кремнієвого вогнетриву, переважно на робочій поверхні. Внаслідок дії розплаву шлаку і чавуну на окислену зону (SiO2) утворюється розплав, з якого після охолодження виді-ляються ларніт, геленіт, воластоніт і склофаза. Знос вогнетривів здійснюється поступовим заміщенням початкових компонентів виробів на легкоплавкі склофазу і новоутворення і подальшим оплавленням інтенсивно ошлакованого шару.
ВИСНОВКИ
1. Карбідкремнієві вогнетриви є багатофазними кристалічно-зернистими агрега-тами, що утворюються, як і гірські породи, відповідно до загальних законів фізичної хімії і кристалогенезису. В цьому відношенні їх можна порівняти з природною міне-ральною речовиною і застосувати до них весь комплекс мінералого-петрографічних методів. Перевага мінералого-петрографічного методу полягає у тому, що разом з вимірюванням оптичних констант для діагностики присутніх фаз або мінералів, можна визначати і характер мікроструктури, пористості, форми і розміру зерен, вивчати різні процеси, що відбуваються в досліджуваних матеріалах, як у процесі їх отримання (з'ясування впливу технологічних чинників на мікроструктуру, мінеральний (фазовий) склад і властивості вогнетривів), так і в процесі служби, що виявляється в утворенні зональності (найменше змінена, робоча і шлакова зона (кірочка), з’ясуванні причин виникнення зональності і їх зв'язок з механізмом зносу вогнетривів після експлуатації в сучасних теплових агрегатах, і тим самим визначати, прогнозувати (рекомендувати) найраціональніші області їх використання, вирішувати завдання щодо поліпшення композиційного складу і структури вогнетривів, а також управління фізико-хімічними процесами в них з метою подовження термінів експлуатації.
2. Уперше проведено комплексне мінералого-петрографічне дослідження проце-сів синтезу в-SiC і сіалону (SiAlON) та вогнетривів на зв’язках з в-SiC, б-Si3N4, та сіа-лону залежно від початкового складу і технологічних чинників (Т°, газове середови-ще, добавки та ін.). Це дозволило визначити оптимальний початковий склад та технологічні параметри виготовлення вогнетривів на основі карбіду кремнію.
3. Грунтуючись на результатах експериментів, можна вважати, що кристалізація в-карбіду кремнію, нітриду кремнію та сіалону зумовлюється процесом, аналогічним термальному або пневматолітовому метаморфізму гірських порід залежно від того, чи було газове середовище нейтральним (аргон), або активним (азот, N2+CO) стосовно компонентів вогнетриву. В той же час утворення кубічної модифікації карбіду кремнію за рахунок взаємодії пари силіцируючих агентів з твердим вуглецем за Т=1450-1500°С можна розглядати як процес аналогічний метасоматичному процесу гірських порід, що приводить до виникнення псевдоморфоз в-SiС у вуглецевому матеріалі.
4. Уперше проведено широкі порівняльні мінералого-петрографічні дослідження карбідкремнієвих вогнетривів на різних зв’язках (в-SiC, б-Si3N4, Si2N2О, сіалону) і деяких широковживаних інших видів вогнетривів (корундових, шамотних, хромоксид-
15
них, периклазових, периклазохромітових, на основі кубічного діоксиду цирконію та ін.) після дії на них агресивних чинників (розплавів шлаків, лугів, металів) внаслідок випробування та експлуатації в різних теплових агрегатах показали:
- у вогнетривах виникає зональність, часто близька до природної метасоматичної. Заз-вичай помітні найменш змінена, робоча (іноді перехідна) і шлакова зона (кірочка);
- потужність зон, ступінь змін та характер структуро- і фазо- (мінерало) -перетворень залежить від типу і глибини проникнення реагенту (розплаву), інтенсивності взаємодії його з складовими вогнетриву, рівно як і від температурних, газових умов, а також від тривалості та типу випробувань і служби;
- особливості механізмів руйнування карбідкремнієвих вогнетривів на різних зв’язках (в-SiC, б-Si3N4, Si2N2О, сіалону) та інших типів вогнетривів залежно від виду агресивного реагенту (розплавів шлаків, лугів, чавуну, Fe, Ag, Al), особливостей вип-робувань і служби, та технологічних чинників (температура, газове середовище, ін.).
5. Доведено, що вогнетриви на основі карбіду кремнію в більшості досліджених випадків випробувань і служби мають значну перевагу в стійкості що до дії агресивних чинників (Т°, газове середовище, розплави шлаків, лугів, чавуну, Fe, Ag, Al) та умов служби перед іншими типами вогнетривів, з якими вони порівнювались.
6. Уперше проведено кристалооптичний опис мінералів (фаз), одержаних як в процесі синтезу (в-SiC, б- і в-Si3N4, синоїт (Si2N2O), в-, х-, г-сіалони, політип на основі AlN, карбіди і нітриди бору і алюмінію), а також фаз зразків, що утворилися в робочих зонах і шлакових кірочках після випробування або служби (тверді розчини, зональні кристали і ін.).
7. Експериментально доведено, що мінералого-петрографічні дослідження карбідкремнієвих і інших вогнетривів є, без перебільшення, основою вдосконалення технології виробництва, виготовлення технічного каменю. Висновки роботи і рекомендації, результати мінералого-петрографічного вивчення мінерального (фазового) складу, структури і властивостей вогнетривів залежно від фізико-хімічних умов технології виробництва, а також поведінки вогнетривів (процеси мінерало-
(фазо-) і структуроутворення) внаслідок дії на них агресивних чинників у процесі випробування і експлуатації, використовуються технологами ВАТ “УкрНДІВ ім. А.С. Бережного” і ін. для розробок нових вогнетривів на основі карбіду кремнію і способів їх отримання, вдосконалення наявних технологій у науково-дослідних роботах з поліпшення якості з метою підвищення стійкості вогнетривів, раціонального й ефективного їх застосування в різних теплових агрегатах.
ОСНОВНІ РОБОТИ АВТОРА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Привалова Н.Г. Минералого-петрографическое изучение воздействия расплава алюминия и паров AlCl3 на карбидкремниевые огнеупоры // Вестн. Харьк. нац. ун-та. – 2002, № 563: Геология – география – экология. – С. 49-52.
16
2. Привалова Н.Г. Минералого-петрографическое изучение влияния темпе-ратуры обжига, газовой среды и исходного состава на синтез в-карбида кремния // Вестн. Харьк. нац. ун-та. – 2003, № 610: Геология – география – экология. – С. 26-28.
3. Привалова Н.Г. Минералого-петрографическое исследование карбидкремние-вых огнеупоров после службы в фарфоро-фаянсовом производстве // Вестн. Харьк. нац. ун-та. – 2004, № 620: Геология – география – экология. – С. 33-37.
4. Усатиков И.Ф., Вольфсон Р.Е., Привалова Н.Г., Сухонос Ю.Б. Воздействие зо-лы-уноса твердого топлива на цирконистые огнеупоры //Огнеупоры.- 1987, №5.- С. 4-7.
Здобувачем вивчено процеси мінерало- (фазо-) та структуроутворення, що відбуваються в вогнетривах на основі кубічного ZrO2 стабілізованого СаО під час дії розплавів Кузнецького та Березівського вугілля в суміші з лугами. Здобувачем сформульовано висновки, результати обговорено із співавторами.
5. Питак Н.В., Федорук Р.М., Хмеленко Т.П., Вдовитченко Т.Н., Привалова Н.Г., Савина Л.К., Шпирт И.Я., Синькова Л.А., Новикова Н.И. Сиалонсодержащие карбидкремниевые огнеупоры // Огнеупоры. – 1992, № 5. – С. 6-8.
Здобувачем досліджено фазовий (мінеральний) склад та структура карбід-кремнієвих вогнетривів на зв’язці з вґ-сіалону під час їх виготовлення, а також процеси мінерало- (фазо-), структуро- та зоноутворення внаслідок дії на них розплавів шлаку, чавуну. Сформульовано висновки, результати обговорено із співавторами.
6. Питак Н.В., Федорук Р.М., Хмеленко Т.П., Вдовитченко Т.Н., Савина Л.К., Привалова Н.Г. Сиалонсодержащий материал на основе овручского кварцита, алюминиевой пудры и кокса // Огнеупоры. – 1992, № 6. – С. 5-6.
Здобувачем проведено мінералого-петрографічне дослідження процесів мінерало- (фазо-) і структуроутворення під час синтезу сіалону. Встановлено криста-лооптичні характеристики одержаних фаз, розраховані формули і склад вґ-сіалонів.
7. Питак Н.В., Федорук Р.М., Савина Л.К., Привалова Н.Г., Карякина Э.Л. Муллито-корундовые огнеупоры с комбинированной нитридсодержащей связкой // Огнеупоры. – 1994, № 6. – С. 13-19.
Здобувачем вивчено мінеральний склад та структура мулітокорундових вогнетривів на зв’язці з нітриду кремнію, сіалону, синоїту під час їх отримання, а також досліджено процеси мінерало- і структуроутворення внаслідок дії розплавів шлаків, лугів, заліза, механізми руйнування. Результати обговорено із співавторами.
8. Федорук Р.М, Питак Н.В., Дегтярева Л.М., Вдовитченко Т.Н., Шаповалов В.С.,Привалова Н.Г., Карякина Э.Л. Синтез карбидкремниевой связки в образцах разного состава, обожженных в аргоне, СО и азоте, азоте // Тематич. отрасл. сборник УкрНИИО. – 1993. – С. 13-24.
Здобувачем проведено мінералого-петрографічне дослідження процесів мінерало- (фазо-) і структуроутворення під час синтезу в-SiC, сформульовано висновки.
9. Федорук Р.М., Питак Н.В., Савина Л.К., Карякина Э.Л., Привалова Н.Г. Композиционные многофазные огнеупоры для футеровки металлургических агрегатов
17
// Тематич. отр. сборник УкрНИИО. – 1993. – С. 27- 46.
Здобувачем досліджено вплив добавок на фазовий (мінеральний) склад і структуру вогнетривів на основі SiC і Al2O3 на зв’язці з сіалону, б-Si3N4. Здобувачем вивчались процеси мінерало-(фазо-) і структуроутворення внаслідок дії розплавів мета-лу, лугів, шлаку. Встановлено механізм руйнування.
10. Питак Н.В., Федорук Р.М., Савина Л.К., Привалова Н.Г. Алюмосиликатные огнеупоры с нитридсодержащей связкой // Тематич. отр. сборник УкрНИИО. - 1994. – С. 137-149.
Здобувачем вивчено мінеральний склад та структура шамотних вогнетривів на зв’язці з нітриду кремнію, в-сіалону, синоїту під час їх виготовлення, внаслідок дії розплавів шлаків, лугів, чавуну. Вивчено процеси руйнування. Результати обговорено із співавторами.
11. Привалова Н.Г., Федорук Р.М., Савина Л.К. Фазовый состав и структура карбидкремниевых огнеупоров на связке из нитрида кремния // Сборник трудов ОАО “УкрНИИО имени А.С.Бережного ”. – 2003, № 103. – С.123-128.
Здобувачем встановлена залежність фазового (мінерального) складу і мікро-структури карбідкремнієвих вогнетривів на зв’язці із б-Si3N4 від технологічних чин-ників, сформульовано висновки. Результати обговорено із співавторами.
12. Primachenko V.V., Martynenko V.V., Fedoruk R.M., Savina L.K., Khoruzhy A.G., Karјakina E.L., Privalova N.G. An influence of some technological factors on the synthesis of sialon binder in silicon carbide refractories for the blast furnaces // 45th International
Collocuium of Refractories 16 and 17 Oktober 2002 Eurogress Aachen-Germany. Stahl und Eisen. – 2002. – Special, september. – P. 185-187.
Здобувачем вивчено вплив технологічних чинніків на фазовий (мінеральний) склад і структуру карбідкремнієвих вогнетривів на зв’язці з вґ-сіалону.
13. Привалова Н.Г. Исследование процессов минералообразования, происхо-дящих в огнеупорах при воздействии на них агрессивных расплавов // Тез. докл.
междунар. науч.-техн. конф. “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. Харьков, 2003. – С. 58-59.
14. Привалова Н.Г. Минералого-петрографическое исследование карбидкрем-ниевых огнеупоров после службы // Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. “Техноло-
гия и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. Харьков, 2004. – С. 81.
Всі зазначені публікації містять результати мінералого-петрографічних досліджень отримані безпосередньо здобувачем на всіх етапах роботи і відображають основні висновки та наукові положення дисертаційної роботи.
АНОТАЦІЇ
Привалова Н.Г. Петрологія вогнетривів на основі карбіду кремнію (в процесі їх виготовлення та після експлуатації). Рукопис.
18
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата геологічних наук по
спеціальності 04.00.08 – петрологія. Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України, Київ, 2005.
Робота присвячена мінералогії і петрографії карбідкремнієвих вогнетривів під час їх виготовлення, випробування внаслідок дії агресивних факторів і після служби. Вивчено процеси мінерало- (фазо-) утворення, встановлено закономірності впливу технологічних чинників на фазовий склад і структуру карбідкремнієвих вогнетривів на зв'язці з в-SiC, вґ-сіалону і б-Si3N4. З’ясовано механізми взаємодії, процеси мінерало-(фазо-), структуро- і зоноутворення, що відбуваються під час дії розплавів шлаків, золи, лугів, чавуну, алюмінію на карбідкремнієві вогнетриви на зв'язках з б-Si3N4, Si2N2O, в-SiC і вґ-сіалона і інші види вогнетривів і причини їх руйнування. Виявлено закономірності мінерало- (фазо-), структуро- і зоноутворення, а також причини зносу (руйнування) карбідкремнієвих вогнетривів під час службі у фарфоро-фаянсовому виробництві, в печах нітроцементації, в процесорі ГЗК, на контакті з сріблом, у фурменому приладі доменної печі, а також під час плавки апатитової руди.
Ключові слова: мінерало-(фазо-), стуктуро- і зоноутворення, карбід кремнія, муасаніт, синоїт, нітрид кремнію, сіалон, петрографія, причини зносу (руйнування).
Привалова Н.Г. Петрология огнеупоров на основе карбида кремния (в процессе их изготовления и после єксплуатации). Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по
специальности 04.00.08 – петрология. Институт геохимии, минералогии и рудообразо-
вания НАН Украины, Киев, 2005.
Работа посвящена минералогии и петрографии карбидкремниевых огнеупоров в процессе их изготовления, в процессе испытания к воздействию агрессивных факто-ров и после службы. Изучены процессы минерало- (фазо-) и структурообразования при синтезе в-карбида кремния (в-SiC) и при получении нового вида карбидкремниевых огнеупоров (наполнитель - муассанит -б-SiC) на связке из в-SiC в зависимости от тех-нологических факторов (температура обжига, газовая среда, исходные компоненты, добавки и др.), установлено, что наибольшее количество в-SiC образуется из углеро-дистого материала (кокс) и кремния при обжиге при 1450-1500°С в аргоне. В образцах
имеющих в своем составе кварц, в-SiC образуется хуже. В среде N2 и СО+N2 силици-
рующий (газообразный и жидкий) реагент связывается быстрее с азотом и кислородом
азотом и кислородом в нитрид (б-Si3N4) и оксинитрид (Si2N2O) кремния. Образование кубической модификации карбида кремния за счет взаимодействия паров силицирую-
щих агентов с твердым углеродом можно рассматривать как процесс, аналогичный метасоматическому процессу горных пород, приводящий к возникновению псевдомор-
фоз в-SiС по углеродистому материалу.
Проведено детальное минералого-петрографическое исследование процесса синтеза сиалона (SiAlON) при разных температурах (1450 и 1550°С) в среде азота из
различных исходных компонентов) и при изготовлении нового вида карбидкрем-
19
ниевых огнеупоров на связке из вґ-сиалона в зависимости от различных технологичес-
ких факторов (температура, газовая среда, исходные материалы, форма частиц кремния и др.). Установлено, что большее количество вґ-сиалона образуется при использовании кремнекислоты и алюминиевой пудры, а также - кварцита и алюми-ниевой пудры, пирофиллита, отходов углеобогащения, а наиболее полно синтез проходит при использовании в качестве исходных материалов кремния и алюминия, корунда (глинозем или плавленый корунд) и глины.
Установлены закономерности влияния технологических факторов (форма и раз-
мер частиц исходного кремния, скорость подачи азота, температура, время, вид временной связки и др.) на фазовый состав и структуру карбидкремниевых огнеупоров на связке из б-нитрида кремния (б-Si3N4).
В результате проведенных сопоставительных минералого-петрографических исследований карбидкремниевых огнеупоров на различных связках и некоторых других видов огнеупоров после воздействия на них агрессивных факторов: расплавов шлаков, щелочей, металлов установлено, что в огнеупорах после испытания и после службы возникает зональность, часто близкая к природной метасоматической, обычно различимы: наименее измененная, рабочая (иногда переходная) зоны и шлаковая ко-
рочка (зона). На основании сопоставительного изучения процессов минерало-(фазо-),
структуро- и зонообразования при воздействии расплавов шлаков на карбидкрем-ниевые огнеупоры на связках из б-Si3N4, Si2N2O, в-SiC и вґ-сиалона и другие виды огнеупоров, установлен механизм взаимодействия расплавов с огнеупорами и причины их разрушения, установлено преимущество карбидкремниевых огнеупоров на связке из нитрида кремния, в которых наблюдается минимальная мощность рабочей зоны и незначительное его воздействие на огнеупоры; предложен механизм разрушения (износа) огнеупоров, заключающийся в постепенном замещении исходных компо-нентов на легкоплавкие стеклофазу и новообразования (пироксены - диопсид-геденбер-гит, железистые кордиерит, шпинелиды и др.) с последующим оплавлением интенсив-но ошлакованного слоя.
Выявлены закономерности взаимодействия расплава и паров щелочей с карбид-кремниевыми и алюмосиликатными огнеупорами на связках из б-Si3N4, Si2N2O, в-SiC и
вґ-сиалона и причины их разрушения. Установлен механизм разрушения и взаимодей-ствия расплавов золы углей в смеси со щелочами с различными видами огнеупоров,
изучены процессы минерало-, структуро- и зонообразования, происходящие при этом, показано преимущество карбидкремниевых огнеупоров.
Определен механизм взаимодействия, процессы минерало- (фазо-), структуро- и зонообразования, происходящие при воздействии расплавов чугуна и на основе железа на карбидкремниевые и алюмосиликатные огнеупоры на связках из б-Si3N4, Si2N2O, в-
SiC и вґ-сиалона и причины их разрушения. Установлен механизм воздействия расп-лава алюминия, паров AlCl3 и Cl2 на карбидкремниевые огнеупоры на различных связ-ках, показаны причины износа.
20
Выявлены закономерности в минерало- (фазо-), структуро- и зонообразовании, а
также причины износа (разрушения) карбидкремниевых огнеупоров на алюмосиликат-
ной связке при службе в фарфоро-фаянсовом производстве, в печах нитрицементации и в процессоре ГОКа. Определены причины разрушения и механизм минерало- (фазо-), структуро- и зонообразования в карбидкремниевых огнеупорах на связке из нитрида (б-Si3N4), оксинитрида (Si2N2O) кремния и вґ-сиалона при службе на контакте с серебром, в фурменном приборе доменной печи, а также при плавке апатитовой руды.
В работе приведены кристаллооптические описания многих минералов (фаз), полученных как в процессе синтеза, таких как: в-SiC, б- и в-Si3N4, синоит (Si2N2O), вґ-, х-, г-сиалоны и политип на основе AlN, карбиды и нитриды бора, алюминия, а также образовавшихся в рабочих и шлаковых зонах образцов после испытания или службы (твердые растворы, зональные кристаллы).
Ключевые слова: минерало- (фазо-), стуктуро- и зонообразование, карбид крем- ния, муассанит, синоит, нитрид кремния, сиалон, петрография, причины износа (разрушения).
Privalova N.G. Petrology refractories based on silicon carbide (in the process of their manufacture and exploitation). The manuscript.
The Ph.D. in Geological Sciences in the field of Petrology, code - 04.00.08. Institute of Geochemistry, Mineralogy and Ore formation of Ukrainian NAS, Kiev, 2005.
The work is devoted to mineralogy and petrography of silicon-carbide refractories in the process of their manufacture, testing to affecting of aggressive factors, and after service. The processes of mineral-(phase-) formation were studied, the mechanisms of the processing factors influence on the phase composition and the structure of silicon-carbide refractories based on в-SiC, вґ-sialon and б-Si3N4 bonds were determined. The mechanism of interaction, the processes of mineral- (phase-), structural- and zone formation occurring under the influence of slag, ash, alkali, iron, and aluminum melts on silicon-carbide refractories based on в-SiC, вґ-sialon and б-Si3N4 bonds, as well as other kinds of refractories and the causes of their disintegration were determined. The regularities of mineral- (phase-), structural- and zone formation as well as the causes of wear of silicon-carbide refractories during service in whitewares production, in nitro-cementation, in a dressing processor of an industrial complex, on junction with silver, in the tuyere apparatus of a blast furnace, as well as under apatite ore fusion were revealed.
Key words: mineral- (phase-) and zone formation, silicon carbide, moissanite, sinoitе, silicon nitride, petrography, causes of wearing (disintegration).
Здобувач Н.Г. Привалова
| 
