CC BY
16Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 24 (63). 2011. № 3. С. 176-179.
УДК 666.762
РОЛЬ СОЗДАННОГО ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА В НАНОУПРОЧНЕНИИ УГЛЕРОДИСТОЙ МАТРИЦЫ ПЕРИКЛАЗОУГЛЕРОДИСТЫХ ОГНЕУПОРОВ
Семченко Г.Д.1, Борисенко О.Н.1, Повшук В.В.2
1Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»,
Харьков, Украина
2 ООО «ПО«Запорожспецогнеупор», Запорожье, Украина
E-mail: sgd@kpi.kharkov.ua
Описан механизм создания наноупрочненной частицами карбида кремния и шпинели углеродистой матрицы в периклазоуглеродистых огнеупорах. Установлено, что повышение стойкости к действию шлаков происходит за счет образования плотной пленки на контакте периклазоуглеродистый огнеупор - шлак, которая не смачивается шлаком.
Ключевые слова. периклазоуглеродистые огнеупоры, наноупрочненная матрица, карбид кремния.
Периклазоуглеродистые огнеупоры благодаря их высоко коррозионной стойкости, термостойкости, низкому тепловому расширению, высокой стойкости к проникновению шлака и низкой смачиваемости широко применяются в сталеплавильной промышленности. Однако добавка углерода снижает механическую прочность огнеупора и подвержена окислению при высоких температурах. Прямым окислением углерода является понижение механической прочности, связанное со значительным увеличением пористости, что снижает стойкость к проникновению воздуха и шлака [1].
Для улучшения физико-механических свойств периклазоуглеродистых материалов, а также снижения выброса вредных веществ при их эксплуатации авторами [2-3] предложено модифицирование фенолформальдегидной смолы кремнийорганическим соединением и золем на его основе с целью синтеза из образующегося органо-неорганического комплекса карбида кремния в углеродистой связке.
Сшивание полисилоксановых связей =Si-0-Si= кремнийорганического соединения со связями "резитной" структуры фенолформальдегидной смолы приводит к повышению свойств материалов на этих модифицированных смолах, в первую очередь, прочностных. В данном случае полости резитной структуры являются нанореактором для синтеза b-SiC из компонентов клатрата (-СН3) образованного при термодеструкции этильных и этоксильных групп и SiO. Кремнийорганическое соединение в процессе карбонизации фенолформальдегиной
смолы вовлекается в резитную структуру, которая образуется при карбонизации смолы, образуя химические связи 81-С между встроенным в резитную структуру тетраэтоксисиланом и продуктом карбонизации смолы, что и является прообразом будущего тетраэдра 81С, антиоксиданта, синтезирующегося в нанореакторе
Образующийся карбид кремния, в процессе карбонизации модифицированной фенолформальдегидной смолы, при взаимодействии органо-неорганического комплекса (-СН3)-^Ю2)п и продуктов карбонизации смолы затрудняют доступ кислорода в полости резитной структуры и способствует уменьшению выхода СО, СО2 и фенола в процессе термообработки и эксплуатации периклазоуглеродистых огнеупоров во внешнюю среду, что приводит к улучшению экологической обстановки при производстве и эксплуатации данных материалов.
Использование кремнийорганических соединений и золя на их основе приводит к повышению эксплуатационной надежности данных огнеупоров, что достигается в результате физико-химического взаимодействия компонентов шихты в ходе его эксплуатации, в результате чего происходит самоармирование связующих углеродистых пленок между зернами MgO и графитом наночастицами синтезирующегося Р-81С. Для синтеза Р-81С источником служит 8Ю2
кремнийорганического соединения, а в качестве источника углерода служит суммарно накопленный углеродный прекурсор (углерод коксового остатка фенолформальдегидной смолы и атомарный углерод радикалов (-СНз) модификатора).
Эволюция превращений модифицированной фенолформальдегидной смолы и синтез карбида кремния следующий:
1. при комнатной температуре
он
I ) - I
2. в процессе термообработки до 1000 °С
он он
^-СНз-^" СН2-@- СНг-^-СНг^
ОН I I
СНг СНг
ОН
с011 ъ-©-
1 ИСК Сй
СЦ: ..Я-. р
г°н !. |Г ,1 -к. ^^-©-енгф-№
^-сн^-сн^сн^-сн^ ^ _
| I он I сн2 сн-
СН2 СН2 СН2 I 1О0
I I он
О- СНГ(Яг СН^О-СНз-1^- СНг1
ОН
[(-СНз)-(8102)п]-С ®
2(-СИз)^ 2Ств + 3Н2, 8Ю2 + Н2 ^ 8Юг + Н2О ® 2Ств + Si0г ^ Р^Ств + СО
Наноразмерный р^С в процессе эксплуатации периклазоуглеродистых огнеупоров, с одной стороны самоармирует углеродистую связку, уплотняя периклазоуглеродистые материалы, а с другой стороны служит дополнительным
Семченко Г.Д., Борисенко О.Н., Повшук В.В.
антиоксидантом, способствуя повышению стойкости к окислению периклазоуглеродистых материалов.
При использовании кремнийорганических модифицирующих добавок проникновение шлака в периклазоуглеродистый огнеупор уменьшается. Проникновение шлака в огнеупор уменьшается за счет образования плотной пленки на контакте периклазоуглеродистый огнеупор - шлак в процессе службы (рис.), в которой синтезируются наночастицы карбида кремния и шпинели (при взаимодействии MgO связки и алюминия) в углеродистой связке, что уплотняет структуру огнеупора. В результате смачивания поверхности модифицированного периклазоуглеродистого огнеупора со шлаком создается пленка, которая не смачивается расплавом металла.
Рис. Поверхность пленки на контакте периклазоуглеродистый огнеупор - шлак
Таким образом, образование из органо-неорганического комплекса наноупорочненной углеродистой матрицы приводит к повышению эксплуатационных характеристик периклазоуглеродистых материалов.
ВЫВОД
Предложен механизм образования органо-неорганического комплекса [(-СН3)-(8Ю2)п]-С при модифицировании фенолформальдегидной смолы кремнийорганическим соединением.
Установлено, что образующийся карбид кремния при взаимодействии органо-неорганического комплекса самоармирует углеродистую связку и служит дополнительным антиоксидантом, что приводит к повышению эксплуатационных характеристик периклазоуглеродистых материалов.
Список литературы
1. Сильвейра В. Коллоидная обработка антиоксидантов для манипулирования микроструктурой в MgО-С кирпиче / В. Сильвейра, Г. Фальк, Р. Клазен // Огнеупоры и техническая керамика. - 2010. - № 10. - С. 32-41.
2. Углеродсодержащие модифицированные огнеупоры / Г.Д. Семченко, В.В. Повшук, Л.А. Анголенко, О.Н. Борисенко. - Харьков: Олейникова Ю.В., 2009. - 258 с.
3. Исследование влияния модификаторов на свойства периклазоуглеродистых огнеупоров / О.Н.
Борисенко, Г.Д. Семченко, В.В. Повшук [и др.] // Зб. Наук. праць ВАТ «УкрНДШогнетривiв îm. А.С. Бережного». - Харюв: Каравела, 2009. - № 109. - С. 22-26.
Семченко Г.Д. Роль створеного органо-неоргашчного комплексу в нанозмщненш вуглецево!" матриц периклазовуглецевих вогнетривiв / Г.Д. Семченко, О.Н. Борисенко, В.В. Пошук // Вчет записки Таврiйського нацюнального унiверситету iм. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, ым1я". - 2011. - Т. 24 (63), № 3. - С. 176-179.
Описаний мехашзм створення нанозмшненою частками карбiду кремнiю i шпiнелi вуглецево! матриц в периклазовуглецевих вогнетривах. Встановлено, що пiдвищення стiйкостi до дй шлакгв ввдбуваеться за рахунок утворення щшьно! плiвки на контакта периклазовуглецевий вогнетрив - шлак, яка не змочуеться шлаком.
Ключовi слова. периклазовуглецевi вогнетриви, нанозмпцнена матриця, карбвд кремнiю.
Semchenko G.D. A role of the created organo-neorganic complex is in workhardening of carbon matrix of periklazouglerodistykh refractoriess / G.D. Semchenko, O.N. Borisenko, B.B. Povshyk // Scientific Notes of Taurida V.Vemadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2011. - Vol. 24 (63), No. 3. -Р. 176-179.
The mechanism of creation is described workhardened the particles of carbide of silicon and shpineli of carbon matrix in periclase-carbon refractory. It is set that the increase of firmness to the action of slags takes place due to formation of dense tape on a contact periclase-carbon refractory is a slag, which does not moisten a slag.
Keywords. periclase-carbon refractory, workhardened matrix, carbide of silicon.
Поступила в редакцию 10.09.2011 г.
