Лаборатория СВС – новых материалов
Лаборатория СВС-огнеупоров организована в 1988 году. Заведующий лабораторией, кандидат химических наук Фоменко Сергей Михайлович.
Сергей Михайлович Фоменко
Предлагается реализовать в производстве технологию изготовления теплоизоляционных изделий в виде полуцилиндров, сегментов (скорлуп), плит из усовершенствованных исходных составов для формовочной массы. В отличие от традиционной технологии, в предлагаемой отсутствуют такие операции, как прессование и пропаривание изделий. Пропаривание изделий при 90 – 100 С в традиционной технологии способствует упрочнению и лучшему схватыванию цементной составляющей. Жаропрочные теплоизоляционные сегменты, полуцилиндры, плиты применяются для теплоизоляции высокотемпературных узлов котлоагрегатов, турбин и парогенераторов острого пара. С целью обеспечения тепло- и энергосбережения и безопасной работы оборудования ТЭЦ, ГРЭС, котельных.
Ряд нововведений в разработанной технологии, а именно – новые составы с химическим связующим, применение отечественного цемента и асбеста, исключение операций прессования и пропарки, применение разъемных пластиковых форм, способствуют улучшению функциональных, потребительских и стоимостных показателей конечного продукта – теплоизоляционных изделий для обмуровки турбин, котлоагрегатов, паропроводов острого пара; способствуют уменьшению энергозатрат в процессах сушки изделий.
Особенности скрепления графитовых изделий методом СВС
Методом СВС сравнительно легко получаются материалы и изделия на основе нитридов, карбидов, боридов металлов, сиалонов и других соединений, обладающих рядом уникальных свойств. Применение продуктов СВС для скрепления графитовых изделий представляет большой практический интерес. Оптимизирована технология металлотермических смесей на основе алюминиевого порошка дисперсностью 20-30 мкм, графитового порошка и оксидов кремния и титана. В качестве затворяющей жидкости используют золь кремнезема производства DeguDent Gmbh. Установлено, что продукты СВС представлены в основном оксидом алюминия, перекристаллизованным графитом, карбидами кремния и титана, а также интерметаллическими соединениями.
Выполнены исследования по определению зависимости прочности скрепления графитовых образцов от предварительной механической обработки поверхности. Поверхности образцов фрезеровались до получения треугольного или трапецеидального периодического профиля (Рис. 1а). Шаг профилирования изменялся от 0,5 до 2 мм, угол профиля составлял 60о. Установлено, что прочность скрепления графитовых изделий зависит от обработки поверхности. Полированные образцы не скреплялись, шлифованные и профилированные образцы имели предел прочности на сдвиг от 2 до 15 МПа, что для графитовых изделий работающих при температурах выше 1000 0С является показателем достаточным для применения в промышленности. На рисунке 1б представлен соединительный шов профилированных графитовых образцов.
В настоящее время усилия сотрудников лаборатории направлены на исследования процессов СВС в природных минералах и отходах горно-перерабатывающей промышленности Казахстана с целью создания относительно дешевых огнеупорных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками для тепловых агрегатов черной и цветной металлургии, огнеупорной и цементной промышленности. С применением СВС-огнеупора на Николаевском глиноземном заводе в 1999 году запущена в эксплуатацию уникальная шахтная печь обжига известняка, не имеющая аналогов в мировой практике.
Лаборатория располагает необходимой материальной базой для проведения как научных исследований, так и для определения физико-механических и теплотехнических характеристик огнеупоров.
Технология производства теплоизоляционных материалов и изделий (плит, сегментов, полуцилиндров)
для нужд теплоэнергетики РК
К настоящему времени изношенность основного оборудования, теплосетей и теплотрасс предприятий энергетики Казахстана и ЖКХ составляет по различным оценкам 70 – 80 %. Качественный ремонт и переоснащение оборудования являются приоритетными задачами любого энергопроизводителя. Актуальной проблемой при выполнении ремонтных работ на котлоагрегатах, турбинах, паропроводах остается оснащение ремонтных организаций качественными теплоизоляционными изделиями в виде сегментов (скорлуп), полуцилиндров и плит. Производство таких изделий в Казахстане отсутствует, соответственно, предприятия теплоэнергетики вынуждены импортировать их из России и Китая. Одним из факторов постоянного роста тарифов для предприятий и населения как раз является отсутствие собственного производства теплоизоляционных изделий.
Теплоизоляционные полуцилиндры
Лабораторная установка
По своим технико-экономическим характеристикам обжиговые печи НГЗ в настоящее время являются лучшими в СНГ, а по экономической эффективности не уступают всемирно известным регенеративным печам фирмы «Мерц» (Австрия).
Новым направлением исследований в последние годы стала разработка углеродсодержащих СВС-огнеупоров и возможность их использования в качестве сварочного материала для графитовых и углеграфитовых изделий. За эти годы выполнены 9 проектов по фундаментальным и прикладным исследованиям, два проекта по программам международного сотрудничества.
В 2008 году коллективом лаборатории была выполнена работа по гранту Американского фонда гражданских исследований (СRDF), результатом которой стала разработка высокоуглеродистого СВС-материала для футеровки индукционных печей.
Материал хорошо себя зарекомендовал в условиях агрессивного воздействия расплавов металлов и высоких температур. Изготовленные по СВС-технологии тигли для индукционных печей прошли успешные испытания на машиностроительных заводах Алматы. После структурных изменений и реорганизационных мероприятий, проведенных в Институте в июне 2011 года, лаборатория переименована в лабораторию СВС новых материалов, заведующим назначен к.х.н. Фоменко С.М. В составе лаборатории на постоянной основе работают один доктор наук, два кандидата наук, два магистра, один бакалавр, на стадии завершения одна работа PhD. В настоящее время усилия сотрудников лаборатории направлены на исследование процессов СВС в условиях высоких давлений газов (азот, аргон). Целью этих исследований является получение новых композиционных карбонитридных материалов с повышенными теплофизическими и физико-механическими свойствами. Основным направлением научных исследований лаборатории являются разработка и внедрение в промышленность новых огнеупорных материалов на основе СВС-технологий. В лаборатории проведены фундаментальные исследования закономерностей твердофазного металлотермического горения различных оксидных систем, определены физико-химические свойства продуктов СВС, представляющие интерес для создания огнеупорных материалов. Результаты этих исследований послужили научной основой для создания семейства огнеупорных мертелей «Фурнон» с высокими техническими показателями.
В лаборатории разработаны и защищены Патентами РФ и РК огнеупорные материалы на основе минерального сырья Казахстана в виде сухих смесей для кладо .ных растворов с использованием технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, которые в настоящее время широко используются в практике футеровочных работ на обжиговых вращающихся и шахтных печах различного назначения.
Производство огнеупорных материалов «Фурнон» налажено на опытно-экспериментальном участке Шилибастауского отделения Института проблем горения. Среди постоянных потребителей огнеупорных мертелей «Фурнон» крупнейшие предприятия алюминиевой промышленности России и Украины -Братский алюминиевый, Красноярский алюминиевый, Новокузнецкий алюминиевый заводы, Николаевский глиноземный завод, цементные заводы Туркменистана, Кыргызстана, предприятие цветной металлургии Казахстана - АО «Балхашмыс», Усть-Каменогорский титано-магниевый комбинат, предприятия черной и цветной металлургии, огнеупорной промышленности стран СНГ.
На итальянском заводе "1Мсет" фирмы "Фосбел" проведена футеровка порога и зоны охлаждения вращающейся печи. На фирме "Сепсо З.А." (Греция) проведены обширные исследования и испытания свойств "Фурнона" и получен международный сертификат.
Есен Едашевич Дильмухамбетов
В 1987 году в структуре вновь образованного Казахского межотраслевого научно–технического центра СВС был создан отдел СВС-огнеупоров, который включал в себя три производственных сектора и одну исследовательскую лабораторию, с общим количеством более 50 сотрудников Руководителем исследовательской лаборатории был назначен Исмаилов М.Б. Тогда же было организовано производство СВС-огнеупорных мертелей Фурнон. Объем производства составил более 1200 тонн в год. Основными потребителями являлись цементные заводы и предприятия, имеющие в технологическом цикле вращающиеся обжиговые печи.
СВС–огнеупоры «Фурнон» удостоены серебряной медали ВДНХ СССР (1987), серебряной медали ХIХ Международного салона технических инноваций в Щвейцарии (Женева, 1992).
С апреля 1994 года лабораторией руководил к.х.н., доцент Е.Е.Дильмухамбетов. В это время исследуются фундаментальные закономерности твердофазного металлотермического горения различных оксидных систем, определяются физико-химические свойства продуктов СВС, представляющих интерес для создания огнеупорных материалов.
Особое внимание уделено исследованиям процессов СВС с участием природных минералов и отходов горно-перерабатывающей промышленности Казахстана. Результатом этих исследований явилось успешное внедрение СВС-мертелей в проектах реконструкции шахтных печей обжига известняка на Николаевском глиноземном заводе (Украина), разработанных российскими специалистами ОАО «Липецкстальпроект». В оригинальных инженерно-технических решениях реконструкции печей НГЗ были использованы лучшие свойства СВС-огнеупоров: высокая прочность скрепления кирпичей, термостойкость, абразивоустойчивость, химическая стойкость.
Марат Базаралыулы Исмаилов
В середине 80–х годов прошлого столетия на кафедре химической кинетики и горения КазГУ была создана группа исследователей под руководством профессора Г.И. Ксандопуло и к.т.н. Исмаилова М.Б. по изучению механизма горения натрий термических систем, которые привели в дальнейшем к работам по СВС–огнеупорам. Результатом этих работ явилось создание огнеупорных материалов семейства «Фурнон», которые представляли собой набивные массы, обмазки и мертели. Наиболее эффективными оказались СВС–мертели Фурнон–3.
Основным энергоносителем в них является алюминиевый порошок, окислителем - хромитовая руда, железорудный концентрат, природные алюмосиликаты и т.д. Эффект высокотемпературной прочности скрепления огнеупорных изделий обусловлен тем, что в ходе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза происходил не просто синтез шва, а одновременно реакция шва с кирпичом с формированием прочной керамической связки.