Тема: Влияние способов измельчения на спекание материалов в системе Al2O3 – MgO – SiO2 – CaO – Cr2O3
Характеристики работы
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ
📖 Введение
Активность твёрдых веществ зависит от ряда факторов: их химического состава и структуры, способа получения, условий хранения и др. Основным промышленным способом регулирования активности материалов является измельчение путём использования механохимического эффекта модификации порошков, при котором их поверхность обогащается дефектами и поверхностно-активными примесями, её свойства изменяются. Влияя на состав и структуру поверхности материала, удаётся изменять его технологические свойства, что находит применение на практике. Значительный вклад в развитие данного на-правления внесли как зарубежные (К. Петерс, К. Берхард, Е. Сцанто и др.), так и отечественные (Г. С. Ходаков, А. В. Беляков, Ю. Е. Пивинский, С. А. Суворов, Е. С. Лукин, Г. Д. Семченко, Н. Ф. Косенко и др.) исследователи.
В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, направленные на изучение влияния вида механической нагрузки при измельчении материала на состояние, структуру и технологические свойства порошков, предназначенных для эксплуатации при высоких температурах. Актуальной задачей является также разработка технологий производства неформованных огнеупорных масс с регулируемой спекаемостью (как неспекающихся - стартовых смесей, буферных масс, так и спекающихся - мертели).
Объект исследования. В качестве объектов исследования выбраны традиционные огнеупорные материалы: корунд, периклаз, шпинель и хромшпинелид. Данный выбор обусловлен высокой степенью изученности структур этих соединений, а также их применение в огнеупорных материалах. Формирование ими кристаллических решеток разного типа дает возможность сопоставить результативность разных способов тонкого помола для веществ с различной структурой.
Предметом исследования являются состояние поверхности, физико-химические и технологические свойства огнеупорных материалов, полученных в результате тонкого помола в аппаратах с различным способом измельчения.
Цель работы- разработка технологии получения неформованных функциональных материалов с регулируемой спекаемостью на основе огнеупорных порошков, устойчивых к воздействию расплавов и продуктов окисления стали. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- исследование состояния и структуры поверхности огнеупорных материалов после измельчения в шаровой, вибрационной и струйной мельницах;
- изучение влияния состояния поверхности на процессы спекания дисперсных оксидов после тонкого измельчения;
- разработка состава и технологии получения функциональных неформованных огнеупорных материалов с оптимальной спекаемостью;
- проведение опытно-промышленных испытаний технологии и применения разработанных огнеупорных неформованных материалов.
Личный вклад автора. Автору принадлежит обоснование цели и задач работы, выбор методов исследования, проведение экспериментов, научные результаты (анализ, обобщение и выводы), прикладные результаты и их внедрение в промышленность.
Научная новизна работы. Впервые определены состав и структура поверхности огнеупорных материалов после тонкого измельчения в шаровой, струйной и вибрационной мельницах, характеризующихся различным способом измельчения. Установлено, что на вновь образованной поверхности, в слое толщиной до 10 нм, находятся примеси, адсорбированные из окружающей среды, либо вскрытые из объёма материала. Основным примесным компонентом на поверхности плавленых материалов является атомарный и карбонатный углерод, а природного хромита - магний и кремний, находящиеся в структуре сложных силикатов магния. Количество углерода на поверхности молотых частиц зависит от чистоты исходного материала и выстраивается, по убыванию, в ряд: периклаз, белый электрокорунд, корундошпинель, периклазошпинель, электрокорунд нормальный (соответственно, для материала после вибрационного помола: 41,4; 40,2; 39,0; 34,4; 27,4 ат. %).
Установлено, что углерод с атомами алюминия в корунде и шпинелях связей не имеет, а в шпинели - образует карбонаты магния. Атомы кислорода на поверхности частиц обоих видов корунда связаны в высшие оксиды, карбонаты и аморфизированную фазу. Атомы алюминия находятся в структуре корунда и аморфизированной фазы. При помоле в вибрационной мельнице, поверхность частиц корундов и шпинелей более дефектна по сравнению с измельчаемыми в струйной мельнице. В плавленом периклазе поверхностные атомы находятся в структуре оксида магния и карбонатной фазы.
Помол исследованных материалов разными способами обеспечивает у них различное распределение частиц по размеру (для вибрационного помола - бимодальное, для струйного - мономодальное), разные форму зёрен и дефектность структуры кристаллов. Частицы вибрационного измельчения имеют большую минимальную плотность дислокаций и пониженную величину областей когерентного рассеяния (ОКР). При этом, они имеют физическое уширение преимущественно за счёт накопления микродеформаций структуры, а частицы струйного помола - преимущественно за счёт уменьшения размеров частиц. В результате, порошки, полученные вибрационным помолом, имеют большую активность к спеканию. Так, белый электрокорунд после обжига при температуре 1700 0С имеет пористость 0,5 и 6,0 %, периклазошпинель - 7,0 и 16,5 %, плавленый периклаз - 3,32 и 14,5 %, хромит - 25,5 и 28,4 % соответственно после измельчения в вибрационной и струйной мельницах.
Практическая значимость. Разработаны технология производства и оптимальный состав неспекающихся стартовых смесей марок "Темпра 130" на основе, мас. %: 75,0 хромитового концентрата, 25,0 кварцсодержащего компонента, 7,0 графита и 2,0 органических функциональных добавок. Выпущена промышленная (20 т) партия. Разработан регламент производства и технические требования ТТ 1523-024-15042820-2006 на состав и технологию производства стартовой смеси марки "Темпра 130" и получен патент РФ № 2345804. Применение разработанной стартовой смеси в кислородно - конверторном цехе ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат" обеспечило открытие разливочного канала стальковшей без использования кислорода не менее 85 %.
Разработан состав и технология производства универсального огнеупорного мертеля марки "Термосет 4АТ" на основе, мас. %: 60,0-87,0 хромитового концентрата, 12,0-50,0 термитного состава, 1,0-10,0 неорганических и органических функциональных добавок. На универсальный мертель разработан регламент и технические требования ТТ 1523-039-14494669-2011, организован его промышленный выпуск. Применение универсального мертеля в нагревательных печах ОАО "Первоуральский новотрубный завод" и ОАО "Чусовской металлургический завод" позволило повысить стойкость футеровки на 20-40 %.
На защиту выносятся:
1. Закономерности изменения структуры поверхностных слоёв частиц оксидов А12О3 и МдО, шпинели МдО-А12О3 и хромшпинелида при измельчении в шаровой, вибрационной и струйной мельницах характеризующихся различным способом разрушения и энергонапряжённостью.
2. Влияние состояния и структуры поверхности молотых порошков на спекание и физико-керамические свойства огнеупорных материалов и изделий.
3. Составы и технологии получения неформованных огнеупорных мате-риалов с заданными эксплуатационными свойствами.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Всероссийской конференции "Физико-химические проблемы создания конструкционных керамических материалов. Сырьё, синтез, свойства" (г. Сыктывкар, 2001 г.); Всероссийской конференции "Керамика и композиционные материалы" (г. Сыктывкар, 2004 г.); Международной конференции огнеупорщиков и металлургов (г. Москва, 2007, 2009-2013 гг.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертации, опубликованы в 16 работах, в том числе в 8 статьях в журналах, рекомендованных ВАК, получен 1 патент РФ; подана заявка на патент РФ "Огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых агрегатов".
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа излагается на 147 страницах машинописного текста, содержит 42 таблицы и 64 рисунка, список литературы из 180 наименований.
✅ Заключение
2. Впервые исследован состав поверхности плавленых периклаза, корундов, шпинелей и хромита после тонкого измельчения в шаровой, струйной и вибрационной мельницах. Катионным травлением поверхности частиц установлено, что все примеси находятся на поверхности частиц в слое толщиной не более 10 нм. Основным примесным компонентом на поверхности плавленых синтетических материалов является атомарный и карбонатный углерод, а природного хромита - магний и кремний, находящиеся в структуре сложных силикатов магния. Количество углерода, адсорбированного поверхностью тонкодисперсных частиц, зависит от чистоты исходного материала и выстраивается, по убыванию, в ряд: периклаз плавленый, белый электрокорунд, корундошпинель, периклазошпинель, электрокорунд нормальный (соответственно, для материала после вибрационного помола: 41,4; 40,2; 39,0; 34,4; 27,4 ат. %).
Установлено, что углерод в корунде и шпинелях связей с атомами алюминия не имеет, а в шпинели образует карбонаты магния. Атомы кислорода на поверхности частиц обоих видов корунда находятся в структурах высших оксидов, карбонатов и аморфизированной фазы, а атомы алюминия - в структуре корунда и аморфизированной фазы. В шпинели после помола в вибрационной мельнице поверхность частиц более дефектна по сравнению с образцами измельчёнными в струйной мельнице, и содержит атомы, находящиеся в структуре шпинели и аморфизированной фазы. В плавленом периклазе поверхностные атомы находятся в структуре оксида магния и карбонатной фазе.
3. Помол исследованных материалов разными способами обеспечивает у них различное распределение частиц по размеру (для вибрационного помола - бимодальное, для струйного - мономодальное), разные форму зёрен и дефектность структуры кристаллов. Частицы вибрационного измельчения имеют большую минимальную плотность дислокаций и пониженную величину областей когерентного рассеяния (ОКР). При этом, они имеют физическое уширение преимущественно за счёт накопления микродеформаций структуры, а частицы струйного помола - преимущественно за счёт уменьшения размеров частиц. В результате, порошки, полученные вибрационным помолом, имеют большую активность к спеканию. Так, белый электрокорунд после обжига при температуре 1700 0С имеет пористость 0,5 и 6,0 %, периклазошпинель - 7,0 и 16,5 %, плавленый периклаз - 3,32 и 14,5 %, хромит - 25,5 и 28,4 % соответственно после измельчения в вибрационной и струйной мельницах.
4. Разработаны технология производства и оптимальный состав неспекающихся стартовых смесей марок "Темпра 130" содержащий, мас. %: 75,0 хромитового концентрата, 19,0-25,0 кварцсодержащего компонента, 1,0-5,5 углерода и 0,2-2,0 органических добавок. Выпущена промышленная (20 т) партия стартовой смеси "Темпра 130". Разработаны регламент производства и технические требования ТТ 1523-024-15042820-2006 на состав и технологию производства стартовой смеси марки "Темпра 130" и получен патент РФ № 2345804. Применение разработанной стартовой смеси в кислородно-конверторном цехе ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат" обеспечило открытие разливочного канала стальковшей без использования кислорода не менее 85 %.
5. Разработана технология производства и состав универсального огне-упорного мертеля марки "Термосет 4АТ", мас. %: 60,0-87,0 хромитового концентрата или боя шпинелидных огнеупорных изделий, 12,0-50,0 термитного состава, 2,0-10,0 неорганических и органических функциональных добавок. На универсальный мертель разработан регламент и технические требования ТТ 1523-039-14494669-2011, организован его промышленный выпуск. Применение универсального мертеля в футеровки нагревательных печей ОАО "Первоуральский новотрубный завод" и ОАО "Чусовской металлургический завод" позволило повысить стойкость огнеупорной футеровки на 20-40 %.



