Анотація до роботи:

Горбатко С.В. Керамічні суміші в системі Al₂O₃ - ZrO₂ - SiO₂ – Al - Si для відновлення футерівок скловарних печей. – 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, 2009.

Дисертація присвячена розробці складу керамічної суміші на основі вітчизняних сировинних матеріалів, для відновлення бадделеїтокорундових вогнетривів у ванних скловарних печах методом керамічної наплавки. В роботі здійснені дослідження властивостей матеріалу отриманого методом керамічної наплавки з керамічної суміші. Вивчено вплив цирконійвміщуючих сировинних матеріалів на властивості матеріалу керамічної наплавки. Одержані результати дозволили визначити вид сировинного матеріалу в якості якого доцільно вводити діоксид цирконію, та отримати при цьому найкращі показники властивостей матеріалу керамічної наплавки.

Досліджено в якості якого виду сировинного матеріалу треба вводити оксид алюмінію щоб отримати найбільший відносний процент виходу матеріалу керамічної наплавки.

Розроблено склад керамічної суміші в системі Al₂O₃ – ZrO₂ – SiO₂ – Al – Si, яка після нанесення за допомогою метода керамічної наплавки має вогнетривкість 1780 С, поруватість 15 %, водопоглинення 4,9 %. Дану масу рекомендовано для відновлення бадделеїтокорундових вогнетривів у ванних скловарних печах методом керамічної наплавки.

У результаті виконання дисертаційної роботи було вирішено науково-практичне завдання – розроблено теоретичні основи та технологію отримання перспективних керамічних сумішей на основі системи Al₂O₃ –ZrO₂ – SiO₂ – Al – Si, для відновлення бадделеїтокорундових футерівок скловарних печей.

За результатами роботи зроблені висновки:

1. Експериментальними та теоретичними дослідженнями розширені данні про властивості матеріалу отриманого за допомогою метода керамічної наплавки для відновлення бадделеїтокорундових вогнетривів ванних скловарних печей. Встановлено зв’язок впливу характеристик компонентів

керамічної суміші на властивості матеріалу керамічної наплавки.

2. На основі термодинамічного аналізу реакцій встановлено співіснування наступних пар фаз: Al₂O₃ – Zr; SiO₂ – Zr; Al₆Si₂O₁₃ – ZrO₂, що дало змогу встановити субсолідусну будову області Al₂O₃ – ZrO₂ – SiO₂ – Al – Si системи Al – Si – Zr – O, яка розбивається на шість елементарних тетраедрів, для яких розраховані відносні об’єми.

3. Показано, що в системі Al – Si – Zr – O склади бадделеїтокорундових вогнетривів знаходяться у перетині Al₂O₃ – ZrO₂ – Al₆Si₂O₁₃.

4. Встановлено, що заміна корунду глиноземом призводить до зменшення відносної маси виходу матеріалу наплавки, таким чином використання глинозему не доцільно.

5. Результати дослідження часу змішення початкових матеріалів для керамічної наплавки показали, що достатня ступінь гомогенізації суміші настає після 40 хвилин змішення, що підтверджується стійким горінням суміші та високою міцністю зразків керамічної наплавки, котра складає для зразків з ZrO₂ – 160 МПа, а для зразків з ZrSiO₄ – 120 МПа.

6. Встановлено, що оптимальним співвідношенням Si:Al у керамічній суміші є 1:2. Збільшення кількості алюмінію (більше 10 мас.%) призводить до підвищення вірогідності «зворотного удару», а підвищення кількості кремнію (з 5 до 10 мас.%) призводить до збільшенню SiO₂ у матеріалі керамічної наплавки, що негативно відбивається на вогнетривкості матеріалу.

7. Дослідження фазоутворення керамічної наплавки показало, що для зразків, отриманих із сумішей вміщуючих ZrO₂ основними фазами є корунд, діоксид цирконію (моноклінний, тетрагональний) у незначних кількостях кварц та муліт, кремній кристалічний та сліди ZrSi₂, а у зразках, отриманих із сумішей, які вміщують 15 мас.% циркону, крім вищезазначених фаз додатково присутні кварц та муліт (до 5 мас.%), при вмісті у суміші 30 мас.% циркону – присутній ZrSiO₄ (до 5 мас.%).

8. Встановлено, що близький за фазовим складом до бадделеїтокорундових вогнетривів, матеріал керамічної наплавки виходить з суміші, що вміщує 30 мас.% діоксиду цирконію, 55 мас.% корунду, 15 мас.% кремнію та алюмінію, таке співвідношення компонентів у суміші забезпечує їй найбільш високі експлуатаційні характеристики: П_відк. – 15,1 %; W – 4,9 %; _уявн. – 3390 кг/м³, вогнетривкість 1780 С, що відповідає кращім світовим аналогам (Fosbel, П_відк. – 14,9 %; W – 5,6 %; _уявн. – 3390 кг/м³, вогнетривкість 1780 С).

9. На підприємстві ТОВ «НВП «МАК» випущені дослідно-промислові партії керамічних сумішей, котрі були використанні при гарячому ремонті скловарних печей методом керамічної наплавки ТОВ «Пуск» (м. Іллічівськ). Результати проведених випробувань показали, що можливо подовжити строк праці скловарної печі на 2 – 3 міс. (закордонний аналог 1 – 2 міс.).

10. Результати роботи використовуються у навчальних курсах «Хімічна технологія вогнетривів», «Фізична хімія ТНСМ» на кафедрі технології, вогнетривів, скла та емалей НТУ «ХПІ».

Публікації автора:

1. Горбатко С.В. Разработка и совершенствование метода керамической наплавки / А.Н. Манкевич, С.В. Горбатко // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2004. – № 40. – С.107–110.

Здобувачем виконаний пошук і проведена систематизація даних різних науково-технічних джерел щодо методу керамічної наплавки.

2. Горбатко С.В. // Петрогафические исследования контактной зоны керамической наплавки с огнеупором при ремонте коксовых батарей / Я.Н. Питак, Ю.Е. Приходько, А.С. Рыщенко, С.В. Горбатко // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2006. – № 44. – С. 105–109.

Здобувачем досліджено місце контакту керамічної наплавки з динасовим вогнетривом.

3. Горбатко С.В. Использование промышленных отходов в керамической наплавке при горячем ремонте ванных стекловаренных печей / Я.Н. Питак, С.В. Горбатко, Ю.Е. Приходько // Огнеупоры и техническая керамика. – Москва: Меттекс. – 2007. – № 11. – С. 24–27.

Здобувачем можливість використання у керамічних сумішах для методу керамічного наплавлення промислових відходів, таких як кремній подрібнений.

4. Горбатко С.В. Керамическая наплавка как способ продления межремонтного периода шамотной футеровки шахтной печи / Я.Н. Питак, Ю.Е. Приходько, С.В. Горбатко // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – Харків: Технологічний центр. – 2008. – № 2/1 (32). – С. 28–31.

Здобувачем досліджені шляхи подовження періоду експлуатації футерівки шахтної печі за допомогою керамічних сумішей методу керамічної наплавки.

5. Горбатко С.В. Исследование влияния соотношения компонентов керамической смеси на свойства материала керамической наплавки для восстановления бакоровой футеровки / Я.Н. Питак Я.Н., С.В. Горбатко, О.Я. Питак // Зб. наук. праць ВАТ «УкрНДІВогнетривів імені А.С. Бережного». – Харків: Каравела. – 2008. – № 108. – С. 174–179.

Здобувачем досліджено вплив співвідношення компонентів керамічних сумішей на властивості матеріалу керамічної наплавки.

6. Горбатко С.В. Исследование фазового состава материала керамической наплавки для восстановления бадделеитокорундовых огнеупоров / С.В. Горбатко, Я.Н. Питак // Огнеупоры и техническая керамика. – Москва: Меттекс. – 2008. – № 11 – 12. – С. 51–53.

Здобувачем досліджено фазовий склад матеріалу керамічного наплавлення.

7. Горбатко С.В. Разработка и применение метода керамической наплавки / С.В. Горбатко, Я.Н. Питак, А.Н. Манкевич // ІІ Міжнародна науково-технічна конференція студентів і аспірантів та молодих вчених «Хімія і сучасні технології»: тез. доповідей, (Дніпропетровськ, 26-28 квіт. 2005р.) / М-во освіти і науки України, Укр. держ. хіміко-технологічний ун-т [та ін.]. – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2005. – С. 197.

Здобувачем розглянуті галузі застосування метода керамічної наплавки.

8. Горбатко С.В. Характер и причины разрушений огнеупорной кладки промышленных печей / Я.Н. Питак, С.В. Горбатко, А.Н. Манкевич // ХІІІ міжнародна науково-практична конференція «Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье»: зб. доповідей, (Харків, 19-20 трав. 2005 р.) / М-во освіти і науки України, Нац. техн. ун-т «ХПІ» [та ін.]. – Харків: Курсор, 2005. – С. 43.

Здобувачем розглянуто питання застосування методу керамічної наплавки при відновленні футерівки ванних скловарних печей.

9. Горбатко С.В. Керамическая наплавка как эффективное средство продления стока службы камер коксования / С.В. Горбатко // Міжнародна науково – технічна конференція молодих специалістів «Азовсталь – 2006»: матеріали конф., (Маріуполь, 26-28 трав. 2006 р.) / Азовсталь. – Маріуполь: Азовсталь, 2006. – С. 138.

Здобувачем розглянута можливість застосування методу керамічної наплавки при відновленні кладки коксових печей.

10. Горбатко С.В. Ванные стекловаренные печи и их ремонт / С.В. Горбатко, Я.Н. Питак, А.Н. Манкевич // Українська науково - технічна конференція «Фізико – хімічні проблеми в технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів»: тез. доповідей, (Дніпропетровськ, 27-29 верес. 2006 р.) / М-во освіти і науки України, Укр. держ. хіміко-технологічний ун-т [та ін.]. – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2006. – С. 62–63.

Здобувачем здійсненні дослідження матеріалу для відновлення футерівки скловарної печі.

11. Горбатко С.В. Использование промышленных отходов в керамической наплавке / С.В. Горбатко, Я.Н. Питак // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання ресурсів: Зб. доповідей [“VI Міжнародної наукової конференції аспірантів і студентів”], (Донецьк, 17-19 квіт. 2007 р.), Т. 1. / відп. Ред. Є.О. Башков, А.І. Панасенко / Дон. держ. адміністрація, М-во освіти і науки України [та ін.]. – Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2007. – С. 56–57.

Здобувачем досліджена можливість використання промислових відходів у керамічних сумішах для методу керамічної наплавки.

12. Горбатко С.В. Применение керамической наплавки при ремонте шахтных известковообжигательных печей / Питак Я.Н., Горбатко С.В., Приходько Ю.Е. // Міжнародна науково-технічна конференція «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности»: тез. доповідей, (Харків, 25-26 квіт. 2007 р.) / Укр. наук. досл. ін-т вогнетривів ім. А.С. Бережного. – Харків: Каравелла, 2007. – С. 36–37.

Здобувачем досліджено питання використання методу керамічної наплавки при ремонті шахтних вапновипальнюваних печей.

13. Горбатко С.В. Коррозия огнеупоров в зоне загрузки ванной стекловаренной печи / Я.Н. Питак, С.В. Горбатко // III Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія і сучасні технології»: тез. доповідей, (Дніпропетровськ, 22-24 трав. 2007 р) / М-во освіти і науки України, Укр. держ. хіміко-технологічний ун-т [та ін.]. – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2007. – С. 146.

Здобувачем здійснене дослідження нового складу керамічної суміші для відновлення футерівки ванної скловарної печі.

14. Горбатко С.В. Склепіння скловарної печі, його руйнування і ремонт / Я. Пітак, С. Горбатко // Одинадцята наукова конференція «Львівські хімічні читання – 2007»: зб. наук. праць, (Львів, 30 трав.-1 черв. 2007 р) / М-во освіти і науки України, Львів. нац. ун-т ім. І. Франка [та ін.]. – Львів: Львів. нац. ун-т ім. І. Франка, 2007. – С. У23.

Здобувачем запропоновано відновлювати склепіння скловарної печі керамічною сумішшю, за допомогою керамічного наплавлення.

15. Горбатко С.В. Футеровка пламенного пространства ванной стекловаренной печи. Её разрушение и ремонт / С.В. Горбатко, Я.Н. Питак // Друга всеукраїнська наукова конференція студентів, аспірантів і молодих учених «Хімічні проблеми сьогодення»: тез. доповідей, (Донецьк, 18-20 берез. 2008 р.) / відп. Ред. О.М. Шендрик та ін. / М-во освіти і науки України, Дон. нац. ун-т [та ін.]. – Донецьк: ДонНУ, 2008. – С. 148.

Здобувачем пропонується відновлювати вліт регенераторів скловарних печей керамічними сумішами метода керамічної наплавки.

16. Горбатко С.В. Исследование взаимодействия материала керамической наплавки с бакором / С.В. Горбатко, Я.Н. Питак // I Міжнародна (III Всеукраїнська) конференція студентів та молодих вчених з хімії та хімічної технології: зб. тез допов., (Київ, 23-25 квіт. 2008 р.) / укладач О.В. Гайдай / М-во освіти і науки України, Нац. тех. ун-т України [та ін.]. – Київ: НТУУ «КПІ», 2008. – С. 237.

Здобувачем досліджено місце контакту матеріалу керамічної наплавки з бадделеїтокорундовим вогнетривом.

17. Горбатко С.В. Вплив гранулометрії діоксиду цирконію у керамічних сумішах на властивості матеріалу керамічної наплавки / С.В. Горбатко, Я.Н. Пітак // II науково-практична конференція «Сучасні тенденції розвитку і виробництва силікатних матеріалів»: зб. наук. стат., (Львів, 25-26 верес. 2008 р.) / відп. Ред. Я. Вахула / Львів. обл. держ. амін., Нац. ун. «Львівська політехніка» [та ін.]. – Львів: ЛвЦНТЕІ, 2008. – С. 117–118.

Здобувачем досліджено вплив вогнетривкого компонента керамічної суміші на властивості матеріалу керамічної наплавки.

18. Горбатко С.В. Керамическая наплавка как энергосберегающая технология ремонта тепловых агрегатов / Я.Н. Питак, О.Я. Питак, Ю.Е. Приходько, С.В. Горбатко // Міжнародна науково-технічна конференція «Ресурсо- и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии»: матеріали конф., (Мінськ, 19-20 лист. 2008 р.), Ч. 1. / Гол. Ред. І.М. Жарський / М-во обр. респ. Білорусь, Бел. держ. техн-ий ун-т. – Мінськ, БДТУ, 2008. – С. 170–174.

Здобувачем досліджено можливість використання методу керамічного наплавлення та матеріалу наплавки для енергозаощадження.

19. Горбатко С.В. О строении области Al – Si – SiO₂ – ZrO₂ – Al₂O₃ системы Al – Si – Zr – O / Я.Н. Питак, С.В. Горбатко // II семінар – нарада вчених, викладачів, ведущіх спеціалістів та молодих дослідників «Керамика и огнеупоры: перспективные решения и нанотехнологии»: зб. доповідей, (Белгород, 4-6 лют. 2009 р.) / М-во осв. та науки РФ, Рос. ак-мія наук [та ін.]. – Белгород: БДТУ, 2009. – С. 96–100.

Здобувачем досліджено область Al – Si - SiO₂ - ZrO₂ - Al₂O₃ системи Al – Si – Zr – O, та встановлено область у системі SiO₂ - ZrO₂ - Al₂O₃ в якій знаходиться склад матеріалу керамічного наплавлення.