Разработка технологии и изготовление опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства для создания инфраструктуры размещения промышленных и жилых объектов в условиях крайнего севера (договор №4622ГС1/78314 от01.08.2022 (заключительный).

Отчет выполнен в объеме 101 стр., содержит 29 иллюстраций, 41 таблицу, 9 формул и состоит из 10 частей, введения, заключения, списка использованных источников и 12 приложений. Ключевые слова: пылевидные отходы стекольного производства, пылевидные отходы металлургического производства, пеностекло, борная кислота, оксид алюминия, вспенивающий агент (пенообразователь), сталь 20X23H18, теплоизоляционный материал, материал для создания инфраструктуры размещения промышленных и жилых объектов в условиях крайнего севера, разработка базовой рецептуры теплоизоляционного материала, разработка лабораторного регламента, разработка технологии изготовления теплоизоляционного материла, исследование физико-химических свойств исходных материалов, утилизация пылевидных отходов электрометаллургического производства, решение проблемы повышения эксплуатационных свойств теплоизоляционных материалов. В результате выполнения НИОКР по теме «Разработка технологии и изготовление опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства для создания инфраструктуры размещения промышленных и жилых объектов в условиях крайнего севера» в рамках предусмотренных работ по договору 4622ГС1/78314 от 01.08.2022 были выполнены следующие задачи, согласно календарному плану: 1. Разработана технология изготовления теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства. В рамках работы, в результате проведенного теоретического исследования, анализа литературных источников, для минимизации времени и затрат, принято решение о использовании метода ступенчатого нагрева жаропрочных форм работы для создания опытных образцов материла. Также в рамках работы предложена к реализации общая схема технологии изготовления теплоизоляционного материала, включающая в себя следующие основные пункты: 1) Подготовка отходов электрометаллургического производства; 2) Подготовка шихты; 3) Формование; 4) Термическая обработка; 5) Извлечение из форм и фасовка. В ходе работы было проведено исследование по подготовке пылевидных отходов электрометаллургического производства к использованию в шихте. Установлены режимы отжига материла, помола и сепарации. Предложенная технология позволяет получить теплоизоляционный материал на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства для создания инфраструктуры размещения промышленных и жилых объектов в условиях крайнего севера. 2. Проведены исследования физико-химических свойств исходных материалов для изготовления опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства В ходе работы было необходимо провести исследование физических, термических и химических свойств следующих материалов: 1) Пылевидные отходы электрометаллургического производства; 2) Пылевидные отходы стекольного производства (Диоксид кремния аморфный); 3) Борная кислота; 4) Оксид алюминия; 5) Мел; 6) Вспенивающий агент (пенообразователь); 7) Сталь 20X23H18. В результате проведенных исследований было установлено, что исследуемые материалы и их физико-химических свойства подходят для изготовления опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства. 3. Разработана базовая рецептура для изготовления опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства В ходе работы разработана базовая рецептура шихты для изготовления опытных образцов, также обозначены рецептуры для изготовлены опытных образцов материла. 4. Разработан лабораторный регламент изготовления опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства. На основании данных, полученных в результате проведенных исследований физико-химических свойств исходных материалов для изготовления опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала и разработке технологии с базовой рецептурой разработан лабораторный регламент изготовления опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала, включающий в себя 6 основных разделов. 5. Изготовлены опытные образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства. В ходе работ было изготовлено по 4 кг различных образцов согласно 18 разработанным рецептурам. Изготовленные опытные образцы исследовались по ГОСТ 21289-2018 «Методы определения механической прочности». В ходе исследования установлено, что рецептуры под номерами 2,4,6,10, 12 и 15 пригодны для проведения дальнейших работ по изучению их свойств. Опытным путем установлено, что оптимальной технологией изготовления теплоизоляционного материала является технология, представляющая из себя: 1. Подготовку шихты; 1.1. Смешение сухих материалов; 1.2. Смешение с пенообразователем; 1.3. Вспенивание; 2. Формование; 2.1. Подготовка форм; 2.2. Разливка шихты в формы; 2.3. Перемещение форм к месту обжига; 3. Термическую обработку; 3.1. Нагрев при температуре 820 0С на протяжении 12 часов; 3.2. Спекание на протяжении 5 часов; 3.3. Охлаждение до комнатной температуры в закрытой печи до 24 часов; 4. Извлечение из форм и фасовку; 4.1 Извлечение из формы готового изделия; 4.2 Проверка на соответствие размерам; 4.3 Фасовка. В итоге, входе работ по разделу сокращена технологическая цепочка производства теплоизоляционного материла, а также произведены опытные образцы по 6 различным рецептурам для проведения дальнейших опытов. 6. Исследована группа горючести опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства. В ходе работ по определению группы горючести теплоизоляционного материла изготовлены и испытаны 5 образцов материла представляющие собой цилиндры диаметром 45 мм, высотой 50 мм с отверстием по середине диаметром 4 мм. Образцы испытаны на специализированной установке для определения группы негорючих материалов «ОГНМ». Исходя из полученных результатов установлено, что: - прирост температуры в печи не превышал 50 0С; - среднеарифметическое значение потери массы для пяти образцов не превышало 50% от их среднего значения первоначальной массы после кондиционирования; - среднеарифметическое значение продолжительности устойчивого горения пяти образцов не превышало 10 с. В соответствии с правилами принятия решения, установленными п. 5.2 ГОСТ 30244-94, испытаний теплоизоляционного материла, материал относится к группе негорючих материалов (группа НГ). 7. Исследована удельная эффективная активность естественных радионуклидов опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства. В ходе работ по проведению испытаний на определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов было установлено, что образцы материала советуют т требованиям СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)». Материал относится к 1 классу опасности и может применяться в строительстве без ограничений. При этом удельная эффективная активность составляет 101,6 Бк/кг при норме в 370,0 Бк/кг. 8. Исследованы свойств опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства. Были проведены работы по визуальному описанию образцов, определению возможности воспроизведения и получения схожих свойств, испытания по циклам заморозки/оттаивания. Органолептические испытания показали, что подавляющее большинство образцов имеет ярко выраженный серо-фиолетовый оттенок. Полученные опытные образцы представляли собой кубики размеров 30*30*30 мм и весом от 42 до 159 грамм. При транспортировки опытных образцов разрушений не наблюдалось. При работе по определению возможности воспроизведения свойств теплоизоляционного материла по ГОСТ 21289-2018 «Методы определения механической прочности» установлено, что у образцов 2, 4, 6, 10 и 12 значение отклонения между полученными свойствами образцов менее 3,3 - это говорит о том, что повторное изготовление образцов теплоизоляционного материала со схожими свойствами возможно. У образца 15 данное значение более 3,3, что говорит о возможном расхождении свойств материла при воспроизведении рецептуры. При исследовании свойств теплоизоляционного материала с помощью метода оттаивания/заморозки, а также на основании требования к морозостойкости по техническому заданию - не менее 80 циклов, были выбраны образцы 2 и 6 для проведения дальнейших испытаний. Таким образом, в ходе проведенных опытов, для дальнейшей работы, использовались рецептуры № 2 и 6. 9. Проведены испытания опытных образцов конструкционного теплоизоляционного материала на основе пылевидных отходов стекольного и электрометаллургического производства. В ходе работы по разделу было изготовлено более 148 образцов различных размеров, в том числе фасонных по рецептурам 2 и 6. Образцы были испытаны и установлено, что полное соответствие техническому заданию по договору 4622ГС1/78314 от 01.08.2022 года по разработке технологии изготовления конструкционного теплоизоляционного материала было достигнуто по рецептуре 2. Полученные опытные образцы устойчивы к воздействию окружающей среды в том числе к растворам щелочей, кислот, солей, воды и водяного пара. Материал устойчив к температурному шоку (-60/+60 оС), удельная плотность материала составляет 470 кг/м3, водопоглащение 0,03%, прочность на сжатие 2,24 МПа, теплопроводность 0,067 Вт/Мк, морозостойкость 83 цикла. 10. Разработаны технические условия на изготовление конструкционного теплоизоляционного материала. Работа была успешно выполнена в полном объеме в соответствии с требованиями календарного плана и технического задания.