Фазовый состав и свойства материалов на основе магнезиальноглиноземистой шпинели

• Автор: Арбузова, Наталия Викторовна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Синтез алюмомагнезиальной шпинели

1.2 Диаграмма состояния системы М0А

1.3 Физикохимические свойства алюмомагнезиальной шпинели

1.3.1 Физикотехнические свойства алюмомагнезиальной

шпинели

1.3.2 Химическая устойчивость алюмомагнезиальной

шпинели

1.4 Применение алюмомагнезиальной шпинели

1.5 Выводы из АНАЛИТИЧЕСКОГО ОБЗОРА
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Исходные материалы
2.1.1 Материалы для синтеза легированной шпинели
2.1.2 Исходные материалы для изготовления опытных образцов
2.2 Методы исследования
2.2.1 Стандартные методы анализа
2.2.2 Определение истинной плотности
2.2.3 Определение кажущейся плотности, открытой пористости и водопоглощения материала в зерне. Ускоренный метод
2.2.4 Определение микротвердости
2.2.5 Оценка термостойкости
2.2.6 Определение удельной поверхности порошков
2.2.7 Определение насыпной плотности
2.2.8 Рентгенофазовый анализ
2.2.9 Исследование микроструктуры образцов
2.2. Качественный и количественный анализ с использованием растрового электронного микроскопа
2.2. Определение термического коэффициента линейного
расширения
2.2. Определение шлакоустойчивости
3 СИНТЕЗ И СТРУКТУРА ЛЕГИРОВАННОЙ АЛЮМОМАГНЕЗИАЛЬНОЙ ШПИНЕЛИ
3.1 Синтез легированной алюмомагнезиальной шпинели
3.2 Структура легированной алюмомагнезиальной шпинели
3.2.1 Макроструктура блока плавленой легированной
алюмомагнезиальной шпинели
3.2.2 Микроструктура плавленой легированной шпинели
3.3 Синтез легированной магнезиальноглиноземистой шпинели без
предварительной подготовки шихты
Выводы по главе 3
4 СВОЙСТВА ПЛАВЛЕНОЙ ЛЕГИРОВАННОЙ АЛЮМОМАГНЕ
ЗИАЛЬНОЙ ШПИНЕЛИ
4.1 Определение стандартизованных показателей свойств плавленой легированной шпинели
4.2 Оценка влияния химического состава плавленых шпинельных материалов на свойства образцов
4.3 Оценка химической устойчивости шпинельных материалов к цементному клинкеру
Выводы по главе 4
5 СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ПЕРИКЛАЗОШПИНЕЛЬНОГО СОСТАВА
5.1 Состав и свойства образцов огнеупоров периклазошпинельного
состава
5.2 Микроструктура периклазошпинельных образцов
5.3 Определение характеристик периклазошпинельных образцов
5.4 Определение предела прочности при сжатии периклазошпинельных образцов
5.5 Определение остаточной прочности при сжатии после испытания на термостойкость
5.6 Определение погрешности измерения предела прочности при сжатии
для периклазошпинельных образцов
5.7 Определение химической устойчивости периклазошпинельных образцов на контакте с основным шлаком
Вывода по главе 5
6 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАВЛЕНОЙ
ЛЕГИРОВАННОЙ ШПИНЕЛИ
Выводы по главе 6
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Тип магнезиальной составляющей также имеет существенное значение для шпинелеобразования. В работе [], синтезирована шпинель из М§0, 1^С, у- А0з и а- А при различных температурах, пользуясь рентгенофазовым методом установлено, что в смесях М§С и у- А полное образование шпинели происходит при °С, а при использовании М§0 и а- Л - при °С. Скорость образования шпинели достигает' наибольшего значения при °С и при более высоких температурах становится одинаковой для всех смесей. Поскольку твердофазному синтезу способствует реакционная активность компонентов, то наиболее низкую температуру начала шпинелеобразования (0-0)°С имеет смесь гидроксидов магния и алюминия. Сказывается на шпинелеобразовании и скорость нагрева: степень синтеза при быстром режиме нафева в большинстве случае выше, чем при медленном. Продолжительность выдержки при относительно низких температурах (0-)°С не оказывает существенного влияния на образование шпинели, при более же высоких температурах (-)°С увеличение выдержки заметно интенсифицирует шпинелеобразование []. Равновесное состояние по выходу шпинели устанавливается после 4-6 часов выдержки. По всем данным, при температуре °С количество шпинели достигает практически 0 %. Синтез шпинели может быть ускорен за счет введения минерализующих добавок. Минерализующим действием (на синтез магнезиальноглиноземистой шпинели) обладают добавки В3, ТЮ2, Сг3, /Ю2 и др. Поэтому добавкой, интенсифицирующей синтез магнезиальной шпинели при ]0°С, является, например, хлористый магний (tnn =8°С), тогда как хлористый натрий (1Л =0°С) не оказывает никакого влияния на протекание синтеза []. Крупнейшим производителем шпинелей, полученных твердофазным синтезом с последующим спеканием, является компания '’Alcoa World Chemicals" (Германия), в качестве сырья используют глинозем и спеченный оксид магния ( из морской воды и др. Данное производсгво порошков заключается в смешении и последующем совместном помоле исходных материалов, полученную смесь гранулируют и высушивают. Далее гранулы обжигают для синтеза шпинели и ее спекания, затем материал подвергают помолу и рассеву на фракции, необходимые потребителю [J. Характеристика шпинсльных порошков ’'Alcoa’’ приведена в таблице 1. Открытая пористость, % 0,-1. В России спеченную шпинель в промышленных масштабах не производят. Для производства огнеупоров отечественные предприятия используют преимущественно плавленые порошки алюмомагнезиальной шпинели. Богдановичское ОАО «Огнеупоры» и ОАО «Боровичский комбинат огнеупоров» чаще всего используют каустический магнезит, глинозем марок Г-0, Г- и Г-1 по ГОСТ 8- или бокситы [,,]. Изготовление порошков плавленой шинели осуществляют по следующей технологической схеме. Смесь порошков заданного химического состава подается в элекгродуговую печь, где происходит ее плавление и накопление расплава. Полученный расплав, либо охлаждается в виде блока, либо производится слив в подготовленные изложницы. После остывания материал извлекают из изложниц и подвергают дроблению на необходимые фракции. Полученная магнезиально-глиноземистая шпинель отечественных заводов имеет примерно одинаковый химический состав, массовая доля, : MgO, в пределах %-%; А0з, в пределах %-%; СаО, не более 1,0%; Si, не более 0,6%; Fe3 не более 0,9%. Одним из основных недостатков существующих промышленных способов получения качественного шпинелыюго материала, получаемого в электродуговых печах, является большой коэффициент расхода шихты при получении плавленого материала, отсутствие дополнительной подготовки шихты для плавления, что приводит к ее расслаиванию и получению материала неоднородного по химическому и фазовому составу, что в целом приводит к снижению выхода годного продукта, увеличению стоимости плавленого материала. При индукционном нагреве ванна расплава удерживается в гарнисаже, который образуется при контакте расплава с водоохлаждаемой стенкой тигля. Такие тигли называют «холодными» и они являются единственным эффективным средством проведения плавки высокотемпратурных оксидов в гарнисаже [,].