Высокотемпературные теплоизоляционные изделия на основе отходов производства кварцевой керамики (кека)

• Автор: Шелковкина, Наталия Викторовна
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Значение и области применения легковесных огнеупорных материалов

1.2. Зарубежный и отечественный опыт производства легковесных огнеупорных изделий

1.3. Обоснование выбора способа производства высокотемпературной теплоизоляции из микрокремнезема кека Выводы по первой главе

Глава 2. Цель, задачи и общая методология исследований

2.1.Цель и задачи исследований. Рабочая гипотеза

2.2. Методика проведения экспериментов

2.2.1. Исследование физикомеханических и физикохимических свойств

2.2.2. Методика исследования тепломассопереноса, теплофизических и термомеханических свойств
2.3 Использование аппарата математического планирования эксперимента
2.4.Статистическая обработка результатов эксперимента Глава 3. Теоретические и практические предпосылки получения высокотемпературной теплоизоляции из микрокремнезема кека
по скоростной технологии
3.1. Характеристика сырьевых материалов
3.2. Строение системы микрокремнеземвода
3.3. Выбор способа улучшения влагопроводных свойств кекополистирольной массы
3.4. Приготовление формовочной смеси
3.4.1. Изучение формовочных свойств системы кекшамотполистирол
3.4.2. Подбор оптимальных размеров и количества вводимой
отощающей добавки
3.5. Закономерности формирования структуры сырца в процессе формования совмещенного с тепловой обработкой
3.5.1. Тепло и массоперенос на различных этапах формования
3.5.2. Изучение влияния параметров электропрогрева на закономерности переноса вещества и формирование структуры сырца
3.6. Конвективная сушка
3.7. Кристаллизация и спекание кварцевой керамики
3.7.1. Основные сведения
3.7.2. Кристаллизация аморфного кремнезема
3.7.3. Теория спекания
3.7.4. Взаимосвязь спекания и кристаллизации
3.7.5. Режимы обжига изделий из кека
Выводы по главе 3
Глава 4. Результаты исследования структуры и физикотехнических свойств высокотемпературной теплоизоляции объемного прессования на основе кека
4.1. Исследования свойств макро и микроструктуры высокотемпературной теплоизоляции из кека
4.1.1. Рентгеноструктурный анализ
4.1.2. Электронномикроскопический анализ
4.1.3. Пористость
4.2. Изучение механических и теплофизических свойств
Глава 5. Моделирование, статистический анализ и оптимизация технологии высокотемпературной теплоизоляции из микрокремнезема кека. Результаты производственных испытаний и техникоэкономическое обоснование предложенной технологии
5.1. Математическое моделирование процессов и системный анализ технологии высокопористой кварцевой керамики
5.1.1. Подготовка гранул пенополистирола
5.1.2. Приготовление формовочной смеси
5.1.3. Электропрогрев
5.1.4 Сушка
5.1.5. Обжиг
5.2. Производственная проверка исследований
5.2.1. Разработка технологической линии по производству кварцевого легковеса
5.3. Техникоэкономическое обоснование предложенной технологии кварцевого легковеса
5.4. Рекомендации по применению пористых огнеупорных материалов на основе кека
Выводы по главе 5
Основные выводы
Библиографический список
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


В большинстве из известных работ по данному вопросу создание пористой структуры достигалось методом пенообразования. Первые сведения о получении кварцевой пенокерамики были опубликованы в работе 8. Метод изготовления пористых керамических материалов с применением пенообразователей заключается в предварительной подготовке суспензии и пены, последующем их смешении для получения пеномассы, литье, сушке и спекании ,. Показатель ф, составляющий на стадии суспензии 0,0,, в процессе получения пеномассы понижается до 0,0,, а затем повышается до 0,0, при литье и сушке, 0,0, при спекании. Как правило, процесс сушки отливок пенокерамических материалов сопровождается объемными усадками , а процесс спекания . Основными характеристиками пен и пеномасс являются кратность и стойкость пены, кратность и плотность пеномассы и ее усадка при сушке. Существенную роль играет и концентрация влажность исходной суспензии, определяющая в основном объемные изменения усадку пеномассы при сушке. УПМ у пм
л Рс I Рпм
Уи рис. Важной характеристикой пенокерамических отливок является плотность упаковки твердой фазы в материале каркаса, определяющая величину усадки, необходимую для полного спекания ,. Рис. Обобщенная схема уплотнения керамических систем на различных стадиях технологии при получении пенокерамики 1порошки Исуспензии IIIпеномассы 1литье сушка спекание. В работе кварцевую пенокерамику получали с применением клееканифольной эмульсии. Суспензии при этом были приготовлены различными способами из порошков сухого вибропомола или полученных мокрым помолом в гуммированных и стальных шаровых мельницах. Лучшие результаты при этом были получены из суспензий, полученных мокрым помолом. Оптимальное значение достигалось в процессе кислотной отмывки от намола железа и исследующей серии декантаций. Свойства пеномассы, высушенных и обожженных образцов, представлены в табл. Таблица 1. Кол ячее т по пены на 0 г. У X О л X х о 5 рпм гсм 1 Я л РОТЛ гсм к . И л . Для получения пенокерамики с р1. Обжиг пенокерамики осуществлялся при С при скорости подъема температуры С в час. Полученная в работе кварцевая пенокерамика по типу структуры, согласно классификации, предложенной в , относится к ячеистой, не имеющей спекшегося каркаса. Одной из причин частичной кристаллизации материала при спекании и невозможность достижения спекшегося каркаса керамики в указанной работе является, видимо, сравнительно низкая плотность упаковки твердой фазы в перемычках. Последнее приводит к необходимости повышения температуры или продолжительности спекания. В этой связи представило интерес изучить возможность применения для получения кварцевой пенокерамики высокоплотных суспензий кварцевого стекла, полученных по методам . На перспективность использования таких суспензий указывалось и в работе . При проведении данных исследований предполагали, что, используя высококонцентрированные суспензии, представится возможным получить пеномассы с низкой влажностью, с малыми объемными изменениями при сушке, высокой плотностью упаковки твердой фазы в каркасе и, как следствие, пенокерамику с малыми усадками при спекании. В качестве пенообразователя использовалась клееканифольная эмульсия. Кратность выхода пены Пп составляла, как правило, плотность пены 0, гсм3. С целью увеличения устойчивости пены изучены добавки метилцеллюлозы и аэросила, вводимые в расчете 0,5 и 1,0 на массу эмульсии. Одним из показателей устойчивости пены У является время, за которое высота столба пены убывает в два раза. Из рис. У. повышается в 3, 5 раза при добавке 1,0 аэросила и в 4,7 раза при добавке 1,0 метилцеллюлозы. Указанный эффект достигается за счет существенного увеличения реологических характеристик предела текучести и структурной вязкости пены. Как видно из рис. П Полная реологическая кривая пены без добавок показана на рис. Исходная пена характеризуется как твердообразная дисперсная система с отчетливо выраженным пределом текучести и тиксотропным характером течения. Рис 1. Кинетика разрушения пены исходной 1, с добавкой 1 аэросила 2, с добавкой 1 метилцеллюлозы 3.