Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія природоохоронного та курортного будівництва

УДК 666.3.046

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Золокерамічна цегла наповненої каркасно-сотової структури

05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби

Макарова Катерина Сергіївна

Сімферополь - 2009

Дисертація є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі технології будівельних конструкцій і будівельних матеріалів Національної академії природоохоронного та курортного будівництва (НАПКБ) Міністерства освіти і науки України (м. Сімферополь).

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Панченко Микола Васильович, Національна академія природоохоронного та курортного будівництва, доцент кафедри технології будівельних конструкцій і будівельних матеріалів, м. Сімферополь

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Савін Лев Сергійович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри екології та охорони навко-лишнього середовища, м. Дніпропетровськ

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Даценко Борис Михайлович, ЗАТ «Слобожанська будівельна кераміка», начальник відділу розвитку продукту і технології, м. Київ

Захист дисертації відбудеться 9 грудня 2009 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 52.079.01 в Національній академії природоохоронного та курортного будівництва (Україна, 95006, м. Сімферополь, вул. Павленка, 5, 2 навчальний корпус, зала засідань ради).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної академії природоохоронного та курортного будівництва (Україна, 95006, м. Сімферополь, вул. Павленка, 5, 2 навчальний корпус).

Автореферат розісланий 08.11.2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, доцент О.А. Рубель

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Сучасний розвиток енергетики України зв'язаний з використанням теплових електростанцій, що працюють, в основному, на кам'яному вугіллі Донбасу. Постійно зростаюча вартість нафти і газу, енергетична залежність України від імпорту цих енергоносіїв зумовлює в майбутньому розширення використання власного палива - кам'яного вугілля. Це приведе до збільшення виходу золошлакових відходів, переважно, у вигляді золи. Скупчення золошлакових відходів у відвалах енергетичних підприємств є серйозним джерелом забруднення навколишнього середовища. Постановою Кабінету Міністрів України № 1033 від 15.06.1999 р. затверджена державна програма по використанню відходів паливно-енергетичного комплексу. Основними завданнями програми є впровадження ефективних проектів утилізації відходів і організація науково-дослідних та конструкторських робіт по розробці перспективних матеріалів і ресурсозберігаючих технологій.

Одним з ефективних напрямів утилізації золи ТЕС є її використання у виробництві золокерамічної цегли. У нас в країні і за кордоном накопичений достатній досвід по виготовленню цегли з використанням зол. Золи ТЕС є повноцінною вторинною мінеральною сировиною. Ця сировина пройшла високотемпературну обробку, має підвищену хімічну активність, містить в своєму складі залишки палива, що робить ії ефективною при виготовленні стінової кераміки. Необхідним сировинним компонентом у виробництві золокерамічної цегли є легкоплавка глина - природна сировина, що добувається в кар'єрах. Її вміст в зологлиняній шихті коливаєтся від 30 до 50%. Зменшення вмісту цього компоненту неминуче приведе до збільшення об'єму утилізованої золи, істотно знизить забруднення навколишнього середовища і дасть можливість заощадити високоякісну сировину - легкоплавку глину.

Виробництво золокерамічних матеріалів відрізняється підвищеною енергоємністю. Температура випалу цих виробів коливається в межах 1000-1150 ⁰С, що перевищує температуру випалу керамічних матеріалів на основі глин. Введення в зологлиняну шихту лугомістких добавок дозволяє дещо знизити температуру випалу золокерамічних виробів. Подальше зниження температури випалу золокерамічних матеріалів і зменшення енергоємності їх виробництва вимагає додаткових досліджень по розробці нових технологій їх виготовлення.

Таким чином, теоретичні і експериментальні дослідження, спрямовані на збільшення об'єму утилізованої золи, економію цінної мінеральної сировини і зниження енергоємності виробництва золокерамічних виробів, є актуальними, дозволяють зменшити шкоду, що наноситься навколишньому середовищу, і представляють інтерес для народного господарства України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в Національній академії природоохоронного та курортного будівництва в 2002-2009 рр. у напрямі концепції національної екологічної політики в Україні на період до 2020 року (Розпорядження Кабінету Міністрів України №880-Р від 17.10.2007 р.). Робота є складовою частиною досліджень, які здійснювалися по тематичних планах Міністерства освіти і науки України в рамках виконання науково - дослідних робіт № 2306 «Розробка технологічного процесу виробництва золокерамічної цегли з добавкою лугомістких відходів промисловості» (2002 р.) і № 2815 «Будівельні матеріали наповненої каркасно-сотової структури» (0109U004514).

Мета дослідження - створення золокерамічної цегли наповненої каркасно-сотової структури з підвищеним вмістом золи і зниженою температурою випалу шляхом встановлення закономірностей формування структури і властивостей матеріалу.

Задачі дослідження:

вивчити вплив склофази зол ТЕС на фазовий склад і властивості зольних сотів;

встановити закономірності впливу лугомістких добавок на температуру випалу, фазовий склад і властивості керамічного каркаса і матеріалу в цілому;

оптимізувати технологічні параметри виготовлення двошарових гранул і вивчити вплив параметрів макроструктури на міцність золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури;

розробити і упровадити технологію виробництва золокерамічної цегли наповненої каркасно-сотової структури і визначити техніко-економічну ефективність її використання в керамічній промисловості.

Об'єкт досліджень - золокерамічний матеріал наповненої каркасно-сотової структури на основі зол ТЕС.

Предмет досліджень - закономірності процесів формування фазового складу, структури і властивостей золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури і технологія їх виробництва.

Методи досліджень. Вивчення процесів формування структури, фазового складу і властивостей сировинних компонентів та золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури проводилося з використанням сучасних методів фізичних і хімічних досліджень, що включають рентгеноструктурний і дериватографічний аналізи, петрографічний і електронно-мікроскопічний аналізи, ядерну гамма-резонансну спектрометрію, дилатометрію, седиментаційний аналіз. Для визначення міцності, середньої щільності, водопоглинення та морозостійкості зразків використані стандартні методи фізико-механічних випробувань. Результати досліджень були оброблені математично з використанням статистичних комп'ютерних методів.

Наукова новизна одержаних результатів:

вперше теоретично обгрунтована і експериментально підтверджена можливість отримання золокерамічної цегли наповненої каркасно-сотової структури із зниженою температурою випалу і підвищеним вмістом золи ТЕС в матеріалі;

експериментально вивчений вплив лугомістких добавок, золи і температури випалу на фазовий склад та властивості компонентів макроструктури (сотів, каркаса і проміжного шару) і золокерамічного матеріалу в цілому;

запропонований механізм утворення двошарових гранул в грануляторах окатування і експериментально підтверджена можливість використання рівняння кінетики гранулоутворення для розрахунку швидкості росту зольних гранул і параметрів барабанних грануляторів;

визначені оптимальні технологічні параметри виготовлення двошарових гранул для отримання золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури;

розроблена ресурсозберігаюча технологія виготовлення золокерамічної цегли наповненої каркасно-сотової структури, що базується на нових технічних і технологічних рішеннях, спрямованих на зниження енерго- і матеріалоємності виробництва золокерамічної цегли і збільшення об'єму утилізації золи ТЕС.

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

розроблена нова технологія виробництва золокерамічної цегли наповненої каркасно-сотової структури;

результати досліджень доведені до рівня технологічної документації, пройшли дослідно-промислову перевірку і можуть бути рекомендовані до широкого впровадження на підприємствах будівельної індустрії України;

річний економічний ефект від впровадження роботи на підприємстві «Промкерамік» ЛТД складає 379,2 тис. грн. при виробництві 3 млн. шт. ум. цегли в рік.

Особистий внесок здобувача полягає у теоретичному обґрунтуванні та проведенні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів та їх дослідно-промислової апробації, що відображено у наукових працях:

виявлені закономірності формування фазового складу, структури і властивостей золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури [3, 4, 6, 9];

обґрунтований і розроблений механізм утворення двошарових гранул і визначені оптимальні параметри їх виготовлення для отримання міцного золокерамічного матеріалу із зниженою температурою випалу [2, 9];

розроблена ресурсозберігаюча технологія виробництва золокерамічної цегли наповненої каркасно-сотової структури [1, 5, 7, 8].

Основні результати дисертації отримані самостійно або в співавторстві при виконанні госпдоговірної тематики кафедри ТБК і БМ НАПКБ з д.т.н., професором Федоркіним С. I. та к.т.н., доцентом Панченко М.В. Конкретний внесок автора дисертації в кожну наукову працю, опубліковану із співавторами, приведений на стор. 13-14 автореферату.

Апробація результатів дисертації. Основні результати і положення дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях «Енергозбережні технології використання відходів промисловості в будівельних матеріалах і будівництві» (м. Київ, 2004 р.), «Інноваційні технології життєвого циклу об'єктів житлово-цивільного, промислового і транспортного призначення. Секція будівельних матеріалів і виробів» (м. Ялта, 2004 - 2009 рр.), на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу НАПКБ (2003 - 2009 рр.) і наукових семінарах кафедри ТБК і БМ НАПКБ.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 9 робіт. Зокрема 9 статей в фахових наукових журналах і збірниках наукових праць.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 204 найменувань на 22 сторінках, трьох додатків на 18 сторінках. Дисертація опублікована на 150 сторінках, містить 105 сторінок основного тексту, 19 рисунків та 20 таблиць.

Основний зміст дисертаційної роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і завдання дослідження, викладено основні наукові результати, показано їх практичне значення, наведено інформацію щодо апробації, структури та обсягу дисертації.

У першому розділі приведений аналітичний огляд літературних джерел по сучасному стану досліджень технологій виробництва керамічної і золокерамічної цегли. Проаналізовані існуючі напрями розвитку ресурсо- і енергозбережних технологій і аспекти використання зол ТЕС у виробництві стінових керамічних виробів. Показані фізико-хімічні особливості формування структури і властивостей золокерамічних матеріалів і шляхи зниження їх температури випалу. Вивчено використання грануляції у виробництві керамічних виробів.

Сучасні уявлення про формування структури і властивостей золокерамічних матеріалів і технологічних особливостей виробництва виробів на основі зологлиняних сумішей пов'язані з роботами О. І. Августініка, П. П. Будникова, В. М. Бурмістрова, О. В. Голубнічого, Л. Й. Дворкіна, О. О. Крупи, Г. В. Куколева, В. Г. Лемешева, О. П. Мчедлова - Петросяна, В. Ф. Павлова, В. М. Пашкова, О. О. Пащенко, С. В. Петрова, С. Ж. Сайбулатова, С. Т. Сулейманова, М. П. Елінзона, С. І. Федоркіна, М. В. Панченко і багатьох інших дослідників.

Сучасний стан досліджень процесу утилізації зол ТЕС у виробництві золокерамічних матеріалів свідчить про складність фізико-хімічних перетворень, що відбуваються в системі «зола-глина». Золокерамічні матеріали відрізняються підвищеною температурою випалу і, відповідно, енергоємністю виробництва в порівнянні із звичайними керамічними виробами з легкоплавких глин. Введення лугомістких добавок знижує температуру випалу, але недостатньо. На наш погляд, необхідно збільшити об'єм золи в золокерамічних виробах, що, відповідно, зменьшить кількість легкоплавкої глини - цінної мінеральної сировини. Додатковий ресурс зниження енергоємності виробництва золокерамічних виробів і збільшення кількості утилізованої золи, на наш погляд, може бути досягнутий розробкою нових технологічних рішень, пов'язаних з формуванням принципово нової макроструктури матеріалу - наповненої каркасно-сотової.

На підставі вищевикладеного, використовуючи значний обсяг теоретичних і експериментальних робіт попередників, а також накопичений виробничий досвід по використанню зол ТЕС і різних добавок при виготовленні керамічних виробів розроблена наступна генеральна гіпотеза дослідження: розробка технології виробництва золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури шляхом пресування двошарових гранул (гранул золи із зовнішнім шаром легкоплавкої глини, що містить лужну добавку) дасть можливість інтенсифікувати фізико-хімічні процеси в керамічному каркасі із зниженням температури випалу виробів і значно збільшити вміст золи ТЕС в матеріалі.

Реалізація цієї гіпотези приведе, також, до вирішення екологічної проблеми утилізації і переробки відходів промислових виробництв шляхом їх залучення до виробництва золокерамічної цегли.

У другому розділі дисертації приведений аналіз утворення і використання у якості другорядної сировини зол ТЕС України та показаний вплив цих відходів на погіршення екологічної обстановки. Обгрунтовано вибір сировинних матеріалів для проведення досліджень, вивчений їх хімічний, мінералогічний, гранулометричний склади, а також фізико-механічні і технологічні властивості. Дослідження проведені на золах Миколаївської ТЕС і Придніпровської ГРЕС та легкоплавких глинах Зеленогірського і Партизанського родовищ Криму. У якості лугомісткої добавки використаний мелений склобій Сімферопольського склотарного заводу.

Розроблено методологію досліджень, що включає загальну блок-схему досліджень, методику виготовлення золокерамічних зразків, обґрунтований вибір методик хімічного і фізичного дослідження складу і структури золокерамічних матеріалів каркасно-сотової структури (рис. 1), визначення їх фізико-хімічних властивостей і математичну обробку експериментальних даних. зольний лугомісткий випал цегла

Внутрішня структура зразків (див. рис. 1) наповненої каркасно - сотової структури складається з міцного керамічного каркасу, який утворює замкнуті осередки-соти, заповнені золою.

Очевидно, що температура випалу таких виробів визначається температурою випалу глин каркаса. Це, певно, дозволяє знизити температуру випалу золокерамічних матеріалів до температури випалу традиційних керамічних матеріалів з легкоплавких глин. Можна припустити, що додатковий ресурс зниження температури випалу золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури буде досягнутий шляхом введення в глину каркаса лугомістких добавок.

Також, очевидно, що фізико-механічні характеристики матеріалу подібної структури визначатимуться характеристиками окремих структурних елементів - каркаса і сотів.

У третьому розділі приведені результати експериментальних досліджень по вивченню впливу складу зол ТЕС, лугомістної добавки і температури випалу на процеси формування структури і складу золокерамічного матеріалу наповненої каркасно-сотової структури.

Показаний вплив склофази досліджених зол ТЕС на фазовий склад і властивості зольних сотів в золокерамічних матеріалах наповненої каркасно-сотової структури. Збільшення кількості склофази в золі з 20 до 80% призводить до зростання міцності випалених зольних зразків у 3 рази за рахунок ранішого оплавлення часток в матеріалі, кристалізації мулліту, анортиту, кристобаліту, гематиту, магнетиту і інтенсифікації процесів спікання (рис.2).

Показаний вплив лугомістких добавок на температуру випалу, склад і властивості керамічного каркасу золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури. З використанням рототабельного композиційного плану проведена статистична обробка експериментальних даних, отримані рівняння регресії (1) - (4) і побудовані поверхні відгуку фізико-механічних властивостей зразків залежно від сумісного впливу температури випалу х₂ і кількості склобою в шихті х₁ (рис. 3).

Міцність, МПа:

Y₁ = 30,6 + 3,16Х₁ + 3,72Х_{2 +} 1,75Х₁² + 0,3Х₂² - 1,51Х₁Х₂ (1);

Узагальнювальне кореляційне рівняння, отримане обробкою всіх експериментальних даних, має вигляд

у_ст = - 52,259 V² + 27,682 V + 30,846, R² = 0,9231

Показано, що при виготовленні гранул золи немає необхідності в їх фракціонуванні, що спрощує технологію виробництва. Крім того, технологія гранулювання при накатці на гранули золи шарів глини з склобоєм, повинна забезпечувати товщину стінок каркасу матеріалу в межах 0,5-1,0 мм, що дозволить збільшити об'єм утилізованої золи в золокерамічній цеглі М150 - М200 наповненої каркасно-сотової структури.

П'ятій розділ присвячений розробці технології виробництва золокерамічної цегли наповненої каркасно-сотової структури і її дослідно - промисловим випробуванням.

Випущена дослідно-промислова партія золокерамічної цегли, вивчені ії фізико-механічні властивості. Показано, що за показниками середньої щільності, водопоглинання, міцності і морозостійкості золокерамічна цегла цієї структури повністю задовольняє вимогам стандарту, що діє для цегли марки М 150.

Обгрунтована і розроблена ресурсозберігаюча технологія виробництва золокерамічної цегли, що базується на нових технічних і технологічних рішеннях, що забезпечують отримання матеріалу наповненої каркасно - сотової структури. Технологія дозволяє в порівнянні з існуючими аналогами понизити температуру випалу золокерамічної цегли на 50-100⁰С, збільшити об'єм утилізованої золи до 83%, понизити витрату глини до 15% і склобою до 2%. Проведена дослідно-промислова перевірка і приймання технологічного процесу виробництва золокерамічної цегли наповненої каркасно - сотової структури в умовах цегляного заводу «Промкерамік» ЛТД. Річний економічний ефект від впровадження у виробництво результатів роботи складає 154,5 тис. грн. Економічний ефект від скорочення економічного збитку, що наноситься навколишньому середовищу складуванням золи ТЕС у відвалах, в результаті утилізації золи при виробництві цегли складає 224,7 тис.грн. Сумарний річний економічний ефект від впровадження роботи - 379,2 тис. грн.

Висновки

У дисертаційній роботі на основі проведеного дослідження вирішено актуальну науково-технічну задачу збільшення об'ємів утилізації золи ТЕС у виробництві золокерамічної цегли зниженої енергоємності. Основні висновки та результати, одержані в ході дослідження, зводяться до такого.

Теоретично обгрунтована і експериментально підтверджена можливість отримання золокерамічної цегли наповненої каркасно-сотової структури із зниженою температурою випалу і підвищеним вмістом золи ТЕС в матеріалі.

Розроблена методологія досліджень, що включає загальну блок-схему досліджень, обгрунтований вибір методик хімічного і фізичного вивчення складу і структури золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури і вихідних сировинних матеріалів, методів визначення їх фізико-механічних властивостей і математичної обробки експериментальних даних.

Показано, що макроструктура золокерамічного матеріалу включає зольні соти, проміжний шар, що містить глину, склобій і золу і керамічний каркас, що складається з глини і склобою.

Встановлений позитивний вплив склофази золи ТЕС на фазовий склад і властивості зольних сотів в золокерамічних матеріалах наповненої каркасно-сотової структури. Показано, що збільшення кількості склофази в золі з 20 до 80% призводить до зростання міцності випалених зольних сотів у 3 рази за рахунок ранішого оплавлення часток в матеріалі, кристалізації мулліту, анортіту, кристобаліту, гематиту, магнетиту і інтенсифікації процесу спікання.

Встановлений позитивний вплив склобою на міцність керамічного каркасу і проміжного шару, що зв'язує каркас і зольні соти в золокерамічному матеріалі. Виявлено, що при зниженні температури випалу керамічного каркасу з 1000⁰С до 900⁰С його міцність практично не знижується при вмісті в шихті 10-15% склобою, а міцність проміжного шару відповідає міцності основного шару каркасу.

Показано, що оптимальна температура випалу золокерамічних матеріалів наповненої каркасно-сотової структури може бути знижена на 50-100⁰С при оптимальному вмісті склобою в глині каркаса, який становить 10%. При цьому міцність цих зразків відповідає міцності золокерамічних зразків, виготовлених за звичайною технологією.

Запропонований механізм утворення двошарових зологлиняних гранул в грануляторах окатування і експериментально підтверджена можливість використання рівняння кінетики гранулоутворення для розрахунку швидкості росту зольних гранул і параметрів барабанних грануляторів.

Визначена оптимальна вологість золи в грануляторі (9-11%), що відповідає максимальному виходу (65-73%) зольних гранул фракції 5-10 мм. Показано, що накатка порошку глини завтовшки 0,5-1,5 мм на зольні гранули з вологістю до 11% знижує вологість двошарових гранул до оптимальної формувальної.

Проведений аналіз залежності міцності матеріалу від його макроструктурних параметрів (діаметру і об'єму сотів, товщини каркасу) і отримані кореляційні рівняння, що зв'язують ці параметри. Показано, що при виготовленні гранул золи немає необхідності у їх фракціонуванні. Технологія гранулювання при накатці на гранули золи шару глини із склобоєм, повинна забезпечувати товщину стінок каркасу в межах 0,5-1 мм, що дозволить збільшити об'єм утилізованої золи на 13-23% і отримати золокерамічну цеглу з маркою не нижче за М150.

Випущена дослідно-промислова партія золокерамічної цегли наповненої каркасно-сотової структури і розроблена ресурсозберігаюча технологія її виробництва, що дозволяє знизити температуру випалу виробів на 50-100⁰С, знизити витрату глини в шихті на 15% і збільшити вміст утилізованої золи з 60% до 83%. По фізико-механічним властивостях золокерамічна цегла задовольняє вимоги ДСТУ БВ. 2.7.-61-97 для цегли М 150. Річний економічний ефект від впровадження результатів роботи на підприємстві потужністю 3 млн. шт. ум. цегли в рік складає 379,2 тис. грн.

Перелік основних опублікованих автором праць за темою дисертації

Статті в наукових фахових виданнях:

1. Макарова Е. С. Технология производства золокерамических материалов наполненной каркасно-сотовой структуры / Е. С. Макарова, С. И. Федоркин // Строительство и техногенная безопасность. ^____ Симферополь : КАПКС, 2004. ^____ вып. 9. ^____ С. 76 - 77.

Особистий внесок: розроблена технологічна схема виробництва.

2. Макарова Е. С. Особенности получения двуслойных гранул для изготовления золокерамических материалов наполненной каркасно-сотовой структуры / Е. С. Макарова, С. И. Федоркин // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. ^____ Одеса : «Місто майстрів», 2004. ^____ вып. 15. ^____ С. 190 - 195.

Особистий внесок: розроблено механізм утворення двошарових гранул та визначені оптимальні параметри їх виготовлення.

3. Макарова Е. С. Роль стеклофазы зол ТЭС в формировании свойств золокерамических материалов наполненной каркасно-сотовой структуры / Е. С. Макарова // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. ^____ Днепропетровск : ПГАСА, 2004. ^____ вып. 12. ^____ С. 19 - 24.

4. Макарова Е. С. Влияние структурных параметров на прочность золокерамических материалов наполненной каркасно-сотовой структуры / Е. С. Макарова // Строительство и техногенная безопасность. ^____ Симферополь : НАПКС, 2005. ^____ вып. 10. ^____ С. 98 - 100.

5. Макарова Е. С. Стеновые золокерамические материалы наполненной каркасно-сотовой структуры / Е. С. Макарова, С. И. Федоркин, Н. В. Панченко // Сб. научных трудов. Строительство, материаловедение, машиностроение; № 35. «Инновационные технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта» ^____ Днепропетровск : ПГАСА, 2005. ^____ С. 45 - 49.

Особистий внесок: проаналізовані результати досліджень.

6. Макарова Е. С. Влияние щелочесодержащих добавок на свойства золокерамических материалов наполненной каркасно-сотовой структуры / Е. С. Макарова, С. И. Федоркин, Н. В. Панченко // Строительные материалы и изделия, 2005. ^____ № 4. ^____ С. 16 - 17.

Особистий внесок: проведено експеримент та узагальнені результати впливу добавок на властивості матеріалів.

7. Макарова Е. С. Современные тенденции развития ресурсо- и энергосберегающих технологий производства керамических изделий / Е. С. Макарова // Строительство и техногенная безопасность. ^____ Симферополь : НАПКС, 2006. ^____ вып. 13 - 14. ^____ С. 69 - 71.

8. Макарова Е. С. Снижение энергоёмкости производства золокерамических материалов наполненной каркасно-сотовой структуры / Е. С. Макарова // Строительство и техногенная безопасность. ^____ Симферополь : НАПКС, 2007. ^____ вып. 19 - 20. ^____ С. 79 - 81.

9. Макарова Е. С. Влияние температуры обжига и щелочных добавок на свойства каркаса золокерамических материалов наполненной каркасно-сотовой структуры / Е. С. Макарова, С. И. Федоркин // Строительство и техногенная безопасность. ^____ Симферополь : НАПКС, 2009. ^____ вып. 27. ^____ С. 37 - 42.

Особистий внесок: проведено експеримент та узагальнені результати досліджень.

Анотація

Макарова К.С. Золокерамічна цегла наповненої каркасно - сотової структури. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - «Будівельні матеріали та вироби». - Національна академія природоохоронного та курортного будівництва Міністерства освіти і науки України, Сімферополь, 2009 р.

Дисертація присвячена теоретичному і експериментальному обґрунтуванню отримання золокерамічної цегли наповненої каркасно - сотової структури зі зниженою температурою випалу та підвищеним вмістом золи ТЕС в матеріалі шляхом встановлення закономірностей формирування його структури та властивостей.

Вивчено вплив добавки склобою, золи і температури випалу на фазовий склад та властивості компонентів макроструктури (сотів, каркасу) і золокерамічних матеріалів в цілому. Запропонований механізм отримання двошарових гранул та встановлені оптимальні технологічні параметри їх виготовлення для одержання золокерамічних матеріалів наповненої каркасно - сотової структури.

Розроблена і апробована на підприємстві «Промкерамік» ЛТД ресурсозберігаюча технологія виробництва золокерамічної цегли М150 наповненої каркасно - сотової структури.

Ключові слова: золокерамічна цегла, наповнена каркасно - сотова структура, випал, фазовий склад, фізико-механічні властивості, ресурсозберігаюча технологія.

Аннотация

Макарова Е.С.. Золокерамический кирпич наполненной каркасно-сотовой структуры. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Национальная академия природоохранного и курортного строительства Министерства образования и науки Украины. Симферополь, 2009.

Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному обоснованию получения золокерамического кирпича наполненной каркасно-сотовой структуры с пониженной температурой обжига и повышенным содержанием золы ТЭС в материале, его структуры и свойств.

Показано влияние стеклофазы исследованных зол ТЭС на фазовый состав и свойства зольных сот в золокерамических материалах наполненной каркасно-сотовой структуры. Установлено, что увеличение количества стеклофазы в золе с 20 до 80% приводит к росту прочности обожженных зольных образцов в 3 раза за счет более раннего оплавления частиц в материале, кристаллизации муллита, анортита, кристобалита, гематита, магнетита и интенсификации процессов спекания. Установлено, что использование зол ТЭС с повышенным содержанием стеклофазы дополнительно увеличивает прочность материалов наполненной каркасно-сотовой структуры.

Показано влияние щелочесодержащих добавок на температуру обжига, состав и свойства керамического каркаса золокерамических материалов наполненной каркасно-сотовой структуры. С использованием рототабельного композиционного плана проведена статистическая обработка экспериментальных данных, получены уравнения регрессии и построены поверхности отклика физико-механических свойств образцов в зависимости от совместного влияния температуры обжига и количества стеклобоя в шихте. Установлено, что при снижении температуры обжига керамического каркаса с 1000⁰С до 900⁰С практически не снижается его прочность при содержании в сырьевой шихте стеклобоя в количестве 10-15%.

Изучен фазовый состав и свойства промежуточного слоя, содержащего глину, стеклобой и золу и связывающего основной керамический каркас с зольными сотами. Выявлено, что прочность промежуточного слоя керамического каркаса соответствует прочности основного слоя.

Установлено, что оптимальная температура обжига золокерамических образцов наполненной каркасно-сотовой структуры может быть снижена на 50-100⁰С при оптимальном содержании стеклобоя в глине каркаса 10% (или 2% в пересчете на состав шихты изделия). При этом прочность этих образцов соответствует прочности золокерамических образцов, изготовленных по обычной технологии.

Предложен механизм образования двуслойных зологлиняных гранул в грануляторах окатывания, используемых для изготовления золокерамических материалов наполненной каркасно-сотовой структуры. Экспериментально подтверждена возможность использования уравнения кинетики гранулообразования (4.1) для расчета скорости роста зольных гранул и параметров барабанных грануляторов.

Определена оптимальная влажность золы в грануляторе (9-11%), соответствующая максимальному выходу (65-73 %) зольных гранул необходимой фракции (5-10 мм). Показано, что накатка порошка глины толщиной 0,5-1,5 мм на зольные гранулы с влажность до 11% снижает влажность двуслойных гранул до оптимальной формовочной, и дает возможность получить золокерамические материалы марок М 150 - М 200.

Изучено влияние структурных параметров (среднеарифметического диаметра сот, средней толщины перегородок каркаса, объема сот - объемного содержания золы) на прочность золокерамического материала наполненной каркасно-сотовой структуры. Получены корреляционные уравнения зависимости предела прочности при сжатии от объемного содержания золы в золокерамическом материале наполненной каркасно-сотовой структуры, позволяющие прогнозировать прочность материала в зависимости от параметров структуры.

Показано, что при изготовлении гранул золы нет необходимости в их фракционировании, что упрощает технологию производства. Кроме того, технология гранулирования при накатке на гранулы золы слоя глины с плавнем, должна обеспечивать толщину стенок каркаса материала в пределах 0,5-1 мм, что позволит увеличить объем утилизируемой золы в золокерамическом кирпиче М150 - М200 наполненной каркасно-сотовой структуры.

Выпущена опытно-промышленная партия золокерамического кирпича наполненной каркасно-сотовой структуры и изучены его физико-механические свойства. Показано, что по показателям средней плотности, водопоглощения, прочности и морозостойкости золокерамический кирпич этой структуры полностью удовлетворяет требованиям действующего стандарта для кирпича марки М 150. Обоснована и разработана ресурсосберегающая технология производства золокерамического кирпича, базирующаяся на новых технических и технологических решениях, обеспечивающих получение материала наполненной каркасно-сотовой структуры. Технология позволяет по сравнению с существующими аналогами снизить температуру обжига золокерамического кирпича на 50-100⁰С, увеличить объем утилизируемой золы до 83%, снизить расход глины до 15% и стеклобоя до 2%.

Произведена опытно-промышленная проверка и приемка технологического процесса производства золокерамического кирпича наполненной каркасно-сотовой структуры в условиях кирпичного завода «Промкерамик» ЛТД. Годовой экономический эффект от внедрения в производство результатов работы составляет 154,5 тыс. грн. Экономический эффект от сокращения экономического ущерба, наносимого окружающей среде складированием золы ТЭС в отвалах, в результате утилизации золы при производстве кирпича составляет 224,7 тыс.грн. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения работы - 379,2 тыс. грн.

Ключевые слова: золокерамический кирпич, наполненная каркасно-сотовая структура, обжиг, фазовый состав, физико-механические свойства, ресурсосберегающая технология.

Abstract

Makarova E.S. Ash-ceramic filled frame-cell structure brick. - Manuscript.

The thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences on speciality 05.23.05 - Building Materials and Items. - National Academy of Environmental Protection and Resort Development, Simferopol, 2009.

The thesis is devoted to theoretical and experimental basis of obtaining ash-ceramic filled frame-cell structure brick with reduced firing temperature and increased ash content of heat power plant in material by means of behavior assignment of its structure formation and properties.

The research work defines the admixture influence of cullet, ash and firing temperature on phase constitution and properties of macrostructure components (cells, frame) and ash-ceramic material as a whole. The mechanism of generation of two-level pellets is introduced. Optimal technological principles of pellets' production for acquisition of ash-ceramic filled frame-cell structure materials are defined.

Resource-saving technology of producing ash-ceramic frame-cell structure M 150 brick is worked out and approved at «Promceramic», Ltd.

Key words: ash-ceramic brick, filled frame-cell structure, firing, phase constitution, physical and mechanical properties, source-saving know-how.

Размещено на Allbest.ru