Кущенко Павло Олександрович. Вібролиті тиглі із стабілізованого діоксиду цирконію для індукційної плавки платини

Краткое описание

Кущенко Павло Олександрович. Вібролиті тиглі із стабілізованого діоксиду цирконію для індукційної плавки платини: дис... канд. техн. наук: 05.17.11 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2004

Кущенко П.О. Вібролиті тиглі із стабілізованого діоксиду цирконію для індукційної плавки платини. 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, 2004.
Дисертацію присвячено питанню розробки технології вібролитих випалених тиглів із стабілізованого ZrO2, призначених для плавки платини та її сплавів з металами платинової групи в індукційних печах в умовах швидкого нагріву та охолодження. Встановлено оптимальну кількість добавки моноклінного ZrO2, що дозволяє отримувати вібролиті випалені вироби із ZrO2, стабілізованого окремо CaO та Y2O3, з підвищеною термостійкістю. Доведено доцільність використання як стабілізуючої добавки 9-12 мол % плавленого периклазу та встановлено умови випалу брикету з ZrO2, які забезпечують отримання спеченого ZrO2, використання якого дозволяє підвищити термостійкість вібролитих випалених виробів. Встановлено оптимальний зерновий склад маси та доведено доцільність використання метода вібролиття для отримання термостійких виробів із спеченого ZrO2, стабілізованого MgO. Обґрунтовано доцільність введення добавок Al2O3, SiO2та ZrSiO4для підвищення термостійкості виробів із спеченого ZrO2, стабілізованого 12 мол % MgO. Встановлено оптимальну кількість добавки ГКР-11 Н для інтенсифікації вібролиття зернистих мас з ZrO2, стабілізованого окремо CaO, Y2O3та MgO. Розроблено технологію та впроваджено виробництво випалених вібролитих тиглів із стабілізованого ZrO2з підвищеною термостійкістю.

На підставі аналізу літературних даних та результатів виконаних досліджень вирішено науково-практичну задачу одержання вібролитих випалених тиглів із стабілізованого діоксиду цирконію з підвищеною термостійкістю, здатних витримувати багаторазовий інтенсивний нагрів та охолодження в умовах індукційної плавки платини та її сплавів з металами платинової групи.

Вивчено залежність термостійкості та інших властивостей вібролитих випалених виробів із електроплавленого ZrO2, стабілізованого CaO або Y2O3, від кількості введеної добавки моноклінного ZrO2. Встановлено доцільність використання цієї добавки у кількості 30 % у складі мас для вібролиття з ZrO2, стабілізованого CaO, та у кількості 10 % у складі мас для вібролиття з ZrO2, стабілізованого Y2O3, що сприяє утворенню у випалених виробах оптимального фазового складу та мікротріщінуватої структури. Це дозволило підвищити термостійкість випалених виробів з означених матеріалів до 8-11 теплозмін, з межею міцності при стиску не менше 25 МПа та відкритою пористістю до 25 %.
Дослідженнями процесів фазо- та структуроутворення при спіканні брикету із ZrO2, стабілізованого MgO, встановлено, що оптимальними, з позицій прогнозування високої термостійкості виробів, є співвідношення між кубічним + тетрагональним твердими розчинами MgO в ZrO2та моноклінним ZrO2, що дорівнює 30-40 : 70-60, та пластинчато-стовбчаста структура, яка представлена полікристалічним моноклінним ZrO2, з поєднанням з фрагментарною, які утворюються у брикеті з 9-12 мол % плавленого периклазу внаслідок випалу при 1750 єС з охолодженням в інтервалі 1200-600 єС протягом 50 годин.
На підставі порівняльних досліджень впливу методів формування та зернового складу мас із спеченого ZrO2, стабілізованого 9-12 мол % MgO, доведено переваги та доцільність використання для виготовлення виробів методу вібролиття. Встановлено, що використання для вібролиття мас оптимального зернового складу (зерен фракції 1-0,5 мм 20,4 %, зерен менше 0,5 мм 79,6 %) дозволило отримати випалені вироби, які характеризуються термостійкістю більш 13 теплозмін, межею міцності при стиску більш 100 МПа, та обмеженою відкритою пористістю (до 25 %).
Ґрунтуючись на результатах досліджень впливу різних ПАР на розрідження водних суспензій із стабілізованого та моноклінного ZrO2в різному співвідношенні цих фаз, встановлено, що найбільш ефективною добавкою є ГКР-11 Н, яка в обмеженій кількості (0,25-0,55 %) сприяє інтенсифікації розрідження суспензій. При цьому процес розрідження суспензій обумовлений дисперсністю матеріалів та не залежить від модифікації ZrO2.
Враховуючи результати досліджень впливу добавки ГКР-11 Н на розтікання під час вібрації гранично концентрованих тиксотропних зернистих мас із електроплавленого ZrO2, стабілізованого CaO або Y2O3, та спеченого ZrO2, стабілізованого MgO, встановлено, що найбільше розтікання кожної з мас спостерігається за умов використання ГКР-11 Н у кількості 0,15 %, 0,05 % та 0,25 % відповідно. Встановлено також, що на процес розтікання мас під час вібрації суттєво впливає концентрація її тонкомеленої складової.
Встановлено доцільність введення добавок Al2O3, -кварцу (SiO2) або ZrSiO4в кількості 1 %, 1,5 % та 1,5 % відповідно у склад мас для вібролиття виробів із ZrO2, стабілізованого 12 мол % MgO, що забезпечує підвищення термостійкості випалених виробів до 25-27 теплозмін та збереження межі міцності при стиску не менше 100 МПа і відкритої пористості до 25 %. Підвищення термостійкості обумовлено утворенням сполук MgAl2O4(шпінелі) та Mg2SiO4(форстериту), що було також прогнозовано термодинамічними розрахунками.
Розроблено технологічні параметри виробництва термостійких вібролитих тиглів із стабілізованого ZrO2для індукційної плавки платини та її сплавів з металами платинової групи. Запропоновану технологію впроваджено в Україні на дослідному виробництві ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”.
Виготовлені дослідні тиглі показали високу стійкість за результатами випробувань в умовах багаторазового інтенсивного нагріву та охолодження під час індукційної плавки паладію, платини та платино-родієвих сплавів на підприємствах України, Російської Федерації та Республіки Білорусь. На даний час дослідні тиглі використовуються для означених цілей на 6 підприємствах України, Російської Федерації та Республіки Білорусь. Без урахування прибутків у користувачів, отриманих завдяки збільшенню терміну служби тиглів та зменшенню витрат на плавку означених металів, загальний економічний ефект від впровадження у виробництво розробленої технології за даними ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” склав 19 619,26 грн.

Здобувач висловлює щиру подяку за допомогу в здійсненні досліджень керівництву і працівникам ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного” і інших організацій, та особисто д.т.н. Примаченко В.В. і д.т.н. Караулову А.Г..