CC BY
4
УДК 546.05; 542.06; 661.831; 661.834; 666.29
Войнова С. Д., Макаров А.В.
КЕРАМИЧЕСКИЕ МАССЫ ДЛЯ МОЛЛИРОВАНИЯ СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ
Войнова Светлана Дмитриевна - студент 4-го года обучения кафедры общей технологии силикатов; svetavoy@gmail.com.
Макаров Алексей Владимирович - доцент кафедры общей технологии силикатов, ведущий инженер кафедры общей технологии силикатов.
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье рассмотрены возможность применения отходов сталелитейного производства в виде пылевидной фракции в составе сырьевой массы форм моллирования стеклоизделий. Приведены результаты лабораторных испытаний и определения свойств изделий, изготовленных с добавкой продуктов регенерации. Ключевые слова: моллирование, керамические формы, производственная пыль
CERAMIC MASSES FOR GLASS PRODUCTS
Voynova S.D.1, Makarov A.V.1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article discusses the possibility of using steel production waste from a dust-like fraction in the composition of the raw material mass of glass bending forms. The results of laboratory tests and determination of the properties ofproducts made with the addition of regeneration products are presented. Key words: bending, ceramic molds, industrial dust
Введение
Попытки утилизация промышленной пыли были предприняты в различных областях, например, в производстве гипсовых изделий, динасовых огнеупоров. Отработанные формовочные смеси в основе химического состава обладают оксидом кремния, вместе с тем их пылевидная фракция содержит меньше кварца, но больше железа и оксидов алюминия. Содержание кварца в песке составляет 94,3%, а в пылевидной фракции 88,5% [1]. К сожалению, промышленная пыль почти никогда не применяется повторно, все отходы закапываются на полигонах, что очень негативно сказываться на экологии планеты.
Керамические формы для моллирования стекло изделий имеют ряд преимуществ по сравнению со своими конкурентами из металла и гипса. Очевидно, что производства ищут баланс между ценой и качествам. Керамические формы отвечают этим требованиям, также они имеют еще одно преимущество - их состав возможно модифицировать различными природными и техногенными добавками без потери или даже с повышением основных физико-механических параметров. Экспериментальная часть
Опытные образцы готовились из массы, состоящей из глинистого материала каолина обогащенного АЬ0з^Ю2^2Ш0, карбида кремния SiC, шамота и кварцевой регенеративной пыли. Кварцевая регенеративная пыль является высокощелочным материалом, отход от жидкостекольных печных форм сталелитейного производства. Используется в целях понижения использования каолина и повышения
термопрочности образцов. В качестве основного компонента керамических составов использовался обогащенный каолин. Для каолинового концентрата Журавлиный Лог характерно наличие — каолинита (89-92%), кварца (5-7%), микроклина до 4% [2]. Карбид кремния использовался в качестве энертного заполнителя, в целях понижения использования каолина и повышения термопрочности образцов. Шамот представлен в виде переработанного материала, тонкодисперсного порошка. Состав: АЬОз не менее мас. %, Fe20з не более 2 мас. %. Каолин использовался в виде порошка, 90% частиц которого имеют фракцию менее 20 мкм. Оптимальная влажность для формования образцов была установлены экспериментальным путем и применена для всех составов. Формовочная влажность составляла 35%. Исследуемые составы керамических масс имели одинаковое содержание глинистого компонента и вариативное содержание шамота, карбида кремния, регенеративной пыли (Таблица 1).
Измерение воздушной и огневой усадок проводилось на высушенных недеформированных образцах. Длины образцов измеряются на обожженных образцах с помощью штангенциркуля (Таблица 2).
Подбирая составы с различным содержанием отощителя и глинистого компонента, можно контролировать реологические свойства дисперсных структур, что позволяет понизить процессы деформации и разрушения материала, возникающие при формовке, сушке и обжиге керамических изделий. Использование шамота влияет на физико-механические свойства образцов (Таблица 3). Использование 20% шамота в образце состава 1 привело к пониженной механической прочности по сравнению с остальными составами.
Таблица 1. Составы керамических образцов, содержащих регенеративную пыль
Номер состава Каолин, % Шамот, % Карбид кремния, % Регенеративная пыль, %
1 40 20 20 20
2 40 50 - 10
3 40 40 - 20
4 40 40 10 10
Упруго -пластичные показатели керамических масс имеют прямую зависимость от содержания шамота в составе, [3] Образцы состава 1-4 оказались гораздо более пластичными по сравнению с образцами составов 4-7. Для них влажность 35% оказалась чрезмерной.
Сушка образцов проходила при температуре 500 оС в течении суток, а затем при температуре 700 оС в течении двух суток. Обжиг образцов производился при температуре 1000 оС. Скорость нагрева печи 100°С/час, выдержка 3 часа.
Повышенная температура обжига обусловлена добавлением регенеративной пыли, которая является высокощелочным компонентом, ее температура эвтектики составляет 758 оС по системе SЮ2-Na2O. Так как дальнейшее моллирование производится уже на обожженых образцах при температуре 800 оС, точка эвтектики будет значительно выше и образцы не будут химически взаимодействовать с моллируемым стеклом.
Таблица 2. Усадки керамических образцов, содержащих регенеративную пыль
Номер состава Воздушная усадка Огневая усадка Полная усадка, %
Расстояние м/у рисками Ср., мм % Расстояние м/у рисками ср., мм %
1 47,95 4,10 47,31 1,33 5,38
2 47,93 4,14 47,43 1,04 5,14
3 48,04 3,92 47,28 1,58 5,44
4 47,69 4,63 47,21 1,00 5,58
Измерения предела прочности при сжатие образцов керамики и гипса проводили на гидравлическом прессе.
Таблица 3. Прочности керамических образцов, содержащих регенеративную пыль
Номер состава Прочность после обжига, МПа Прочность после теплосмены одной, МПа
1 1,8 6,4
2 10,45 18,9
3 12,3 22,5
4 19,9 23,6
Теплосмена представляет собой процесс моллирования стеклоизделий. Моллирование проводилось при 800 оС и выдержкой 30 минут, скорость нагрева печи составляла 5 оС /мин.
Прочность всех образцов увеличилась после первой теплосмены. Прочность образцов состава 1 увеличилась на 355 %, образцы состава 2 - 180 %,
образцы состава 3 - 183 %, образцы состава 4 - 118 %. Средняя величина предела прочности на сжатие после обжига у образцов состава 1 составил 1,8 МПа, у образцов состава 2 - 10,45 МПа, у образцов состава 3 - 12,3 МПа, у образцов состава 4 - 19,9 МПа. Иначе говоря, прочность на сжатие образцов состава 1 значительно ниже, чем у образцов состава 2,3 и 4, за счет меньшего содержания шамота, что привело к большему содержанию свободной воды и большей пористости. Это свидетельствует о низкой способности образцов состава 1 противодействовать напряжениям, которые возникают в процессе формования, сушки и обжига.
Также были исследованы образцы без содержания регенеративной пыли, имеющие сходных состав с 1 партией образцов. Керамические массы партии 2 состоят из обогащенного каолина, шамота, карбида кремния, а регенеративная пыль замещена на волластонит (Таблица 4). Волластонит вводится в качестве армирующей добавки с целью повышения прочности образцов. Свойства образцов составов 5-7 отличаются от образцов составов 1-4 (Таблица 5, Таблица 6).
Таблица 4. Составы керамических масс с, содержащих волластонит
Номер состава Каолин, % Шамот,% Карбид кремния, % Волластонит,%
5 50 20 20 10
6 50 40 - 10
7 50 - 40 10
Таблица 5. Усадки образцов составов, содержащих волластонит
Номер состава Воздушная усадка Огневая усадка Полная усадка, %
Расстояние м/у рисками Ср., мм % Расстояние м/у рисками ср., мм %
5 48,28 3,44 47,80 0,99 4,40
6 48,50 2,98 48,06 0,90 3,88
4 48,04 3,93 47,61 0,89 4,78
Таблица 6. Прочность образцов составов, содержащих волластонит
Номер состава Прочность после обжига, МПа Прочность после теплосмены 1, МПа
5 35,4 34,0
6 22,97 24,2
7 17,6 19,0
При сравнении Таблиц 3 и 6 можно сделать вывод, что замена волластонита на регенеративную пыль не значительно влияет на прочность образцов. В образцах составов 5, 6, 7 используется большее количество глинистого компонента каолина, его содержание на 10% больше, чем в образцах 1, 2, 3, 4, можно сделать вывод, что пониженная прочность партии 1 по сравнению с партией 2 обусловлена тем, что в партии 1 больше отощающих компонентов. Изменение усадки зависит от соотношения глинистых компонент/отощающий.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о возможности использования отработанных формовочных смесей в виде пылевидной фракции при изготовления
керамических масс для форм моллирования стеклянных изделий. Использование регенеративной пыли позволяет сократить расход каолина минимум на 10 % и некоторых других синтетических добавок, без значительного снижения физико-химический и механических показателей форм.
Список литературы
1. З.Г. Пономаренко Использование отработанных формовочных смесей в производстве огнеупоров / З. Г. Пономаренко, А. Л. Речнева, д. т. н. Ф. Л. Капустин, д. т. н. И. Д. Кащеев, д. г.-м. н. В. А. Перепелицын, А. А. Пономаренко // Производство и оборудование. Новые огнеупоры. - 2016 №4 - с. 1012
2. Каолин обогащенный - месторождение Журавлинный Лог [Электронный ресурс] : сайт. — URL: http://kaolinzhl.ru/prod/kaolin-obogashhennyi/ (дата обращения 20.05.2021)
3. Абдрахимова, Е. С. Исследование влияния нанотехногенного сырья и шамота на структурно-реологические свойства керамических масс и физико-механические свойства кислотоупоров / Е. С. Абдрахимова, В. З. Абдрахимов // Химическая технология. - 2018. - Т. 19. - № 12. - С. 548-557.
