авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Технология и свойства стеновой керамики на основе лессовидных суглинков с применением механоактивированных композиционных добавок

-- [ Страница 2 ] --

Число пластичности суглинка составляет – 11,5. В качестве второго компонента для создания механоактивированной композиционной добавки использовали уголь Карагандинского угольного бассейна, который является основным в Казахстане по добыче коксующихся углей. Цвет угля изменяется от бурого до интенсивно черного, блеск от матового до стеклянного, твердость по шкале Мооса- от 1 до 5, плотность – от 0,92 до 1,7г/см3. Угли Карагандинского бассейна характеризуются теплотой сгорания на горючую массу от 8000 до 8300 ккал/кг.

Для оценки свойств образцов и проведения детальных исследований применяли стандартные методики, современные приборы и оборудование.

Рентгенофазовый анализ (РФА) проводился на дифрактометре ДРОН-3 при СиК и Со - излучениях. Чувствительность методов составляет 1-2 %.

Дифференциально-термический анализ (ДТА) осуществляли на дериватографе Q-150ОД до температуры 1000 °С. Скорость подъема температуры 5 °С в мин.

Петрографические исследования выполнены на оптических микроско­пах МИН-8 и МИН-9 (проходящий и отраженный свет) в шлифах спеченных образцов и иммерсионных жидкостях.

Исследование микроструктуры керамических композиций выполнено на растровом электронном микроскопе JSM-6390LV и на приборе JEM-6610LA (фирма JEOL, Япония).

Аналитические исследования элементных составов проводились на рентгеновском дифрактометре XPert PRO (Япония).

Определение чувствительности сырьевых смесей к сушке производили
по методу М.С. Белопольского.

Измерение теплопроводности образцов производилось с помощью изме­рителя теплопроводности ИТ-- 400. Диапазон измерений в интервале тем­ператур 173-423°К. Предел допускаемой погрешности ±10%.

Испытание морозостойкости образцов производили по ГОСТ 7025-78. Обжиг образцов- цилиндров диаметром 5, высотой 5 см и балочек (4x4x16 см) проводили в специальной электрической муфельной печи. Обжиг натурных изделий проводили в специальной электрической печи. Определение комплекса физико-механических свойств образцов выполнялось по стандартным методикам.

3 Состав, структура и свойства лицевого керамического кирпича с использованием лессовидных суглинков и механоактивированных композиционных добавок

Одним из эффективных технологических приемов производства качественных керамических изделий является введение различных тонкомолотых добавок. При этом до сих пор остаются малоизученными керамические сырьевые системы, содержащие композиционные добавки. В связи с этим проведены комплексные исследования керамических масс на основе лессовидных суглинков в композиции с механоактивированными композиционными добавками с учетом специфических свойств конкретных сырьевых материалов и во взаимосвязи доминирующих факторов каждого технологического передела (предварительная подготовка сырья, формование, сушка, обжиг).

В качестве исследуемых сырьевых материалов были выбраны лессовидный суглинок Чаганского месторождения Западно-Казахстанской области как основное глинистое сырье, а для создания композиционной механоактивированной добавки выбран доменный гранулированный шлак и уголь. Для достижения поставленной задачи сначала сырьевые материалы дозировали согласно матрице планирования эксперимента, подготовка композиционной добавки доменный гранулированный шлак – уголь подвергали механической активации путем совместного помола в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 1500-2000 см2/г.

Для установления функциональных зависимостей свойств образцов от состава с целью их оптимизации использовали математический метод планирования.

Основные факторы варьирования исследуемых факторов в керамической композиции: лессовидный суглинок – композиционная добавка (доменный гранулированный шлак – уголь) приведены в таблице 4 и на рисунке 3.

Таблица 4 - Основные факторы варьирования исследуемых факторов в керамической композиции

Наименование исследуемых факторов Код Уровни варьирования
-1,41 -1 0 +1 +1,41
Содержание суглинка, мас.% Х1 95,0 90,0 85,0 75,0 65,0
Содержание композиционной механактивированной добавки, % Х2 5,0 10,0 15,0 25,0 35,0

Реализация рототабельного плана второго порядка для двух переменных позволила получить математическую модель зависимости свойств от состава в виде полного квадратного уравнения:

W950– Водопоглошение

W950=9,572+0,121Х+0,157У-4,195е-4Х2-0,005ХУ-3.439е-4У2

ZR950 - Прочность

ZR=12.649+0,006х+0,14у-2,682е-4Х2+0,004ХУ-0,007У2

Rp950- Плотность

Rp=1635.78+2,686х-10,671у+0,003Х2-0,003ХУ+0,13У2

Анализ изменения исследуемых свойств образцов от содержания композиционной добавки позволил оптимизировать составы керамической массы. За оптимальные составы керамической композиции принимали смеси обладающие высокими показателями исследуемых свойств. Этим требованиям соответствуют составы керамической массы, находящиеся в области, ограниченной следующими предельными концентрациями компонентов, мас %: лессовидный суглинок 80,0-85,0; механоактивированная композиционная добавка 15,0-20,0. Как показывают результаты исследования, с повышением содержания механоактивированного гранулированного доменного шлака и угля за счет уменьшения содержания лессовидного суглинка наблюдается увеличение прочности при сжатии и изгибе, а также морозостойкости. При этом чем больше удельная поверхность молотой композиции, тем выше показатели указанных исследуемых свойств. Например, увеличение прочности при сжатии и изгибе с изменением удельной поверхности от 800 до 2000см2/г составляет от 10,1до 17,2МПа и от 2,8 до 5,1МПа соответственно. Следует отметить, что увеличение прочности при сжатии и изгибе в целом составляет более 50 %. С увеличением удельной поверхности композиционной смеси наблюдается существенное увеличение морозостойкости. Сравнительный анализ изменения этих свойств по сравнению с образцами на основе чистых суглинков общее показал, что увеличение прочности при сжатии составляет 60%, при изгибе 80%, а увеличение морозостойкости составляет от 15 циклов до 50 циклов, т.е. в среднем в 3,5 раза.

а) – водопоглощение; б) – прочность;

 в) - средняя плотность -2  в) - средняя плотность -3

в) - средняя плотность

 Изменение физико-механических-4

Рисунок 3 - Изменение физико-механических свойств образцов, обожженных при 950 ОС в зависимости от состава композиции

Что касается изменений средней плотности, то несмотря на то, что увеличивается удельная поверхность вводимой композиционной добавки, предполагающая повышение средней плотности образцов из-за увеличения плотности упаковки сырьевой системы в целом, наблюдается существенное снижение показателей средней плотности термообработанных образцов на основе исследуемой керамической композиции. Снижение средней плотности по сравнению с показателями средней плотности образцов на основе чистых суглинков составляет от 1850 до 1710 кг/м3, что составляет около 8%, то есть масса 1м3 изделия на основе исследуемых образцов легче сравниваемых на 120-140 кг.

Это подтверждается и снижением массы полнотелого кирпича от 4,3 до 3,2 кг. Увеличение удельной поверхности вводимой комплексной добавки способствовало также повышению показателей водостойкости по сравнению с образцами на основе чистых суглинков от 0,7 до 0,92. А сравнение изменения показателей водопоглощения показывает, что повышение удельной поверхности композиции приводит к незначительному снижению их показателей и находится в пределах 13,8-13,1%.

Широкий спектр изменений физико-механических свойств исследуемой керамической композиции с введением тонкомолотых композиционных добавок по сравнению со свойствами образцов на основе чистых суглинков свидетельствует о сложных структурных изменениях и преобразованиях в пробах.

Поэтому детальное их исследование представляет научно-практический интерес с точки зрения разработки оптимальных соотношений сырьевых компонентов, создания эффективных технологических приемов на стадиях подготовки сырья, перемешивания и формования. Это также необходимо для выбора рациональных режимов сушки и термообработки, достижения необходимых технологических условий образования кристаллических и минеральных фаз, обеспечивающих получение стеновой керамики с требуемыми эксплуатационными свойствами и низкими энергетическими затратами.

Сравнение микроструктур образцов на основе чистых суглинков и композиции с добавлением механоактивированного доменного гранулированного шлака и угля показало кардинальные различия их структуры. Как показывают электронные снимки, микроструктура образцов на основе чистых суглинков представлена в основном спеченными частицами глинистых минералов.

По результатам рентгенофазового анализа в пробе наблюдаются рефлексы таких минералов, как кварц d/n=4,23; 3,34;1,974;1,813; 1,538*10-10м, полевой шпат d/n=3,18; 2,286*10-10м, кальцит d/n=3,02; 2,018; 1,912*10n и гематит d/n=1,839; 1,686; 1,590*10-10м..

В минерально-фазовом составе нет резких изменений. Термообработанные образцы даже до 1000оС хорошо поляризуют свет и сохраняют свое первоначальное микроскопическое строение, то есть образование новых кристаллических соединений не наблюдается за исключением соединений, окрашивающих обожженную массу в красный цвет.

Комплексный и сравнительный анализ микроструктуры, изменения и распределения основных силикатообразующих химических элементов в керамических массах показывает, что введение механоактивированных композиционных добавок в виде доменного гранулированного шлака и угля с различными удельными поверхностями (800-1500-2000 см2/г) приводит к значительному общему изменению морфологии микроструктуры керамического черепка. Подтверждение этому - электронные снимки, выполненные в различных увеличениях, как чистого суглинка, так и керамической композиции с добавкой тонкомолотого доменного гранулированного шлака и угля.

Микроструктура керамического черепка с механоактивированными композиционными добавками существенно отличается по взаиморасположению глинистых агрегатов и микрочастиц дисперсных композиционных добавок. Как показывают электронные микроснимки (рисунок 4), тонкодисперсные частицы равномерно обволакивают более крупные частицы лессовидного суглинка и характеризуются более плотным взаиморасположением разнородных частиц.

При этом следует отметить, что вся структура керамического черепка покрыта микропорами, особенно в местах соединения тонкодисперсных добавок с глинистыми частицами. Это свидетельствует о том, что присутствие механоактивированных композиционных добавок из доменного гранулированного шлака и угля способствует существенному увеличению степени пористости исследуемой пробы.

Рисунок 4 - Микроструктура керамического черепка на основе лессовидного суглинка с механоактивированной композиционной добавкой (х2000)

Более детальный анализ микроструктуры позволил заключить, что в увеличении степени пористости керамических образцов ведущую роль играет содержание не только тонкомолотого угля, но и самого доменного гранулированного шлака. Подтверждение этому - изучение макро- и микроструктуры доменного гранулированного шлака. Дело в том, что частицы доменного гранулированного шлака в естественном виде пронизаны микро и макропорами. Причем микропористость шлака сохраняется даже в тонких частицах после помола, что подтверждается данными электронной микроскопии.

Детальный анализ полученных результатов дает основание утверждать, что именно этот факт обеспечивает сравнительно низкие показатели средней плотности термообработанных образцов, несмотря на значительный удельный вес составляющих компонентов.

4 Исследование и разработка технологических параметров производства керамического кирпича, модифицированного композиционными добавками

Показатели упаковки пресспорошков значительно изменяются в зависимости от их влажности. Она оказывает определенное влияние, как на технологические процессы, так и на свойства полуфабриката.

Поэтому с целью определения оптимальной формовочной влажности для сырьевых смесей системы изучалось влияние влажности на сырцовую прочность полуфабриката, отформованного при фиксированном давлении прессования. Давление прессования для рассматриваемых систем составило 17 МПа, что не расходится с показателями прессового усилия, принятыми на действующих заводах.

Результаты экспериментальных исследований приведены на рисунке 5.

а) б)  а) при влажности 10%; б) при влажности 7% -7

а) при влажности 10%; б) при влажности 7%

Рисунок 5 – Зависимость сырцовой прочности от состава керамической композиции

Повышение влажности более 10% приводит к постепенному снижению прочности сырца. Одним из основных факторов, обеспечивающих требуемую сырцовую прочность, является сырьевой состав керамических масс и оптимальное удельное давление прессование.

Актуальность данного вопроса возрастает при использовании много- компонентных керамических композиций с разнородными характеристиками сырьевых материалов. Для проведения экспериментальных работ по определению оптимального давления прессования для исследуемых керамических масс были отформованы образцы кубы (5х5х5 см) при различных давлениях прессования (8, 13,18 МПа).

При давлении прессования свыше 18 МПа на образцах на основе чистого суглинка наблюдались упругие деформации и появление трещин. Почти у всех образцов, отформованных при этом давлении, отмечаются высокие значения сырцовой прочности.

Таким образом, во всех композиционных составах с увеличением давления прессования увеличивается сырцовая прочность образцов.

Экспериментальные данные подтверждает возможность получения качественного полуфабриката на основе исследуемых составов керамических композиций при давлении прессования 15 – 20 МПа.

Результаты проведенных экспериментальных исследований приведены на рисунке 6

а) б)

 а - 13,0 МПа; б - 18,0 МПа -8 а - 13,0 МПа; б - 18,0 МПа -9

а - 13,0 МПа; б - 18,0 МПа

Рисунок 6 – Зависимость сырцовой прочности от состава керамических композиций при давлении прессования

Оптимальную температуру обжига изделий и продолжительность выдержки определяли по однородности спекания в изломе изделий и соотношению кристаллических и стеклофаз, обеспечивающих требуемые показатели физико-механических свойств готового продукта.

Для достижения однородности спеков изделий продолжительность выдержки составила 2 ч.

Режим охлаждения изделий подбирали экспериментальным путем. Оптимальная скорость охлаждения составила 2-2,2 0С в мин. При этом полученные изделия не имели трещин и обладали высокими механическими свойствами.

Таким образом, для изделий на основе исследуемых керамических композиции установлены следующие параметры обжига: максимальная температура обжига 950 0С; средняя скорость нагрева сырца 50 0С/ч; продолжительность цикла - 26 ч.

5 Опытно-промышленное испытание и освоение технологии производства керамического кирпича полусухого прессования с использованием лессовидных суглинков и механоактивированных композиционных добавок и технико-экономическая эффективность

Исследование технологических параметров позволило разработать технологию получения керамического кирпича из исследуемой керамической композиции (рисунок 8).

Опытно-промышленные испытания проведены в производственных условиях в ТОО «Building Materials Company» (г. Уральск, ЗКО). Выпущены промышленные партии кирпичей в количестве 10 тыс. шт.

Рисунок 8 - Технологическая схема производства керамического кирпича на основе предлагаемой сырьевой композиций

Обожженные кирпичи имели четкие грани, гладкую поверхность и обладали соответствующей цветовой гаммой. Физико-механические свойства полученных и заводских изделий представле­ны в таблице 5

Таблица 5 - Сравнительные показатели керамического кирпича по заводской технологии и на основе предлагаемой сырьевой композиции согласно разработанным технологическим режимам

Показатели Ед. изм. Завод-ская техно-логия Керамический кирпич с использованием механоактивированных композиционных добавок
удельная поверхность см2/г
800 1500 2000
Температура обжига С 1030 950 950 950
Предел прочности при: сжатии МПа 9-11 10,1-11,2 12,-14,1 15,3-17,2
изгибе МПа 1,9 2,8-3,1 3,4-3,5 4,2-5,1
Морозостойкость циклы 15 более 25 более 30 более 50
Средняя плотность кг/м3 1810 1760 1650 1680
Масса полнотелого кирпича кг 4,3 3,8 3,2 3,5
Коэффициент водостойкости 0,7 0,87 0,89 0,92
Водопоглощение % 13,8 13,6 13,2 13,1
Расход топлива на 1000 шт. кирпича кг 150 120 119 118


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.