УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ

Шевцов Роман Миколайович

УДК 666.762.16.001

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ШАМОТНИХ ВОГНЕТРИВІВ

НА ОСНОВІ ВОЛОДИМИРСЬКОГО КАОЛІНУ З ЗАСТОСУВАННЯМ

ТУГОПЛАВКОЇ ГЛИНИ

Спеціальність 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконона на кафедрі хімічної технології кераміки та вогнетривів Національної металургійної академії України Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Пилипчатін Леонід Дмитрович,

Національна металургійна академія України,

завідувач кафедри

хімічної технології кераміки та

вогнетривів, м.Дніпропетровськ

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший

науковий співробітник

Караулов Анатолій Григорович,

ВАТ “Український науково-дослідний інститут вогнетривів ім. А.С. Бережного”, завідувач лабораторії, м.Харків

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Колєда Володимир Васильович,

Український державний хіміко-технологічний університет, провідний

науковий співробітник кафедри

хімічної технології кераміки і скла

м.Дніпропетровськ

Провідна установа: Донецький фізико-технічний інститут

ім.О.О.Галкіна

Захист відбудеться 15” листопада 2001р. о 1400 . годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.078.02 при Українському державному хіміко-технологічному університеті за адресою: 49005, м.Дніпропетровськ, пр.Гагаріна, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці УДХТУ: м.Дніпропетровськ, пр.Гагаріна, 8.

Автореферат розісланий “10” жовтня 2001р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Мельников Б.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах ринкових відносин збут вогнетривкої продукції як всередині країни, так і за межами визначається її конкурентною спроможністю. У зв`язку з цим удосконалення технології виробництва вогнетривів, особливо найбільш розповсюджених, якими є шамотні, з метою поліпшення їх якості і зниження собівартості є необхідним.

Основною сировиною у виробництві шамотних виробів є вогнетривкі глини та каоліни. Виготовлення дешевих і якісних вогнетривів з каоліну Володимирського родовища, який важко спікається, без застосування привізної сировини являє собою важливу проблему для Великоанадольського вогнетривного комбінату. Виробництво шамотних виробів на комбінаті здійснюється з використанням високопластичної глини марки ДН–2 Новорайського родовища, яка легко спікається. Її висока вартість спричиняє подорожчання виготовленої на комбінаті продукції. Заміна в технологічному процесі вказаної глини на дешеву і недефіцитну сировину дозволить знизити собівартість вогнетривів і за рахунок цього підвищити їх конкурентну спроможність, а також попутно вирішити значну екологічну задачу в результаті використання розкривної породи – тугоплавкої пістрявобарвної глини, яка є відходами виробництва.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до плану науково-дослідних робіт кафедри хімічної технології кераміки та вогнетривів НМетАУ з проблеми Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” згідно з роботою за номером держреєстрації 01950002787.

Мета і задачі досліджень. Метою даної роботи є розробка технології шамотних вогнетривів з місцевої сировини Володимирського родовища, яка дала б можливість знизити собівартість продукції і одержати на цій основі в умовах Великоанадольського вогнетривного комбінату значний економічний ефект при збереженні чи збільшенні досягнутої стійкості виробів в службі.

У відповідності з метою роботи вирішувались такі задачі:

-

-

-

-

-

-

Об`єкт дослідження – шамотні вогнетриви, виготовлені на основі володимирського каоліну.

Предмет дослідження – вплив тугоплавкої пістрявобарвної глини та технологічних факторів на фізико-хімічні властивості шамотних виробів.

Методи дослідження. Для визначення хімічного та мінералогічного складів, а також структури глинистих матеріалів і випалених зразків використовували хімічний, рентгенофазовий, термографічний методи досліджень, а також оптичну та електронну мікроскопію. Фізико-хімічні властивості випалених зразків і промислових виробів визначали згідно з вимогами ГОСТів. Оптимізацію складу шамотно-каолінової маси проводили за допомогою математичної обробки експерементальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів. Доведена можливість підвищення ефективності спікання володимирського каоліну та виробів на його основі уведенням в маси тугоплавких пістрявобарвних глин, багатих лужними та лужноземельними оксидами. Застосування таких глин слід вважати більш досконалим рішенням порушеної проблеми у порівнянні з відомими.

З метою поліпшення спікання пістрявобарвної глини рекомендується вилучати з неї кварцовий пісок. Встановлено, що граничний розмір домішок, які необхідно виводити при збагаченні глини, складає 0,4 мм. Збагачення пістрявобарвної глини дозволило перетворити її з глинистої сировини, яка не спікається, в глинисту сировину, яка сильно спікається і придатна для ущільнення шамотно-каолінових мас.

Вперше вивчено мінералогічний, хімічний склади, спікання та інші властивості збагаченої пістрявобарвної глини. Показано, що її глиниста частина представлена мінералами групи каолініту, монтморілоніту та гідрослюди, а домішки – кварцом (переважно), мінералами групи польових шпатів та ін.

Встановлена залежність міцносних і щільносних властивостей шамотних виробів від способу введення пістрявобарвної глини. Для переважного підвищення міцності вогнетривів глину доцільно вводити в масу шлікером. При введені глини сумішшю спільного помелу зразки в більшій мірі ущільнюються, ніж зміцнюються. При комбінованому способі введення добавки поліпшуються обидва показники.

Показано, що термічну стійкість шамотних вогнетривів на основі володимирського каоліну можливо регулювати, змінюючи фазовий склад зв`язуючої частини. Це досягається введенням в зв`язку пістрявобарвної глини, яка обмежує утворення кристобаліту. Внаслідок цього знижується температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) зв`язуючої частини і, таким чином, підвищується термічна стійкість шамотних зразків у цілому.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень використані на Великоанадольському вогнетривному комбінаті при розробці технології виробництва шамотних виробів різного призначення. Виготовлені дослідні партії шамотних вогнетривів. Проведено випробування ковшових виробів в службі. Середня стійкість футеровки сталерозливних ковшів, виконаної з дослідних вогнетривів, підвищена на 20%. Отримані також позитивні результати при випробуванні дослідних виробів в обертових печах.

Результатами випробувань підтверджена можливість та доцільність виробництва і застосування шамотних вогнетривів з пістрявобарвною глиною.

Очікуваний економічний ефект тільки при виготовленні виробів в результаті заміни глини ДН–2 на пістрявобарвну складає 1,059 млн.грн. на рік.

Особистий внесок здобувача полягає в наступному:

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Вклад співавторів спільних публікацій полягає в узагальненому науковому керівництві та обговоренні результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались та обговорювались на четвертій Міжнародній конференції “Наука і освіта, 2001” (м.Черкаси – Житомир, 2001 р.), на другій Міжнародній науково-технічній конференції “Композиційні матеріали” (м.Київ, 2001 р.), на першій Всеукраїнській науково-практичній конференції “Україна наукова, 2001” (м.Дніпропетровськ, 2001 р.).

Публікації. Основні результати десертації відображені в 5 статтях та 3 тезах доповідей.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота скаладається із вступу, 6 розділів, загальних висновків та додатків. Вона викладена на 182 сторінках машинописного тексту. Робота містить 23 ілюстрації, 49 таблиць, список використаних літературних джерел з 110 найменувань та 6 додатків. Обсяг, займаний означеними елементами дисертації, складає 63 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі розглянуті фізико-хімічні основи рідинного спікання вогнетривких та керамічних матеріалів. Наведені основні фактори інтенсифікації процесів рідинного спікання. Вивчені і узагальнені способи підвищення щільності алюмосилікатних вогнетривів. Показані надоліки відомих способів ущільнення та зміцнення шамотних вогнетривів, виготовлених на основі каолінів, у тому числі володимирського. Приведено обгрунтування напрямку досліджень. Визначена їх основна задача.

Відомості, отримані при вивченні літературних джерел, підтверджують актуальність постановки та виконання роботи у вибраному напрямі.

У другому розділі описані матеріали та методики проведення досліджень, наведені результати вивчення властивостей пістрявобарвної глини та спікання сумішів її з каоліном.

При проведенні лабораторних досліджень використовували такі сировинні матеріали: каолін марок КВ-1, КВ-2; шамот марок ШКВ-1, ШКВ-2; глину марки ДН-2 та тугоплавку пістрявобарвну глину Володимирського родовища.

Визначення хімічного і мінералогічного складів глинистих матеріалів, а також фазового складу і мікроструктури випалених зразків проводили такими методами досліджень: хімічним, петрографічним, електронної мікроскопії, рентгенофазовим та термографічним.

Властивості лабораторних зразків і промислових виробів визначали, користуючись стандартними та загальноприйнятими в технології кераміки та вогнетривів методиками. Визначення температурного коефіцієнту лінійного розширення проводили з використанням катетометра КМ–8. Термічну стійкість зразків визначали методом теплозмін до їх руйнування. Визначення шлакостійкості зразків проводили тигельним методом.

Дослідження показали, що володимирський каолін характеризується малою пластичністю, низькою зв`язністю і високою температурою спікання. Внаслідок цього каолінові маси недостатньо ущільнюються при пресуванні та випалі.

Для поліпшення пластичних властивостей і зниження температури спікання, а також ущільнення і зміцнення шамотно-каолінових мас при пресуванні та випалі в роботі пропонується використовувати тугоплавку пістрявобарвну глину. Ця глиниста сировина являє собою розкривні породи, які вивозяться у відвал при видобуванні володимирського каоліну.

Визначені хімічний, мінералогічний, зерновий склади, спікання та інші властивості пістрявобарвної глини.

Встановлено, що пістрявобарвна глина належить до полімінеральної групи глинистої сировини. Переважним глинистим мінералом є каолініт. Глина вміщує також мінерали монтморілонітової та гідрослюдистої груп. У невеликій кількості вміщується споріднений каолініту мінерал галуазіт. Домішки представлені переважно кварцом, мінералами групи польових шпатів та ін. Загальний вміст домішок (фракція більше 0,1мм) складає 18,8 мас.%. Вміст крупних вкраплень (фракція більше 0,5мм) дорівнює 8,7 мас.%. Глина належить до середньопластичної глинистої сировини.

Вивчення основних властивостей пістрявобарвної глини показало, що вона може бути використана як хімічний активатор спікання володимирського каоліну. На це вказує достатній вміст суми плавнів (7,46 мас.%), лужних (1,88 мас.%) та лужноземельних (2,24 мас.%) оксидів. Глина також може застосовуватися як пластифікуюча добавка до каоліну.

Незважаючи на наявні можливості, пістрявобарвна глина все ж є глинистою сировиною, яка не спікається. Її використання для спікання каоліну без додаткової підготовки не дозволило б одержати достатнього ефекту. У зв`язку з цим проведені дослідження по вивченню впливу домішок, які вміщуються в глині, на її спікання і визначенню достатнього ступеня їх вилучення з даного виду сировини.

Вилучення домішок з пістрявобарвної глини проводили пропуском глинистого шлікеру через вібросито. Потім шлікер обезводнювали. З одержаної маси формували зразки пластичним способом. Випал зразків проводили в інтервалі температур 900 – 1350 оС.

Аналіз властивостей випалених зразків показав, що вилучення з пістрявобарвної глини значних за розміром домішок приводить до більш інтенсивного її спікання. Без вилучення домішок випалені зразки мали мінімальне водовбирання 5,2 %. Після вилучення домішок разміром більше 0,2-0,4 мм водовбирання зразків зменшилося до 0,9-1,1 % (рис. 1), а міцність при стиску підвищилась з 30-34 МПа до 60-70 МПа. Таким чином, вилучення з пістрявобарвної глини домішок розміром більше 0,2-0,4 мм дозволило перетворити її із сировини, яка не спікається, в глинисту сировину, яка сильно спікається.

Петрографічні дослідження хвостів збагачення засвідчили, що переважаючим мінералом у них є кварц (табл. 1). Отже, однією з основних причин недостатнього спікання пістрявобарвної глини є її запісоченість. Спікання глини, як показали результати викладених досліджень, визначається вмістом та розміром присутнього кварцового піску.

Вилучення кварцового піску та інших домішок призводить не тільки до звільнення пістрявобарвної глини від розпушуючого у випалі наповнювача, але й до зміни її мінералогічного, хімічного, зернового складів, а також багатьох властивостей.

Збагачена глина у порівнянні з незбагаченою має ідентичний якісний мінеральний склад. Відрізняються вони співвідношенням мінералів та їх розмірами. У збагаченій глині менше кварцу, плагіоклазу, калієвого польового шпату, але більше каолініту, монтморілоніту, гідрослюди, галуазіту та гематиту (див. табл.1). Результати хімічного аналізу показали, що в збагаченій глині зменшено вміст кремнезему і підвищено вміст оксиду алюмінію та плавнів. Відбулось це внаслідок зміни мінералогічного складу глини при її збагаченні.

Одержані результати досліджень показали, що граничний розмір зерен домішок, вилучених при збагаченні глини, складає 0,4 мм.

Рис. 1. Залежність водовбирання зразків від температури

випалу та розміру домішок, вилучених з пістрявобарвної

глини: 1–без вилучення; 2-> 0,63мм; 3-> 0,20 мм; 4-> 0,063 мм

Таблиця 1

Мінеральний склад пістрявобарвної глини

та хвостів збагачення

Матеріал | Вміст мінералів, об. %

Каолініт | Кварц | Плагіок-лаз | Монтмо-рілоніт | Калієвий польовий шпат | Гідро- слюда | Галуазіт | Гематит

Пістрявобарвна глина до збагачення | 30-40 | 24-34 |

10-15 | 6-11 | 4-8 | 3-5 | ~1 | 3-5

Пістрявобарвна глина після збагачення, фракція < 0,4 мм | 35-45 | 20-30 | 7-12 | 7-12 | 3-6 | 4-6 | і

Хвости збагачення, фракція >0,4 мм | 12-17 | 45-55 | 5-10 | 1-3 | 20-25 | 1 | сл | 1

Подальше зменшення граничного розміру недоцільно, тому що не призводить до суттєвого зменшення водовбирання випалених зразків, тобто, є малоефективним для поліпшення спікання пістрявобарвної глини.

Необхідно було вивчити також вплив вмісту пістрявобарвної глини на температуру спікання каоліну, при якій водовбирання зразків досягає нижче 5 %. За одержаними даними визначено, що температура спікання каоліну без пістрявобарвної глини складає 1460 оС. При введенні в каолін 15 мас.% глини температура спікання суміші складає 1395 оС, тобто, вона знижується на 65 оС.

Третій розділ присвячено визначенню основних технологічних параметрів виробництва шамотних виробів.

Вивчали вплив пістрявобарвної глини на спікання шамотно-каолінових мас при різних способах її підготовки і введення. Результати досліджень показали, що найбільш раціональним способом використання пістрявобарвної глини є комбінований. Полягає він у тому, що в шамотно-каолінову масу пістрявобарвна глина вводиться тонкомеленою сумішшю спільного помелу (ССП) і шлікером. Для приготування спільного помелу використовується незбагачена глина. Шлікером вводиться збагачена глина. Її збагачення провадиться пропуском шлікера через вібраційне сито з отворами розміром 0,4 мм.

Збагачений шлікер передбачається використовувати для виготовлення усіх видів шамотних виробів (у тому числі загального призначення), які виробляються на комбінаті.

Подальше дослідження провадили з метою визначення достатнього вмісту пістрявобарвної глини при введенні її в багатошамотну масу ССП і шлікером. Одержані результати показали, що переважне введення глини одним з вказаних способів повинно визначатися з урахуванням необхідності поліпшення тих чи інших властивостей випалених зразків. Більш низька відкрита пористість досягається при введенні в масу глини ССП. Для досягнення максимального ефекту по міцності пістрявобарвну глину слід вводити шлікером. При комбінованому способі введення добавки поліпшуются обидва показники. Оптимальне співвідношення глини, яка вводиться ССП і шлікером, складає 1:1 по масі. Достатній вміст глини в багатошамотних масах при комбінованому способі її введення складає 3-5 мас.%.

Вивчення впливу температури нагрівання на спікання зразків з пістрявобарвною глиною дозволило виявити наступне. При виготовленні ущільнених виробів температура випалу повинна бути в межах 1460-1480 оС. Щільні вироби необхідно випалювати при більш високих температурах нагрівання (1500 оС).

За результатами лабораторних досліджень розроблена тимчасова технологічна інструкція на виробництво багатошамотних виробів. У відповідності з інструкцією складена технологічна схема виготовлення виробів з урахуванням можливостей Великоанадольського вогнетривного комбінату. Спільний помел пістрявобарвної глини і частини шамоту передбачено здійснювати у трубному млині.

Проведені також дослідження, які спрямовні на визначення способу введення пістрявобарвної глини при виробництві шамотних вогнетривів загального призначення. В результаті встановлено, що при виготовленні вказаних виробів найкращим способом введення пістрявобарвної глини є шлікерний. Збагачення глини робиться за схемою, прийнятою для виробництва багатошамотних вогнетривів. Оптимальний вміст пістрявобарвної глини в шамотно-каолінових масах виробів загального призначення знаходиться в межах 3,5-4,0 мас.%. Температура випалу таких вогнетривів складає 1460-1480 оС.

За результатами лабораторних досліджень розроблена тимчасова технологічна інструкція на виробництво шамотних виробів загального призначення.

У четвертому розділі наведені результати дослідження шлакостійкості шамотних зразків з пістрявобарвною глиною.

Мета проведених досліджень полягала у вивченні впливу вмісту пістрявобарвної глини та способів її введення на шлакостійкість шамотних зразків. Вивчення шлакостійкості показало, що між відкритою пористістю та ступенем роз`їдання та просочення шлаком зразків з різними вмістом і способами введення глин (пістрявобарвної і ДН-2) і без них встановлено сильний прямий зв`язок (коефіцієнт кореляції дорівнює 0,97-0,98). Наявність сильного прямого зв`язку між зазначеними показниками вказує на те, що при заміні глини ДН-2 на пістрявобарвну в кількості до 5 мас.% можливі зміни хіміко-мінералогічного складу і структури зразків суттєво не впливають на шлакостійкість. Вирішальний вплив на шлакороз`їдання чинить щільність зразків незалежно від виду, вмісту (в межах 0-5 мас.% для пістрявобарвної глини) та способу введення добавок (рис.2).

Рис. 2. Залежність ступеня роз`їдання та просочення зразків шлаком

від їх відкритої пористості (коефіцієнт кореляції дорівнює 0,98)

Результати петрографічних досліджень дозволяють відзначити, що за структурою, фазовим складом усіх зон і просоченню шлаком зразки з пістрявобарвною глиною та глиною ДН-2 практично ідентичні. Це дає можливість передбачити, що в службі рівнощільні шамотні вогнетриви з пістрявобарвною глиною та глиною ДН-2 по шлакостійкості повинні бути рівноцінними.

П`ятий розділ присвячено вивченню термічної стійкості досліджених зразків. Мета цих досліджень полягала у вивченні впливу пістрявобарвної глини оптимального вмісту і її збагачення на термічну стійкість шамотних вогнетривів. Глину в масу вводили комбінованим способом.

Одержані результати показали, що зразки з незбагаченою пістрявобарвною глиною мають більш високу термічну стійкість, ніж зразки без добавок, але більш низьку, ніж з глиною ДН-2.

Звертає на себе увагу той факт, що використання збагаченої пістрявобарвної глини призводить до підвищення термічної стійкості зразків до рівня зразків з глиною ДН-2. Більш високу термічну стійкість зразків з добавками (особливо з глиною ДН-2 і збагаченою пістрявобарвною глиною), ніж без них, пояснюємо таким чином.У володимирському каоліні вміщується мало плавнів і особливо мало лугів. Внаслідок цього при випалі склофаза в ньому утворюється в невеликій кількості. Аморфний кремнезем, який виділяється в результаті мулітизації каолініту, не може весь розчинитися в малій кількості розплаву. Його надлишок перетворюється на кристобаліт. При нагріванні в інтервалі 180-270 оС b–кристобаліт швидко і без мінералізатору перетворюється в a–кристобаліт зі значним збільшенням об`єму.

Дослідження показали, що при температурі 200 оС кристобаліт викликає пікове збільшення ТКЛР зв`язуючої частини зразка. Величина цього ефекту залежить від вмісту в матеріалі кристобаліту. При швидкісному нагріванні і охолодженні кристобалітний ефект зв`язуючої частини призводить до виникнення додаткових внутрішніх напруг (напруг другого роду) і зменшенню термічної стійкості зразків.

При введенні в каолін пістрявобарвної глини (краще збагаченої) чи глини ДН-2 кристобаліт частково розчинюється в розплаві. При цьому кристобалітний ефект зв`язуючої частини зразка не одержує попереднього розвитку (рис. 3). У зв`язку з цим при різких змінах температур внутрішні напруги у зразку, мабуть, будуть зменшуватися. Внаслідок цього термічна стійкість зразків, як показали експериментальні дані, підвищується.

Таким чином, введення в шамотно-каолінові маси пістрявобарвної глини чи глини ДН-2 знижує кількість кристобаліта, що утворюється. При цьому кристобалітний ефект і в цілому ТКЛР зв`язуючої частини зразків до температури як мінімум 600 оС зменшується. Внаслідок цього термічна стійкість шамотних зразків стає вищою.

У шостому розділі описані промислові випробування розробленої технології та дослідних виробів.

За результатами лабораторних досліджень розроблені тимчасові технологічні інструкції по виробництву вогнетривких виробів різного призначення. Інструкції використані для виготовлення дослідних шамотних виробів з пістрявобарвною глиною.

Мета виготовлення виробів дослідних партій полягала в перевірці і уточненні розроблених в лабораторних умовах технологічних параметрів виробництва шамотних вогнетривів з використанням пістрявобарвної глини.

За розробленою технологією виготовлено більше 500 тонн шамотних виробів різного призначення.

Рис. 3. Залежність середнього температурного коефіцієнту

лінійного розширення випалених каолінових зразків від

температури та добавок: 1 – без добавок; 2 - з 10 мас. %

незбагаченої пістрявобарвної глини; 3- з 10 мас. % збагаченої

пістрявобарвної глини; 4 - з 25 мас. % глини ДН-2

Одержані результати показали, що властивості дослідних вогнетривів відповідають стандартним вимогам. За деякими найважливішими показниками вони перевищують вироби поточного виробництва. Слід відзначити, що виробництво виробів з використанням пістрявобарвної глини в умовах Великоанадольського вогнетривного комбінату не вимагає значних капітальних витрат і не викличе суттєвих технологічних труднощів, пов`язаних із застосуванням вказаної добавки.

Проведено випробування в службі партії дослідних ковшових виробів марки ШКП-37 в кількості 250 тонн. Цеглу випробували в мартенівському цеху Маріупольського металургійного комбінату “Азовсталь” в 230-тонних

сталерозливних ковшах. Результати випробувань показали, що стійкість футеровки, виконаної з дослідної цегли, на 20 % вище, ніж футеровки з ущільненої цегли поточного виробництва.

Дослідні вироби випробувані також в обертових печах при випаленні доломіту. Випробування показали можливість підвищення стійкості шамотної футеровки печі на 18%.

Очікувана економічна ефективність використання результатів роботи буде складатися з економічних ефектів, які будуть одержані при виготовленні дослідних виробів і за рахунок підвищення стійкості футеровки теплових агрегатів.

ВИСНОВКИ

1. Експериментальними дослідженнями встановлена можливість використання тугоплавкої пістрявобарвної глини для спікання володимирського каоліну, який належить до важкоспікаючих матеріалів. Доцільність застосування тугоплавкої глини, яка є роскривною породою при добуванні вказаного каоліну, полягає в можливості заміни у технологічному процесі виробництва шамотних вогнетривів дорогокоштуючих і дефіцитних глин Новорайського родовища на доступну та дешеву сировину.

Використання в розробленій технології дешевої сировини дозволяє зменшити собівартість продукції і за рахунок цього підвищити її конкурентну спроможність.

2. Проведені дослідження по вивченню основних властивостей пістрявобарвної глини та її впливу на спікання каоліну. Показано, що, незважаючи на достатній вміст лужних і лужноземельних оксидів, пістрявобарвна глина належить до глинистої сировини, яка не спікається. Виявлено, що однією з основних причин недостатнього спікання глини є запісоченість. Вилучення з глини кварцового піску крупніше 0,4 мм дозволяє перетворити її в глинистий матеріал, який сильно спікається. Введення в каолін марки КВ-1 15 мас.% пістрявобарвної глини дозволяє знизити температуру його спікання на 65 оС.

3. Встановлено, що однією з необхідних умов ефективного використання пістрявобарвної глини в якості пластифікуючої та спікаючої добавки при виробництві шамотних вогнетривів є її збагачення і тонке диспергування. Останнє може бути досягнуто або спільним помелом з частиною шамоту, або розпусканням у водному середовищі.

4. Встановлено, що найбільш раціональним способом введення пістрявобарвної глини в багатошамотні маси є комбінований. Полягає він в тому, що в маси пістрявобарвна глина вводиться тонкомеленою сумішшю спільного помелу і шлікером у співвідношенні 1:1. В маси шамотних виробів загального призначення пістрявобарвну глину слід вводити шлікерним способом.

При введенні глини шлікером передбачено його збагачення шляхом пропуску через вібраційне сито з отворами 0,4 мм. Наведена схема збагачення.

Оптимальний вміст пістрявобарвної глини при виробництві багатошамотних виробів складає 3-5 мас.%, а шамотних загального призначення – 3,5-4 мас.%.

5. Вивчався вплив пістрявобарвної глини та глини ДН-2 на шлакостійкість шамотних зразків. В результаті встановлено сильний прямий зв`язок між відкритою пористістю і ступенем роз`їдання та просочення шлаком зразків з добавками і без них. Наявність сильного прямого зв`язку між вказаними показниками свідчить про те, що при заміні глини ДН-2 на пістрявобарвну в кількості до 5 % можливі зміни хіміко-мінералогічного складу і структури зразків суттєво не впливають на їх шлакостійкість. В найбільшій мірі на шлакостійкість впливає їх щільність.

6. Проведені дослідження по вивченню впливу пістрявобарвної глини на термічну стійкість шамотних вогнетривів. Показано, що термічна стійкість зразків в значній мірі визначається фазовим складом зв`язки. Встановлено, що пістрявобарвна глина зменшує кількість кристобаліту, який утворюється в зв`язуючій частині зразка. Внаслідок цього знижується її ТКЛР і підвищується термічна стійкість шамотних зразків у цілому.

7. За результатами лабораторних досліджень розроблені тимчасові технологічні інструкції по виробництву вогнетривких виробів для футеровки сталерозливних ковшів і виробів загального призначення.

Виготовлені дослідні партії ковшових виробів та виробів загального призначення. Визначені їх властивості. Показано, що властивості дослідних вогнетривів відповідають стандартним вимогам.

8. Проведені випробування дослідних виробів в сталерозливних ковшах та обертових печах. Встановлено, що дослідні вироби по стійкості переважають шамотні вогнетриви поточного виробництва.

9. Показано, що очікуваний економічний ефект від використання результатів роботи тільки при виробництві шамотних вогнетривів в умовах Великоанадольського вогнетривного комбінату складає 1059 тис. гривень на рік (за станом цін на 01.06.1998р.).

Список опублікованих праць

1. пилипчатин Л.Д., Коздоба В.И., Ефименко А.Д., Шевцов Р.Н. Влияние пестроцветной глины на спекание владимировского каолина// Огнеупоры и техническая керамика. – 1997.- № 11. - С.30-34.

2. пилипчатин Л.Д., Коздоба В.И., Ефименко А.Д., Шевцов Р.Н. Разработка технологии шамотных огнеупоров на основе владимировского каолина с использованием пестроцветной глины// Огнеупоры и техническая керамика. – 1997. - № 12. - С.17-20.

3. пилипчатин Л.Д., Коздоба В.И., Ефименко А.Д., Шевцов Р.Н. Использование пестроцветной глины при изготовлении шамотных огнеупоров из владимировского каолина// Огнеупоры и техническая керамика. – 1998.- № 1. - С.30-31.

4. пилипчатин Л.Д., Шевцов Р.Н., Коздоба В.И. К вопросу о термостойкости шамотных огнеупоров// Огнеупоры и техническая керамика. – 1999. - № 8. - С.30-33.

5. пилипчатин Л.Д., Шевцов Р.Н. Разработка технологии шамотных огнеупоров с использованием тугоплавкой глины// Сб.науч.тр. ОАО “УкрНИИогнеупоров им.А.С.Бережного”. - Харьков: Каравелла. – 1999.-№ 99.

- С.101-107.

6. пилипчатин Л.Д., Шевцов Р.Н. Спекание владимирского каолина с тугоплавкой глиной// Матеріали четвертої Міжнар.конф. “Наука і освіта, 2001”. – Том 15. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. – 2001.- С.27-28.

7. пилипчатін Л.Д., Шевцов Р.М. Виробництво шамотних вогнетривів з застосуванням тугоплавкої глини// Сб.трудов 2 Междунар.науч.-техн.конф. “Композиционные материалы”. - Киев: НТУУ “КПИ”. – 2001.- С.34.

8. пилипчатин Л.Д., Шевцов Р.Н. К вопросу о влиянии кристобалита на термическую стойкость шамотных огнеупоров// Матеріали першої Всеукр. наук.-практ. конф. “Україна наукова, 2001”.– Том 3 – Дніпропетровськ: Наука і освіта. – 2001. – С.3.

АНОТАЦІЇ

Шевцов Р.М. Розробка технології шамотних вогнетривів на основі володимирського каоліну з застосуванням тугоплавкої глини.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2001.

Дисертацію присвячено розробці технології виробництва шамотних вогнетривів на основі каоліну Володимирського родовища з використанням тугоплавкої пістрявобарвної глини. За результатами лабораторних досліджень визначені основні технологічні параметри виготовлення шамотних вогнетривів з пістрявобарвною глиною. Розглянуті питання шлакостійкості та термостійкості шамотних зразків. Виготовлені дослідні партії вогнетривів. Проведено їх випробування в службі. Одержані результати показали можливість виробництва та доцільність застосування шамотних вогнетривів з пістрявобарвною глиною без використання привозної високопластичної глини марки ДН-2. Ключові слова: каолін, тугоплавка глина, спікання, шамотні вогнетриви, дослідна партія, випробування.

Шевцов Р.Н. Разработка технологии шамотных огнеупоров на основе владимирского каолина с применением тугоплавкой глины. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.11 – технология тугоплавких неметаллических материалов. – Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, 2001.

Диссертация посвящена разработке технологии производства шамотных огнеупоров на основе каолина Владимирского месторождения с использованием в качестве пластифицирующей и спекающей добавки тугоплавкой пестроцветной глины вместо глины марки ДН-2. Пестроцветная глина представляет собой вскрышные породы, вывозимые в отвал при добыче каолина указанного месторождения. Определены химический, минералогический и зерновой составы, содержание примесей, пластичность, спекаемость и другие свойства пестроцветной глины. Установлено, что глина относится к полиминеральной группе глинистого сырья. Преобладающим глинистым минералом является каолинит. Изучение химического состава и других свойств пестроцветной глины показало, что она может применяться в качестве пластифицирующей и спекающей добавки к каолину. Однако, несмотря на выявленные возможности, пестроцветная глина все же оказалась неспекающимся глинистым сырьем. Ее использование для спекания каолина без дополнительной подготовки не позволило бы получить желаемого эффекта. Дальнейшими исследованиями установлено, что одной из основных причин недостаточной спекаемости пестроцветной глины является запесоченность. Для улучшения спекаемости из глины необходимо было удалить примеси определенного зернового состава. Их извлечение из глины проводили пропуском глинистого шликера через вибрационное сито. Исследованиями установлено, что граничный размер извлекаемых примесей составляет 0,4 мм. Извлечение из пестроцветной глины примесей крупнее 0,4 мм позволило превратить ее из неспекающегося глинистого сырья в сильноспекающееся. Изучены минеральный, химический, зерновой составы, пластичность, спекаемость и другие свойства обогащенной пестроцветной глины. Проведено так же изучение влияния обогащенной пестроцветной глины на температуру спекания каолина марки КВ-1. В результате установлено, что при введении в каолин 15 мас.% глины, температура спекания материала снижается на 65 оС. Далее изучалось влияние пестроцветной глины на спкаемость шамотно-каолиновых масс при разных способах ее введения. Показано, что лучшим способом введения глины в многошамотные массы является комбинированный (смесью совместного помола и шликером), а в шамотные – шликером. Определены достаточное содержание глины при различных способах ее введения в шамотно-каолиновую массу и оптимальная температура обжига изделий. В работе рассмотрено влияние пестроцветной глины и способов ее введения на шлакоустойчивость шамотных образцов. В результате установлена сильная прямая связь между открытой пористостью, степенью разъедания и пропитки образцов шлаком. Показано, что независимо от вида добавки, ее содержания (в определенных пределах) и способа введения решающую роль на шлакоустойчивость образцов оказывает их плотность. Отмечено положительное влияние пестроцветной глины (особенно обогащенной) на термическую стойкость шамотных изделий. Выявлено, что термическая стойкость образцов в значительной мере определяется их фазовым составом связующей части. Приведен механизм влияния пестроцветной глины на повышение термостойкости шамотных изделий. По результатам лабораторных исследований разработаны временные технологические инструкции по производству огнеупоров различного назначения. Инструкции использованы для изготовления опытных шамотных изделий с пестроцветной глиной. По разработанной технологии изготовлено более 500 тонн шамотных изделий различного назначения. Полученные результаты показали, что свойства опытных огнеупоров соответствуют стандартным требованиям. По некоторым важнейшим показателям они превосходят изделия поточного производства. Проведено испытание в службе партии ковшевых изделий марки ШКП - 37. Результаты испытаний показали, что стойкость футеровки, выполненной из опытного кирпича, на 20 % выше, чем футеровки из уплотненного кирпича поточного изготовления.

Ожидаемая экономическая эффективность использования результатов работы будет складываться из экономических эффектов, которые будет получены при изготовлении опытных изделий и за счет повышения стойкости футеровки сталеразливочных ковшей. Годовой ожидаемый экономический эффект только при производстве изделий в результате замены глины ДН-2 на пестроцветную в условиях Великоанадольского огнеупорного комбината составляет 1059 тыс. гривен.

Ключевые слова: каолин, тугоплавкая глина, спекание, шамотные огнеупоры, опытная партия, испытания.

Shevtsov R.M. Development of technology of producing chamotte refractory articles on Vladimirovka kaolin base with adding of refractory clay. – Manuscript.

The thesis for higher degree of Candidate of Sciences (Engineering) on speciality 05.17.11 – technology of refractory nonmetallic materials – Ukrainian State chemical – technology university, Dnepropetrovsk, 2001.

The dissertation have been dedicated to development of technology of chamotte refractory articles based on Vladimirovka kaolin, with using refractory variegated clay. The basic technological parameters of producing chamotte refractory articles with adding of variegated clay have been determined during lab research. Heat and slag resistance of chamotte samples has been examined. Initial lots of refractory articles have been produced and tested in serve. The results have shown possibility and expedience of production and application of refractory articles with adding of variegated clay without purchase high plastic clay DN – 2 grade.

Key words: kaolin, refractory clay, sintering, chamotte, refractory articles, initial lot, testing.