Анотація до роботи:

Пискун Т.В. Діоксидцирконієві неформовані вогнетриви для футерівки індукційних печей виробництва прецизійних сплавів. 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, 2003.

Дисертацію присвячено технології неформованих вогнетривів з діоксиду цирконію для футерівки індукційних печей. Вивчено гетерогенні композиції на основі діоксиду цирконію: їх металостійкість, кут змочування, закономірність впливу спікаючих і зв’язуючих додатків на утворення металонепроникної структури. Наведено теоретичне узагальнення отриманих результатів: склади набивних мас з комплексною зв’язкою, до якої входить цирконійвмісне в’яжуче, визначено кращими. Нове рішення наукової задачі полягає в створенні металонепроникної в індукційному полі діоксидцирконієвої футерівки і теплоізоляційного порошку з ZrО₂ двофазної моноклінно-тетрагональної структури. Технології мас з цирконійвмісним цементом і теплоізоляційного порошку впроваджено у виробництво.

1. Встановлено склади композицій на основі діоксиду цирконію, які підвищують чистоту аморфних сплавів шляхом зниження вмісту неметалічних вкраплин у 2 – 3 рази, утворюють металонепроникність футерівки в індукційному полі плавильних агрегатів, не змочуються аморфним сплавом, витримують термоудар при швидкому нагріванні (1600–1800 С за 30 хв.) і мають тривалість служби більш 50 плавок без спрацьовування футерівки: склади з заповнювачем із повністю застабілізованого оксидом кальцію ZrO₂ і комплексною зв’язкою з 10 % алюмоцирконатостронцієвого цементу та 3% ЕСК-5 – для прецизійних сплавів, які не містять вуглець, а також з додатком 5 % графіту – для сплавів, які містять вуглець. Досліджено механізм і запропоновано спосіб створення теплоізоляційного порошку термостабільного складу з ZrО₂ моноклінної фази, який модифіковано тетрагональною фазою, що приводить до утворення міцної структури незастабілізованого ZrO₂ і подовжує тривалість служби теплоізоляційних порошків, виготовлених з такого матеріалу, на 30 %. Результати досліджень використано при розробці технології виробництва неформованих вогнетривів на основі ZrО₂, які забезпечують ефективну, безпечну і надійну експлуатацію індукційних печей спікання і плавлення прецизійних сплавів.

2. Встановлено залежність міцності цирконійвмісних в’яжучих від температури термообробки алюмінатів і цирконатів: міцність алюмоцирконатошпінельного в’яжучого в ряду досліджених складів найбільша в присутності CaZrO₃, випаленого при 1650–1750 С, коли перехід іонів Са ²⁺ в трьохкальцієвий алюмінат відбувається найбільш повно. Показано, що головним фактором формування структури SrAl₂O₄ при температурі більш 1450 С є час ізотермічної витримки, а не температура.

3. Виявлено, що склад з заповнювачем із повністю застабілізованого CaO діоксиду цирконію і зв’язного з 10 % АМЦ або SrAZ, 3 % кремнійорганічного полімеру ЕСК-5, 5 % графіту не пропускають металічний розплав і мають крайовий кут змочування 131–135 , а склад з заповнювачем із CaZrO₃ з 10 % АМЦ має =132 .

4. Фізико-механічними дослідженнями встановлено, що діоксидцирконієві набивні маси з 10 % алюмоцирконатостронцієвого та алюмоцирконатошпінельного в’яжучих в поєднанні з 3 % ЕСК-5 мають високий критерій термостійкості R^III, 912 и 1121 см²/кг відповідно.

5. На підставі даних з металостійкості, електроопору, фізико-хімічних процесів, що відбуваються у набивних масах при нагріванні, рекомендовано склади набивних мас на основі ZrО₂ для промислових випробувань: маса з заповнювачем із застабілізованого CaO діоксиду цирконію на цементі з графітом і ЕСК-5 – для сплавів, що містять вуглець, без графіту – для сплавів, що не містять вуглець.

6. Запропоновано спосіб футерування і конструкцію плавильної камери, які забезпечують надійність і безпеку експлуатації – виготовлення футерівки бікерамічною, з робочим шаром з діоксидцирконієвої маси і буферним – з периклазу.

7. Встановлено механізм спрацьовування діоксидцирконієвої футерівки, котрий полягає в дестабілізації поверхні зерен заповнювача в робочій і перехідній зонах футерівки, утворенні склофази, яка заповнює пори і перешкоджає проникненню металічного розплаву. Збільшення склофази є наслідком насичуваності футерівки оксидами, які мігрують з металічного розплаву, а також часткового розчинення глиноземвмісного компоненту в’яжучого, який повністю зникає у робочій зоні, переходячи у геленіт 2CaOAl₂O₃SiO₂.

8. Встановлено механізм зміцнення матеріалу з незастабілізованого ZrО₂: при введенні оксихлориду цирконію до ZrО₂ моноклінної фази одержана двофазна структура, яка складається з моноклінної і тетрагональної модифікацій ZrО₂. Порошки, виготовлені з такого матеріалу, не забруднюють пилом пічний простір.

9. На основі виявлених наукових положень розроблено і вдосконалено технології виробництва двох неформованих діоксидцирконієвих матеріалів: теплоізоляційних порошків із незастабілізованого ZrО₂ для індукційних печей спікання та набивних мас з цирконійвмісним в’яжучим для індукційних печей плавлення прецизійних сплавів. Розроблено та затверджено нормативну документацію на вогнетриви. Виготовлено дослідні партії діоксидцирконієвих порошку і набивної маси, проведено їх успішні промислові випробування.

10. Технології набивних мас та теплоізоляційного порошку, захищені 6 авторськими свідоцтвами, впроваджено в Україні, у ВАТ “УкрНДІВ ім.А.С.Бережного”, а технологію порошків – також і в Росії, на Боровичському комбінаті вогнетривів. Використання розроблених вогнетривів дозволило отримати економічний ефект у розмірі 990 тис. руб., частка ВАТ “УкрНДІВ ім.А.С.Бережного” 350 тис. руб., у т.ч. фактичний 150 тис. руб. (у цінах 1989 р.).

Публікації автора:

1. Караулов А.Г., Пискун Т.В. Теплоизоляционные порошки из моноклинного диоксида циркония // Огнеупоры.–М., 1989.–№ 7.–С.43–44.

Здобувачем виконано розрахунки, зроблено експерименти, впроваджено технологію порошків на Боровичському комбінаті вогнетривів.

2. Физико-механические характеристики набивных бадделеитовых масс / А.Г.Караулов, Т.В.Пискун, Г.А.Гогоци, В.А.Дроздов, В.И.Галенко // Огнеупоры.– М., 1991.–№ 7.–С.18–20.

Здобувачем підготовлено дослідні зразки, за участю здобувача проведено випробування і оброблено їх результати, обговорено результати із співавторами.

3. Караулов А.Г., Пискун Т.В. Набивные массы на основе диоксида циркония для футеровки индукционных печей плавки прецизионных сплавов // Огнеупоры.–М., 1992.–№ 1.–С.2–4.

Здобувачем проведено експерименти в лабораторних та промислових умовах, обговорено із співавторами механізм взаємодії мас зі сплавом.

4. Караулов А.Г. Пискун Т.В., Квасман Н.М. Исследование физико-механических свойств и металлоустойчивости огнеупоров из диоксида циркония // Огнеупоры.–М., 1993.–№ 7.–С.5–10.

Здобувачем вивчено металостійкість мас, за участю автора методом планованого експерименту оцінено вплив додатків на крайовий кут змочування, обговорено результати із співавторами.

5. Караулов А.Г., Пискун Т.В. Опыт применения огнеупоров из диоксида циркония в футеровках печей производства аморфных сплавов // Огнеупоры.– М., 1995.–№ 7.–С.29–31.

Під керівництвом здобувача виготовлено двошарову футерівку, проведено випробування і розроблено режим сушіння, результати обговорено із співавтором.

6. Караулов А.Г., Пискун Т.В., Зоз Е.И. Иследование фазообразования при получении огнеупорного материала из нестабилизированного диоксида циркония // Огнеупоры и техническая керамика.– М., 1999.–№ 4.–С.3–6.

За участю здобувача досліджено фазоутворення в незастабілізованому ZrО₂, під керівництвом здобувача виготовлено дослідну партію порошків, зроблено впровадження технології у ВАТ “УкрНДІВ ім.А.С.Бережного”, обговорено результати із співавторами.

7. Пискун Т.В., Караулов А.Г. Исследование фазообразования и свойств вяжущего на основе моноалюмината и цирконата стронция // Збірник наукових праць УкрНДІВогнетривів.–Харьков: Каравелла, 1999.–№ 99.–С. 86–89.

Здобувачем науково обгрунтовано збільшення вмісту Al₂O₃ в шихті, опробувано температури випалу, із співавтором обговорено результати.

8. Вибролитые тигли из стабилизированного диоксида циркония / В.В.Примаченко, А.Г.Караулов, Т.В.Пискун, П.А.Кущенко // Збірник наукових праць УкрНДІВогнетривів.– Харьков: Каравелла, 2000.–№ 100.–С. 7–16.

Здобувачем вивчено зональну концентрацію домішок у плавленому блоці ZrО₂, результати обговорено із співавторами.

9. Пискун Т.В., Караулов А.Г. Сравнительное исследование свойств бетонных масс с заполнителем из ZrО₂, ZrSiO₄, Al₂O₃ // Збірник наукових праць УкрНДІВогнетривів.– Харьков: Каравелла, 2001.–№101.–С.84–91.

Здобувачем виготовлено в’яжуче, дослідні зразки, вивчено зсідання при нагріванні та межу міцності при стисненні, обговорено результати із співавтором.

10. Караулов А.Г., Пискун Т.В. Исследования по выбору огнеупорного материала на основе диоксида циркония для футеровки индукционных печей выплавки прецизионных сплавов // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”.–Харків: НТУ “ХПІ”.–2002.–№ 17.–С.154–161.

Під керівництвом здобувача виготовлено 6 видів заповнювача з плавленого ZrО₂ для набивних мас, підготовлено дослідні зразки для проведення електронно-мікроскопічних досліджень, обговорено результати із співавтором.

11. А.с. 1392058 СССР, МКИ С04 В 35/48. Шихта для изготовления огнеупорного материала / И.Ф.Усатиков, А.Г.Караулов, Т.В.Пискун, В.К.Ушаков, В.В.Родионов, Г.В.Баранов, А.А.Семенов, А.Н.Немых, Г.С.Редько–№ 4082989/29-33; Заявл. 03.07.86; Опубл. Бюл. № 16.–1988.–3 с.

Здобувачем запропоновано співвідношення компонентів, експериментально перевірено ефект впливу ZrOCl₂ на міцність брикету незастабілізованого ZrО₂.

12. А.с. 1709168 СССР, МКИ С04 F 27. Плавильная камера для выплавки аморфных и прецизионных сплавов / А.Г.Караулов, И.Ф. Усатиков, Т.В.Пискун, В.И.Гридневский, В.М.Филипов–№ 4775641; Заявл. 09.10.89; Опубл. 30.01.92, Бюл. № 4.–1992.–2 с.

Здобувачем запропоновано використання в’яжучого, експериментально перевірено розрахунки, за участю автора складено формулу та опис винаходу.

13. А.с. 1719369 СССР, МКИ С 04 В 35/48. Двухслойная футеровка плавильной камеры / А.Г.Караулов, И.Ф.Усатиков, Т.В.Пискун, В.С.Гридневский, В.И.Кейлин–№ 4796738; Заявл.04.01.90; Опубл.15.03.92, Бюл. № 10.–1992.–3 с.

Здобувачем запропоновано співвідношення циркону та глинозему у комбінованому додатку, проведено експерименти, обговорено результати, під керівництвом здобувача виготовлено двошарову футерівку і випробувано її.

14. Пискун Т.В., Караулов А.Г. Исследование фазообразования при получении алюмоцирконатошпинельного вяжущего // Вестн. Уральск. Гос. техн. ун-та.– Екатеринбург: УГТУ.–2000.–№ 1.–С.170–172.

За участю здобувача вивчено гідратацію CaZrO₃, оброблено дані термічного аналізу, обговорено результати із співавторами.

15. Караулов А.Г., Пискун Т.В. Производство теплоизоляционной засыпки из моноклинного диоксида циркония для высокотемпературных установок // Тез. республ. науч.-технич. семинара “Разработка экологически чистых механизированных технологий изготовления огнеупоров”.–Киев: УкрНИИМеталлов.–1990.–C.101–102.

Здобувачем підібрано зерновий склад шихти з баделеїту, визначено властивості зразків з оксихлоридом цирконію та ЛСТ.

16. Караулов А.Г., Пискун Т.В. Иследование и разработка набивных масс на основе диоксида циркония для футеровки индукционных печей плавки прецизионных сплавов // Тези допов. міжнар. наук.-техніч. конф. “Розвиток технічної хімії в Україні”.–Харків: НВЛ ВПФ НТУУ “КПІ”.–1995.–С.49–50.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки, виявлено механізм спрацьовування футерівки.

17. Караулов А.Г., Пискун Т.В., Зоз Е.И Исследование фазообразования при получении огнеупорного материала из нестабилизированного диоксида циркония // Тез. докл. YII Междунар. конф. “Высокотемпературная химия силикатов и оксидов”.– Санкт-Петербург: ООП НИИХ СпбГУ.–1998.–С.38.

Здобувачем запропоновано кількість ZrОCl₂, проведено випробування.

18. Пискун Т.В., Караулов А.Г. Высокотемпературные исследования диоксидциркониевой набивной массы с цирконийсодержащим вяжущим // Тез. докл. междунар. науч.-технич. конф. “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности” – Харьков: “Каравелла”.–2003.–С. 22–23.

Здобувачем оброблено дані термічного аналізу, обговорено результати із співавтором.

Всі публікації містять результати безпосередньої праці здобувача на всіх етапах дослідження і відбивають основні висновки та положення дисертаційної роботи.