Введение к работе
Актуальность темы. Основной тенденцией развития огнеупоров для черной металлургии является создание неформованных безобжиговых материалов -огнеупорных бетонов. За последние годы получили направление низкоцементные бетоны на основе алюмомагнезиальной шпинели и термообработанного боксита. Струкгурообразование и твердение таких бетонов обеспечивается наличием в составе их матрицы высокоглиноземистого цемента (ВГЦ), т.е. оксида кальция, что ухудшает эксплуатационные свойства изделий. За рубежом данную проблему решают созданием бесцементных бетонов на основе высокоогнеупорных самотвердеющих тонкодисперсных порошковых материалов, например, реактивного глинозема и глиноземов гидратационного твердения.
Большой вклад в "азработку технологии отечественных неформованных материалов внесли такие видные ученые, как: Л.Б. Хорошавин, Т.В. Кузнецова, М.М. Сычев; разработкой высокоглиноземистых и шпинельных материалов занимались В.Л. Балкевич, Д.Н. Полубояринов, п.Б.Питак, И.С. Кайнарский.
В отечественной практике под руководством академика РАИН Ю.Е. Пивин-ского и его школы разработан новый класс огнеупорных материалов - керамо-бетоиов. Керамсбетоны состоят из матрицы - высококонцентрнрованной керамической вяжущей суспензии (ВКВС), или концентрированной гидродисперсии, получаемой мокрым измельчением, и огнеупорного заполнителя. Успешное применение ВКВС определяется сочетанием их уникальных вяжущих свойств и оптимального зернового состава.
Перспективными материалами являются керамобетоны на основе корундо-муллитовой ВКВС из обожженного боксита. Однако дилатантные свойства бетонной смеси на основе такой суспензии не позволяют эффективно использовать для их уплотнения методы статического прессования и виброформования.
Важной проблемой является создание вяжущей суспензии из плавленой алюмомагнезиальной шпинели и разработка технологии высокоогнеупорных бетонов на их основе. Решение проблемы создания новых бесцементных материалов возможно при использовании свойств ультрадисперсных частиц (от 0,5 до 0,1 мкм) и коллоидного компонента (частиц < 0,1 мкм).
Цель работы. Разработать составы и способы изготовления корундо-муллитовых и шпинельно-периклазовых матричных систем и огнеупорных бетонов на их основе. В соответствии с этой целью и для ее реализации были определены следующие задачи:
проанализировать реотехнологические свойства зарубежных высокоглино-земистых матричных систем на примере аналогичных по областям применения отечественных вяжущих, выяснить механизм структурообразования и твердения указанных систем;
установить оптимальное количество глины и ее коллоидного компонента, изменяющее характер течения вяжущей суспензии на основе обожженного бок-
сита, а также допустимое в технологии количество глины, необходимое для обеспечения оптимальных эксплуатационных свойств корундо-муллитовых бетонов;
- разработать способ изготовления концентрированных гидродисперсий
шпинельно-периклазовогр состава, исследовать их реотехнологические свойст
ва, выяснить механизм их структурообразования и твердения, а также особен
ности их поведения при нагревании;
- изучить особенности поведения шпинельно-периклазовых матричных сис
тем в составе бетонов; разработать составы шпинельсодержащих огнеупорных
бетонов.
Научная новизна работы. Установлено, что введение высокопластичной
нижнеувельской глины (Южный Урал) в концентрированные дилагантные ко-
рундо-муллито-кремнеземистые гидродисперсии превращает их в тиксотроп-
ные системы. Впервые выявлено пороговое значение концентрации глины в та
ких гидродисперсиях (0,3 % масс, или 0,73 г/л), изменяющее характер их тече
ния. '
Выявлено закономерное усиление вяжущих свойств высококонцентрированной суспензии на основе обожженного боксита с добавкой тонкодисперсного аморфного кремнезема и каолинито-гидрослюдистой глины, обусловленное активирующим воздействием коллоидных компонентов различной природы. Установлено, что коагуляционная структура такой гидродисперсии при нагревании структурируется в матричную систем}', содержащую корунд и муллит. Муллит, входящий в матрицу, имеет различное происхождение: это вторичный муллит, образованный при обжиге бокситового сырья, первичный, образовавшийся при разложении глины, и вторичный муллит как результат взаимодействия тонкодисперсных частиц корунда и кремнезема.
Впервые установлено, что при мокром измельчении плавленой алюмомаг-незиальной шпинели, содержащей избыточное количество периклаза, энергия связи ионов раствора хлорида магния с поверхностью тонкодисперсных частиц возрастает быстрее и достигает более высоких значений, чем при диспергировании шпинели в воздушной среде с последующим суспендированием тонкодисперсного порошка.
Предположено, что повышенные значения энергии связи обусловлены повышенной концентрацией активных центров на поверхности и приповерхностных слоях частиц при мокром измельчении. Это согласуется с активизацией процессов гидратации периклаза и сольватации шпинели, что подтверждается увеличением потери при прокаливании и меньшим разупрочнением бетонов.
Практическая ценность.
1. По результатам исследования пластифицированных корундо-муллитовых суспензий разработаны составы масс для полусухого формования виб-ро(пневмо)трамбования.
Даны рекомендации на предприятие ОАО "Первоуральский динасовий завод" по пластификации набивных огнеупорных масс корундо-муллитового состава посредством введения в суспензию оптимального количества огнеупорной глины (1 %). Эти массы успешно испытаны в виде набивных футеровок желобов доменных печей на Нижнетагильском металлургическом комбинате.
2. Разработана технология шпинельно-периклазовых огнеупорных бетонов, не содержащих ВГЦ, и по характеристикам, не уступающим зарубежным низкоцементным бетонам. Применение разработанных матричных систем в составе бетонов решает проблему использования неутилизируемой в производстве электроплавленой алюмомагнезиальной шпинели фракции < 0,5-0,1 мм.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Международной конференции "Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений", г. Белгород, 1997 г.; на Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-97", г. Москва, 1997 г. (отмечено дипломом); на Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-98", г. Москва, 1998 г.; на Международной конференции "Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI века", г. Белгород, 1998 г.; на Международной конференции-школе-семинаре молодых ученых и аспирантов "Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI века", посвященной 145-летию со дня рождения академика В.Г. Шухова.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, 4-х экспериментальных глав, основных выводов, списка литературы, изложена на(Эбстраницах, содержит 101 рисунок и 17 таблиц. Список литературы включает 173 источника.
