CC BY
1423-26 Feb. 2016. - PP. 630-633. - DOI: 10.1109/TCSET.2016.7452136. [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://ieeex-plore.ieee.org/document/7452136/?reload=true.
16. Tolubko V. Method for Determination of Cyber Threats Based on Machine Learning for Real-
Time Information System // V. Tolubko, V. Vysh-nivskyi, V. Mukhin, H. Haidur, N. Dovzhenko, O. Ilin, V. Vasylenko // I.J. Intelligent Systems and Applications. - 2018. - № 8. - PP. 11-18. (Published Online August 2018 in MECS (http://www.mecs-press.org/) DOI: 10.5815/ijisa.2018.08.02).
ВИКОРИСТАННЯ В1ДХОД1В ВИРОБНИЦТВА ПАПЕРУ В ТЕХНОЛОГИ nOP^TOÏ
КЕРАМ1КИ
Бтоусов О.Ю., CeidepcbKuü В.А., Черняк Л.П.,
Нацюнальний технгчний унгверситет Украти «КП11мет 1горя Сгкорського»
Варшавець П.Г.
ТОВ «Фасад», Укра'ша, Kuïe
USE OF PAPER PRODUCTION WASTE IN POROUS CERAMIC TECHNOLOGY
Bilousov O., Sviderskyy V., Chernyak L.,
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Varshavets P. «Fasad» Ltd, Ukraine, Kyiv
АНОТАЦ1Я
Дослщжено можливють використання вiдходiв виробництва паперу - скопу як техногенно! сировини в технологи виготовлення пористо! керамши. Вiдмiчено особливосл хiмiко-мiнералогiчного складу скопу, що визначають доцшьшсть його застосування як вигоряючо! та поризуючо! добавки в складi керашчних мас. Наведено експериментальнi данi про вплив добавок 5-20 мас.% скопу на тдвищення пористостi ке-рамiки, виготовлено! напiвсухим пресуванням i3 мас на основi системи шамот-рiдке скло. Встановлено особливосл фазового складу та властивостей поверхш керамiчного матерiалу i3 мас з добавкою скопу.
ABSTRACT
The possibility of using waste from the production of paper - scope as man - made raw material in the technology of production of porous ceramics was studied. The peculiarities of the chemical-mineralogical composition of scope, which determine the expediency of its use as burning and pore-forming additive in the composition of ceramic mass, are noted. Experimental data on the effect of additives of 5-20 wt.% scope on increasing the porosity of ceramics made by semi-dry pressing of masses based on the fireclay-liquid glass system are presented. The peculiarities of the phase composition and surface properties of the ceramic material from masses with the addition of scope are established.
Ключовi слова: пориста керамжа, шамот, скоп, склад маси, випал, порислсть, фазовий склад, влас-тивосл поверхш.
Keywords: porous ceramics, fireclay, paper scope, composition, firing, porosity, phase composition, surface properties.
Вступ - постановка проблеми.
Розвиток сучасного виробництва силшатних матерiалiв i виробiв пов'язаний з комплексним ви-користанням природно! та техногенно! сировини [1, 2].
Як техногенна сировина привертають увагу ба-гатотоннажш ввдходи виробництва паперу та картону - скоп [3, 4], що являе собою сумш целюлоз-них волокон, дисперсних оргашчних i неоргашч-них речовин. Хiмiко-мiнералогiчний склад скопу визначили напрямки дослiджень i розробок по його утилiзацii, в тому чи^ в технологii виробництва будiвельних матерiалiв [5-8]. При цьому запропо-новано використання скопу як наповнювача при ви-
готовленнi тепло- i зву^золяцшних плит та як си-ровинний компонент маси для виготовлення керамзиту i аглопориту. Проте, фактичнi обсяги утилiза-цii скопу не вщповщають кiлькiсному рiвню утво-рення та накопичення цих вiдходiв промисловостi.
Аналiз iснуючих даних по складу та прикладам практичного використання скопу вказуе на доцшьшсть застосування як поризуючо! добавки для виготовлення пористо! ф№труючо! керамiки [9-11].
Технолопя виготовлення тако! керамiки базу-еться на регулюванш характеристик пористостi шляхом застосування фракцюнованих наповнюва-чiв - шамоту або кварцового пiску та зв'язуючих компонентiв - рiдкого скла або бентонiту. Вироби з
таких мас формують, сушать i випалюють при максимально температурi 1150-12000С.
При цьому характеристики пористосп вважа-ються основним фактором, що визначае показники експлуатацiйних властивостей матерiалу. Отже, введения скопу як поризуючо! добавки до складу вихвдно! маси мае шдвищити пористiсть та яшсш показники фiльтруючоï керамiки, що стало метою вщповщних дослвджень в поданш роботi.
Основна частина.
Методика та об'ект дослiдження. В данш ро-ботi використовувались апробованi в практищ су-часних наукових дослщжень методи фiзико-хiмiч-ного аналiзу силшатних матерiалiв [12-14]:
- визначення хiмiчного складу (chemical composition analysis);
- рентгенофазовий аналiз (X-ray diffraction analysis) за допомогою дифрактометра ДР0Н-4-07 (СuKa-випромiнюваиия, Ni-фшьтр), пвдключеного через iнтерфейс до комп'ютера, що дозволило проводит зйомку дифрактограм в чисельному виглядi в дiапазонi 2-90 2 0 з регулюванням кроку 0.05о; час експонування кожиоï точки - 6 секунд. В якосп зо-внiшнiх стандарпв використовували SiO2 (стандарт 20) i Al2O3 (стандарт iнтенсивностi). При розшиф-ровцi фазового складу використовували базу даних М1жнародного комiтету порошкових дифракцшних стандартiв (JCPDS);
- оцiнка енергетичного стану поверхнi та лю-фшьносл матерiалу за змочуванням при напкант полярною i неполярною рiдиною.
Об'ектом дослвдження стала пориста керамiка, виготовлена з мас на основi системи наповнювач (шамот) - зв'язуюче (рщке скло) з добавками тех-ногенно! сировини.
Як основний матерiал-наповнювач використовували лубенський шамот, що е продуктом подрiб-нення керамiчно! цегли, виготовлено! з легкоплавко! полiмiнерально! глини та випалено! у шльцевш печi перюдично! ди при максимальнш температурi 950°С. Як добаву використовували скоп - вщходи виробництва паперу ПрАТ «Ки!вський картонно-паперовий комбшат».
При виготовленнi зразк1в пористо! керашки дотримувались технологiчного регламенту шсти-туту «НИИстройкерамика» щодо гранулометрi! на-повнювача та складу маси: 85 % шамоту, 15 % рщ-кого скла). Зразки керамiки для випробувань фор-мували на гiдравлiчному преа, сушили та випалювали з диференщащею умов та режимiв:
- в промисловш роликовiй газовiй печi за шви-дк1сними режимами: протягом 55 хвилин при мак-симальнiй температурi 1125 0С;
- в муфельнш електричнiй печi за тривалим режимом випалу протягом 15 годин в iнтервалi мак-симальних температур 800 - 1100 0С.
Зразки дослвдних мас, показники яких порiв-нювали, сушили та випалювали разом, аби запобь гти можливiй рiзницi в ступеню термiчно! обробки.
Хiмiко-мiнералогiчий склад матерiалiв. До-слiджуванi вихвдт матерiали суттево вiдрiзняються за хiмiко-мiнералогiчним складом та фiзико-хiмiч-ними властивостями.
Хiмiчний склад лубенського шамоту характе-ризуеться високим вмютом дiоксиду кремнiю (бiля 67 мас.%) при кiлькiсному спiввiдношеннi SiO2: Al2O3 - 6,1, загальною кшьшстю лужноземельних i лужних оксидiв RO+R2O - 12,4 мас.%, з яких 2,9 мас.% - лужш №20 + К2О (табл. 1).
Таблиця 1
Хiмiчний склад вихiдних матерiалiв
Матерiал Вмiст оксидiв, мас. %
SiO2 М2О3 Fe2Os ТЮ2 СаО MgO Na2O К2О в.п.п
шамот 66,93 10,90 3,04 0,62 7,96 1,54 0,97 1,96 4,50
скоп 10,23 7,80 0,56 0,27 25,77 1,27 0,33 0,17 50,41
Хiмiчний склад скопу ввдзначаеться високим показником втрат при прокалюваннi, що пов'язано iз наявнiстю значно! оргашчно! складово!. Скоп мь стить б™ 10 мас.% дiоксиду кремнш при кшьшс-ному спiввiдношеннi SiO2: Al2O3 - 1,3, значну зага-льну к1льк1сть лужноземельних i лужних оксидiв RO+R2O - 27,5 мас.%. з яких 27,0 мас.% - лужнозе-мельш CaO + MgO.
Аналiз мiнералогiчного складу дослвджувано! сировини показав:
- проба лубенського шамоту, виготовленого iз полiмiнеральноï легкоплавко! глини при випалi на 950 0С, характеризуеться розвиненими кристалiч-ними фазами кварцу та рiзновидiв польового шпату, наявнютю гематиту, залишкiв пдрослюди та кальциту;
- скоп вщзначаеться розвитком кристал1чних фаз кальциту, каолшиу, кварцу iз включеннями польового шпату (рис. 1).
900
о
800
70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2
Рис. 1 - Дифрактограма проби скопу Позначення: + каолшгг, х -кальцит, v-кварц, Д-польовий шпат
Порова структура керамжи при диференщ-аци режимiв випалу
Отриманi результати експерименпв i тесту-вань дозволили оцшити ступiнь впливу добавок скопу на характеристики пористо! керамши на ос-новi шамоту.
Виявлено, що при введенш скопу в масу на ос-новi лубенського шамоту (табл. 2) тсля тривалого випалу при максимальнш температурi 900 0С iз збь льшенням вмiсту добавки до 10 мас. % спостерта-еться зростання водопоглинання ввд 19,1 до 23,5
мас. % або в 1,42 рази, загально! пористосп вщ 33,96 до 39,03 % або в 1,2 рази, вщкрито! пористосп в1д 33,42 до 38,54 % або в 1,2 рази (рис. 2). При по-дальшому збшьшенш вмiсту скопа до 20 мас. % водопоглинання зростае до 27,6 мас. % або в 1,4 рази, загальна пориспсть - до 43,64 % або у 1,3 рази, ввд-крита пористють - до 42,78 % або в 1,3 рази. При цьому питома частка вщкритих пор знаходиться на рiвнi 95,3-98,7 %.
Таблиця 2.
Склади мас на основi системи лубенський шамот - скоп
Код проби Вмют наповнювача по фракщям (мм), % Вмют скопа, мас. %
3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,2 < 0,2
Л 10 20 25 25 20 -
s 10 20 25 25 15 5
s3 10 20 25 25 10 10
s1 10 20 25 25 - 20
700
600
500
400
300
200
00
0
Л з зЗ з1
«8 загальна Авщкрита ■ питома частка вщкритих пор
Рис. 2 - Спгввгдношення р1зновид1в пористостг керамжи на основI лубенського шамоту з добавкою скопу
тсля випалу на 900 0С
Шсля швидкiсного випалу при максимальнш раз, вщкрито! пористостi ввд 18,42 до 27,04 % або в
температурi 1125 0С спостертаеться зростання во- 1,5 раз (табл. 3). Проте при цьому питома частка вь
допоглинання вiд 9,2 до 16,0 мас. % або в 1,7 раз, дкритих пор зменшуеться з 95,5 до 73,5 %. загально! пористосп ввд 19,28 до 35,98 % або в 1,9
Таблиця 3
Характеристики пористо! керамки шсля швидюсного випалу на 1125 0С_
Код проби Водопоглинання w, % Середня густина, р, г/см3 Пориспсть,%
вщкрита Пв закрита Пз Загальна П питома частка ввдкритих пор, ДПв
Л 9,2 2,01 18,42 0,86 19,28 95,5
s 11,4 1,94 22,12 2,98 25,10 88,1
s3 12,2 1,84 22,08 7,96 30,04 73,5
s1 16,0 1,69 27,04 8,94 35,98 75,2
Фазовий склад i властивосп поверхм кера-мiчного матерiалу
Рентгенофазовий аналiз дозволив виявити, ощ-нити стутнь та особливостi фiзико-хiмiчних пере-творень i структурних змiн при випалi пористо! ке-рамiки, виготовлено! з використанням добавок скопу.
Встановлено, що пiсля випалу за однаковим режимом протягом 15 годин при максимальнш температур! 900 "С зразки пористо! керамши !з маси
на основi лубенського шамоту з добавкою скопу за яшсним складом кристалiчних фаз аналогiчнi зраз-кам без скопу (рис. 3, 4), проте вiдрiзняються за площею дифузного гало б№шим розвитком амор-тизовано! складово! та вiдповiдно меншим шльшс-ним спiввiдношенням кристалiчних фаз i склофази. В найбiльшому ступенi вказаш вiдмiнностi прояв-ляються пiсля випалу за швидшсним режимом на 1125 0С (рис. 5).
Рис. 3 - Дифрактограма проби керамжи на основi лубенського шамоту (Л). Позначення:У кварц, Д польовий шпат, • гематит, □ геленгг, w волластонит
Рис. 4. Дифрактограма проби керамiки пiсля випалу на 900 0С. Позначення:У кварц, Д польовий шпат, • гематит, □ гелешт, w волластонит
70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2
Рис. 5. Дифрактограма керамiки s пся швидтсного випалу на 1125 0С. Позначення^ кварц, Д польовий шпат, • гематит, □ гелешт, w волластонит
Отримаш результати експерименпв сввдчать про вплив добавки скопу на показники властивос-тей поверхш та люфшьносп пористо! керашки (табл. 4).
Встановлено, що зразки керашки s3 iз вмютом 10 мас.% скопу при взаемоди з полярною та непо-лярною рщиною вiдрiзняються ввд зразшв без скопу:
- зменшенням змочyвaностi при напканш - по водi 0,30 проти 0,53, по ксилолу 0,21 проти 0,46;
- зменшенням питомо!' ефективно!' поверхнi -незначним по водi 10,6 проти 10,8 м2/г , суттевим по ксилолу 6,9 проти 10,1 м2/г;
- зб№шенням коефiцiентy фiльтрaцiï - по водi 1,40 проти 1,20 10-6 см3х/г, по ксилолу - 3,20 проти 1,1010-6 см3 •с/г.
Таблиця 4
Bлaстивостi поверхш дослвджуваних мaтерiaлiв
Код проби Змочування при напканш Коефщент фттрацп, К-10-6 см3-с/г Питома ефективна поверхня, м2/г Умовний tgS
вода ксилол вода ксилол
Л (900 0C) 0,53 1,20 0,46 1,10 10,8 10,1 0,019
s3 (9000C) 0,30 1,40 0,21 3,20 10,6 6,9 0,019
Висновки
1. Отримаш результати дослвджень та тесту-вань сввдчать про ефективнiсть використання ввд-ходiв виробництва паперу - скопу як поризуючо! добавки в маси для виготовлення пористо! керашки на основi системи шамот-рвдке скло.
2. Показано вщмшносп ефекту збiльшення вщкрито! пористостi керамiки при введеннi 5-20 мас. % скопу та диференщацп режимiв випалу: з 33,4 до 42,8 % за умов тривалого випалу на 900 0С та з 18,4 до 27,0 % за умов швидшсного випалу на 1125 0С.
3. Встановлено змши шльшсного сшвввдно-шення кристалiчних фаз i склофази та показникiв властивостей поверхш пористо! керамiки, виготов-лено! на основi системи шамот-скоп-рвдке скло.
Лтратура
1. Комплексное развитие сырьевой базы промышленности строительных материалов / Уда-чкин И.Б., Пащенко А.А., Черняк Л.П., Захарченко П.В., Семидидько А.С., Мясникова Е.А. - К.: Будь вельник, 1988. - 104 с.
2. Моссур П.М. Техногенное минеральное сырье и его использование в Украине / П.М. Моссур, С.В. Негода // ГИАБ . 2007. №» 6. С.299-307.
3. Monte M.C. Waste management from pulp and paper production in the European Union / M.C.Monte, E.Fuente, A.Blanco, C.Negro // Waste Management, 2009. - Vol. 29. - Is. 1. - pp. 293-308.
4. Simao L. Wastes from pulp and paper mills - a review of generation and recycling alternatives / L. Simao, D. Hotza, F. Raupp-Pereira, J. A. Labrincha, 0. R. K. Montedo // Ceramica, 2018. - Vol. 64.- No. 371. - pp. 443-453.
5. Gopal M. The scope for utilizing jute wastes as raw materials in various industries: A review / Agricultural Wastes, 1986. - Vol. 15. - Is. 2. - pp. 149-158.
6. Кирсанов А. С. Утилизация отходов бумажной промышленности в производстве гранулированных теплоизоляционных материалов: автореф. дис. на соискание научн, ступени канд. техн. наук: спец. 03.00.16 «Экология» / 1А. С. Кирсанов. — Пенза, 2002. — 20 с.
7. Баталии Б. Козлов И. Строительные материалы на основе скопа - отхода целлюлозно-бумажной промышленности // Строительные материалы. 2004. №1. C. 42-43.
8. Ширинкина Е. С., Айтжанова У. М. Переработка скопа, образующегося в технологическом процессе картонно-бумажного производства // European science № 2(12), 2016._с. 13-16.
9. Смирнова К.А. Пористая керамика для фильтрации и аэрации. - М.: Стройиздат, 1968. - 172 с.
10. Селиванов Ю.В. Получение и свойства пористой строительной керамики / Ю.В. Селиванов, В.И. Верещагин, А.Д. Шильцина // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2004. - с. 107-113.
11. Hammel E.C. Processing and properties of advanced porous ceramics: An application based review / E.C. Hammel, O.L.-R. Ighodaro, O.I. Okoli // Ceramics International, 2014. - Vol. 40. - Is. 10. - Part A. - pp. 15351-15370.
12. D. Hutchison. Chemical Methods of Rock Analysis / UK: Butterworth-Heinemann, 1981. - 379 p.
13. Лукин Е.С., Андрианов Н.Т. Технический анализ и контроль производства керамики. - М.: Стройиздат, 1986. - 272 с.
14. Сввдерський В.А. 1нструментальш ме-тоди хiмiчного анатзу силшатних систем. Навчаль-ний поабник / В.А. Свщерський, Л.П. Черняк, В.Г. Сальник, В.М. О.О. Окорський, Н.О. Дорогань //. -Кшв. - 2017. - 163 с.
USAGE OF EDGE SELECTION METHODS TO REFINE CANDIDATE BLOCKS IN THE MOTION COMPENSATION PROCESS, BASED ON THE SAD ALGORITHM USING CHARACTERISTIC
POINTS.
Dibrivniy O.
Ph.D student/ senior lecturer Grebenyuk V.
Ph.D student/ senior lecturer State University of Telecommunications, Kyiv
ABSTRACT
Video compression is one of the most important parts in video distribution process. The main goal of this article is to illustrate and evaluate usage of algorithms for selecting edges in the image, to optimize the algorithm for estimating the similarity of video sequence frames when using as a metric the sum of absolute differences (SAD) in video compressing trough motion compensation.
Keywords: edge detection, Laplacian of gaussian, Canny, motion compensation, Sum of absolute differences, video compressing, SSD, PSNR.
Introduction: Video compression is the reduction and removal of redundant video data in order to optimize the storage and transfer of digital video files.
During this process, the output video signal is processed by an algorithm to create a compressed file ready for transmission and storage. To play a compressed file, an inverse algorithm is used, which actually gives the same video stream as the original video source. The time it takes to compress, send, unpack, and display a file is called a delay. The heavier the compression algorithm, the greater the delay. The joint work of a pair of algorithms is called a video codec (encoder / decoder). Video codecs are incompatible with different standards, so video data compressed using one standard cannot be unpacked using another standard. The reason for this is the fact that one algorithm cannot correctly decode the result obtained by working with another algorithm. Different video compression standards use different methods to reduce the size of the data, and thus the results differ in data rate, quality and level of delay [1].
It should be noted that different standards may be based on the same compression techniques. For example, one of the most commonly used video stream compression algorithms is a motion compensation algorithm, which works by using the similarity of neighboring frames in a video sequence and finds motion vectors of individual parts of the image (usually 16x16 and 8x8
pixel macroblocks, modern encoders also use size blocks 32x32 and 64x64) [2]. One of the main, open issues when working with the method of motion compensation is the process of assessing the similarity of images. There are quite a few metrics that allow you to evaluate this parameter, such as the standard deviation (SSD) based on the peak signal-to-noise ratio, which gives good results in terms of calculations, but shows poor results in terms of execution time (multiplication operation is slow, even the table of squares does not greatly speed up the process). Modern systems most often use a metric based on the sum of absolute differences (SAD), in fact, it is the simplest of the possible metrics and is calculated by taking the absolute difference between each pixel in the input macroblock and the corresponding pixel in the block used for comparison. It should be noted that the SAD algorithm shows worst precision compared to the above metric and has low noise resistance, so it is used only as the first stage, after which the resulting set of candidate blocks is processed by a metric that better takes into account the specifics of the human eye, such as SSD. Despite its simplicity and relatively easy parallelization (due to the independence of operations with individual pixels), the calculation of SAD takes from 40 to 80% of the time of the entire operation of encoding the video stream. Thus, it is adequate to consider the possibility of reducing the
