Размещено на http://www.allbest.ru/

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.23. 05. Будівельні матеріали та вироби

Жаростійкий конструкційно-теплоізоляційний матеріал на основі техногенних продуктів металургії

Науменко Володимир Едуардович

Дніпропетровськ 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Шпирько Микола Васильович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри будівельних матеріалів

Офіційні опоненти доктор технічних наук, професор Щеглова Меланія Дмитрівна Український державний хіміко-технологічний університет, професор кафедри хімічної технології в'яжучих матеріалів, кандидат технічних наук, доцент Бєгун Олександр Іванович Дніпропетровський Державний аграрний університет, доцент кафедри експлуатації гідромеліоративних систем та технології виробництва

Провідна установа Донбаська державна академія будівництва та архітектури, кафедра будівельних матеріалів та виробництва будівельних конструкцій, Міністерство освіти і науки України, м. Макіївка.

Захист відбудеться ''16'' березня 2000р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085. 01 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а., ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий 16 лютого 2000р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Баташева К.В.

1. Загальна характеристика роботи

жаростійкий конструкційний теплоізоляційний матеріал

Актуальність теми. Однією з найбільш актуальних проблем сучасності є економія енергоносіїв. Основним напрямком науково-дослідних робіт в галузі будівельних матеріалів є розробка і впровадження енерго - і ресурсозберігаючих технологій, зниження матеріаломісткості будівельних виробів і конструкцій, використання техногенних продуктів промисловості, зокрема металургійної,які містять комплекс високоактивних оксидів у поєднанні з лужними компонентами.

У Придніпровському регіоні є значна кількість дисперсних техногенних продуктів феросплавних виробництв, які з успіхом можуть бути використані у виробництві будівельних матеріалів, в тому числі жаростійких та стінових.

Вирішення цього завдання можливе на основі теоретичних уявлень і наукового підходу до використання шлаків і пилу газоочистки феросплавного виробництва.

Найбільш практичне значення має використання як компонентів конструкційно-теплоізоляційних матеріалів з підвищеною міцністю, термостійкістю і зниженою теплопровідністю техногенних продуктів феросплавного виробництва - шлаку металевого марганцю (ШММ), пилу газоочистки виробництва феросиліцію (ПГВФ), гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю

Використання відходів феросплавного виробництва дозволить розширити сировинну базу і номенклатуру виробів, що випускаються, істотно не змінюючи технологію їх виробництва, а також вирішити проблему охорони навколишнього середовища.

Зв'язок роботи з науковими програмами,темами, планами:

Викладені в дисертації дослідження виконані згідно з науковими напрямками кафедр технології бетонів і в'яжучих та будівельних матеріалів, відповідно до програми науково - дослідних робіт “Пріоритетні напрямки у розвитку науки і техніки. Розділ 6. Нові речовини і матеріали”, затвердженої наказом Міносвіти України №330, додаток 2 від 04.12.95р, а також відповідно до цільової комплексної міжнародної науково-технічної програми з будівництва ОЦ. 031.

Мета і задачі дослідження: полягають в підвищенні міцності, термостійкості конструкційно-теплоізоляційних матеріалів, а також у зниженні втрати міцності при нагріванні до 1073 К, і зниженні теплопровідності за рахунок введення до складу штучного каменю і матеріалу на основі його компонентів пилу газоочистки виробництва феросиліцію, що містить до 96% аморфного кремнезему, яке призводить до утворення більшої кількості низькоосновних та змішаних гідросилікатів кальцію при нормальних умовах і утворенню нових звґзків MnOSi при нагріванні матеріалу вище 673К.

Згідно з поставленою метою дисертаційної роботи сформульовані такі завдання досліджень:

- розробка раціональних складів штучного каменю на основі техногенних продуктів феросплавного виробництва-шлаку металевого марганцю, пилу газоочистки виробництва феросиліцію і рідкого скла;

- дослідження фізико-механічних і теплофізичних властивостей штучного каменю;

- розробка оптимальних складів жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу;

-дослідження фізико-механічних і теплофізичних властивостей жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу;

-проведення дослідно-промислового впровадження розробленого мате- ріалу.

Наукова новизна одержаних результатів.

Теоретично обґрунтоване підвищення міцності в широкому діапазоні температур, термостійкості, зниження теплопровідності матеріалу за рахунок введення до складу штучного каменю і матеріалу на основі його компонентів пилу газоочистки виробництва феросиліцію.

Розроблені оптимальні склади штучного каменю, що містить шлак металевого марганцю, пил газоочистки виробництва феросиліцію і рідке скло, які відрізняються підвищеною міцністю, термостійкістю.

Запропоновані нові склади жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу на основі компонентів розробленого штучного каменю шляхом введення до складу бетону гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю, які відрізняються підвищеною міцністю, термостійкістю, зниженою теплопровідністю.

Проведеними фізико-хімічними методами досліджень доведено, що підвищення міцності при звичайних температурах відбувається за рахунок формування більшої кількості низькоосновних (d=1,21; 0,307; 0,28; 0,183нм) і змішаних гидросилікатів кальцію в одиниці об'єму, зниження капілярної пористості. Підвищення міцності в інтервалі температур від 773К до 1073К досягається за рахунок зв'язування вільних СаО і MnO, що утворюються при термічній дисоціації Са(OH)2 і MnCO3, аморфним кремнеземом.

Доведено, що зниження теплопровідності здійснюється за рахунок розсіювання теплових фононів і одержання оптимальної пористості матеріалу.

Практичне значення одержаних результатів.

На основі проведених досліджень отримані такі результати:

-розроблені склади універсального конструкційно-теплоізоляційного матеріалу на основі техногенних продуктів металургії щільністю 1400-1700кг/м3, міцністю 28 - 34 МПа, теплопровідністю 0.46 Вт/мК при 293 К, 0.6 Вт/м К при 1073 К, термостійкістю 66 теплозмін;

-розширена сировинна база і знижена собівартість виробництва виробів.

Особистий внесок здобувача полягає в:

- теоретичному обґрунтуванні і експериментальному підтвердженні підвищення міцності в широкому діапазоні температур, зниження теплопровідності за рахунок введення до складу штучного каменю і матеріалу на основі його компонентів пилу газоочистки виробництва феросиліцію;

- розробці оптимальних складів жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу і дослідженні його фізико-механічних і теплофізичних властивостей.

- запропонуванні безвипалювальної технології виробництва універсального конструкційно-теплоізоляційного матеріалу на основі техногенних продуктів металургії, яка дозволяє одержати матеріали при мінімальній кількості технологічних переробок.

Апробація результатів дисертації: основні результати дисертаційної роботи доповідались на таких наукових конференціях:

- республіканській науково-технічній конференції “Проблемы и опыт охраны окружающей среды в республике”, Дніпропетровськ, 14-16 листопада 1990р.;

- всесоюзній конференції “Физико-химические проблемы материалове-дения и новые технологии. Ч. 5. Розширение сырьевой базы, комплексное использование минеральных ресурсов и промышленных отходов для получения строительных материалов”, Бєлгород, 21-24 травня 1991р.;

- III міжнародній науковій конференції “Материалы для строительных конструкций“ IСМВ'94, Дніпропетровськ, 8-10 червня, 1994 р.;

Публікації: по темі дисертації опубліковано 5 друкованих праць, в тому числі 4 статті у збірниках наукових праць, одне авторське свідоцтво.

Обсяг роботи: Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку літератури з 110 найменувань та трьох додатків на 5 сторінках. Робота викладена на 149 сторінках тексту, включаючи 39 рисунків ( 39 сторінок) та 5 таблиць ( 5 сторінок).

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета і задачі досліджень,визначені наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, наведені відомості щодо структури і апробації роботи.

У першому розділі аналізуються питання, пов'язані з перспективами і техніко-економічною доцільністю виробництва жаростійких конструкційно-теплоізоляційних матеріалів. Сформульовані передумови одержання жаростійких конструкційно-теплоізоляційних матеріалів на основі техногенних продуктів феросплавного виробництва, які відзначаються підвищеною міцністю, термостійкістю, зниженою теплопровідністю.

Дослідження застосування шлаків у бетонах різного призначення (В.Д. Глуховський, П.В. Кривенко, К.Д. Нєкрасов, А.П. Тарасова, М.П. Бессмертний, А.М. Тропінов, Г.С. Ростовська) показали, що при їх використанні можна досягти достатньої міцності і термостійкості за рахунок утворення монолітної структури.

Введення добавок тонкодисперсного кремнезему до складу цементних композицій (О.П. Мчедлов-Петросян) збільшує їх міцність на 70--80%, дозволяє скоротити тривалість теплової обробки.

Тонкодисперсні кремнеземвмісні добавки (зокрема пил газоочищення виробництва феросиліцію) при взаємодії з лужними компонентами бетонних сумішей прискорюють процеси гідратації.

Крім того, за результатами ряду досліджень введення кремнеземвмісної добавки призводить до зменшення капілярної пористості матеріалу.

Нагрівання жаростійких в'яжучих на основі шлаків і водного розчину силікату натрію до 1073К призводить до втрати міцності за рахунок деструкції гідросилікатів кальцію. Причому, найменша втрата міцності штучного каменю досягається за перевагою в його складі C - S - H - І

Основна наукова гіпотеза роботи полягає в тому що, введення до складу штучного каменю і матеріалу на основі його компонентів тонкодисперної кремнеземвмісної добавки призводить до підвищення міцності бетону за рахунок утворення більшої кількості низькоосновних і змішаних гідросилікатів кальцію в одиниці об'єму при звичайних температурах, зниження втрати міцності при нагріванні до 1073К і підвищення термічної стійкості за рахунок зв'язування вільних СаО і MnО, які утворюються при термічній дисоціаціі MnCO3 і Cа(ОH)2 аморфним кремнеземом, зниженні теплопровідності матеріалу за рахунок отримання оптимальної пористості.

Присутній в шлаку металевого марганцю MnCO3 розкладається на MnO i CO2 при нагріванні вище 573К; при подальшому нагріванні вище 673К Mn переходить з двовалентного стану у тривалентний при одночасній дегідратації гідросилікатів Са і поверхні гідроксильованих частинок кремнезему.

Взаємодія частинок Mn3+ з дегідратованими поверхнями кремнезему і силікатів кальцію призводить до зміцнення системи за рахунок утворення додаткових зв'язків Mn O Si, що частково компенсує втрату міцності в результаті дегідратації при нагріванні вище 673К.

Зміцнення системи призводить до підвищення тривалої міцності і термічної стійкості штучного каменю.

У другому розділі наведені характеристики матеріалів і методів досліджень.

У роботі як вихідні матеріали використовувалися: шлак металевого марганцю Запорізького феросплавного заводу, пил газоочистки виробництва феросиліцію Стаханівського феросплавного заводу, гранульований шлак від виплавки силікомарганцю Нікопольського заводу феросплавів, рідке скло.

Шлак металевого марганцю являє собою порошкоподібний матеріал, одержуваний в процесі виплавки металевого марганцю, насипною щільністю 1200 - 1250 кг/м3, з питомою поверхнею 250 м2/кг.

Мінералогічний склад ШММ представлений в основному - C2S (50 - 55%), тефроітовим мінералом, що являє твердий розчин Mn2SiO4 і Ca2SiO4, MnCO з невеликою добавкою (MnFe) SiO4, скла, і MnO.

Рідке скло застосоване - натрієве щільністю 1400 кг/м3 з силікатним модулем 2,7, яке містить до 39% води.

Гранульований шлак від виплавки силікомарганцю (ТУ-14-11-217-95) має технічні характеристики, представлені в таблиці 1.

Таблиця 1 Технічні характеристики гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю.

Показник	Од. вимірювання	Характеристика
Густина насипна	кг/м3	1000
Абсолютна вологість	%	20
Вміст зерен фракції 0 - 10(мм)	%	95
Кількість включень феросплавів	%	5
Кількість кремневидних зерен (що не піддались грануляції кусків) круп- ніше 10мм	%	5
Хімічний склад: SiO2	%	50,3
Al2O3		9,2
CaO		14,7
FeO		0,6
MnO		14,2
Mn		4,2
R2O		5,4
S		1,2

Встановлено, що пил газоочистки виробництва феросиліцію є високоякісним матеріалом для виробництва жаростійких конструкційно-теплоізоляційних матеріалів на його основі тому,що складається на 92-96% з аморфного кремнезему з питомою поверхнею 2000м2/кг.

Дослідження впливу добавок на склад продуктів тверднення проводилися методами рентгенофазового, диференціально-термічного, дилатометричного аналізів.

Для досліджень фізико-механічних та теплофізичних властивостей штучного каменю та матеріалу використовувалися стандартні методи.

Для скорочення кількості експериментів та встановлення залежності міцності штучного каменю та матеріалу на основі його компонентів від складу використали метод математичного планування експерименту на симплексі: симплекс-гратчастий.

У третьому розділі представлені результати експериментальних досліджень впливу кремнеземвмісної добавки на властивості штучного каменю,одержаного при твердінні композиції із шлаку металевого марганцю і рідкого скла.

Визначена залежність міцності штучного каменю від вмісту компонентів у композиції, що має такий вигляд:

Rст=23,4X1 +20,3X2 +14,8X3 +23X1 X2 +5,2X1 X3 - 0,2X2 X3,

де Х1- вміст рідкого скла, Х2 - вміст ПГВФ, Х3 - вміст ШММ. За одержаною залежністю міцності штучного каменю від концентрації компонентів побудована діаграма “склад-міцність”.

З діаграми “склад-міцність ” визначена раціональна область складових штучного каменю, що містить 60-62% ШММ, 6-12% ПГВФ, 28-32% рідкого скла (РС), з яких для подальших досліджень обрано склад № 1, який містить ШММ - 60%, РС - 30%, ПГВФ - 10%.

Результати досліджень наведені у таблиці 2.

Таблиця 2 Фізико-механічні властивості штучного жаростійкого каменю.

СКЛАДИ	СЕРЕДНЯ ОЦІНКА
Вміст у кодированому масштабі	Натуральний вміст мас., %	Границя міцності при стиску, МПа
Х1	Х2	Х3	Х1	Х2	Х3
1	2	3	4	5	6	7
1	0	0	40	0	60	23,4
0	1	0	20	20	60	20,3
0	0	1	20	0	80	14,8
0,5	0,5	0	30	10	60	27,6
0,5	0	0,5	30	0	70	20,4
0	0,5	0,5	20	10	70	17,5
0,333	0,333	0,333	26,66	6,66	66,66	21,7

Рентгенофазовий, диференціально-термічний аналізи дозволили встановити, що введення до складу штучного каменю оптимальної кількості ПГВФ призводить до утворення більшої кількості низькоосновних і змішаних гідросилікатів кальцію в одиниці об'єму, що збільшує міцність штучного каменю при нормальних умовах, що визначено по збільшенню характерного дифракційного максімуму с d=1,21нм.

Результати досліджень показали,що збільшення питомої поверхні ШММ з 250 до 350м2 /кг призводить до збільшення міцності штучного каменю на 25% з 24 до 30 МПа (відповідно склади 3 та 1).

Проведеними дослідженнями встановлено, що введення до складу штучного каменю до 10% пилу газоочищення виробництва феросиліцію підвищує його короткочасну міцність на 10…15% в інтервалі температур до 473К, знижує втрату короткочасної міцності на 25% в інтервалі температур до 673К-823К і підвищує її на 20% в інтервалі температур 823-1073К

Дериватографічним, рентгенофазовим і дилатометричним аналізами встановлено, що при нагріванні розроблюваного штучного каменю в інтервалі 673-873К відбувається розкладання гідросилікатів кальцію і дегідроксилування поверхні кремнеземистих частинок різного рівня з наступним його ущільненням і утворення зв'язків SiOSi. В інтервалі температур 673-1073К відбувається розкладання MnCO3 з наступним окисленням Mn2+ до Mn3+ і ущільненням структури з утворенням додаткових зв'зків MnOSi .

Експериментально підтверджено, що з підвищенням температури з 823 до 1073К тривала міцність базового штучного каменю знижується при = 0,1Rр з 120 до 80 діб. Введення до складу штучного каменя пилу газоочистки виробництва феросиліцію підвищує його тривалу міцність

У четвертому розділі приведено аналіз результатів досліджень фізико-механічних і теплофізичних властивостей жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу, одержаного шляхом додання до складу штучного каменю заповнювача - гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю.

Визначено, що додання до складу штучного каменю заповнювача фракції 0,14 -5мм (граншлак від виплавки силікомарганцю) до 50% призводить до незначного зниження міцності з 34 до 28 МПа матеріалу на ШММ з питомою поверхнею 350м2/кг і з 26 до 21 МПа при SШММ-250м2/кг

Аналіз залежності міцності матеріалу від тривалості попередньої видержки перед сушінням показав, що збільшення часу попередньої видержки виробів з 4 до 10 годин підвищує ії міцність на 30…40%, подальше збільшення до 24 годин не призводить до суттєвого підвищення міцності

Введення до складу матеріалу пористого шлакового заповнювача призводить до зменшення теплопровідності матеріалу. Зниження коефіцієнта теплопровідності матеріалу досягається не тільки за рахунок отримання оптимальної пористості, але і за рахунок розсіювання теплових фононів при нагрівнні домішками та склофазою, які містяться у складових матеріалу. Так, при підвищенні температури нагрівання до 1073К коефіцієнт теплопровідності матеріалу не перевищує 0,6 Вт/мК.

Встановлено, що введення до складу матеріалу з вмістом 30% граншлаку ПГВФ знижує його водовбирання з 14 до 10%.

Експериментально доведено, що додання до складу штучного каменю до 40% гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю підвищує термічну стійкість матеріалу у 2,2 рази (з 30 до 66 теплозмін), що повязано з утворенням в контактній зоні оптимальної кількості дефектів, створенням фрагментарної структури і збільшенням релаксаційної здатності матеріалу.

П'ятий розділ присвячений технології виробництва і основним техніко-економічним характеристикам дослідно-промислового впровадження розробленого матеріалу.

Дослідно-промислове впровадження здійснювалося шляхом заміни частини футеровки печей випалювання кераміки, виконаної з шамотного вогнетриву (ШЛБ) на футеровку виробами розміром 250х120х65мм з жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу на підприємстві по випалу кераміки Синельниківського райкомунгоспу у 1996 р.

В результаті дослідно-промислового впровадження розробленого матеріалу спрощено процес виготовлення, знижена енергоємність процесу сушіння, поліпшені фізико-механічні властивості футеровального матеріалу, знижені тепловтрати в навколишнє середовище, знижена собівартість 1м3 виробів у порівнянні з базовим на 42 грн.

Фізико-механічні властивості матеріалу, виготовленого у промислових умовах, наведені в таблиці 3.

Таблиця 3 Фізико-механічні характеристики жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу

=Характеристики	Показник
Розмір виробу, мм	250х120х65
Густина, кг/м3	1600
Границя міцності при стиску, МПа	21-26
Термостійкість при 1073К, теплозмін	66
Теплопровідність, Вт/мК
при 473К	0,46
при 873К	0,5
при 1073К	0,57

Висновки

1. На основі шлаку металевого марганцю і водного розчину силікату натрію розроблені жаростійкі в'яжучі з доданням до їх складу пилу газоочистки виробництва феросиліцїю, які містять 60…62% ШММ, 6…12% ПГВФ та 28…34% рідкого скла. Введення до складу в'яжучого пилу газоочистки виробництва феросиліцію забезпечує підвищення короткочасної міцності штучного каменю, як при нормальних умовах, так і після нагрівання в інтервалі температур 673…1073К на 15…34% та зниження усадочних напруг на 20…25%. Залишкова деформація штучного каменю при температурі 1073К не перевищує 1% і становить 0,8…0,9%.

2. В результаті узагальнення літературних даних встановлено, що втрата міцності штучного каменю на основі шлаків і водного розчину силікату натрію при нагріванні обумовлено дегідратацією гідросилікатів кальцію.

Дериватографічним, рентгенофазовим і дилатометричним аналізами встановлено, що введення до складу в'яжучого, який містить ШММ і рідке скло, пилу газоочистки виробництва феросиліцію збільшує кількість С-S-H-I у штучному камені і це призводить до меншої деструкції каменю при нагріванні. Крім того, при нагріванні розроблюваного штучного каменю в інтервалі температур 673…873К відбувається розклад гідросилікатів і дегідроксилування поверхні кремнеземних частинок різного рівня з наступним ущільненням структури. В інтервалі температур 673…1073 К розкладається MnCO3 і Ca(OН)2 з наступним окисленням MnО до Mn2O3 і ущільненням структури з утворенням основних зв'язків-Ca-O-Si і додаткових Mn - O - Si , що також призводить до збільшення міцності штучного каменю і зниження втрати міцності при нагріванні

3. Виявлено, що з підвищенням температури з 823 до 1073 К тривала міцність штучного каменю знижується при =0.1 Rр з 120 до 80 діб. Введення до складу штучного каменю пилу газоочистки виробництва феросиліцію підвищує його тривалу міцність при = 0.1 Rр на 20…25%. Дослідженнями встановлено, що введення до складу штучного каменю до 10% пилу газоочистки виробництва феросиліцію підвищує його термічну стійкість при питомій поверхні шлаку 350 м2/кг в 1.87 рази (з 16 до 30 теплозмін), а при питомій поверхні 250 м2/кг в 2.6 рази (з 10 до 26 теплозмін).

4. Проведеними дослідженнями встановлено, що додання до складу дрібнозернистого бетону заповнювача фракції 0.14…5мм (гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю) до 50% призводить до незначного зниження міцності при стиску з 34 до 28 МПа, при використанні у в'яжучому шлаку з питомою поверхнею 350 м2/кг і з 26 до 21 МПа, при застосуванні шлаку з питомою поверхнею 250 м2/кг. Виявлено, що при витраті заповнювача фракції 0.14…5 мм (шлаку від виплавки силікомарганцю) від 50% до 70% міцність матеріалу знижується в 3.5 …4 рази.

5. Виявлено, що при збільшенні вмісту гранульованого шлаку в матеріалі з 30 до 50% коефіцієнт теплопровідності матеріалу практично не змінюється. Визначено, що коефіцієнт теплопровідності матеріалу при 1073К збільшується на 24... 25% з 0.46... 0.47 до 0.56... 0.58 Вт/мК.

6. Дослідженнями встановлено, що додання до складу штучного каменю гранульованого шлаку в кількості 30…50% знижує тривалу міцність матеріалу на 15…20%, при =0, 1Rр з 100 до 80…85 діб для температури 1073 К і з 150 до 120…127 діб для температури 823К. Це пов'язано з утворенням різних дефектів у контактній зоні заповнювач - штучний камінь.

7. Встановлено, що додання до складу штучного каменю до 40% гранульованого шлаку підвищує термічну стійкість у 2.2 рази (з 30 до 66 теплозмін). Це пов'язано з утворенням в контактній зоні оптимальної кількості дефектів, створенням фрагментарної структури і збільшенням релаксаційної здатності матеріалу.

8. За результатами проведених досліджень розроблені дрібнозернисті жаростійкі бетони, які містять 36…42% ШММ, 6…7% ПГВФ, 30…40% гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю, 18…21% рідкого скла густиною 1600 кг/м3, міцністю 21…26 МПа, термостійкістю 58…66 воздушних теплозмін від 1073К з коефіцієнтом теплопровідності - 0,5 Вт/мК при 873К, з температурою застосування до 1073К.

9. Проведено дослідно-промислове впровадження розробленого матеріалу як футеровки печей випалювання кераміки на підприємстві Синельниківського райкомунгоспу. Річний економічний ефект від впровадження становив 13242 грн.

Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в таких роботах

1. Науменко В.Э. К вопросу формирования структуры жаростойкого искусственного камня на отходах металлургии и жидком стекле //Придніпровський науковий вісник.Технічні науки.- Дн-ск: Наука і освіта, 1998,-№55 (122).-С.101-105.

2. Науменко В.Э. Безобжиговий стеновой материал на отходах металлургии //Придніпровський науковий вісник.Технічні науки.- Дн-ск: Наука і освіта, 1998.-№72 (139). -С.114-119.

3. А.С. № 1728172. (СССР), МКИ СО4В28/08. Шлакобетонная сырьевая смесь. /Н.В.Шпирько, В. Э.Науменко, А.П.Полтавцев (СССР).-№4794399/33; 21.02.90; Опубл. Бюл. №15, 1992г-2с.

4. Науменко В. Э. Исследование свойств искусственных камней на основе техногенных продуктов ферросплавных производств, формирующихся при сушке. //Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.-Дн-ськ: ПДАБтаА, 1999.-№7.-С.35-40.

5. Науменко В. Э. Исследование физических свойств жаростойкого конструкционно-теплоизоляционного материала. //Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.-Дн-ськ: ПДАБтаА, 1999.-№8.-С.37-44.

Анотація

Науменко В. Е. Жаростійкий конструкційно-теплоізоляційний матеріал на основі техногенних продуктів металургії.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.23.05. - будівельні матеріали та вироби. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2000.

Захищається дисертація, основний зміст якої опубліковано в 5 наукових працях, в яких на основі фізико-хімічного підходу вирішувалась проблема використання техногенних продуктів металургії (шлаку металевого марганцю,пилу газоочистки виробництва феросиліцію,гранульованого шлаку від виплавки силікомарганцю) як компонентів жаростійкого штучного каменю та універсального конструкційно-теплоізоляційного матеріалу з високими експлуатаційними властивостями на основі його компонентів, розширення сировинної бази будівельних матеріалів.

Вивчені властивості техногенних продуктів металургії, розроблені раціональні склади штучного каменю і композицій на основі його складових, до складу яких входить гранульований шлак від виплавки силікомарганцю. Досліджені фізико-механічні і теплотехнічні властивості розробленого жаростійкого конструкційно-теплоізоляційного матеріалу.

Ключові слова: техногенні продукти, штучний камінь, жаростійкий конструкційно-теплоізоляційний матеріал, термічна стійкість, теплопро- відність.

Аннотация

Науменко В.Э. Жаростойкий конструкционно-теплоизоляционный материал на основе техногенных продуктов металлургии.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05. - строительные материалы и изделия.

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2000.

Защищается диссертация, основное содержание которой опубликовано в 5 печатных работах, в которых на основе физико-химического подхода решалась проблема использования техногенных продуктов металлургии (шлака металлического марганца, пыли газоочистки производства ферросилиция, гранулированного шлака от выплавки силикомарганца) как компонентов искусственного камня и универсального конструкционно-теплоизоляционного материала с высокими эксплуатационными свойствами на основе его составляющих, расширения сырьевой базы строительных материалов.

Изучены физико-механические свойства, химический и минералогический составы техногенных продуктов металлургии, возможность их использования для повышения физико-механических и теплотехнических свойств конструкционно-теплоизоляционных материалов.

Установлено, что шлак металлического марганца, содержащий двухкальциевый силикат -C2S и пыль газоочистки производства ферросилиция, содержащая до 96% аморфного кремнезема, вступая в реакцию со щелочным компонентом сырьевой смеси - жидким стеклом, образуют большее количество низкоосновных и смешанных гидросиликатов кальция в единице объёма, что приводит к повышению прочности в широком интервале температур, снижению потери прочности в интервале 473 - 823 К, повышению прочности в интервале температур 823 - 1073 К.

С использованием метода математического планирования эксперимента определяли оптимальные составы искусственного камня, содержащего 60 -

62 % шлака металлического марганца, 28 - 34 % жидкого стекла и 6 - 12 % пыли газоочистки производства ферросилиция.

Изучено влияние удельной поверхности шлака металлического марганца на физико-механические свойства искусственного камня. Так, для оптимального состава искусственного камня с удельной поверхностью шлака 350м2/кг предел прочности при сжатии составляет 35 МПа, термостойкость - 30 теплосмен. При удельной поверхности шлака 250 м2/кг - 27 МПа и 16 теплосмен соответственно.

Определено оптимальное количество воды затворения для оптимальных составов.

Определены оптимальные составы жаростойкого конструкционно-теплоизоляционного материала, полученные путём введения в искусственный камень 30 - 50 % гранулированного шлака от выплавки силикомарганца.

Изучены физико-механические и теплофизические свойства полученного материала. Определено оптимальное количество воды, обеспечивающее необходимую подвижность смеси. Механическая прочность разработанного материала достигает 21 - 26 МПа при удельной поверхности шлака металлического марганца 250 м 2/кг и 350 м2 /кг соответственно.

Изучено влияние времени предварительной выдержки изделий перед сушкой на их прочность и определено оптимальное его значение - 8 часов.

Изучены зависимости расхода гранулированного шлака, температуры нагрева, влажности материала на его теплопроводность.

Определено, что расход гранулированного шлака (30 - 50%) существенно не влияет на теплопроводность материала, а его нагрев до 1073 К увеличивает теплопроводность на 24 -25 % с 0,46 …0,47 до 0,56…0,58 Вт/м К.

Иэучено влияние состава сырьевой смеси и времени предварительной выдержки на морозостойкость материала. Установлено, что при расходе гранулированного шлака 30%, удельной поверхности шлака металлического марганца 350м2/кг морозостойкость достигает 200 циклов нормального замораживания и оттаивания.

Изучено влияние состава материала на его термическую стойкость.

Доказано, что введение в искусственный камень до 40 % гранулированного шлака от выплавки силикомарганца повышает его термостойкость в 2,2 раза с 30 до 66 теплосмен.

Проведено опытно-промышленное внедрение разработанного материала в качестве футеровки печи обжига керамики. Годовой экономический эффект от внедрения составляет 13242 грн.

Ключевые слова: техногенные продукты, искусственный камень, жаростойкий конструкционно-теплоизоляционный материал, термическая стойкость, теплопроводность.

Substract

Naumenko V.E. Heat-resisting, strukturally-heat-insulating materials based on technogenetik products of metallurgy.- Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.23.05 - building materials and products - The Pridneprovsk State Academy of Construction and Architecture, - Dnepropetrovsk, 2000.

The main content of the defended dissertation is published in 5 scientific papers. The problem of technogenetic products usage of metallurgy has been solved on the basis of the physics-chemical approach. The mentioned technogenetic products such as slag of metal manganese,dust of gas cleaning in ferrosilicium production, granulated slag of silico-manganese smelting have been considered to be components of an artificial block and universal structuralli-heat-insulating material on its base with high operating characteristics. Extension of raw building materials supply has been solved either.

Characteristics of technogenetic products of metallurgy have been studied. Balanced compounds of an artificial block and compositions on its base with the granulated slag of silico-manganese smelting as a component have been developed. The physics-mechanical and heat engineering characteristics of the developed heat-resisting,structuralli-heat-insulating material have been investigated.

Key words: technogenetic products, an artificial block, heat-resisting structurally-head-insulating material, heat resistance, heat conduction.

Размещено на Allbest.ru