ПЕРИКЛАЗОШПІНЕЛЬНІ ВОГНЕТРИВИ МОДИФІКОВАНІ ТІО2
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0821.2021.02.02Ключові слова:
обертова піч, периклазошпінельні вогнетриви, модифікатор, фізико-механічні властивості, мікроструктура, алюмомагнезіальна шпінельАнотація
На протязі останніх десятиліть продовжується розвиток та удосконалення вогнетривких матеріалів для футерування високотемпературних зон обертових печей. Основні вимоги, які пред’являють до вогнетривких виробів для футерівки обертових печей для випалу цементного клінкеру: висока щільність та міцність на стик, низька пористість і газопроникненість, підвищена стійкість до стирання, низька теплопровідність, висока корозійна стійкість та здатність до утворення захисного шару. Сьогодні основною метою сучасних дослідників є створення термостійкого вогнетриву з гнучкою структурою, що забезпечує його цілісність за високих температур й механічних навантаженнях, які мають здатність до утворення захисного шару обмазки. У роботі апробовано технологічний підхід введення до складу сировинної шихти для периклазошпінельних вогнетривів вібромолотого модифікатора (брикет на основі високоглиноземистого компоненту та титанвміщуюча добавка) у вигляді заздалегідь синтезованого продукту, що містить кристалічні фази системи Al2O3 – TiO2 – FeO. Основою для виробництва периклазошпінельних вогнетривів модифікованих TiO2 є чотирикомпонентна систему MgO – Al2O3 – FeO – TiO2, на основі термодинамічних розрахунків якої, підібрано вміст окремих компонентів шихти та прогнозовано експлуатаційні характеристики. Показано взаємозв’язок фізико-механічних властивостей з вмістом окремих компонентів у вихідних складах шихт і відзначені напрямки протікання твердофазних процесів з їх участю. Відмічено особливості мікроструктури матеріалу зразка у взаємозв’язку з формуванням оптимального комплексу властивостей. Показано сприятливий для підвищення термостійкості матеріалу характер організації мікропор, що доповнює фазовий механізм адаптації ще і структурним ефектом демпфірування механічних напружень під час термоциклювання.
Посилання
Mujumdar K. S., Ganesh K. V., Kulkarni S. B., Ranade V. V. Rotary Cement Kiln Simulator (RoCKS): Integrated modeling of pre-heater, calciner, kiln and clinker cooler. Chemical Engineering Science, 2007, vol. 62 (9), pр. 2590–2607, doi:org/10.1016/j.ces.2007.01.063.
Stadler K. S., Poland J., Gallestey E. Model predictive control of a rotary cement kiln. Control Engineering Practice, 2011, vol. 19 (1), рр. 1–9, doi:10.1016/j.conengprac.2010.08.
Shcherba Y. A., Snezhek E., Antonovich V. Evolyutsiya ogneupornykh materialov zony spekaniya vrashchayushcheysya tsementnoy pechi [The development of the refractory materials for the rotary cement kiln’s sintering zone]. Novye ogneupory [New refractories], 2017, no. 8, pp. 31–39, doi:10.17073/1683-4518-2017-8-31-39.
Contreras J. E., Castillo G. A., Rodríguez E. A., Das T. K., Guzmán A. M. Microstructure and properties of hercynite-magnesia-calcium zirconate refractory mixtures. Materials Characterization, 2005, vol. 54 (4–5), pp. 354–359, doi:10.1016/j.matchar.2004.12.005.
Shubin V. I. Mechanical effects on the lining of rotary cement kilns. Refractories and Industrial Ceramics, 2001, vol. 42, no. 5, pp. 245–250.
Liu G., Li N., Yan W., Gao C., Zhou W., Li Y. Composition and microstructure of a periclase–composite spinel brick used in the burning zone of a cement rotary kiln. Ceramics International, 2014, vol. 40 (6), pp. 8149–8155, doi:10.1016/j.ceramint.2014.01.01.
Chen J., Yan M., Su J., Li B., Sun J. The kiln coating formation mechanism of MgO–FeAl2O4 brick. Ceramics International, 2016, vol. 42 (1), pp. 569–575, doi:10.1016/j.ceramint.2015.08.14.
Zheng J., Hu X., Ren Z., Xue X., Chou K. Solid-state Reaction Studies in Al2O3–TiO2 System by Diffusion Couple Method. ISIJ International, 2017, vol. 57 (10), рр. 1762–1766, doi:10.2355/isijinternational.isijint-2017-042.
Panda S. K., Jung I.-H. Coupled Experimental Study and Thermodynamic Modeling of the Al2O3–Ti2O3–TiO2 System. ISIJ International, 2019, doi:10.2355/isijinternational.isijint-2019-006. Available at: https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/advpub/0/advpub_ISIJINT-2019-006/_pdf (accessed 29.08.202).
Li M., Chen F., Shen Q., Zhang L. Fabrication and thermal properties of Al2TiO5/Al2O3 composites. Materials Science-Poland, 2010, vol. 28, no. 3, pp. 663–670.
Kim H. C., Lee K. S., Kweon O. S., Aneziris G. C., Kim I. J. Crack healing, reopening and thermal expansion behavior of Al2TiO5 ceramics at high temperature. Journal of the European Ceramic Society, 2007, vol. 27, pp. 1431–1434, doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2006.04.024.
Dreval L., Zienert T., Fabrichnaya O. Calculated phase diagrams and thermodynamic properties of the Al2O3–Fe2O3–FeO system. Journal of Alloys and Compounds, 2016, vol. 657, рр. 192–214, doi:10.1016/j.jallcom.2015.10.017.
Samoilova O. V., Makrovets L. A. Thermodynamic Modeling of Phase Equilibria in the FeO–MgO–Al2O3 System. Materials Science Forum, 2020, vol. 989, рр. 3–9, doi:10.4028/www.scientific.net/ms.
Optimisation of optical methods for strain field measurements dedicated to the characterisation of the fracture behaviour of refractories : Application to magnesia based materials. Available at: https://www.researchgate.net/publication/342259507_Optimisation_of_optical_methods_for_strain_field_measurements_dedicated_to_the_characterisation_of_the_fracture_behaviour_of_refractories_Application_to_magnesia_based_materials (accessed 29.08.2021).
Fan H., Chen D., Liu P., Duan H., Huang Y., Long M., Liu, T. Structural and transport properties of FeO-TiO2 system through molecular dynamics simulations. Journal of Non-Crystalline Solids, 2018, vol. 493, pp. 57–64, doi:10.1016/j.jnoncrysol.2018.04.
Xuan C., Karasev A., Shibata H., Jönsson P. G. Retraction: Wetting Behavior of Single Crystal TiO2 by Liquid Iron. ISIJ International, 2016, vol. 56 (5), рр. 765–769, doi:10.2355/isijinternational.isijint-2015-722.
Borisenko O., Logvinkov S., Shabanova G., Mirgorod O. Thermodynamics of Solid-Phase Exchange Reactions Limiting the Subsolidus Structure of the System MgO–Al2O3–FeO–TiO2. Materials Science Forum, 2021, vol. 1038, pp. 177–184, doi:org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1038.177.
Borysenko O. M., Logvinkov S. M., Shabanova G. M., Ostapenko I. A. Thermodynamics of phase transitions in the subsolidus domain of the FeO – MgO – TiO2 system. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 2021, no. 1, pp. 12–15, doi:10.32434/0321-4095-2021-134-1-12-15.
Borysenko O., Logvinkov S., Shabanova G., Ostapenko I., Shumejko V. Geometrical-topological characteristics of the subsolidus structure in the MgO – Al2O3 – TiO2 system. Bulletin of the National Technical University «KhPI». Series: Chemistry, Chemical Technology and Ecology, 2021, no 1 (5), pp. 18–23, doi:org/10.20998/2079-0821.2021.01.03.
Borysenko O., Logvinkov S., Shabanova G., Korohodska A., Ivashura M., Ivashura A. Subsolidus structure of the MgO – FeO – Al2O3 system. Bulletin of the National Technical University «KhPI». Series: New solutions in modern technology, 2021, no. 1 (7), pp. 59–64, doi:10.20998/2413-4295.2021.01.09.
