CC BY
28
УДК 666.768
Б01: 10.15587/2312-8372.2015.47001
про вплив ОРТОФОСФОРНО! кислоти
ТА КАОЛ1НУ НА ВЛАСТИВОСТ1 БЕЗВИПАЛЬНОГО ВОГНЕТРИВКОГО МАТЕР1АЛУ
Встановлена перспектива використання ортофосфорног кислоти та каолгну у виробництвг безвипальних мултокорундових вогнетривгв. Дослгджено вплив кглькостг ортофосфорног кислоти на фгзико-механгчнг властивостг отриманих зразкгв. Визначено, що в високоглиноземистих системахз ортофосфорною кислотою утворюються зв'язки, якг забезпечують високу механгчну мщтсть одержаного вогнетривкого матергалу.
Клпчов1 слова: безвипальт вогнетриви, каолт, ортофосфорна кислота, механгчна мщтсть, пористгсть, щгльнгсть.
Харибша Ю. В., Штак Я. М.
1. Вступ
Зростання виробництва промислово! продукцп, у тому числ i будiвельних матерiалiв неминуче пов'язане з iнтенсифiкацieю високотемпературних технолопчних процесiв i зростанням потреби у вогнетривких матерiа-лах. Створення нових та ремонт дтчих промислових теплових агрегапв вимагають уваги до виробництва i застосування вогнетривких матерiалiв [1-6]. У дiючих економiчних умовах виробництво яюсних та конкурен-тоспроможних вогнетривiв можливе лише за рахунок постшного вдосконалення технологи !х виробництва, що обумовлюе актуальнiсть проведеного дослвдження.
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
Для виготовлення безвипальних вогнетривiв вико-ристовують рiзноманiтнi фосфоровмкш сполуки: орто-фосфорну кислоту, алюмохромфосфатну, алюмофосфат-ну зв'язки та шш1 Використання бiльшостi фосфатних сполук призводить до ускладнення технолопчного про-цесу через необхiднiсть !х попереднього синтезу [2, 5, 7, 8]. Враховуючи витрати на приготування таких сполук ортофосфорна кислота, як фосфатна зв'язка мае певш переваги. На пiдставi лиературних даних [9, 10] було вибрано цю хiмiчну зв'язку для виробництва безвипальних мулггокорундових вогнетривiв. Крiм того, в цих роботах експериментально доведена можливкть отри-мання вогнетривiв з високими показниками властивостей без високотемпературного випалу.
Однак, розробка складiв безвипальних мулиоко-рундових вогнетривiв з використанням бою мулггокорундових виробiв в якост основи !х складу потребуе детальних дослщжень що до впливу кшькосп ортофосфорно! кислоти на властивост вогнетривких виробiв.
3. Об'Ект, мета та задач1 дослщження
Об'ект дослгдження — технолопчш процеси виробництва безвипальних мулиокорундових вогнетривiв на фосфатнш зв'язцi.
Мета дослгдження — розробка принципово нового вогнетривкого матерiалу на основi вiдходiв вогнетрив-кого виробництва, з використанням спеченого корунду, каолшу та ортофосфорно! кислотi; дослiдження фазового складу одержаного матерiалy а також визначення фiзико-механiчних характеристик.
Для досягнення поставлено! мети необхiдно вико-нати такi задачi:
1. Дослвдити та вивчити вплив кiлькостi ортофосфорно! кислоти на властивостi безвипальних вогнетривких виробiв.
2. Розробити новi склади безвипальних високоглиноземистих вогнетривiв з використанням ортофосфорно! кислоти та технолопю введення !х в шихту.
4. Методи та матер1али дослщження впливу млькост1 ортофосфорно! кислоти на характеристики мщносп високоглиноземистих композицм
Дослiдження проводили з високоглиноземистими композищями на основi бою мулiтокорундових виробiв, спеченого корунду СК-1, каолiну обозшвського КО-1 i ортофосфорно! кислоти термiчно'i марки Б — технiчно'i. При дослщженш впливу кiлькостi ортофосфорно! кислоти на характеристики мщносп високоглиноземистих композицш кiлькiсть ортофосфорно! кислоти змшювали вiд 5 % до 13 % (вище 100 %). Композицп були виго-товленнi за технолопчною схемою наведеною на рис. 1.
Рис. 1. Технолопчна схема виготовлення зразтв мулиокорундових вогнетривiв
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 4/4(24], 2015, © Харибша Ю. В., Штак Я. М.
ISSN 222Б-3780
ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВОИ, ЛЕГКОЙ И ХИМИНЕСКОИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
J
Зразки розмiрами 30 х 30 х 30 мм готували натвсухим способом формування тд тиском 30 МПа, тсля чого !х сушили при температурi 300 °С, а також випалювали при температурi 1380 °С. Шсля сушки та пiсля випалу отриманих зразюв дослiджували такi !х властивосп: межа мiцностi на стиск, пориспсть та уявна щiльнiсть.
Дослiдження фазового складу зразюв вогнетри-вiв проводили на рентгешвському дифрактометрi типу ДРОН-3М.
5. Результати дослщження впливу к1лькост1 ортофосфорно! кислоти на характеристики мщносп високоглиноземистих композицш
Дослiдженнями встановлено, що у разi додавання 7 та 9 %мас. ортофосфорно! кислоти були отримаш зразки мулiтокорундових вогнетривiв з найкращими показника-ми властивостей: межа мщносп при стисканнi становить 40 МПа, уявна шдльшсть, 2,64 та 2,66 г/см3, пориспсть вщкрита 16 та 18 % ввдповщно. Додавання до сумiшi менше 5 %мас. ортофосфорно! кислоти не забезпечувало формовочш властивостi. Витрата ортофосфорно'! кислоти понад 13 %мас. спричиняла перезволоження маси i неможливiсть сформувати зразки.
Данi проведених дослiджень розроблених композицш мулiтокорундових зразкiв наведено на рис. 2-4.
тсля термообробки 1380 °С, результати якого представлен на рис. 5.
Рис. 2. Межа мщтасп на стиск камгазищй мулiт□к□рунд□вих зразтв
и 1Я
Оргофосфорна кислота, %,.„,
Рис. 3. Уявна щшьшсть к□мп□зицiй мулiт□к□рунд□вих зразшв
л
->. 20
£
- 19
►2 П 17
G 3
-Термсюбробка -Вппал
5 7 9 II 13
Ортофосфорна кислота, %нас. Рис. 4. Вщкрита париспсть композицш мулггокорундових зразтв
З метою щентифжацп основних кристалiчних фаз було проведено ренгенофазовий аналiз композицп № 2
Рис. 5. Штрих-ренгетаграма к□мп□зицií № 2 мулiт□к□рунд□в□г□ зразка: • — шрунд; □ — мулщ ◊ — крист□балiт; ▼ — штнель; о — тридими
1з даних, наведених на рис. 5, встановлено, що роз-роблений вогнетривкий матерiал мiстить такi фази, як: мули, корунд, кристобалiт, штнель та тридшшт.
6. Обговорення результат1в дослщження впливу к1лькост1 ортофосфорно! кислоти на мщшсть високоглиноземистих композицш
Результати проведених дослвджень показали, що застосування ортофосфорно! кислоти, каолшу, спечено-го корунду та бою мулиокорундових виробiв ввдкри-вае можливiсть удосконалення вогнетривко! матриц! i властивостей безвипальних мулггокорундових виро-бiв, що дозволяе отримати авторам статт новi види конкурентоспроможних вогнетривiв для металургiйно! промисловостi та шших галузей промисловостi.
Застосування ортофосфорно! кислоти для виготов-лення безвипальних мулггокорундових вогнетривких виробiв значно спрощуе технологiю !х виготовлення, виключае !х високотемпературний випал, скорочуе технологiчнi витрати i знижуе собiвартiсть матерiалу.
Напрямком подальших дослiджень е розробка технологи сершного виробництва безвипальних мулггокорундових вогнетривiв в умовах вогнетривких або металургшних пiдприемств.
7. Висновки
В результат проведених дослiджень були розроблеш склади безвипальних мулиокорундових вогнетривГв, визначено вплив кшькосп ортофосфорно! кислоти на властивост виробГв, як тсля термообробки 300 °С, так i тсля високотемпературного випалу при 1380 °С.
Шсля термообробки при 300 °С Гз збiльшенням вмкту ортофосфорно! кислоти в складГ композицш вГд 5 до 13 % спостеркаються тдвищення межГ мщносп при стисканш зразюв ввд 17 МПа до 22 МПа; вщкрита пориспсть спочатку зменшуеться ввд 18 % до 16 %, а пойм тдвишуеться до 20 %, уявна шдльшсть зростае вГд 2,57 до 2,63 г/см3.
Шсля високотемпературного випалу при 1380 °С межа мщносп при стисканш композицш з вмштом вщ
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 4/4(24], 2015
ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВОЙ, ЛЕГКОЙ И ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ISSN 222Б-37В0
5 до 13 % ортофосфорно! кислоти спочатку становила 34 МПа, попм зросла до 40 МПа, а для композицш з вмштом ортофосфорно! кислоти 11 та 13 % спосте-ркаеться зменшення межi мiцностi знову до 34 МПа; ввдкрита пористiсть спочатку зменшуеться вiд 18 до 16 % для композицш, де вмшт ортофосфорно! кислоти збшьшуеться вiд 5 до 9 % а попм зростае до 19 % при !! вмкт 13 %; уявна щiльнiсть зразюв з вмiстом зв'язки вiд 5 до 9 % зростае ввд 2,60 до 2,66 г/см3, а попм зменшуеться до 2,64 г/см3.
Виявлено, що оптимальш фiзико-механiчнi власти-востi мае вогнетривкий матерiал з вмштом: бiй мулио-корундових виробiв 60 %мас., спечений корунд 20 %мас., каолiн 20 %мас. i ортофосфорна кислота 7 %мас..
Литература
1. Хлыстов, А. И. Получение эффективных огнеупорных футеро-вочных материалов на основе отходов производства [Текст] / А. И. Хлыстов, А. В. Божко, С. В. Соколова, Р. Т. Риязов // Успехи современного естествознания. — 2004. — № 2.— С. 131-133.
2. Meier, A. Challenges for the Refractory Future RHI [Text] / A. Meier // Pirker Bullettin. — 2004. — № 2. — Р. 6-10.
3. Pyrikov, A. N. Certain aspects in the use of refractory materials and their waste products in industry [Text] / A. N. Pyrikov, S. K. Vil'danov, A. V Likhodievskii // Refractories and Industrial Ceramics. — 2010. — Vol. 51, № 2. — P. 126-128. doi:10.1007/ s11148-010-9273-x
4. Очагов, И. Г. Направления развития мировой огнеупорной промышленности [Текст] / И. Г. Очагов // Новые огнеупоры. — 2005. — № 7. — С. 71-74.
5. Бабкина, Л. А. Высококачественные огнеупоры для футеровки различных тепловых агрегатов [Текст] / Л. А. Бабкина, Л. Н. Солошенко, И. В. Хончик // Вестник НТУ «ХПИ». — 2001. — № 19. — С. 98-102.
6. Харыбина, Ю. В. Безобжиговые огнеупоры на фосфатных святках [Текст]: тези доп. / Ю. В. Харыбина // М1ж. нар. наук-техн. конф. «Ф1зико-х1м1чш проблеми в технологи тугоплавких неметалевих та силжатних матер1ал1в», 8-9 жовтня 2013 р. — Дншропетровськ: ДВНЗ «УДХТУ», 2013. — С. 66.
7. Харыбина, Ю. В. Безобжиговые муллитокорундовые огнеупоры на фосфатних связках [Текст] / Ю. В. Харыбина, Я. Н. Питак, О. Я. Питак // Вюник НТУ «ХП1». Сер1я: Нов1 ршення в сучасних технолопях. — 2014. — № 7(1050). — С. 141-146.
8. Примаченко, В. В. Влияние вида фосфатного связующего на свойства набивной муллитокорундовой массы [Текст] / В. В. Примаченко, Л. А. Бабкина, И. В. Хончик, Л. Н. Никулина // Зб. наук. пр. ВАТ «УкрНД1Вогнетрив1в ¡м. А. С. Бережного». — 2010. — Вип. 110. — С. 211-219.
9. Соколова, С. В. Влияние структурно-энергетических характеристик гидрооксидов металлов на их химическое связывание с ортофосфорной кислотой с целью получения фосфатных связующих для жаростойких бетонов [Текст] / С. В. Соколова // Огнеупоры и техническая керамика. — 2004. — № 9. — С. 29-31.
10. Хлыстов, А. И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих [Текст] / А. И. Хлыстов, С. В. Соколова, А. В. Власов // Технология бетонов. — М., 2010. — № 9-10. — С. 30-33.
О ВЛИЯНИИ ОРТОФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ И КАОЛИНА НА СВОЙСТВА БЕЗОБЖИГОВОГО ОГНЕУПОРНОГО МАТЕРИАЛА
Установлена перспектива использования ортофосфорной кислоты и каолина в производстве безобжиговых муллитокорун-довых огнеупоров. Исследовано влияние количества ортофосфорной кислоты на физико-механические свойства полученных образцов. Определено, что в высокоглинозёмистых системах с ортофосфорной кислотой образуются связи, обеспечивающие высокую механическую прочность огнеупорного материала.
Ключевые слова: безобжиговые огнеупоры, каолин, ортофос-форная кислота, механическая прочность, пористость, плотность.
Харибта Юлiя Вячеславiвна, здобувач, кафедра технологи керамжи, вогнетривiв, скла та емалей, Нащональний технчний утверситет «Хартвський полтехнчний iHcmumym», Украта, e-mail: hyvbyv86@mail.ru.
Штак Ярослав Миколайович, доктор технчних наук, профе-сор, кафедра технологи керамжи, вогнетривiв, скла та емалей, Нащональний техтчний утверситет «Хартвський полтехнчний iнститут», Украта, e-mail: pyarn1@mail.ru.
Харыбина Юлия Вячеславовна, соискатель, кафедра технологии керамики, огнеупоров, стекла и эмалей, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина.
Питак Ярослав Николаевич, доктор технических наук, профессор, кафедра технологии керамики, огнеупоров, стекла и эмалей, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина.
Kharybina Yulia, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: hyvbyv86@mail.ru. Pitak Yaroslav, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: pyarn1@mail.ru
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 4/4(24], 2015
