Назад в библиотеку

О влиянии некоторых добавок на прочность динасовых изделий

Автор: В.Я. Гринберг, Е.Я. Гимпельман, Н.В. Лебедев
Источник: Журнал Огнеупоры 1984, №5, с. 98

Современные тепловые агрегаты и энергетические установки предъявляют все более высокие требования к прочностным свойствам огнеупорных материалов. Так, динас для кладки пода коксовой печи должен обладать пределом прочности при сжатии не менее 50 МПа [1]. Получение такого динаса — трудоемкий процесс, связанный с изменением технологических параметров. Данные о влиянии различных факторов на прочность динаса указывают на целесообразность получения высокопрочного динаса путем введения в его состав минерализирующих добавок без изменения основных технологических параметров.

В настоящей статье приводятся результаты исследования влияния минерализирующих добавок на прочность динаса. Для изготовления образцов использовали кристаллический кварцит с 98,1 % SiO2, применяемый на Первоуральском динасовом заводе для производства коксового динаса.

В поисковых экспериментах переменными являлись добавки: известково-железие&я смесь (ИЖС), ТiO2 , А12 02 , MgO, S. Эти добавки были выбраны с целью получения ситаллообразной структуры связки, позволяющей улучшить механические свойства динаса [2]. В результате проведенных опытов выяснилось, что при содержании ИЖС менее 2,2 % и более 3,2 % (по СаО) прочность динаса снижается, а в указанных пределах практически не влияет на нее. Поэтому в последующих опытах содержание ИЖС было постоянным (2,6 % по СаО).

В основных лабораторных экспериментах исследуемыми добавками служили ТiO2 , AI2 O3 , MgO и S. В качестве характеристики прочности динаса принимался предел прочности при сжатии σсж обозначаемый в дальнейшем Y. Для математического описания зависимости σсж от массовой доли добавок ТiO2, AI2O3, MgO и S (соответственно X-X4,) принята полиноминальная модель

Поисковые эксперименты показали, что взаимодействия исследованных факторов существенно влияют на результаты, поэтому был осуществлен полный факторный эксперимент типа 22.

Опыты проводили следующим образом. Добавки измельчали до содержания фракции мельче 0,09 мм не менее 95 %, смешивали в определенных соотношениях и вводили в кварцит. Образцы формовали на лабораторном прессе ПГ-100 под давлением 60 МПа и обжигали в печи с силитовыми нагревателями при 1420 °С.

План эксперимента и результаты опытов приведены в табл. 1. На каждом уровне определяли предел прочности при сжатии на трех образцах. Проверка результатов на грубые ошибки показала, что некоторые из них необходимо отбросить, поэтому число параллельных опытов оказалось неодинаковым на разных уровнях, что не позволило для расчетов коэффициентов регрессии применить простые зависимости полного факторного эксперимента. Расчет коэффициентов регрессии производили по общим зависимостям регрессионного анализа [3] на ЭВМ БЭСМ-6 сотрудниками ВостИО. В результате расчетов получено следующее уравнение регрессии:

Следует отметить, что воспроизводимость опытов была невысокий. Причинами разброса были неравномерность обжига и недостаточно высокое качество формования образцов на лабораторном прессе. Неравномерность обжига происходила из-за того, что не удавалось разместить всю партию обжигаемых образцов в центральной зоне печи. В связи с этим была проведена еще одна серия опытов на Первоуральском динасовом заводе.

Образцы-кубы с ребром 50 мм изготовляли описанным выше образом, формовали на лабораторном прессе под давлением 60 МПа и обжигали в туннельной печи при 1400 °С. Условия опытов и их результаты приведены в табл. 2, 3.

Обработку результатов проводили в соответствии с регрессионным анализом для ортогонального планирования [4], проверку однородности наблюдений – по ξ-критерию [5]. Поскольку во всех опытах рассчитанное значение ξ < ξтабл, нет оснований отбросить результат какого-либо наблюдения. Проверка однородности дисперсий может быть проведена по критерию Кохрена [5], так как объем выборок во всех опытах одинаков. Поскольку рассчитанное значение этого критерия σ < σтабл, дисперсии признаются однородными.

Коэффициенты регрессии bi, при линейных членах рассчитывались по формулам [4]:

где Хiu – значение i-того фактора в u-том опыте; Yu – среднее значение функции отклика в u-том опыте; N – число опытов. Коэффициенты регрессии при взаимодействии находятся по аналогичным формулам.

Проверку значимости коэффициентов регрессии проводили по t-критерию. После отбрасывания незначимых коэффициентов получено следующее уравнение регрессии:

Для проверки адекватности модели ставился опыт в нулевой точке, т. е. при значениях факторов, равных нулю (в кодированных переменных). Гипотеза адекватности проверяется по t-критерию. Величина его в проверочной точке оценивается по формуле

где Δω – разность между полученными в опыте в проверочной точке и предсказанным (вычисленным по уравнению регрессии) значениями функции отклика, Δω = Yω — Y ′ω; Sω2{Y} – дисперсия воспроизводимости в проверочной точке; S2{Y′ ′} – дисперсия предсказанного значения в проверочной точке; rω – число параллельных опытов в проверочной точке.

Значение предела прочности при сжатии в проверочной точке, найденное экспериментально, оказалось равным 70,2 МПа, а по уравнению (4) 53,4 МПа. Подсчитан¬ное по уравнению (5) 1,68, а tтабл = 2,04. Поскольку t<tтабл, можно считать, что полученное уравнение регрессии адекватно описывает зависимость ωсж от изучаемых факторов в исследованной области их изменения.

Уравнение в натуральных переменных получается из уравнения (4) путем замены переменных по соотношению

где Хi – кодовое значение переменной; Хi – натуральное значение переменной; ΔХi – интервал варьирования переменной. Производя такую замену, получим:

Хотя уравнение (2), описывающее лабораторные эксперименты, и уравнение (4), полученное при обработке опытно-промышленной серии исследований, не совпадают, качественные выводы одинаковы.

Указанные добавки, повышающие прочность динасовых изделий, могут быть введены в кварцитовую основу в виде смеси портландцемента и TiO2 [6]. На Первоуральском динасовом заводе нами выпущена промышленная партия коксовых динасовых изделий марки 4542-0 для испытания их в опытной коксовой батарее с шириной камеры 600 мм Восточного углехимического института. Выпущенные изделия имеют следующие .свойства: Выводы

Введение добавок TiO2 и S в кварцитовую основу позволяет увеличить прочность динасовых изделий, в то время как введение А1203 И MgO снижает ее.

Максимальное значение σсж, рассчитанное по уравнению (6), достигается на границе исследованной области при содержании добавок TiO2 1,5 % и S 0,5 % и равно 75,9 МПа. По результатам контрольного опыта в этой точке σсж = 77,1 МПа. Значение σсж для изделий из кварцитовой массы с ИЖС без добавок составило в опытах 51,2 МПа, а рассчитанное по уравнению (4) 60,6 МПа.

Выпущена промышленная партия коксовых динасовых изделий с добавками портландцемента и TiO2. Предел прочности при сжатии изделий составил 80 МПа.


Библиорафический список


1. Кайнарский И. С. и др. Огнеупоры для коксовых печей. М.: Металлургия, 1966. 250 с.
2. Павлушкин Н. М. Основы технологии металлов. М.: Стройиздат, 1970. 352 с.
3. Хальд А. Математическая статистика с тех¬ническими приложениями. М.: ИЛ, 1956. 664 с.
4. Зедгенидзе И. Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976. 390 с.
5. Большее Л. Н., С м и р н о в Н. В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1965. 464 с.
А. с. 592793 (СССР) / Лебедев Н. Ф., Кащеев И. Д., Гринберг В. Я. Опубл. в Б. И., 1978, № 6, с. 97.