Жұмыстың тәжірибелік құндылығы. Алынған нәтижелер зерттелуші жүйелердегі өздігінентаралымды синтез үрдістері туралы физикалық түсініктерді кеңейтеді, сонымен бірге компоициялық құрамдардың физикалық-механикалық қасиеттеріне әсер ететін факторлар туралы мәліметтерді тереңдетеді. Композициялық өнімдердің синтезі жағдайы мен олардың микроқұрылымын қалыптастыратын факторларды талдау мен салыстыру алдын-ала белгілі комбинациялық қасиеттері мен қолдану көрсеткіштері бар заттарды құрастыру мүмкіншіліктерін жасайды.

Жұмыста жасалынған нәтижелер тотықтық қатты ерітінділердің - Аl-Cr₂O₃, Аl-Cr₂O₃-Al₂O₃, Аl-Cr₂O₃-SiO₂, Al-CrO₂, Fe₂O₃-Al-Cr₂O₃, алюмохромитті концентрат-А1 және т.б. жүйелердегі концентрациялық шеңберін кеңейтуге, заттарды ғылыми негізделген жағдайда таңдауға, арзан шикізатты қолдануға мүмкіндік береді. Жасалынған шекті метатұрақтылық жағдайының ережелері алюмотермиттік композияциялық затардың жоғары термомеханикалық қасиеттерін қалптастыратын шектік беттік бірлікті анықтауға мүмкіндік береді.

Жоғарыда келтірілген қоспалық заттар жүйесі кең түрде қолданыстағы отқатөзімді заттардың беткі қабаттарында - алюмосиликатты, глинотопырақты, периклазды, периклаздышпинельді кластардағы отқатөзімді заттарды, сонымен бірге мультикремнеземдік пен корунды талшықты заттарда берілген қолданысты қасиеттері бар қатты жабылымдарды қалыптастыруға мүмкіндік береді. Жоғары отқатөзімділігі бар (2000-2200°С), агрессивті орта мен жоғарытемпературалық газдыдинамикалық әсерлі жағдайда эрозиялық тұрақты, абляциялық, механохимиялық әсерлерге берік (қысымға, майыстыруға) жағылымдар құрамдары ұсынылды.

Металлургиялық агрегаттардың жоғары агрессивті аймақтарында қорғанысты қабат ретінде қымбат термопаралар мен фурмдарға қорғаныс болатын жасалынған композияциялық материалдарды іс жүзіне ендіруге болатыны туралы шешімдер алынды.

Қолдану саласы. Жұмыста жасалынған отқатөзімді композицияларды өздігінентаралымды синтездеу арқылы алу әдістемелері лабораториялық және өндірістік тәжірибеде қолдануға болады. Өздігінентаралымды синтездеу арқылы алынған отқатөзімді композициялар Аксу ферросплав заводының АҚ ТНК «Казхром» (2008 ж.), ЖШС «ВТОРПРОМ» (Қарағанды, 2008, 2009 жж.), ЖШС «Ferrum-Ftor» (Шымкент, 2008, 2009 жж.), АҚ «Миттал Стил Темиртау, 2009 ж.», МУӨ «Таджикская алюминиевая компания» (Турсунзаде, Таджикистан, 2009ж.) өндірістерінің жоғарытемпературалық металлургиялық бөліктерінде қолданыс табуы мүмкін.

Энтальпийлік әдіс арқылы адиабатикалық температураны анықтау туралы диссертацияның зерттеулік нәтижелерін методикалық ұсылымдар түрінде жоғары оқу орындарында қолдануға болады.

Svidersky Aleksandr Konstantinovich
Physical-chemical bases of aluminothermic combustion
of composite materials on the basis of chromite minerals

The thesis on competition of scientific degree of the doctor of chemical science on specialty «02.00.04-physical chemistry»

SUMMARY
The objects of research. Methods of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) mode autowave layered combustion and thermal explosion based on the use of internal chemical energy of the initial reagents. Production of new materials with a sufficiently high degree of purity aluminothermic reduction. Synthesis of a wide range of refractory chromite refractories in the combustion regime. Study of phase and structural transformations in the primary combustion products, to optimize the parameters of SHS (structural steel, composite components for mass composition, regime, etc.) to obtain materials with desired properties, as well as the peculiarities of the chemical elements that make up the charge. Theoretical (mathematical) modeling of specific processes to create new refractory compositions.

The purpose of this research was to develop methods of autowave synthesis of new composite refractory materials based on complex aluminosilicate, alumohromitnyh systems in the study of mechanisms and kinetic regularities of process of SHS in aluminum melt, to obtain the phase and temperature settings for various regimes of these systems, increasing the concentration limits of solid solution using available raw materials, development of new composite refractory materials with high operating characteristics based on alumochromite compositions, reinforced high-strength refractory particles.

Methods of research. In experiments the next oxide powders have been used as a source of reagents: A1₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂, MgSO₄, MgO, Fe₂O₃, B₂O₃ and other, as well as reductant metals: A1, Cr, B. The temperature of combustion was determined by thermocouple method. We used tungsten-rhenium thermocouples VR 6 / 20. Thermal analysis was conducted using the device "derivatograph-1000".

Petrography examination of samples was carried out using a microscope IMT-71V4.2 at 50 - and 500-fold increase. X-ray diffraction analysis was performed on a DRON-3M, Co- К_α radiation. Compressive strength of samples was determined on a hydraulic press stamps POC-10. Chromium and iron was determined by atomic absorption method on the atomic absorption spectrometer AAS-30.

Results of the research.

a) Implemented a comprehensive theoretical and experimental investigation and obtained the basic laws of SHS composite oxide solutions based on silica-alumina, alyumochromite compounds and ores, allowing synthesis of refractory materials to determine the phase composition and structure that lead to chemical and mechanical properties.

b) Experimentally studied the methods of thermodynamics and the laws of burning wide range of mixtures: Al-Cr₂O₃, Al-Cr₂O₃-Al₂O₃, Al-SiO₂, Al-CrO₂, Fe₂O₃-Al-Cr₂O₃, chromite concentrate, Al and others, to determine the influence of controlled SHS and technological process parameters on the formation of phase composition and structure of products of their combustion.

c) Revealed that the compositions have a wide flammability limits, and the melting phase separation, the chemical composition of oxide solid solutions can be changed within wide limits by varying the ratio of reactants in the initial mixture, the initial mixture temperature and pressure.

d) It is shown that the synthesis of solid solutions based on aluminothermy chromite compositions can be realized by three mechanisms: 1) the mode of combustion with the formation of two products and metal oxide and the subsequent gravitational separation of metallic and oxide phases, and 2) in the combustion regime with partial recovery of chromium oxide (VI) to chromium oxide (Ш) and the formation of an oxide product, 3) synthesis with preheating of the initial mixture for low exothermic tracks, including heated to a temperature of ignition.

e) With the use of thermographic, x-ray diffraction, metallographic analysis process CVS defined the mechanisms and dynamics of structure formation in the studied systems and the phase composition of the final product.

f) Developed a thermodynamic model describing the formation of the interface as a metastable state of matter. Developed by the position of the metastable states of heterogeneous systems, allowing establishing critical specific surface area (s_кр) filler, which gives maximum aluminothermy thermomechanical properties of composite materials.

g) Studied the process of heat transfer in combustion processes by mathematical simulation model system. The analysis of the structure of the combustion front studied the dynamics of solid flame propagation in a multilayer medium. Shown the correlation of combustion model of medium and real heterogeneous compositions. The novelty of the results is protected by prepatents and patents of RK.

Practical significance.

These results extend and deepen the physical understanding of the process of SHS in the studied systems, as well as the main factors affecting the physical and mechanical properties of composite alloys. Analysis and comparison of the various factors responsible for the conditions of synthesis of composite products and the formation of their microstructure indicates the possibility of materials "engineering" with a given combination of properties and operating characteristics.
The developed approaches can increase the concentration limits of oxide solid solutions in systems Al-Cr₂O₃, Al-Cr₂O₃-Al₂O₃, Al-Cr₂O₃-SiO₂, Al-CrO₂, Fe₂O₃-Al-Cr₂O₃, chromite concentrate, Al and others, evidence to choose materials, use available raw materials. Provisions are metastable states of heterogeneous systems make it possible to establish a critical specific surface area filler, which gives a maximum aluminothermy thermomechanical properties of composite materials.

Usage of these unshaped materials can form the working surfaces of a number of widely used fire-resistant materials: piece of aluminosilicate refractories, alumina, periclase, periklazoshpinelnogo and other classes, as well as mullitokremnezemistyh and alumina fibrous materials - protective and hardening coatings and coating with a specified performance level. Requested to formulate coatings with high fire resistance (up to 2000-2200°C), erosion resistance in the environment of aggressive media and high-temperature gas-dynamic flow resistance during ablation, mechanic chemical wear resistance, mechanical strength (compressive, bending, etc.). Received conclusion about the possibility of practical implementation of the developed composite materials for lining of highly in the areas of metallurgical equipment as a protective coating of expensive thermocouple and crafty lance.

Application field. Developed techniques for SHS of refractory compositions can be applied in laboratory practice and in the workplace. Designed CVC flame retardant compositions can be applied to the nodes of high metallurgical units of Mittal Steel-Temirtau, Aksui factory of ferroalloy, JC TNK «Kazchrome» LLP, BRC «VTORPRO» (Karaganda), BRC « Ferrum-Ftor »(Shymkent), GUP «Tajik aluminum company» (Tajikistan).

The results of the thesis can be used as methods of calculating the adiabatic temperature of combustion enthalpy method (guidelines) in the learning process in higher educational institutions.



<предыдущая страница