casino siteleri güvenilir deneme bonusu deneme bonusu veren siteler casino siteleri deneme bonusu deneme bonusu veren siteler 2024 güncel deneme bonusu veren siteler güvenilir slot siteleri bonus veren siteler deneme bonusu veren siteler en iyi bahis siteleri deneme bonusu 2024 güvenilir deneme bonusu deneme bonusu veren siteler güvenilir bahis siteleri en iyi bahis siteleri yeni deneme bonusu veren siteler deneme bonusu veren siteler güvenilir slot siteleri tipobet matadorbet tipobet 1xbet giriş deneme bonusu sahabet
Главная Влияние структурирующих добавок на повышение термостойкости форстерита
Влияние структурирующих добавок на повышение термостойкости форстерита Печать E-mail

Гришин Н.Н., Белогурова О.А.
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН,  г. Апатиты, Россия

Elements of technology are developed for the production of heat - resistant forsterite-carbide siliceous refractory materials. Dependences of thermal resistance from quantity of carborundum and waste of production ferrosiliceous are investigated.

Необходимость существенного расширения производства и применения форстеритовых огнеупоров обусловлена большими запасами магнезиальносиликатного сырья, низкой его стоимостью, высокой температурой плавления форстерита (1890ºС), шлако- и металлоустойчивостью. Широкое использование этих огнеупоров в промышленности сдерживает их низкая термостойкость.

Теоретически термостойкость рассматривается как с позиций детального механизма возникновения напряжений и разрушения огнеупоров, что дает большие расхождения расчета с экспериментом, так и с позиций термодинамики позволяющей получить лишь качественную картину явления и возможность установления наиболее значимых факторов термостойкости.

Ранее нами разработана термодинамическая модель теплопроводности и термостойкости как неравновесных процессов. Из условия баланса энтропии при термическом разрушении огнеупоров и пористой керамики выведен критерий термостойкости, учитывающий термическую деформацию твердого тела на пределе справедливости закона Гука до выполнения условия локального равновесия. Установлена удобная для практического использования зависимость теплопроводности огнеупоров и керамики от кажущейся плотности, что позволяет прогнозировать критические и благоприятные температурные режимы работы футеровок.

Выявлена температурная зависимость коэффициента теплопроводности и критерия термостойкости. Дано теоретическое обоснование температурного хода коэффициента теплопроводности и критерия термостойкости пористых материалов, исходя из газокинетического приближения и представления потоков фононов и фотонов как взаимодействующих «газов», выяснены физические механизмы, определяющие температурную зависимость коэффициента теплопроводности. Установлено, что термостойкость огнеупоров определяется с одной стороны условиями теплопереноса в керамической матрице и с другой - способностью ее структуры генерировать неразрушающие температурные напряжения при наличии градиента температуры.

Низкая термостойкость форстерита связана с обоими этими факторами. Он имеет низкий коэффициент теплопроводности, особенно, в критической области (500-1500°С), поэтому в объеме материала возникают большие термические напряжения при одностороннем нагреве или охлаждении; и сильно различающиеся по кристаллографическим осям коэффициенты температурного линейного расширения. Напряжения возникают как при наличии градиента температур, так и при медленном изменении температуры в отсутствии пластической деформации.

Вследствие этого существует два пути повышения термостойкости форстеритовых огнеупоров: улучшение теплопереноса, снижающего температурные градиенты и синтез структуры огнеупорного материала, снижающего воздействие напряжения нулевого рода. В последнем случае кристаллы форстерита должны быть помещены в пластичную матрицу (углерод) или в жесткий каркас (шпинель).

На основании предложенной модели разработаны элементы технологии производства термостойких форстеритоуглеродистых огнеупоров с термостойкостью до 50 теплосмен (1300°С - вода). Столь высокие показатели обусловлены тем, что добавка углерода обеспечивает оба названных выше условия повышения термостойкости: увеличивает теплопроводность и создает пластичную матрицу вокруг зерен нетермостойкого форстерита, позволяя ему деформироваться под воздействием меняющихся температур, не разрушая окружающий материал.

Углеродистые материалы, обладая высокими показателями по термостойкости, металло- и шлакоустойчивости, ограничены в использовании вследствие выгорания углерода в окислительных средах. Поэтому желательно создать другие аналогичные системы с двойным фактором термостойкости, но без этого недостатка. Например, нами получен форстеритошпинельный огнеупор (структурирующая добавка шпинель, синтезированная различными способами), термостойкость до 10 теплосмен (1300°С - вода) [1-3].

Аналогичное повышение показателя термостойкости форстеритовых огнеупоров достигли при использовании в качестве структурирующей добавки карбида кремния и его сочетания с отходом производства ферросилиция.

Форстеритовые огнеупоры с низкой термостойкостью, получаемые по традиционной технологии имеют межзеренную кремнистую стеклофазу. Стояла задача путем подшихтовки добавок модифицировать эту стеклофазу так, чтобы она выполняла роль пластичного буфера термических напряжений. В качестве такой добавки был выбран отход производства ферросилиция, состоящий преимущественно из кремния.

Изучены модельные реакции, которые происходят с этой добавкой и другими компонентами шихты в процессе обжига в восстановительной среде - среде СО. Исходная система: брикет из оливинита и боя периклазовых изделий - карбид кремния - отход производства ферросилиция.

В модельных системах, содержащих форстеритовый брикет и бой периклазовых изделий не было обнаружено новых соединений (шихта 1,2, таблица 1). Даже более активные соединения магния (карбонат и гидроксид), обожженные в засыпке из коксика, не дают новых фаз.

Таблица 1
Фазы, полученные в результате модельных реакций в системе форстерит- карбид кремния -  отход производства ферросилиция

№№

шихты

Компоненты

шихты

Основные фазы

Фазы в небольшом количестве

Предполагаемые

реакции

Mg2SiO4

MgO

C

SiC

MgC

C

Mg2Si2O6

SiO2

Восстановительный обжиг в засыпке из коксика

1

Фостеритовый

брикет

+

+

           

Нет взаимодействия

2

MgO

 

+

           

Нет взаимодействия

3

Si

   

+

+

     

+

2Si +2CO = 2SiC +O2

SiC+ CO= SiO+2C

2SiO+O2=2SiO2

4

SiC

     

+

 

+

 

+

SiC+ CO= SiO+2C

SiO+ CO=SiO2+C

]

5

SiC+Si

     

+

 

+

 

+

2Si +2CO = 2SiC +O2

SiC+ CO= SiO+2C

2SiO+O2=2SiO2

6

Форстеритовый брикет + Si

+

+

   

+

+

+

 

2Si +2CO = 2SiC +O2

Mg2SiO4+SiC+O2=2MgSiO3+C

Mg2SiO4+3C=2MgO+SiC+2CO

MgO+3C=MgC2+CO

7

Форстеритовый брикет + Si

+

+

   

+

+

   

SiC+ CO= SiO+2C

Mg2SiO4+3C=2MgO+SiC+2CO

MgO+3C=MgC2+CO

8

MgO+SiC

+

+

 

+

 

+

   

SiC+ CO= SiO+2C

SiO+ CO=SiO2+C

2MgO+SiO2=Mg2SiO4

9

MgO+Si

+

+

     

+

   

2Si +2CO = 2SiC +O2

SiC+ CO= SiO+2C

2SiO+O2=2SiO2

 

При взаимодействии кремния с монооксидом углерода в замкнутом объеме,  в качестве новых фаз обнаружены карбид кремния и углерод, кроме того, выделяющийся кислород доокисляет монооксид кремния с образованием диоксида, на рентгенограммах появляются линии α-тридимита (шихта 3, таблица 1).

Фазы, полученные при восстановительном обжиге карбида кремния, согласно реакциям (шихта 4, таблица 1) : углерод и α-кристобалит.

При введении карбида кремния или отхода производства ферросилиция по отдельности в модельные системы, содержащие форстерит или оксид магния отмечены следующие новые фазы:

для системы Mg2SiO4 - SiC - это карбид магния, углерод (шихта 7, таблица 1)

для системы Mg2SiO4 - Si - это карбид магния, углерод, энстатит (шихта 6, таблица 1)

для системы MgO - SiC и MgO - Si  - это форстерит и углерод (шихта 8, 9, таблица 1)

Проведена оценка свободных энергий Гиббса, которая подтверждает термодинамическую вероятность протекания реакций, приведенных в таблице 1.

Таким образом, отход производства ферросилиция действует в системе весьма успешно, приводя не только к дополнительному образованию карбида кремния, но и получению межзеренной связующей из карбида магния и углерода.

Карбид магния входит в основной каркас керамической матрицы, существенно улучшая характеристики огнеупора, в частности термостойкость. Отметим, что рентгенофазовый анализ фиксирует присутствие той или иной фазы, если ее количество не менее 5%. Интенсивность пиков карбида магния такова, что мы можем предположить существенный его вклад в структуру огнеупора.

 

Рис. 1. Зависимость показателя термостойкости форстеритового огнеупора от содержания  крупной фракции карбида кремния в составе комплексной добавки

 

 

Рис. 2. Зависимость показателя термостойкости форстеритового огнеупора от состава  структурирующей добавки на основе карбида кремния и отхода производства ферросилиция (в легенде содержание кремния в шихте)

После изучения модельных реакций провели исследование зависимости термостойкости форстеритовых огнеупоров от состава структурирующей добавки из карбида кремния и отхода производства ферросилиция (рисунки 1, 2). Как уже было показано, кремний оказывает заметное влияние на химическое взаимодействие в системе. В частности образцы (таблица 2), в которых содержание карбида кремния составляло 20%, а кремния - 10%, обладали термостойкостью до 35 теплосмен (1300°С - вода).

Таблица 2
Физико-технические свойства форстеритовых образцов  с добавкой карбида кремния и отходов производства ферросилиция

Содержание брикета

Содержание добавки

Термостойкость,

теплосмен

(1300°С-вода)

Свойства образцов

Фр.3-0 мм

Фр.<0.063 мм

SiC

Фр. 2-0.5 мм

SiC

Фр.<0.063 мм

Si

Фр.<0.063 мм

Плотность,

кг/м3

Водопоглощение,

%

Пористость,

%

60

35

5

-

-

2

2320

13

30

55

25

10

10

-

7

2600

8.0

21

55

25

-

10

5

6

2380

9.0

21.5

55

25

-

10

10

6

2350

10.5

25

55

25

10

-

10

11

2500

8.5

21

55*

25

10

-

10

12

2500

7.5

19

45

25

15

15

-

15

2580

8.0

20

45

25

15

-

15

21

2460

7.5

18

45*

25

15

-

15

22

2550

6.5

16.5

50*

25

20

-

5

до 19

2570

8

20

45*

25

20

-

10

до 35

2550

7

18

55

25

-

-

20

до 7

2500

10

25

60*

30

-

-

10

7

2400

9.5

23

55*

30

-

-

15

7

2450

9

22

* составы обожжены в засыпке из коксика

Карбид кремния должен вводиться в состав добавки в виде крупной фракции, например, 2-0.5 мм, ибо при введении его в виде тонкой фракции, термостойкость уменьшается. Образцы выдерживают только 6 теплосмен (1300°С - вода) (рисунок 1).

Межзеренная связующая матрица из карбида магния и углерода позволила увеличить показатель термостойкости форстеритовых образцов до 35 теплосмен.

Литература

1. Белогурова О.А., Гришин Н.Н., Иванова А.Г. Экспериментально - теоретическое изучение теплопроводности и ее влияния на термостойкость форстеритовых огнеупоров // Огнеупоры и техническая керамика.- 2003.- № 12.- С.4-15.
2. Газокинетическая модель теплопроводности огнеупоров / С.О. Гладков, Н.Н. Гришин,
В.Т. Калинников, О.А. Белогурова // Огнеупоры и техническая керамика.- 2005.- №8.-С. 26-34.
3. Белогурова О.А., Ракитина Е.Ю., Гришин Н.Н. Форстеритошпинельные огнеупоры из отходов первичной переработки хромитовых руд // Огнеупоры и техническая керамика.- 2006.- № 8.- С.19-26.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья том 2


busy
 

Язык сайта:

English Danish Finnish Norwegian Russian Swedish

Популярное на сайте

Ваш IP адрес:

3.236.112.70

Последние комментарии

При использовании материалов - активная ссылка на сайт https://helion-ltd.ru/ обязательна
All Rights Reserved 2008 - 2024 https://helion-ltd.ru/

�������@Mail.ru ������.�������