РАЗРАБОТКА СОСТАВА МАСС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМОБЕТОНОВ КОРУНДОВОГО СОСТАВА

Гавшина О.В.¹, Дороганов В.А.², Евтушенко Е.И.³

¹Аспирант, ²Кандидат технических наук, ³Доктор технических наук, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

РАЗРАБОТКА СОСТАВА МАСС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМОБЕТОНОВ КОРУНДОВОГО СОСТАВА

Аннотация

В статье приведены результаты исследований по подбору зернового состава заполнителя для композиционных материалов глиноземистого состава. В ходе исследований показана возможность получения керамобетона на основе заполнителя и связующего одного химического и фазового состава.

Ключевые слова: корунд, глинозем, искусственные керамические вяжущие, композиционные материалы, огнеупоры, керамобетоны.

Gavshina O.V.¹, Doroganov V.A.², Evtushenko E.I.³

¹Postgraduate student, ²Candidate of Technical Sciences,³Doctor of Technical Sciences, Belgorod State Technological University

DEVELOPMENT OF MASS PRODUCTION FOR CONCRETE CERAMIC CORUNDUM COMPOSITION

Abstract

The paper presents the results of studies on the selection of grain filler for composite materials aluminous composition. During researches demonstrated the possibility of obtaining on the basis of concrete ceramic filler and a binder of the same chemical and phase composition.

Keywords: corundum, alumina, ceramic binders, artificial, composite materials, refractory materials, ceramic concrete.

В тепловых агрегатах находят применение огнеупорные бетоны, набивные массы и крупные огнеупорные блоки.  Основными  их недостатками являются недостаточная плотность, снижение прочности при нагревании за счет разности химического и фазового состава вяжущего и заполнителя, недостаточное объемопостоянство,  взаимодействие вяжущего с заполнителем с образованием легкоплавких эвтектик, что снижает огнеупорность материала и др. Частичное устранение этих недостатков возможно при применении керамобетонов, представляющих собой гетерогенные полифракционные композиции, состоящие из крупного огнеупорного заполнителя, промежутки между которыми заполнены дисперсной керамической связкой аналогичного химического и фазового состава с образованием прочного конгломерата. [1-5]

Керамобетонные материалы могут быть как неформованными, так и формованными, безобжиговыми и обожженными. Свойства керамобетона определяют составляющие компоненты и структура, которая формируется в процессе изготовления.  При этом особое влияние на свойства керамобетона оказывают свойства вяжущего, прежде всего усадка при сушке и прочность после формования. [2] Одним из перспективных вяжущих для керамобетонов являются искусственные керамические вяжущие (ИКВ) различного состава, полученное по технологии ВКВС. [6-9]

В качестве сырьевых материалов для исследования и разработки корундовых керамобетонов было использовано искусственное керамическое вяжущее и заполнитель на основе корунда и α-глинозема. Оптимальный зерновой состав заполнителя подбирался по значению коэффициента упаковки (К_упок) и коэффициента уплотнения (К_уплот), которые представлены табл.1.

 

Таблица 1 - Оптимальный зерновой состав заполнителя

№  зернового состава	Содержание фракций, %				ρнас.,	Куп
	α-глинозем	более 2.5мм	2,5-0,63 мм	менее 0,63 мм.	г/см3
1		20	60	20	2,18	0,54
2		40	40	20	2,31	0,58
3	10	20	20	50	2,058	0,514

 

Для определения свойств огнеупора на основе корундового керамобетона были сформованы составы с различным содержанием вяжущего и заполнителя, в соответствии с в табл. 2.

 

Таблица 2 - Составы исследуемых керамобетонов

№ состава	№ зернового состава	Содержание ВКВС,%	Содержание заполнителя, %
1.1	1	30	70
1.2	1	35	65
2.1	2	30	70
2.2	2	35	65
3.1	3	57	43
3.2	3	60	40
3.3	3	63	37

 

Для каждого состава методом вибропрессования были изготовлены образцы-кубы которые частично  были подвергнуты обжигу при температуре 1300°С. После чего были определены основные физико-механические характеристики, которые представлены на рис 1-3.

Рис. 1 - Диаграмма значений открытой пористости образцов различного зернового состава

 

На диаграмме видно, что значения пористости образцов четырехфракционного состава больше значений образцов трехфракционого состава. Наибольшими значениями 27-32% характеризуются образцы 3.1 и 3.2 с содержанием вяжущего 57% и 60% соответственно. В трехфракционных составах значение пористости составляет 18-20%, исключением являются образцы 1.1, имеющие в своем составе 60% фракции размерами 2,5-0,63мм и с содержанием ИКВ 30%. Значение пористости состава 1.1 в 1,4 раза превышает значения состава 1.2, содержащего 35% вяжущего.

Рис. 2 - Диаграмма значений кажущейся плотности образцов различного зернового состава

 

Из диаграммы (рис. 2) видно, что плотность изделий напрямую зависит от фракционного состава заполнителя и содержания ИКВ. Наибольшей плотностью характеризуются образцы 2.1, 2.2 и 1.2, значения находятся в интервале 3,17-3,27г/см³. Плотность же образца 1.1, содержащего 30% ИКВ, на 10 % меньше чем у образца 1.2.0

Рис. 3 - Диаграмма значений и прочности на сжатие образцов различного зернового состава

 

Для четырехфракционных составов наблюдается увеличение кажущейся плотности, по мере возрастания содержания в них высококонцентрированной вяжущей суспензии, но значения остаются ниже чем у образцов трехфракционных составов. На диаграмме (рис. 3) видно, что безобжиговые образцы имеют невысокую прочность(1-4 МПа) по сравнению с образцами, которые прошли термообработку 1300 ºС (70 МПа). Для четырехфракционных составов характерно увеличение предела прочности при сжатии с увеличением содержания в них вяжущего компонента, так значения прочности образцов 3.2 и 3.3 более чем в 2,5 раза превышают прочностные характеристики образцов состава 3.1. Образцы с содержанием ИКВ 35% характеризуются максимальной   прочностью 64-70 МПа, в 2,8 раза превосходит образцы с тем же фракционным составом, но с содержанием вяжущего 30%.

Таким образом по результатам исследований физико-механических характеристик экспериментальных составов подвергнутых термообработке при различной температуре был определен оптимальный состав для вибропрессования состав 2.2: 35% - ИКВ на основе корунда, 65% - корунда. Данный состав имеет следующие характеристики после термобработки П_отк = 17,5-18%, ρ_каж = 3,24-3,27 г/см³, σ_сж = 64 МПа.

Данный композиционный материал может быть использован в качестве футеровочного материала для различных тепловых установок, работающих при высоких температурах.

Данная работа выполнена в рамках РФФИ №14-43-08046.

Литература

1. Пивинский Ю. Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. М.: Металлургия, 1990. 272с.
2. Пивинский Ю.Е. Основы технологии керамобетонов// Огнеупоры. 1978. №2. с. 34-42.
3. Гавшина О.В., Дороганов В.А. Разработка и исследование искусственных керамических вяжущих на основе глиноземистого сырья / Наукоемкие технологии и инновации (XXI Научные чтения): Междунар. науч.-практ.конф.,(Белгород, 9-10 окт. 2014 г. ), Белгород: Изд-во БГТУ, 2014. С. 70-73.
4. Дороганов Е.А., Дороганов В.А., Бельмаз Н.С., Тимошенко К.В., Трепалина Ю.Н., Перетокина Н.А., Немец И.И., Евтушенко Е.И., Зуев А.С. Разработка и исследование композиционных огнеупорных материалов на основе модифицированных дисперсных систем // Новые огнеупоры. 2009. № 11. С. 35–41
5. Евтушенко Е.И., Перетокина Н.А., Сулейманова Л.А., Сыса О.К., Бедина В.Ю., Миженина О.В. Теплоизоляционные материалы на основе искусственных керамических вяжущих различного состава // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. № 6. С. 149-151.
6. DoroganovE. A. Bel’mazN. S., DoroganovV. A., TimoshenkoK. V., TrepalinaYu. N., PeretokinaN. A., NemetsI. I.,  ZuevA. S., EvtushenkoE. I.  Development and study of composite refractory materials based on modified dispersed// Refractories and Industrial Ceramics. 2009.Volume 50, Number 6. р. 431-437.
7. Зуев А.С., Евтушенко Е.И., Дороганов В.А. Применение искусственных керамических вяжущих на основе термоактивированного высокоглиноземистого сырья в технологии полусухого формования // Новые огнеупоры. 2012. № 4. С. 17-20
8. Zuev A.S.Evtushenko E.I., Doroganov V. A. The use of artificial ceramic binders based on thermally activated high-alumina raw materials in a semi-dry pressing technology// Refractories and Industrial Ceramics. 2012. Volume 53, Number 2. р. 97-100.
9. Дороганов Е.А., Дороганов В.А., Евтушенко Е.И., Перетокина Н.А., Бедина В.И., Данилова О.Ю., Гоголевская О.В. Огнеупорные материалы на основе искусственных керамических вяжущих суспензий карбидокремниевого состава// Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. ­­ 2013. № 4. С. 156-160.

References

1. Pivinskij Ju. E. Keramicheskie vjazhushhie i keramobetony. M.: Metallurgija, 1990. 272s.
2. Pivinskij Ju.E. Osnovy tehnologii keramobetonov// Ogneupory. 1978. №2. s. 34-42.
3. Gavshina O.V., Doroganov V.A. Razrabotka i issledovanie iskusstvennyh keramicheskih vjazhushhih na osnove glinozemistogo syr'ja / Naukoemkie tehnologii i innovacii (XXI Nauchnye chtenija): Mezhdunar. nauch.-prakt.konf.,(Belgorod, 9-10 okt. 2014 g. ), Belgorod: Izd-vo BGTU, 2014. S. 70-73.
4. Doroganov E.A., Doroganov V.A., Bel'maz N.S., Timoshenko K.V., Trepalina Ju.N., Peretokina N.A., Nemec I.I., Evtushenko E.I., Zuev A.S. Razrabotka i issledovanie kompozicionnyh ogneupornyh materialov na osnove modificirovannyh dispersnyh sistem // Novye ogneupory. 2009. № 11. S. 35–41
5. Evtushenko E.I., Peretokina N.A., Sulejmanova L.A., Sysa O.K., Bedina V.Ju., Mizhenina O.V. Teploizoljacionnye materialy na osnove iskusstvennyh keramicheskih vjazhushhih razlichnogo sostava // Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2013. № 6. S. 149-151.
6. Doroganov E. A. Bel’maz N. S., Doroganov V. A., Timoshenko K. V., Trepalina Yu. N., Peretokina N. A., Nemets I. I.,  Zuev A. S., Evtushenko E. I.  Development and study of composite refractory materials based on modified dispersed// Refractories and Industrial Ceramics. 2009.Volume 50, Number 6. r. 431-437.
7. Zuev A.S., Evtushenko E.I., Doroganov V.A. Primenenie iskusstvennyh keramicheskih vjazhushhih na osnove termoaktivirovannogo vysokoglinozemistogo syr'ja v tehnologii polusuhogo formovanija // Novye ogneupory. 2012. № 4. S. 17-20
8. Zuev A.S.Evtushenko E.I., Doroganov V. A. The use of artificial ceramic binders based on thermally activated high-alumina raw materials in a semi-dry pressing technology// Refractories and Industrial Ceramics. 2012. Volume 53, Number 2. r. 97-100.
9. Doroganov E.A., Doroganov V.A., Evtushenko E.I., Peretokina N.A., Bedina V.I., Danilova O.Ju., Gogolevskaja O.V. Ogneupornye materialy na osnove iskusstvennyh keramicheskih vjazhushhih suspenzij karbidokremnievogo sostava// Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. ¬¬ 2013. № 4. S. 156-160.