WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |
  • Суглинок Байдаевского месторождения (г. Новокузнецк) – согласно ГОСТ 9169-79* относится к группе кислого глинистого сырья, высокочувствительному к сушке; умеренно пластичному; по степени спекаемости и огнеупорности относится к группе неспекающегося легкоплавкого глинистого сырья.
  • Отходы обогащения железных руд – отход металлургического производства. Основу материала (40-50 %) составляют хлориты, содержит также тонкодисперсные карбонаты, кварц и полевые шпаты, оксиды железа и биотит. Удельная поверхность до 12000 м2/кг.
  • Отход метизного производства (ОМП) (Западно-Сибирский металлургический комбинат, г. Новокузнецк) изучен как пигмент для окрашивания керамических изделий, который образуется при метизном производстве и представляет собой дисперсный порошок темно-красного цвета с удельной поверхностью до 700 м2/кг). Представлен гематитом (Fe2O3).

Третья глава (Оптимизация состава шихты и подбор основных технологических параметров) посвящена подбору оптимального гранулометрического состава керамической шихты, который проводился с применением математического планирования эксперимента. Применялась методика рационального планирования шестифакторного эксперимента, позволяющая так спланировать сочетание различных факторов, чтобы при минимальном числе опытов равномерно учесть все возможные их сочетания, одновременно графически выразить зависимость определяемых свойств от основных факторов. Рассматривалось влияние на прочность при сжатии, среднюю плотность и коэффициент конструктивного качества обожженных керамических образцов шести переменных факторов: содержания фракций 2,5, 1,25, 0,63, 0,315, 0,16 и фракции менее 0,16 мм. Факторы и уровни их применения приняты на основе литературных источников. Содержание фракций изменялось от 0 до 30 % с интервалом 5%. По результатам испытаний проведено усреднение значений по факторам и построены зависимости прочности при сжатии от гранулометрического состава (рисунок 1).

Рисунок 1 - Зависимость прочности при сжатии керамических образцов от содержания в шихте различных фракций отходов углеобогащения

Исследования показали, что максимальные значения прочности при сжатии, минимальные значения средней плотности и максимальные значения коэффициента конструктивного качества получены при определенных гранулометрических составах керамической шихты (таблица 1).

Таблица 1 – Гранулометрический состав шихты на основе отходов обогащения угля для получения максимальной прочности обожженных керамических образцов

Содержание фракций, %

2,5 мм

1,25 мм

0,63 мм

0,315 мм

0,16 мм

менее 0,16 мм

-

10

15

15

30

30

Наибольшим содержаниям фракций 0,315 мм и менее 0,16 мм соответствует увеличение значения прочности, таким образом, фракции 0,315 мм и менее должно быть в шихте 65-75%, содержание фракции 1,25 мм – не более 8%.

Методом математического планирования эксперимента (шесть факторов на пяти уровнях варьирования) определено уравнение функции, определяющей зависимость физико-механических показателей от процентного содержания разных фракций в шихте. Принято, что содержание фракции 0,315 мм и менее находится в пределах 60%.

По полученным данным рассчитаны уравнения регрессии зависимости прочности при сжатии керамического кирпича от содержания фракции 0,315 мм (х1), фракции 0,16 мм (х2) и фракции менее 0,16 мм (х3).

У=10,22+0,2х1+0,15х2+0,6х3+1,23х1х2+0,96х1х3-0,07х1х2.

Для увеличения содержания мелкой фракции в составе шихты проводилась механическая обработка отходов углеобогащения путем их тонкого помола до удельной поверхности 400 м2/кг. Установлено, что помол отходов углеобогащения в шаровой мельнице в течение 4-часов приводит к росту пластичности шихты на 16-22% (число пластичности увеличивается с 9,2 до 11,5). Прочность образцов возрастает на 20-25 % до 8 МПа.

Установлено, что в отходах углеобогащения различных фракций содержание углерода отличается (таблица 2) – наименьшее во фракции 20 мм и более. Для применения отходов углеобогащения в керамическом производстве эту фракцию необходимо подвергалась дроблению и помолу.

Таблица 2 – Содержание углерода в различных фракциях отходов углеобогащения

Фракции, мм

Зольность, %

Количество углерода, %

ППП до термообработки, %

до термообработки

после термообработки при t=5000С

2,5

79,7

14,57

1,46

23,94

5

87,8

7,21

3,50

15,22

10

88,9

6,54

3,94

14,15

20

89,0

6,29

4,30

13,48

Повышенное содержание свободного углерода в отходах углеобогащения оказывает отрицательное влияние на физико-механические свойства обожженных образцов. При обжиге углерод не выгорает, а ококсовывается внутри черепка, что снижает прочность изделия. Для уменьшения содержания свободного углерода проведена термическая обработка отходов углеобогащения, которая заключалась в выжигании свободного углерода, содержащегося в них. Термообработка проводилась при температурах 400, 500 и 600 0С в течение 20 минут. Максимальное снижение содержания свободного углерода наблюдается в отходах фракцией 2,5 мм (с 14,57 до 1,46 %) при температуре термообработки 5000С. В целом снижение свободного углерода составило 3-4% (до 2-4 %).

Установлено, что при термообработке фракции 2,5 мм и смешивании ее с отходами углеобогащения в количестве 1:4, содержание углерода в шихте становится менее 6 %. Прочность обожженных образцов из шихт на основе отходов углеобогащения, прошедших термообработку возрастает на 40-45 % и обеспечивается получение марки М100.

Для получения более высокой марки керамических изделий в шихту вводится глинистый компонент: суглинок Байдаевский. Проведенный эксперимент по определению рационального содержания количества суглинка в смеси с отходами углеобогащения показал, что оптимальное содержание суглинка в шихте должен составлять 20-30 %. Прочность обожженных образцов составила 16-19 МПа.

Определены физико-механические свойства обожженных образцов в зависимости от содержания отходов углеобогащения и технологических параметров. В качестве таких параметров учитывалось влияние давления прессования и температура обжига. Использована методика определения оптимальных значений давления прессования и влажности пресс-порошка, основанная на фиксации прироста деформации керамических масс при сжатии. Компрессионные кривые представлены на рисунке 2.

Влажность шихты изменялась от 7 до 11%. По компрессионной кривой был определен рациональный интервал прессового давления, соответствующий участку плавного перехода кривой в прямую линию. Точка отрыва продолжения этой прямой от компрессионной кривой соответствует оптимальному значению давления прессования для шихты данной влажности. Была изготовлена серия керамических образцов из шихт на основе отходов углеобогащения и суглинка разной влажности (7, 9 и 11 %). Давление прессования варьировалось от 8,0 МПа до 24,0 МПа. Результаты испытания образцов представлены на рисунок 3.

Рисунок 2 - Компрессионные кривые осадки керамических масс на основе отходов углеобогащения

Р, Р1, Р2 – удельные давления прессования, соответствующие разной влажности керамических шихт, кгс/см2; h – осадка пресс-порошка, мм; 1, 2, 3 – контрольные точки для определения оптимального давления прессования

Рисунок 3 - Зависимость предела прочности при сжатии керамических образцов от давления прессования при различной влажности шихты

Наибольшую прочность имели керамические образцы, изготовленные из шихты влажностью 11% при давлении прессования 16,0 МПа (Rсж=27,5 МПа), наименьшую – образцы, изготовленные из шихты влажностью 7 % при давлении прессования 8,0 МПа (Rсж=11,1МПа). Таким образом, оптимальное давление прессования для керамических шихт на основе отходов углеобогащения составляет 14-16 МПа при формовочной влажности пресс-порошка 9-11 %.

Обжиг отформованных образцов проводился ступенчато с выдержками в течение 30 минут при температурах 150, 350, 550 и 850 0С и часовой выдержке при максимальной температуре. Продолжительность обжига лабораторных образцов составила 3 часа. Температура обжига определялась экспериментально исходя из наибольших прочностных показателей образцов (таблица 3) и минимального водопоглощения.

При температурах обжига свыше 10000С наблюдается резкое снижение физико-механических свойств образцов (Rсж=3,7 МПа), изменение геометрической формы и вспучивание. Значительное снижение средней плотности объясняется выгоранием остаточного углерода, содержащегося в шихте. Он действует как выгорающая добавка, увеличивая пористость изделий и снижая прочность. Зафиксирована оптимальная температура обжига 930-970 0С.

Таблица 3 – Физико-механические свойства керамических образцов, обожженных при различных температурах

Показатель

Температура обжига, 0С

850

900

950

1000

1050

1100

Прочность при сжатии, МПа

6,9

22,0

27,5

18,1

5,3

Образцы вспучились и оплавились

Средняя плотность, кг/м3

1135

1750

1807

1674

850

Коэффициент конструктивного качества, МПа

6,06

12,9

16,1

11,2

4,4

Водопоглощение по массе, %

21,6

17,3

16,8

18,4

24,9

Для улучшения спекания керамической массы и увеличения количества жидкой фазы во время обжига в состав шихты вводились железосодержащие добавки: отход метизного производства, шламовая часть отходов обогащения железных руд. Керамические образцы прессовались при оптимальном давлении и обжигались при оптимальной температуре 950 0С. Результаты испытания показали рост прочности при сжатии с увеличением количества вводимой добавки.

Железосодержащие отходы металлургического производства вводились в состав шихты в качестве тонкодисперсных добавок, улучшающих спекание керамической массы. Содержание добавок изменялось от 1 до 15%. Состав керамической шихты определен был ранее: отходы углеобогащения 70%, суглинок 30 %. Наилучшие показатели имели образцы с содержанием добавки отходов метизного производства в количестве 2-5 % (Rсж=29,1 МПа) (рисунок 4); отходов обогащения железной руды в количестве 6-9 % (Rсж=26,0 МПа).

Методом математического планирования эксперимента определены уравнения функций, определяющих зависимость физико-механических показателей от процентного содержания тонкодисперсных корректирующих добавок в шихте.

Рисунок 4 - Влияние добавки отходов метизного производства на свойства керамических образцов на основе отходов углеобогащения

По полученным данным рассчитаны уравнения регрессии зависимости прочности при сжатии керамических изделий от процентного содержания в шихте отходов метизного производства (1) и отходов обогащения железных руд (2):

У=26,216+3,89х-0,92х2+0,041х3 (1)

У=20,216+0,779х-0,147х2 (2)

где У – значение прочности при сжатии, МПа;

х – содержание корректирующей добавки в шихте, %.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»