Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

прочность, МПа ' MgO ПМК-90 вид связки вид гранул Рис.1. Зависимость прочности от вида гранул, поризатора и магнезиального связующего. Количество поризатора, мас. %: 1-15 NH4Cl+5(NH4) 2SO4. Связующее: MgO - оксид магния из прокаленного гидроксида; ПМК-90 - каустический магнезит Предполагается, что полученные результаты отдельных физических и технических свойств оправдают замену обычно используемых огнеупорных бетонов или набивных масс на основе системы Al 2 O 3 - SiC - C. Концепция плотного огнеупорного материала на основе гранул из углерода и суглинков была представлена исследователями Colle D., Aneziris C.G., Scharfl W.l, Dudczig S. в 2007 г. Суглинки представляли собой природные смеси кварца и глинистых минералов, состоящих из мелких фракций каолиновых микрочастиц и аморфных алюмосиликатных фаз субмикронных размеров. В качестве связки была использована углеродистая смола, которая обладает высокой температурой плавления и образует ориентированные графитоподобные структуры после коксования. Полученные углеродсодержащие алюмосиликатные композиты в зависимости от термообработки характеризуются плотностью до 2 2 0 0 кг/м3, открытой пористостью до 2 0 %, пределом прочности при сжатии выше 30 МПа. Эти материалы опробовали не только в зонах спекания шахтных печей, но и как монолитные и фасонные изделия для металлургической промышленности [5-7]. Результаты наших исследований по карбидизации алюмосиликатной матрицы позволяют предположить, что существует вероятность обеспечить прочность и термостойкость огнеупоров в сочетании с торможением окисления. Цель работы - разработка плотных огнеупоров различных составов на основе карбидизированных гранул из кианитового сырья Мурманской области. Карботермические реакции в условиях восстановительной среды для псевдозакрытой системы Al 2 O 3 - SiO 2 - C приводят к образованию SiC В процессе карбидизации мы сталкиваемся с восстановлением диоксида кремния, присутствующего как в качестве примеси в руде, так и выделившегося в процессе муллитизации. Согласно термодинамическим расчетам возможны реакции SiO 2 с углеродом, приводящие к образованию карбида кремния. На процесс влияют: размер частиц, наличие тесного контакта и тип углеродного восстановителя [ 8 , 9]. Диффузия SiO в объеме образца способствует переносу кремния по поровому пространству с последующей карбидизацией (Si0+2С=SiC+С0). Улавливание газообразного монооксида кремния и связывание его в карбид происходит на поверхности углеродных частиц, при высоком содержании последних общая площадь поверхности становится больше и доля кремния, задерживаемого в системе, возрастает. При получении ряда муллитосодержащих огнеупоров важное место в процессах формирования структуры принадлежит модифицирующим добавкам, например SiC, и отходу производства ферросилиция. Использование в составе шихты ОПФ приводит к их уплотнению и упрочнению за счет реакционного спекания, влияние SiC обусловлено более высоким значением теплопроводности, более низким значением коэффициента термического расширения и отсутствием анизотропии (Х=30 Вт/(м-К), а=3.6-10 -6 К-1) по сравнению с муллитом (Х=3-3.5 Вт/(мК), аа=5.2-10 -6 К-1, а«=7.1-10 -6 К-1, ас=2.4-10 -6 К -1 при 298-1098 К). Нами показано, что свойства муллитосодержащих материалов могут быть улучшены при введении в шихту карбидизированных гранул из кианитовой руды и проведении обжига в восстановительных условиях. При получении плотного огнеупора авторы учитывали результаты своих предыдущих исследований процесса грануляции с углеродной составляющей для теплоизоляционных материалов [ 2 , 1 0 , 1 1 ]. Гранулы из кианитовой руды, углерода и алюминиевой пудры на связке из лигносульфоната (ЛСТ) получали исходя из последовательности действий, приведенных в табл.2. Обжигали гранулированный материал в графитовых тиглях при 1350°С. Поверхностная структура карбидизированных гранул, полученных после обжига, исследовалась на сканирующем электронном микроскопе LEO 420 “ZEISS”. Полученный алюмосиликатно-карбидкремниевый керамический фракционированный материал использовали при получении плотных огнеупоров в составе шихты с отходом производства ферросилиция и крупной фракцией SiC. Особенности подготовки шихты с различными составами гранул приведены в табл.3. 511