Розрахунок температур та складів евтектик полікомпонентних перерізів системи CaO – Al₂O₃ – CoO – NiO

Abstract

У работі наведено результати оцінки максимальних температур та складів евтектик технологічно значущих перерізів системи CaO – Al₂O₃ – CoO – NiO, перспективні з точки зору отримання на основі їх композицій вогнетривких в'яжучих з комплексом заданих спеціальних властивостей. Для побудови поверхонь ліквідусу бінарних і потрійних евтектичних систем використовували метод Епстейна-Хауленда, який широко використовують у технології тугоплавких неметалевих силікатних матеріалів. За результатами попередніх досліджень визначено, що тетраедри системи CaAl12O19 – CaAl4O7 – CoAl2O4 – NiAl2O4 та CaAl2O4 – CaAl4O7 – CoAl2O4 – NiAl2O4 мають найбільший відносний об’єм і найменший ступінь асиметрії, вони є оптимальними з точки зору розробки складів вогнетривких матеріалів з комплексом заданих властивостей. Фази, що входять до складу даних тетраедрів, мають високу ймовірність існування в системі CaO – Al₂O₃ – CoO – NiO, що дозволить розробити стійку технологію глиноземистих цементів. На підставі виконаних розрахунків та проведеного аналізу температур і складів евтектик системи визначено необхідність варіювати в складі цементу вміст СaAl2O4, CoAl2O4 та NiAl2O4, як найбільш гідравлічно активного і вогнетривких компонентів. Для підвищення температури експлуатації склад в’яжучої композиції необхідно коригувати у бік збільшення кількості CaAl4O7 для незмінних значень міцності, тоді як у композиційному вогнетривкому матеріалі доцільно збільшувати вміст шпінельних фаз як компонентів заповнювача. Визначено, що композиції досліджених перерізів можуть бути використані за температур експлуатації понад 1475 °C. Варіюванням виду та фазового складу цементу можливо отримувати вогнетривкі матеріали широкого температурного спектру експлуатації для використання їх у теплонапружених ділянках високотемпературних агрегатів.The paper presents the results of estimating the maximum temperatures and compositions of eutectics of technologically significant sections of the CaO - Al₂O₃ - CoO - NiO system, which are promising from the point of view of obtaining refractory binders with a set of specified special properties based on their compositions. The Epstein-Howland method, which is widely used in the technology of refractory non-metallic silicate materials, was used to construct the liquidus surfaces of binary and ternary eutectic systems. According to the results of preliminary studies, it was determined that the tetrahedra of the CaAl12O19 - CaAl4O7 - CoAl2O4 - NiAl2O4 and CaAl2O4 - CaAl4O7 - CoAl2O4 - NiAl2O4 systems have the largest relative volume and the lowest degree of asymmetry, and they are optimal from the point of view of developing refractory materials with a set of specified properties. The phases that make up these tetrahedra have a high probability of existence in the CaO - Al₂O₃ - CoO - NiO system, which will allow the development of a sustainable technology for alumina cements. Based on the calculations performed and the analysis of the temperatures and compositions of the system's eutectics, it was determined that it is necessary to vary the content of CaAl2O4, CoAl2O4 and NiAl2O4 in the cement as the most hydraulically active and refractory components. To increase the operating temperature, the composition of the binder composition should be adjusted towards an increase in the amount of CaAl4O7 for unchanged strength values, while it is advisable to increase the content of spinel phases as aggregate components in the composite refractory material. It was determined that the compositions of the studied sections can be used at operating temperatures above 1475 °C. By varying the type and phase composition of cement, it is possible to obtain refractory materials of a wide temperature range of operation for use in heat-stressed areas of high-temperature units.