т.Д. Высокотемпературные вяжущие // Тез. докл. XXVIII науч.-техн. конф. преподавателей и сотрудников ХГАГХ "Строительство и экология". - Харьков, 1996. - С. 5.