Разработка огнеупорных покрытий и кладочных растворов футеровки ковшей литейного производства с применением промышленных отходов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Сокорев, Александр Александрович

• Сокорев, Александр Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сокорев, Александр Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1. Состояние вопроса и тенденции повышения качества футеровки.

1.2. Применение промышленных отходов, как альтернатива дефицитным сырьевым материалам, в комплексной технологии получения отливок.

1.3. Связующие, перспективные методы и технологии формирования спеченного слоя (синтеза) огнеупорных покрытий и кладочных растворов: с помощью обжига, химического отверждения.

1.4. Параметры измельчения и современные методы получения прецизионных свойств с помощью активации огнеупорных наполнителей.

Выводы по главе 1.

2. ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Характеристика исходных материалов.

2.2. Другие материалы, средства измерений и вспомогательное оборудование.

2.3. Методы исследований.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ ВЫБОРА ОГНЕУПОРНОЙ ОСНОВЫ РАСТВОРА.

3.1. Определение и исследование химического состава отходов.

3.2. Исследование фазового состава отходов.

3.3. Микроскопические исследования отходов.

3.4. Термические исследования отходов.

3.5. Исследование гранулометрического состава отходов.

3.6. Исследования площади удельной поверхности ИМ-2201от.

Выводы по главе 3.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЫБОРУ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕЙ СИСТЕМЫ РАСТВОРОВ.

4.1. Измельчение глин «сухим» способом.

4.2. Измельчение глин с применением активных добавок (ПАВ).

4.3. Классификация глин по получению активности в ультрадисперсном интервале распределения размеров.

Выводы по главе 4.

5. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ ОГНЕУПОРНЫХ РАСТВОРОВ.

5.1. Создание огнеупорных обжиговых растворов.

5.2. Создание химически твердеющих растворов.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка огнеупорных покрытий и кладочных растворов футеровки ковшей литейного производства с применением промышленных отходов»

Актуальность* работы. Одной из важных задач литейного производства является увеличение срока эксплуатации раздаточных и разливочных ковшей и печей. Её решение в большей мере определяется качеством применяемых огнеупорных материалов (огнеупорность, прочность, термостойкость, устойчивость действию шлака и др.), и также зависит от соблюдения технологий приготовления и нанесения огнеупорных материалов, что в совокупности влияет на себестоимость отливок.

В литейном производстве для транспортировки и литья стальных и чугунных отливок используются раздаточные и разливочные ковши с футеровкой шамотными кирпичами типа ША-5. Согласно технологии, кирпичи в ковше связаны огнеупорным раствором преимущественно на основе диоксида кремния (наполнитель) и огнеупорной глины с водой (связующий компонент). Многолетний опыт приготовления ковшей свидетельствует о том, что кладка кирпичей, огнеупорное покрытие и соединяющие их растворы претерпевают существенные изменения технологических и геометрических свойств ещё в процессе сушки и спекания их компонентов. Иными словами, еще до первой заливки расплава. В результате комплекс «сушка, спекание, синтез» не достигает необходимых требований по целому ряду ключевых свойств, что приводит к уменьшению полезного объёма ковшей за счет формирования и нарастания шлака, выгорания и разрушения, швов между кирпичами и др. В результате стойкость футеровки ковшей составляет 1-7 дней.

В связи с этим актуальными представляются задачи и предложения по замене дорогих и дефицитных огнеупорных материалов на дешёвые промышленные отходы (отработанный катализатор ИМ-2201от, бой шамотного кирпича ША-5от), а также разработка и применение новых экологически безопасных технологических решений и способов получения прецизионных свойств огнеупорных материалов (включая ультрадисперсный уровень).

Цель, работы — разработка составов огнеупорных покрытий и кладочных растворов на основе промышленных отходов, продлевающих межремонтный цикл литейных ковшей, обладающих повышенной прочностью, термостойкостью и химической стойкостью, по сравнению с традиционными растворами на основе кварцевого песка.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучение процесса спекания предлагаемых огнеупорных растворов, как центрального звена в формировании футеровки высокотемпературного оборудования.

2. Определение физико-химических свойств промышленных отходов ИМ-2201от и ША-5от для объяснения причин повышения прочности, термостойкости, химической стойкости и других свойств предлагаемых огнеупорных композиций на основе данных отходов.

3. Установление эффективности применения, в огнеупорных растворах ультрадисперсных частиц огнеупорных глин, полученных разными способами в механических мельницах.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является футеровка высокотемпературного оборудования: кладочные растворы и огнеупорные покрытия раздаточных и разливочных ковшей литейных цехов. Предметом исследования являются свойства огнеупорных материалов, процесс их спекания и стойкость футеровочных масс.

Научная новизна.

1. Вскрыт механизм поэтапного спекания предложенных огнеупорных футеровочных растворов при термоциклировании, заключающийся в образовании тугоплавкой муллитовой конструкции в первом цикле процесса из непрерывной жидкой фазы легкоплавких включений; и превращение её в композитную конструкцию из муллита, корунда и окиси хрома при более высоких температурах на последующих циклах. Поэтапное спекание сопровождается последовательным уменьшением усадки в каждом цикле и связано с последовательным? удалением примесей и релаксацией дефектов структуры.

2. Экспериментально установлен; фракционный характер распределения; размеров? частиц; компонентов, входящих в состав промышленного отхода ИМ-2201, содержащего 4 ярко выраженные фракции со средним размером частиц 18 мкм (А120з), 6 мкм (Сг2Оз), 3;мкм;(8Ю2) иг1\,4 мкм (ДО, ЯгО), причём количество фракций, их твёрдость и огнеупорность возрастают с увеличением размеров частиц, что объясняет поэтапный механизм^ спекания футеровочных растворов на основе промышленных отходов.

3; Экспериментально установлено, что применение огнеупорных глин с ультрадисперсными частицами;. . полученными в результате механохимической активации в составах огнеупорных растворах, способствует уплотнению структуры и увеличению^ физико-химических свойств.

Практическая и экономическая:значимость.;

1. Установлены причины поэтапного спекания многокомпонентных огнеупорных систем, на основании которых можно компоновать составы футеровочных растворов и моделировать режим их спекания.

2. Дополнены и экспериментально обоснованы способы подготовки огнеупорного сырья (огнеупорных и формовочных глин) на заключительном этапе перед смесеприготовительными устройствами, что позволяет получать, повышенную прочность огнеупорных растворов и песчано-глинистых смесей в сыром состоянии, применяемых при производстве стальных и чугунных отливок.

3; Предложена, новая классификация огнеупорных глищ основанная на признаке активности частиц в ультрадисперсном диапазоне размеров, образующихся в процессе их дезинтеграции в механических измельчительных аппаратах. Установлена возможность получения формовочных и футеровочных материалов с повышенными ключевыми свойствами (в частности, с повышенной прочностью и термостойкостью).

4. Внедрение основных результатов работы в производство обеспечило 3-х кратное повышение срока службы раздаточных и разливочных ковшей ГЛЦЧ №2 AMO «ЗИП». Экономический» эффект достигнут за счёт увеличения межремонтных периодов.

5. Получен патент на основании заявки «огнеупорный кладочный раствор» №2009147344 от 22.12.2009 г.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в программе работы: Совместной международной научно-практической конференции ЮНЕСКО, МИЭМП и ГОУ МГИУ «Молодые учёные -промышленности, науке и профессиональному образованию: проблемы и новые решения»; Международной научно-практической конференции «Инженерные системы», РУДН в 2009 и 2010 гг.; Научно-технических семинарах ГОУ МГИУ и НТЦ «Бакор».

В 2009-2010гг. материалы работы занимали 3-е и 2-е места на конкурсе научных работ студентов и аспирантов ГОУ МГИУ. В 2009 году на выставке научно — технического творчества молодёжи НТТМ-ЭКСПО материалы работы отмечены дипломом.

Публикации.

Основное содержание диссертации изложено в 8 работах. Из них 4 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Сокорев, Александр Александрович

Выводы:

Начальник тех. части

ГЛЦКЧ 2 АМО ЗШ1

Начальник плавильного участка ГЛЦКЧ №2 АМО ЗИЛ

Ответственный исполнитель профессор кафедры 14 ГОУ

Исполнитель аспирант кафедры 14 ГОУМГИУ

Матвеенко И. В.

Сокорев А. А.

Губарев А. В. g3lrega8g|g» открытое акционерное московское общество

ЗАВОД имени И.А .ЛИХАЧЕВА» (AMO ЗИЛ)

Автозаводская ул., 23, Москва, 115280 Телефон; (495) 6*7-95-00