ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ  МЕТОДЫ  УПРАВЛЕНИЯ  СОСТАВАМИ  ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩИХ  ФОРМОВОЧНЫХ  СМЕСЕЙ

Бакиров  Рашид  Бакирович

д-р  техн.  наук,  профессор  Таразского  государственного  университета  им.  М.Х.  Дулати,  Республика  Казахстан,  г.  Тараз

E -mail:  bakirov_rashid@mail.ru

Сон  Инесса  Александровна

студент  3  курса  Таразского  государственного  университета  им.  М.Х.  Дулати,  ФНГиМ,  специальности  «Машиностроение»,  Республика  Казахстан,  г.  Тараз

E-mail: 

Жумат  Раиса  Ғалымжанқызы

студент  3  курса  Таразского  государственного  университета  им.  М.Х.  Дулати,  ФНГиМ,  специальности  «Технологические  машины  и  оборудование  нефтегазовой  отрасли»,  Республика  Казахстан,  г.  Тараз

E-mail: 

THERMODYNAMIC  METHODS  OF  MANAGEMENT  OF  COMPOSITIONS  BASED  COLD-SOLIDIFICATION  FORMING  MIXES

Rashid  Bakirov

doctor  of  science,  professor  of  Taraz  State  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Taraz

Inessa  Son

student  of  the  Taraz  State  University,  oil,  gas  and  mechanics  faculty,  speciality  mechanical  engineering,  Republic  of  Kazakhstan,  Taraz

Raisa  Zhumat

student  of  the  Taraz  State  University,  oil,  gas  and  mechanics  faculty,  speciality  technological  machines  and  equipment  of  oil  and  gas  branch,  Republic  of  Kazakhstan,  Taraz

АННОТАЦИЯ

Выполнен  термодинамический  расчет  взаимодействия  компонентов  холоднотвердеющих  формовочных  смесей  с  целью  оптимизации  составов  смесей  и  управления  их  технологическими  свойствами.  Компонентами  ХТС  являются  местные  формовочные  материалы  и  производственные  отходы.

ABSTRACT

The  Thermodynamic  calculation  of  the  cold-solidification  forming  mixes  interaction  components  has  been  performed  for  the  purpose  of  compositions  mixes  optimization  and  its  technological  properties  management.  The  CSM  components  are  local  forming  materials  and  production  waste.

Ключевые  слова:  термодинамический  расчет;  холоднотвердеющие  формовочные  смеси;  производственные  отходы.

Keywords:   thermodynamic  calculation;  cold-solidification  forming  mixes;  production  waste.

Взаимодействия  между  фосфогипсом,  жидким  стеклом  и  водой  можно  представить  через  реакции:

  (1)

  (2)

  (3)

  (4)

  (5)

  (6)

Суммарная  реакция  между  указанными  компонентами  имеет  вид:

  (7)       

Атомная  матрица  для  этой  реакции  может  быть  представлена  так:

  (8)

Для  нахождения  стехиометрических  коэффициентов  составим  следующую  систему  уравнения:

  =0  (9)

Или

  (10)

Откуда  после  упрощений  имеем:

  (11)

Ранг  атомной  матрицы  равен  6,  a  G=M-m=8-6=2.  Следовательно,  между  данным  набором  компонентов  существует  лишь  две  базисные  реакции.

Поскольку  для  шести  переменных  выходят  лишь  три  уравнения,  на  систему  необходимо  наложить  три  дополнительных  ограничения.  Допустим,  что  коэффициенты  а₁  и  а₂  могут  быть  заданы,  исходя  из  экспериментальных  данных.  Решим  последнюю  систему  относительно  а₁,  а₆  и  а_7.

                           (12)

Для  решения  систем  уравнений  используем  формулу  Крамера.

=  -2+3+2+7=4                        (13)

=           (14)

         (15)

Окончательно  имеем 

а₅=-а₁

а₆=-а₂-а₃                                                                          (16)

а₇=а₁-а₂+а₃

Из  экспериментальных  данных  можно  принять  nCaSO₄:nNa₂O*2SiO₂:nH₂O=1,1:1:0,1  или  а₁=1,1  a₃=0,1.  процентный  состав  компонентов  смеси  и,  меняя  их  величины  и  соотношения,  определим  изменение  свободной  энтальпии  при  298  к. 

Установлено,  что  при  постоянном  содержании  воды  (2  %)  механизм  упрочнения  смеси  протекает  в  направлении  увеличения  содержания  фосфогипса  и  заметно  ускоряется  при  достижении  его  1,9  %  (а1,75).

Действительно,  жидкостекольная  смесь  с  добавкой  фосфогипса  1,9  %  и  более  обладает  минимальной  живучестью  до  3—5  или,  очень  быстро  затвердевает  и  теряет  свои  технологические  свойства.

Решая  систему  при  значениях  а₁  =  0,8;  1,5;2,2  и  а₂=3;5;7;  получим  стехиометрические  коэффициенты.  Кальций,  увеличивая  термодинамическую  активность  фосфогипса  в  смеси,  ускоряет  процесс  твердения  жидкостекольной  смеси  при  постоянном  содержании  жидкого  стекла.  При  постоянном  содержании  фосфогипса  и  при  увеличении  количества  жидкого  стекла  активность  реакции  взаимодействия  компонентов  смеси  падает.

В  конечном  виде  аналитическая  зависимость  для  расчета  термодинамической  активности  фосфогипса,  жидкого  стекла  и  едкого  натра  имеет  вид:

  (17)

Из  этой  зависимости  видно,  что  изменение  свободной  энтальпии  процесса  идет  в  направлении  повышения  при  одновременном  уменьшении  содержания  фосфогипса  и  гидрата  окиси  натра  и  при  увеличении  содержания  жидкого  стекла.

При  увеличении  содержания  фосфогипса  более  1,9  %,  или  при  увеличении  числа  молей  кальция,  содержащего  в  отвердителе  до  1,9,  интенсивность  реакции  повышается. 

В  связи  с  тем,  что  увеличение  содержания  фосфогипса  более  1,9  способствует  повышению  осыпаемости  и  ускорению  процесса  твердения  смеси,  то  необходимо  ограничивать  верхний  предел  содержания  отвердителя.

После  расчета  стехиометрических  коэффициентов  можно  составить  систему  уравнений,  одно  из  которых  имеет  следующий  вид;

Редкий  натр  образован  в  результате  гидролиза  жидкого  стекла,  про-текающего  согласно  реакциям  (2  и  3).

Вода,  полученная  в  результате  реакции,  в  свободном  виде  не  находится,  оно  образует  соединение  с  силикатами  натрия  и  кальция.

Таким  образом,  образование  сульфата  натрия,  установленного  рентгенографическим  анализом,  и  гидросиликата  кальция,  определенного  термографическим  анализом,  подтверждается  термодинамическим  расчетом  основных  реакций  взаимодействия  компонентов  холоднотвердеющих  смесей.

Список  литературы :

1.Бакиров  Р.Б.  Машина  жасау  технологиясы.  Алматы:  Эверо,  2011.  —  402  с. 

2.Бакиров  Р.Б.  Местные  формовочные  материалы  и  холоднотвердеющие  смеси.  Жамбыл:  областная  типография  1994.  —  289  с.

3.Лясс  А.М.  Быстротвердеющие  формовочные  смеси.  М.:  Машиностроение,  1965.  —  332  с.