Изучение свойств алюмосиликатных огнеупоров при добавлении в их состав цинксодержащих компонентов
DOI:
https://doi.org/10.54708/26587572_2026_8326107Ключевые слова:
Алюмосиликатные огнеупоры, муллит, алюминат цинка, силикат цинка, термостойкость огнеупоровАннотация
Вопрос повышения термостойкости огнеупоров считается актуальным, в виду постоянного усложнения процессов производства, технологий плавки и обработки металлов. Термостойкостью называют способность огнеупоров противостоять, не разрушаясь, резким колебаниям температур в течение их эксплуатации. Из практики эксплуатации металлургических агрегатов, примерно, треть огнеупоров разрушаются из-за недостаточной термостойкости при температурах гораздо ниже их огнеупорности. Для повышения термостойкости зачастую применяют 2 метода. Первый метод основан на образовании специальной пористой структуры (микротрещеноватой), второй – за счет введения добавок углерода или карбида кремния, тем самым увеличивая теплопроводность огнеупора. В алюмосиликатных огнеупорах обычно фаза муллита является второй фазой, которая увеличивает термостойкость, однако реакция муллитообразования всегда протекает с выделением свободного кремнезема и образованием термодинамически неустойчивой стеклофазы, которая понижает физико-химические свойства. В данной работе исследуется возможность получения термостойкой структуры на основе муллитокорундовых огнеупоров с добавлением в них оксида и дигидрофосфата цинка, которые образуют шпинелеподобные фазы – алюминат цинка (ZnAl2O4) и силикат цинка (Zn2SiO4). В заключение сделан вывод о возможности разработки составов шихты алюмосиликатных огнеупоров с добавками цинксодержащих компонентов.Библиографические ссылки
Kashcheev I. D., Strelov K. K., Mamykin P. S. Chemical technology of refractories //. M.: Intermet Engineering, 752(2007) (in Russian) [Кащеев И. Д., Стрелов К. К, Мамыкин П. С. Химическая технология огнеупоров //. М. : Интермет Инжиниринг, 752(2007)].
Perepelitsyn V. A., Zemlyanoy K. G. Theoretical aspects of wear resistance of refractories // New refractories, 5, 21-22(2022) (in Russian) [Перепелицын В. А, Земляной К. Г Теоретические аспекты износоустойчивости огнеупоров // Новые огнеупоры, 5, 21-22(2022)].
Hasselman, D. P. H. Elastic energy at fracture and surface energy as design criteria for thermal shock // Journal of the American Ceramic Society, 46, 535-540(1963)
Xu X. H., Tian, C., Sheng S. L. [et al.]. Characterization of thermal-shock cracks in ceramic bars // Science China Physics, Mechanics and Astronomy, 57, 2205-2208(2014).
Papsík R., Sevecek O., Schlacher J., Bermejo R. Prediction of thermal shock induced cracking in multi-material ceramics using a stress-energy criterion // Engineering Fracture Mechanics, 303, 110121(2024).
Cameron W. E. Compositions and cell dimensions in mullite // American Ceramic Society Bulletin, 56, 1003-1011(1977).
Winter J. K., Ghose S. Thermal expansion and hingtemperature crutal chemistry of the Al2SiO5 polymorphs // American Mineralogist,74 , 573-586(1979).
Kriven W. M., Pask J. A. Solid-Solution range and microstructure of melt grow mullite // Journal of the American Ceramic Society, 66, 649-654(1983).
Aksel C. The effect of mullite on the mechanical properties and thermal shock behaviour of alumina–mullite refractory materials // Ceramics International, 29(2), 183-188(2003).
Dingqiao Guo , Xiangcheng Li, Pingan Chen, Boquan Zhu, BinXiang Fang Microstructure evolution and its effect on thermo-mechanical properties of lowcarbon Al2O3-C refractories // Ceramics International, 42, 19071-19078(2016).
Amélie Bigeard, Pierrick Vespa, Paul Leplay, Camille Mesnager, Olivier Citti, Didier Bouvard, David Jauffres Thermomechanical behavior of an aluminamullite-zirconia refractory ceramic: sintering and thermally induced damage // Journal of the European Ceramic Society, 44, 1256-1266(2024).
O.H. Borges, J.A.P. Sardelli, C. Pagliosa Neto, A.P. da Luz, V.C. Pandolfelli. ZnO and MgO as inducers of spinel-like phase formation on alumina-based castables // Journal of the European Ceramic Society, 42, 7335-7342(2022). Doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2022.08.030.
Yuqi Guo, Ning Liao, Guoping He, Tianbin Zhu, Shengli Jin, Yawei Li Atmosphere-dependent in-situ ceramic whisker formation and performance enhancement in Al2O3-C refractories // Journal of the European Ceramic Society, 46, 1117824(2026).
Bunting E. N. Phase equilibria in the system SiO2-ZnO-Al2O3 // Journal of Research of the National Bureau of Standards, 8, 279-288(1931).
Abhishek Sharma and Dami Kim and Sang-Im Yoo Subsolidus phase diagram in the GeO2–ZnO–SnO2 system at 1100 °C in air // Ceramics International, 44, 9848-9853(2018).
Branson D.L. Kinetics and mechanism of the reaction between zinc oxide and aluminum oxide // Journal of the American Ceramic Society, 48, 591-595(1965).
Davar F., Salavati-Niasari M. Synthesis and characterization of spinel-type zinc aluminate nanoparticles by a modified sol-gel method using new precursor // Journal of Alloys and Compounds, 509, 2487-2492(2011).
Valenzuela M.A., Jacobs J.-P., Bosh P., Reijne S., Zapata B., Brongersma H.H. The influence of the preparation method on the surface structure of ZnAl2O4 // Applied Catalysis A: General, 148, 315-324(1997).
Somnath Mandal, James G. Hemrick, Manoj K. Mahapatra. Zinc aluminate (ZnAl2O4) refractory aggregates: Dilatometric sintering studies and thermal expansion coefficient // Journal of the European Ceramic Society, 42, 6244-6254(2022). Doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2022.06.058.
Перепелицын В. А., Кормина И. В., Карпец Л. А., Зубов А. С. Термостойкость плавленого корунда// Новые огнеупоры. – 2004. – № 1. – С. 39-42.
C. R. Hubbard, E. H. Evans, D. K. Smith. The reference intensity ratio, I/Ic, for сomputer simulated powder patterns // Journal of Applied Crystallography, 9, 169-174(1976). DOI: 10.1107/S0021889876010807.
