СОЗДАНИЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  ЛИНИИ  ПО  ПРОИЗВОДСТВУ  СИТАЛЛОВЫХ  ИЗДЕЛИЙ  В  УСЛОВИЯХ  МАЛОГО  ПРЕДПРИЯТИЯ  ПРИ  ВУЗЕ

Ким  Алексей  Юрьевич

д-р  техн.  наук,  доцент,  профессор  кафедры  «Теория  сооружений  и  строительных  конструкций»,  ФГБОУ  ВПО  «Саратовский  Государственный  Технический  Университет  имени  Ю.А.  Гагарина»,  РФ,  г.  Саратов

E -mail:  sberbanksp@yandex.ru

Харитонов  Семен  Павлович

аспирант  кафедры  «Теория  сооружений  и  строительных  конструкций»,  ФГБОУ  ВПО  «Саратовский  Государственный  Технический  Университет  имени  Ю.А.  Гагарина»,  РФ,  г.  Саратов

E -mail:  xpcemion@gmail.com

Амоян  Михаил

студент  ФГБОУ  ВПО  «Саратовский  Государственный  Технический  Университет  имени  Ю.А.  Гагарина»,  РФ,  г.  Саратов

THE  CREATION  OF  A  TECHNOLOGICAL  LINE  FOR  THE  PRODUCTION  OF  SITALLOVYE  PRODUCTS  IN  SMOLL  ENTERPRISE  AT  THE  UNIVERSITY

Kim  Aleksey

dr.  of  technical  science,  of  «Theory  of  structures  and  constructions»  department,  Saratov  State  technical  university  named  after  Y.A.  Gagarin,  Russia,  Saratov

Kharitonov  Semen

postgraduate  student  of  «Theory  of  structures  and  constructions»  department,  Saratov  State  technical  university  named  after  Y.A.  Gagarin,  Russia,  Saratov

Amoyan  Misha

student  Saratov  State  technical  university  named  after  Y.A.  Gagarin,  Russia,  Saratov

АННОТАЦИЯ

В  статье  описывается  новая  технология  создания  ситалловых  изделий.  Авторы  данной  статьи  провели  исследование,  целью  которого  было  отработка  новой  технологии  по  созданию  новых  стройматериалов,  которые  можно  производить  в  малом  предприятии,  созданном  при  ВУЗе.

ABSTRACT

The  article  describes  a  new  technology  for  creating  sitallovye  products.  The  authors  of  this  article  conducted  a  study  aimed  at  the  development  of  new  technology  for  the  creation  of  new  materials  that  can  be  produced  in  a  small  business,  created  at  the  University.

Ключевые  слова:   кристаллизация  стела;  технологическая  линия;  конструкционный  и  декоративный  ситаллы;  исходное  сырье.

Keywords:   crystallization  stele;  production  line;  construction  and  decorative  sically;  raw  materials.

Каменное  литьё  давно  применяется  людьми  для  своих  нужд.  Если  несколько  тысяч  лет  назад  люди  просто  обтесывали  камни  и  из  них  делали  дороги,  мосты,  дома  (бруски,  плиты,  трубы,  желоба  и  др.).  То  XIX  веке  каменное  литьё  стали  получать  путём  расплавления  предварительно  подготовленной  шихты  из  горных  пород  и  соответствующих  добавок  к  ним,  отливки  расплава  в  формы,  кристаллизации  изделия,  отжига  и  охлаждения  его.  В  Российской  империи  данное  производство  было  особенно  развито  на  Урале.  Частично  сохранилось  оно  и  в  настоящее  время.

Начиная  с  лета  2011  года,  группа  студентов  третьего  курса  технологического  факультета  Саратовского  государственного  аграрного  университета  им.  Н.И.  Вавилова  под  руководством  профессора  Кима  А.Ю.  проводила  исследования  по  созданию  технологии  для  производства  стройматериалов,  предназначенных  для  отделки  зданий  и  сооружений. 

Целью  данного  исследования  было  отработка  новой  технологии  по  созданию  стройматериалов,  которые  можно  производить  на  малом  предприятии,  созданном  при  вузе. 

За  два  года  работы  были  созданы  новые  виды  ситаллов  (термин  образован  из  первой  и  последней  части  слов  стекло  и  кристалл)  с  заданными  характеристиками  для  строительной  отрасли  Саратовской  области.  Работы  проводились  на  базе  термического  участка  завода  «Электротерм-93»  г.  Саратова,  лаборатории  Саратовского  завода  технического  стекла  и  лаборатории  Саратовского  завода  электронного  машиностроения.

Летом  2012  года  данной  группой  были  получены  основные  составы  ситаллов  (конструкционные  и  декоративные),  а  также  отработана  технология  производства  каменного  литья  в  газовых  печах.  Студенты  Алексей  Жадаев  и  Семен  Харитонов  разрабатывали  составы  сырья  и  проводили  опыты,  а  проф.  Ким  А.Ю.  осуществлял  общее  руководство  группой  исследователей  и  проводил  испытания  полученных  образцов  ситалла  на  прочность.

У  ситаллов  уже  достаточно  большая  история,  но  о  них  мало  кто  знает,  и  применяют  довольно  редко. 

Впервые  поликристаллическое  «фарфоровое»  изделие,  способное  без  деформаций  выдерживать  высокие  температуры,  получил  при  кристаллизации  стекла  французский  химик  Р.  Реомюр  в  1739  году. 

Вновь  эта  идея  возродилась  лишь  в  конце  20-х  гг.  ХХ  века,  когда  в  ряде  стран  были  созданы  стеклокристаллические  материалы  с  ценными  техническими  свойствами. 

В  конце  1950-х  гг.  в  США  был  открыт  способ  стимулирования  процесса  кристаллизации  стекла  с  целью  получения  новых  ценных  материалов  из  «расстеклованной  массы».  С  этого  времени  процесс  кристаллизации  стекла,  известный  как  самопроизвольный  (или  спонтанный)  и  приносивший  большие  потери  на  производстве,  стало  возможно  контролировать.

Учёные  считают  одним  из  важнейших  достижений  в  стеклотехнике  двадцатого  века  открытие  метода  катализированной  кристаллизации  стекла.  Закристаллизированные  стекла  появились  в  1956—1957  годах.  В  разных  странах  они  получили  различное  название:  «румынский  фарфор»,  «пирокерам»  (США),  «девитрокерам»  (Япония),  «ситалл»  (Россия)  и  др.

Истираемость  изделий  из  каменного  диабаза,  гранита,  литья  составляет  0,7  г/см2,  что  в  2...5  раз  меньше,  чем  базальта.

Применяя  различные  средства  воздействия  на  процесс  образования  микроструктуры,  такие  как  температура,  давление,  добавки,  соответствующий  режим  и  т.  д.,  учёным  мира  удалось  получить  важные  для  современной  техники  материалы.

Так,  в  шестидесятых  годах  в  США,  а  несколько  позднее  в  России,  было  синтезировано  не  встречающееся  в  природе  соединение  —  кубический  нитрид  бора  (боразон),  твёрдость  которого  выше  твёрдости  алмаза.  При  синтезе  его  приходится  применять  очень  высокие  давления  и  температуру  (около  6,5  ГПа  и  1500  °С),  а  также  создавать  весьма  сложную  аппаратуру,  способную  работать  при  этих  условиях.

Осуществляя  искусственную  перестройку  кристаллической  решётки,  можно  получить  различные  поликристаллические  материалы  с  заданными  свойствами.

На  примере  ситаллов  наглядно  проявляется  роль  микроструктуры  и  фазового  состава  для  свойств  поликристаллического  материала.

Так,  главная  особенность  ситаллов  —  их  тонкозернистость:  размер  кристаллических  зёрен  ситаллов  обычно  не  превышает  1  мкм.  Именно  тонкозернистость  закристаллизованного  стекла  в  значительной  степени  сообщает  ситаллу  повышенные  механические  свойства  (химические,  термические,  электрические  и  пр.)  определяются  фазовым  составом  кристаллических  зёрен  и  составом  остаточной  стеклофазы.

Все  известные  ситаллы  можно  условно  подразделить  на  три  группы:  технические  ситаллы;  шлаковые  ситаллы;  петроситаллы.

Технические  ситаллы  включают  все  искусственные  композиции,  получаемые  на  основе  смесей  разных  соединений  элементов,  а  именно,  сподуменовые  ситаллы,  кордиеритовые  и  другие.

Технические  ситалла  —  это  материал  наиболее  высокого  качества  и  сравнительно  высокой  стоимости.

Шлаковые  ситаллы  включают  ситаллы  на  основе  шлаков  чёрной  и  цветной  металлургии.  К  этой  группе  относятся  и  ситаллы  на  основе  других  шлаков  и  зол  (фосфорное  производство,  золы  ТЭЦ  и  др.).  Шлаковые  ситаллы  отличаются  низкой  стоимостью,  но  для  изготовления  ответственных  несущих  конструкций  не  применяются.

Петроситаллы  включают  ситаллы  на  основе  горных  пород  (базальтов,  диабазов  и  др.),  а  также  на  основе  отходов  разных  обогатительных  производств  (шламы,  хвосты  руд  и  пр.).  Петроситаллы  могут  иметь  высокие  качества  и  вместе  с  тем  не  требовать  дефицитного  сырья.

На  первом  этапе  целью  исследований  группы  являлась  разработка  технологии  получения  ситалла  для  изготовления  изделий  отделки  различного  назначения,  а  именно  технологии  получения  декоративного  ситалла.

Группа  ставила  перед  собой  задачу  получить  эффективный  ситалл.  Под  эффективностью  понималось  его  высокие  технико-экономические  показатели.

Экономичность  в  данном  случае  означает  малые  затраты  на  изготовление  ситалла  по  сравнению  с  его  стоимостью.

Технические  показатели  ситалла  —  это  показатели,  характеризующие  физико-механические  свойства  ситалла  (прочность,  твёрдость,  ударную  вязкость,  модуль  упругости,  плотность),  термические  свойства  (термостойкость,  морозоустойчивость,  жаропрочность,  теплоёмкость,  теплопроводность).

Также  у  материала  важны  его  химические  свойства  (химическая  стойкость  по  отношению  к  агрессивной  среде,  кислотам,  щелочам),  электрические  свойства  (электроизоляционные  свойства,  электропроводность,  электрическая  прочность). 

Техническая  эффективность  ситалла  означает,  что  его  технические  показатели  находятся  в  пределах,  которые  рекомендуются  наукой  и  практикой  для  изготовления  того  или  иного  изделия.

Выбор  главного  показателя  материала  зависит  от  вида  изделия.

В  результате  проведенных  научной  группой  испытаний  полученных  образцов  ситалловых  изделий,  удалось  получить  его  основные  физические  характеристики.  Они  приведены  в  таблице  №  1 

Таблица  1.

Физические  свойства  ситалла

На  рисунках  1  и  2  показаны  фрагменты  испытания  ситаловых  образцов  в  лаборатории  Саратовского  завода  технического  стекла,  проведенных  летом  2009  года.

  Исходным  сырьем  для  производства  ситалла  является  изверженная  порода  пироксенового  типа  (диопсид,  авгит,  геденбергит,  магнетит,  диабаз,  базальт  и  другие  распространенные  в  России  минералы),  а  также  глина,  кварцевый  песок,  гипс,  мел,  доломит,  сода,  окись  хрома,  кокс.

Рисунок  1.  испытания  ситаловых  образцов

Рисунок  2.  испытания  ситаловых  образцов

Для  декоративного  ситалла  был  выбран  основной  показатель  —  красота  расцветки.

Разумеется,  другие  показатели  свойств  ситалла  должны  находиться  в  приемлемом  диапазоне.  Например,  если  под  конструкционным  изделием  понимать  половую  плитку,  то  соответствующий  ситалл,  очевидно  должен  иметь  достаточно  высокую  ударную  вязкость  и  сопротивляемость  истиранию,  химическую  стойкость,  а  также  приемлемую  расцветку  —  например,  чёрный,  серый  или  белый  цвет).

При  разработке  декоративного  ситалла,  предназначенного,  например,  для  изготовления  ваз,  прежде  всего,  должна  быть  выдержана  расцветка,  когда  гамма  цветов  соответствует,  скажем,  мрамору  или  малахиту  или  какому-либо  другому  природному  минералу.

Группа  поставила  цель  получить  искусственный  мрамор.  В  этом  случае  такие  «второстепенные»  показатели  как  прочность,  лёгкость  и  термостойкость  очевидно  также  должны  быть  приемлемы.

Очень  важна  экономическая  эффективность  ситалла,  когда  изделия  могут  быть  получены  при  простых  технологических  процессах  на  основе  недефицитного  сырья.  Учёт  последнего  обстоятельства  привёл  исследователей  к  выводу  о  необходимости  разработок  в  области  петроситаллов.

К  основным  задачам,  решаемым  в  данном  случае  научной  группой,  относятся:

·     разработка  составов  конструкционного  и  декоративного  ситаллов;

·     разработка  режимов  термообработки  конструкционного  и  декоративного  ситаллов;

·     получение  образцов  проектируемых  ситаллов  на  полупромышленной  установке  с  целью  экспериментальной  проверки  полученных  составов  и  режимов  термообработки;

·     испытание  синтезированных  ситаллов  с  целью  выявления  их  качества;

·     оптимизация  составов  и  режимов  термообработки  ситаллов;

·     разработка  рекомендаций  для  проектирования  технологической  линии  по  выпуску  изделий  из  ситаллов.

Целью  данного  исследования  было  отработка  инновационной  технологии  по  созданию  новых  стройматериалов,  которые  можно  производить  в  малом  предприятии.

Список  литературы:

1.Ким  А.Ю.,  Нургазиев  Р.Б.,  Харитонов  С.П.  Применение  нанотехнологий  для  производства  новых  строительных  материалов.  Специалисты  АПК  нового  поколения:  Материалы  IV  Всероссийской  научно-практической  конференции.  Под  ред.  И.Л.  Воротникова:  в  2  ч  Ч.  2  Саратов:  Издательство  «КубиК»,  2010.  —  210  с.,  —  с.  53—56.

2.Ким  А.Ю.,  Ким  Ю.В.  СБОРНАЯ  ТРУБЧАТАЯ  КОНСТРУКЦИЯ.  Патент  на  изобретение  RUS  2295086  от  29.11.2004.

3.Ким  А.Ю.,  Ким  Ю.В.  СБОРНАЯ  СИТАЛЛОВАЯ  ТРУБЧАТАЯ  КОНСТРУКЦИЯ.  Патент  на  изобретение  RUS  2295087  от  14.05.2005.

4.Павлушкин  Н.М.  Химическая  технология  стекла  и  ситаллов.  Издательство:  Стройиздат  Год:  1983  Формат:  djvu  Размер:  22,2  МБ  Для  сайта:  eknigi.org  Стекло  и  изделия  на  его  основе.