Пискун Тетяна Василівна. Діоксидцирконієві неформовані вогнетриви для футерівки індукційних печей виробництва прецизійних сплавів

brief description

Пискун Тетяна Василівна. Діоксидцирконієві неформовані вогнетриви для футерівки індукційних печей виробництва прецизійних сплавів: дисертація канд. техн. наук: 05.17.11 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2003.

Пискун Т.В. Діоксидцирконієві неформовані вогнетриви для футерівки індукційних печей виробництва прецизійних сплавів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2003.
Дисертацію присвячено технології неформованих вогнетривів з діоксиду цирконію для футерівки індукційних печей. Вивчено гетерогенні композиції на основі діоксиду цирконію: їх металостійкість, кут змочування, закономірність впливу спікаючих і зв’язуючих додатків на утворення металонепроникної структури. Наведено теоретичне узагальнення отриманих результатів: склади набивних мас з комплексною зв’язкою, до якої входить цирконійвмісне в’яжуче, визначено кращими. Нове рішення наукової задачі полягає в створенні металонепроникної в індукційному полі діоксидцирконієвої футерівки і теплоізоляційного порошку з ZrО2двофазної моноклінно-тетрагональної структури. Технології мас з цирконійвмісним цементом і теплоізоляційного порошку впроваджено у виробництво.

Встановлено склади композицій на основі діоксиду цирконію, які підвищують чистоту аморфних сплавів шляхом зниження вмісту неметалічних вкраплин у 2 3 рази, утворюють металонепроникність футерівки в індукційному полі плавильних агрегатів, не змочуються аморфним сплавом, витримують термоудар при швидкому нагріванні (16001800 С за 30 хв.) і мають тривалість служби більш 50 плавок без спрацьовування футерівки: склади з заповнювачем із повністю застабілізованого оксидом кальцію ZrO2і комплексною зв’язкою з 10 % алюмоцирконатостронцієвого цементу та 3% ЕСК-5 для прецизійних сплавів, які не містять вуглець, а також з додатком 5 % графіту для сплавів, які містять вуглець. Досліджено механізм і запропоновано спосіб створення теплоізоляційного порошку термостабільного складу з ZrО2моноклінної фази, який модифіковано тетрагональною фазою, що приводить до утворення міцної структури незастабілізованого ZrO2і подовжує тривалість служби теплоізоляційних порошків, виготовлених з такого матеріалу, на 30 %. Результати досліджень використано при розробці технології виробництва неформованих вогнетривів на основі ZrО2, які забезпечують ефективну, безпечну і надійну експлуатацію індукційних печей спікання і плавлення прецизійних сплавів.

2. Встановлено залежність міцності цирконійвмісних в’яжучих від температури термообробки алюмінатів і цирконатів: міцність алюмоцирконатошпінельного в’яжучого в ряду досліджених складів найбільша в присутності CaZrO3, випаленого при 16501750 С, коли перехід іонів Са2+в трьохкальцієвий алюмінат відбувається найбільш повно. Показано, що головним фактором формування структури SrAl2O4при температурі більш 1450 С є час ізотермічної витримки, а не температура.

Виявлено, що склад з заповнювачем із повністю застабілізованого CaO діоксиду цирконію і зв’язного з 10 % АМЦ або SrAZ, 3 % кремнійорганічного полімеру ЕСК-5, 5 % графіту не пропускають металічний розплав і мають крайовий кут змочування 131135 , а склад з заповнювачем із CaZrO3з 10 % АМЦ має =132 .
Фізико-механічними дослідженнями встановлено, що діоксидцирконієві набивні маси з 10 % алюмоцирконатостронцієвого та алюмоцирконатошпінельного в’яжучих в поєднанні з 3 % ЕСК-5 мають високий критерій термостійкості RIII, 912 и 1121 см2/кг відповідно.
На підставі даних з металостійкості, електроопору, фізико-хімічних процесів, що відбуваються у набивних масах при нагріванні, рекомендовано склади набивних мас на основі ZrО2для промислових випробувань: маса з заповнювачем із застабілізованого CaO діоксиду цирконію на цементі з графітом і ЕСК-5 для сплавів, що містять вуглець, без графіту для сплавів, що не містять вуглець.
Запропоновано спосіб футерування і конструкцію плавильної камери, які забезпечують надійність і безпеку експлуатації виготовлення футерівки бікерамічною, з робочим шаром з діоксидцирконієвої маси і буферним з периклазу.
Встановлено механізм спрацьовування діоксидцирконієвої футерівки, котрий полягає в дестабілізації поверхні зерен заповнювача в робочій і перехідній зонах футерівки, утворенні склофази, яка заповнює пори і перешкоджає проникненню металічного розплаву. Збільшення склофази є наслідком насичуваності футерівки оксидами, які мігрують з металічного розплаву, а також часткового розчинення глиноземвмісного компоненту в’яжучого, який повністю зникає у робочій зоні, переходячи у геленіт 2CaOAl2O3SiO2.
Встановлено механізм зміцнення матеріалу з незастабілізованого ZrО2: при введенні оксихлориду цирконію до ZrО2моноклінної фази одержана двофазна структура, яка складається з моноклінної і тетрагональної модифікацій ZrО2. Порошки, виготовлені з такого матеріалу, не забруднюють пилом пічний простір.
На основі виявлених наукових положень розроблено і вдосконалено технології виробництва двох неформованих діоксидцирконієвих матеріалів: теплоізоляційних порошків із незастабілізованого ZrО2для індукційних печей спікання та набивних мас з цирконійвмісним в’яжучим для індукційних печей плавлення прецизійних сплавів. Розроблено та затверджено нормативну документацію на вогнетриви. Виготовлено дослідні партії діоксидцирконієвих порошку і набивної маси, проведено їх успішні промислові випробування.
Технології набивних мас та теплоізоляційного порошку, захищені 6 авторськими свідоцтвами, впроваджено в Україні, у ВАТ УкрНДІВ ім.А.С.Бережного”, а технологію порошків також і в Росії, на Боровичському комбінаті вогнетривів. Використання розроблених вогнетривів дозволило отримати економічний ефект у розмірі 990 тис. руб., частка ВАТ УкрНДІВ ім.А.С.Бережного” 350 тис. руб., у т.ч. фактичний 150 тис. руб. (у цінах 1989 р.).