Исследование и разработка составов масс высоковольтного фарфора с повышенными электромеханическими характеристиками

Микроструктура - решающий фактор качества материала

По Петцову [9] структура материала включает в себя совокупность всех фазовых зон, участвующих в строении, и дефектов, входящих в его состав. Структура в существенной мере определяет многие свойства материала, в том числе прочность и поведение в процессе старения. Проведено огромное количество исследований причин, повышающих или снижающих прочность, что позволяет пользоваться результатами этих работ.

Керамические материалы характеризуются многофазной поликристаллической микроструктурой (рис.23).

Микроснимок со включениями кварца х₃, х₄, х₅ в глиноземистом фарфоре

Рис.22

Схема многофазной поликристаллической микроструктуры глиноземистого фарфора

Рис.23

К микроструктуре фарфоровых материалов для высоковольтных изоляторов предъявляются два основных требования:

1) высокая механическая прочность, обеспеченная очень высоким содержанием и гомогенным распределением корунда;

2) высокая стойкость против выветривания (устойчивость к отказу) в процессе длительной эксплуатации за счет сокращения до минимума количества кварца во всех размерах (формах).

Возможность легкой и надежной характеристики глиноземистого фарфора разного качества от различных производителей путем качественного и количественного определения твердых фаз на рентгеновском дифрактометре показана на рис.24.

На этом рисунке внимание привлекает различный уровень содержания остаточного кварца при примерно одинаковом содержании корунда.

В последних разработках, в которых в качестве носителя Al₂O₃ применялся спекшийся боксит, впервые удалось достигнуть почти полного растворения вредного остаточного кварца рано образующимися агрессивными эвтектическими жидкими фазами расплава.

Рентгенодифрактометрические кривые разных видов глиноземистого фарфора с различным содержанием кварца



Рис.24

Микроструктура этого нового материала, лишенного остаточного кварца, показана на рис.25а. Микроснимок 25б показывает материал с наилучшей микроструктурой, характеризующийся высоким содержанием корунда при очень небольшом количестве остаточного кварца. Наименее выгодной является микроструктура материала от производителя (рис.25в), характеризующегося наиболее высоким содержанием вредного остаточного кварца. Для повышения физико-математических свойств желательно, чтобы максимальное количество Al₂O₃ имело форму корунда, а размеры муллитовых игл были как можно меньше. Микроструктура, показанная на рис.25, соответствует этой цели.

Микроснимок микроструктуры высокопрочного бокситового фарфора С130, подвергнутого химическому травлению; температура спекания - 1190єС

Рис.25 А - матрица - муллит (А1) и стекловидная фаза (А2); В - частица корунда; С - пора

Перспективное направление и основные пути дальнейшего развития

В разработке высококачественных изоляторов из глиноземистого фарфора можно выделить несколько перспективных направлений и путей развития (рис. 26,27).

- Разработка материалов с усовершенствованной микроструктурой, по мере возможности полностью лишенной вредного остаточного кварца.

- Максимальное превращение Al₂O₃, введенного в виде глинозема или других носителей Al₂O₃, в корунд, так как благодаря своим высоким показателям модуля упругости и плотности корунд представляет собой компонент микроструктуры, от которого зависит ее прочность.

- Несмотря на то, что взаимодействие Al₂O₃ с SiO₂ не позволяет полностью исключить муллитовую кристаллическую фазу, целесообразно свести до минимума размеры муллитовых игл и количественную долю муллита в микроструктуре в пользу максимального увеличения количества корунда.

Путь решения с указанием приоритетных мероприятий, предпринимаемых для достижения свойств, показанных на рис.27



Рис.26

В то время как в кварцевом фарфоре применение агрессивной низковязкой жидкой фазы расплава не желательно для прочности из - за растворения кварца, ее присутствие в глиноземистом фарфоре приобретает огромное значение для достижения желательных характеристик микроструктуры. Чем больше будет количество агрессивной стекловидной фазы, которое может образоваться во время спекания в результате рано начинающихся эвтектических процессов расплавления, тем лучше будут условия для инициирования растворения кварца и для образования максимального количества корунда.

Примерный количественный состав механически прочной микроструктуры, стойкой против выветривания и устойчивой к отказу в процессе эксплуатации изделий

Рис. 27 Содержание стекловидной фазы около 45%

- Создать технологические условия формирования желательных характеристик микроструктуры путем приспособления процесса обжига и охлаждения. При этом выгодны интенсивная восстановительная атмосфера обжига при температуре свыше 1000єС, возможно низкая температура обжига и ускоренное охлаждение после его завершения.

- При выборе пластичных компонентов следует предпочитать виды сырья с трехслойными минералами или минералом с переслаиванием, решетка которых содержит как можно больше плавней, каолинитовым двухслойным минералам с низким содержанием плавней, т.к. сильно выраженная чешуйчатая структура последних (рис.28) при окотрузии вызывает нежелательные текстуры в экструдированной массе, которые могут стать исходными для образования трещин.

Изменения замедления прохождения ультразвука через материалы дают важную информацию о состоянии микроструктуры. Это же относится к усовершенствованной технике испытания с применением анализа звука. Рентгеновский дифрактометр также хорошо показывает количественное присутствие кристаллических компонентов микроструктуры - корунда, муллита и кварца.

Многослойно-чешуйчатая микроструктура и переслоенная структура из каолинитовых чешуек

Рис. 28 а - многослойно-чешуйчатая микроструктура; б - переслоенная

структура из каолинитовых чешуек

Модуль Вейбулла m и проведение кривых R надрезанных образцов для испытания на изгиб являются дополнительными показателями оценки качества микроструктуры керамических материалов.

У керамических материалов пластическая деформация вследствие нагрузки происходит не только в кристаллической решетке, но в весьма значительной степени также на границе зерен. Поэтому желательно разработать керамические материалы, которые сочетали бы между собой оба положительных свойства, т.е. высокую прочность и высокое «укрепление». Учитывая это, необходимо стремиться к обеспечению максимально однородной микроструктуры, которая будет иметь в своем составе как можно больше «сцепляющих» компонентов, но не кварц [9].

Заключение

Для надежности изоляторов из глиноземистого фарфора в процессе длительной эксплуатации наиболее предпочтительным является употребление массы, оптимизированной по вышеуказанным параметрам. Чем больше повышаются требования к соотношению между ценой и эксплуатационными качествами, тем более успех зависит от комплексного управления многообразными, в том числе и технологическими, факторами.

Поэтому всегда нужно согласовывать свойства масс и проведения технологических процессов с конструкциями технологического и теплотехнического оборудования. На практике всегда необходимо учитывать эту взаимосвязь.

Исследовательская часть

Назначение и применение изоляторов

Развитие электроаппаратостроения, передача электроэнергии на большие расстояния, в значительной мере зависят от прогресса в области электроизоляционных материалов.

Среди диэлектриков электротехнический фарфор занимает одно из почетных мест, благодаря своей стойкости к атмосферным осадкам, действию солнечных лучей и резкой смене температур, а также хорошим механическим и химическим свойствам.

Изоляторы применяются в электрических установках для электрической и механической связи проводников и отдельных частей, находящихся под различными потенциалами.

Изолятор состоит из диэлектрика, служащего для изоляции и арматуры, предназначенной для электрической и механической связи проводников и отдельных частей аппаратов.

Высоковольтные изоляторы имеют очень широкое применение и употребляются: в линиях электропередач, распределительных устройствах, кабельных сетях, в высоковольтных аппаратах и других электрических установках.

Высоковольтные фарфоровые изоляторы и изоляционные части должны обладать следующими тремя важными свойствами: а) механической прочностью; б) термической устойчивостью; в) электрической прочностью.

Механическая прочность черепка твердого фарфора определяется устойчивостью наименее прочной составной части, а также количеством открытых и закрытых пор. Заметим, что пористость снижает и электрические свойства черепка.

Наиболее слабым компонентом в структуре фарфора является полевошпатовое стекло, которое в сумме со всей стеклофазой составляет 50-60% всей массы черепка. Прочность его зависит от содержания Al₂O₃, SiO₂, K₂O.

Чтобы увеличить механическую прочность фарфора, необходимо повысить содержание в нем глинистых материалов, поднять температуру обжига и увеличить его продолжительность. При этом можно получить такое количество стекловато-муллитовой массы с большим содержанием Al₂O₃ и SiO₂, которого будет достаточно для стягивания пор [1].

Сырьевые материалы

Сырьевые или исходные материалы, используемые при изготовлении фарфора, подразделяются на две основные группы:

- пластичные материалы (или глинистые);

- непластичные материалы (или отощающие).

Пластичные материалы составляют глинистые вещества - это каолины и различные огнеупорные и беложгущиеся глины. Глины с небольшим количеством примесей являются огнеупорными, т.е. они способны противостоять высоким температурам, не расплавляясь.

Глина - это тонкообломочная горная порода, образовавшаяся при выветривании горных пород. Она встречается в природе в рыхлом или уплотненном состоянии. При обжиге глина теряет химически связанную воду и приобретает механическую прочность, свойственную камню.

Основной особенностью глин и каолинов является пластичность. Это ценное свойство глинистых веществ заключается в том, что при затворении водой они образуют мягкую тестообразную массу, которая легко принимает любую форму под действием внешних усилий, а после снятия усилий сохраняет ее.

Глинистое вещество приобретает пластичность только при определенном соотношении воды и глинистого вещества.

Пластичность глин бывает разная. Есть более пластичные и менее пластичные глины. Пластичность зависит от химико-минерального и дисперсионного состава глин. Кроме того, в состав глин могут входить такие примеси как: песок, слюда, доломит и др.

Для производства фарфора необходимо однородное сырье и небольшие колебания в примесях. Каолин наиболее чистое, однородное сырье, но у него мала пластичность по сравнению с глинами. Поэтому в нашем производстве применяются как глины, так и каолины.

Другим важным свойством пластичных глинистых материалов является их способность под действием высоких температур образовывать плотное камнеподобное тело «черепок».

Таким образом, можно предположить, что керамические изделия можно получить из одних глинистых материалов, но масса, состоящая из одних глин сильно прилипала бы к формам и инструменту, это бы затрудняло производство. Но главные недостатки заключаются в следующем:

1. при сушке изделия будут плохо отдавать влагу, следовательно высохнут неравномерно, возникнут внутренние напряжения;

2. будет большая объемная усадка;

3. необходимо использование высоких температур обжига.

Для того, чтобы устранить эти недостатки в массу, наряду с глиной, вводят отощающие материалы и материалы плавни. Такими материалами являются:

- кварцевый песок;

- полевой шпат;

- пегматит;

- фарфоровый бой.

Эти материалы еще называют каменистыми из-за большой твердости.

Перед употреблением отощающие материалы измельчают до тонкодисперсного состояния и в таком виде вводят в исходную фарфоровую массу.

Но, введя в массу кварцевый песок и «череп», необходимо производить обжиг изделий при высоких температурах (1500-1600?С). Чтобы получить наиболее плотные изделия, снизить температуру обжига и получить монолитный фарфоровый черепок, необходимо в исходную массу ввести стеклообразующие материалы, они плавятся при более низких температурах (1100-1170?С) и образуют стекловидную массу, хорошо подвижную, распространяющуюся между другими частицами черепка. В стекловидной массе растворяются зерна кварца и протекают реакции с глинистыми веществами.

Стеклообразующими компонентами являются:

- полевой шпат;

- пегматит.

В качестве стеклообразующего компонента в производстве применяется калиевый полевой шпат - природное вещество. Ввиду ограниченности запасов чистых полевых шпатов, в фарфоровых массах применяют пегматиты (природные механические смеси полевого шпата и кварца). Пегматиты содержат такие примеси, как: слюда, магнетит. Присутствие их нежелательно, т.к. они содержат значительное количество различных оксидов железа, загрязняющих массу, меняющих ее окраску, ухудшающих электроизоляционные свойства [1].

Требования, предъявляемые к сырьевым материалам

Глинистое сырье.

Качество сырьевых материалов должно соответствовать требованиям действующих государственных и отраслевых стандартов и технических условий. Глины по ГОСТ 9169-75 [10] подразделяются на:

- огнеупорные(>1580?C)

- тугоплавкие(1350-1580?С)

- легкоплавкие(<1350?C)

Для производства электротехнического фарфора применяются огнеупорные глины. Это глины, которые при температуре 1580?С не расплавляются и не дают деформации.

Огнеупорные глины бывают:

- высокоглиноземистые >45% Al₂О₃;

- высокоосновные >40% Al₂O₃;

- основные 30-40% Al₂O₃.

Для производства электротехнического фарфора пригодны высокоосновные и основные глины.

В производстве применяются каолины, содержание Al₂O₃ в которых составляет 36-40%.

Для производства изоляторов нежелательны в сырье красящие оксиды.

Каолины идут в производство обогащенные, т.е. очищенные от ненужных и вредных примесей.

Отощающие материалы также должны отвечать определенным требованиям:

- ограничено содержание оксидов железа;

- нормируется крупность;

- нормируется содержание щелочных оксидов;

- нормируется влажность и потери при прокаливании.

Изоляторное производство представляет собой сложный и разнохарактерный комплекс технологических процессов и, естественно, требует хорошей подготовки кадров.

Производство требует большого внимания, т.к. выход из строя изоляторов высокого напряжения грозит серьезной аварией трансформатору, выключателю и целым участкам линий электропередачи и распределительных устройств.

Приготовление фарфоровых масс и глазурей. Применяемое оборудование

Для получения пластичной фарфоровой массы необходимо предварительно подготовить исходные материалы. Сырьевые материалы необходимо измельчить, а затем смешать в определенном соотношении.

Измельчение материалов способствует наилучшему соприкосновению частиц, это необходимо для нормального протекания физико-химических процессов при высоких температурах.

Глинистые материалы после проверки их качества подаются из отсеков в расходные бункера склада и измельчаются стругачами до кусков не более 70мм в поперечнике. Измельченные глинистые материалы подаются на ленточные транспортеры для подачи в электровесовые тележки. Взвешивание материалов производится согласно рецепту, выданному лабораторией. Взвешенные материалы подаются из весовой тележки в пропеллерные мешалки в следующем порядке:

- заливается вода в количестве около 3 мі;

- включается мешалка;

- загружается глина и распускается в течение 30мин.

Глины содержат большое количество мелкодисперсных частиц, они распускаются более медленно по сравнению с каолинами.

Глину загружают в 3-4 приема, затем загружаются каолины. Общая продолжительность роспуска глинистых материалов составляет не менее двух часов.

Для ускорения роспуска материалов воду подогревают до температуры 40?С.

По мере готовности глинистая суспензия перекачивается в шаровую мельницу с отощающими материалами [2].

Подготовка отощающих материалов

Полевой шпат доставляется на завод в виде больших кусков в промежуточный склад МЗЦ. Подготовка полевого шпата производится по непрерывной технологии, которая состоит из трех основных операций:

- грубое дробление

- среднее дробление

- помол

Грубое дробление осуществляется при помощи щековой дробилки СМ-741 на куски 30-60мм.

Затем материал ленточным транспортером подается на среднее дробление. Среднее дробление осуществляется при помощи щековой дробилки С-182Б на куски, размером 20-30мм.

Раздробленный материал элеватором подается в бункер, откуда через вибротрубу поступает в коническую мельницу. Помол осуществляется по сухому способу с помощью фарфоровых мелющих тел. Мельница футерована фарфоровыми или кремниевыми плитами. Измельченный в мельнице материал элеватором подается в расходный бункер. Размер частиц после помола не должен превышать 2мм.

Фарфоровый бой - выбирается без выплавок железа, цемента, шамота и другой засорки.

Подготовка боя:

- грубое дробление

- среднее дробление

- мелкое измельчение

- рассев

После грубого дробления бой с помощью пластинчатого транспортера должен подаваться в щековую дробилку для среднего дробления до кусков, размером 30-60мм. Раздробленный материал элеватором подается в бункер.

Мелкое дробление и помол производится в конической мельнице.

Перед началом работы необходимо проверить чистоту оборудования [2].

Приготовление шликера

Тонкий помол и перемешивание всех сырьевых компонентов осуществляется в шаровых мельницах (барабанах).

Вначале в шаровых мельницах производится помол каменистых материалов до остатка на сите №004 2.5±0.5%.

Продолжительность помола осуществляется опытным путем Р=1.65±0.5г/см³.

По мере готовности каменистых, закачать глинистые материалы: одну глинистую мешалку на шаровую мельницу. Продолжать помол с глинистыми не менее 30мин. В результате помола в шаровой мельнице получается жидкая суспензия-шликер.

Готовый шликер сливается из шаровой мельницы в пропеллерную мешалку-усреднитель и туда же добавляются отходы полуфабрикатов (стружка после обточки, брак сушки изделий) в соотношении 1:1, т.е. 50% из шаровой мельницы и 50% отходы полуфабрикатов. В усреднителях шликер постоянно взмучивается вращающимися пропеллерными винтами во избежание оседания частиц минералов на дно емкости и расслоения шликера [2].

Приготовление массы

Чтобы получить тестообразную пластическую массу, пригодную для изготовления из нее изоляторов, необходимо из шликера удалить 30-35% воды. Это производится с помощью фильтрпрессов.

Фильтрпресс состоит из набора рам, соединенных между собой червячным винтом. Под прессом расположен лоток для сбора воды, вытекающей из рам. Рабочие поверхности рам имеют каналы для стекания воды. Каждая рама обертывается полотном из капроновой ткани, подвешенной на перекладине. Центральное отверстие в полотне совпадает с центральным отверстием в раме. Для стекания воды в нижней части рам имеются сточные отверстия.

Шликер поступает в фильтрпресс по центральному каналу под давлением, поднимающимся постепенно. Максимальное давление фильтрпрессования 12-15 атм. Все камеры заполняются шликером. Вода проходит через полотна и по рифленым каналам рам стекает вниз к сквозному отверстию в ободе каждой рамы. Частицы не пропускаются полотнами и оседают в камерах между рамами, образуя корж тестообразной массы, влажностью 19-21%. Толщина коржей 25-40 мм. Вода стекает в лоток под фильтрпрессом и поступает, по трубопроводу, в отстойники, т.к. в воде остается 2-4% частиц минералов.

В начале фильтрпрессования вода из рам вытекает интенсивно, затем ее количество уменьшается. Время прессования составляет 1.5-2.5 часа. Оно зависит от плотности шликера, от температуры, от чистоты полотен и режима фильтрпрессования.

Шликер должен подаваться без перебоев, чтобы не произошло расслоения массы, и не образовалась в коржах жидкая часть.

Для ускорения фильтрпрессования шликер подогревают до 40С. При этом уменьшается его вязкость и возрастает подвижность его частиц, что обуславливает повышение фильтрационной способности шликера, а значит сокращает время прессования.

По окончании процесса фильтрпрессования насос отключают, спускают остаток шликера в усреднитель, а рамы пресса разбирают. Коржи массы вынимают, в них содержится 19-21% воды, но она распределена неравномерно. В центральной части коржа наблюдается наибольшая влажность, а у краев- наименьшая.

Внутри коржей могут быть пузырьки воздуха. Чтобы получить однородную по влажности массу без воздушных включений, коржи поступают для вакуумной переработки промина на вакуумпрессе.

Куски коржей подаются в приемник вакуумпресса, захватываются шнеком, проминаются и выдавливаются через перфорированную перегородку в виде струек 8-10 мм и попадают в вакуумкамеру. Воздух удаляется, а масса захватывается шнеком и в прессующем цилиндре образуется монолитная пластичная масса, имеющая форму бруса. Брус уплотняется за счет сужающегося конуса на выходе из вакуум пресса, масса выходит в виде монолитного стержня. Затем масса разрезается на куски заданной длины и поступает в массохранилище или на вытяжку заготовок изоляторов.

Приготовление глазурей

Поверхность неглазурованных изоляторов несколько шероховата и легко загрязняется, смачивается водой. Это значительно снижает электроизоляционные свойства изоляторов.

Для устранения этих недостатков, высушенные до остаточной влажности 0.2 - 1.0%, изделия покрывают глазурной суспензией, которая после высыхания прочно пристает к поверхности изоляторов, впитываясь в поры.

В процессе обжига глазурь плавится, образуя на поверхности изоляторов блестящее, стекловидное покрытие, толщиной до 1 мм.

Глазурь: - снижает загрязнение;

- облегчает очистку поверхности;

- повышает механическую прочность.

В производстве электрокерамических изделий применяются глазури белого и коричневого цветов. В состав цветных глазурей вводят красители (хромитовый железняк, марганцевая руда и др.).

Для приготовления глазурей применяют сырьевые материалы исключительно высокой чистоты [2].

Подбор состава масс и глазурей для фарфора. Пути повышения электротехнических характеристик

Микроскопическое исследование структуры электрофарфора показывает, что основная масса состоит из стекла - аморфная фаза 55 - 60%. Это стекло образовалось в результате расплавления частиц полевого шпата и, частично, кварца в процессе обжига электрофарфоровых изделий. В стекловидной массе наблюдаются нерасплавившиеся крупные частицы кварца (15%).

В массе стекла заметны небольшие образования черного цвета. Это закрытые поры (3-5%). Вся масса стекла пронизана продолговатыми кристаллами муллита - Al₂O₃*2SiO₂. Кристаллы муллита образовались при разложении каолинита. Кристаллы муллита составляют основу - скелет электрофарфора. Он обеспечивает электрофарфору высокую механическую прочность, малый коэффициент теплового расширения и хорошие электроизоляционные свойства. Если содержание муллита значительно увеличить, фарфор становится рыхлым и механическая прочность его значительно снижается. В высококачественном электрофарфоре кристаллы муллита составляют 25 - 30%. Вместе с нерасплавившимися частицами кварца кристаллическая фаза составляет 40 - 45%.

Аморфная (стекловидная) - 60-55%. Наличие в фарфоре стекла обеспечивает негигроскопичность, хорошую электрическую прочность, но придает фарфору хрупкость, поэтому значительно увеличивать количество стекла тоже нельзя.

Испытания фарфора

Для испытания механических, электрических и др. характеристик электрофарфора изготовляют стандартные образцы соответствующих размеров и формы.

Электрофарфор изготовляют из масс, в состав которых входят:

- 42-48% пластичных материалов (глина, каолины);

- 26-33% кварцевый песок;

- 18-20% полевой шпат и пегматит.

В массы вводят молотый фарфоровый бой (измельченные бракованные изделия, обожженные), тогда содержание других каменистых материалов (непластичных) соответственно уменьшается.

Составы электрофарфоровых масс зависят от состава и структуры применяемых сырьевых материалов. Большинство электрофарфоровых изделий изготовляют из пластичной массы. Электроустановочные изделия малых размеров изготовляют из порошковых масс.

Поверхность изделий из электрофарфора покрывают стекловидным слоем глазури. Глазурное покрытие надежно соединяется с поверхностью фарфора в процессе обжига изделий, образуя гладкий стекловидный слой. Глазурь повышает механическую прочность, защищает изолятор от загрязнений, облегчает очистку изоляторов в эксплуатации и придает изолятору хороший внешний вид.

Одним из назначений глазури является также повышение механических характеристик электрофарфора. Это достигается правильным выбором состава глазури, соответствующим данному составу электрофарфора.

Для удовлетворения основных требований, предъявляемых к глазури, необходимо их минеральный и химический составы приблизить к составам электрофарфоровых изделий.

В состав глазури вводят флюсующие вещества (плавни), понижающие температуру плавления глазури и способствующие хорошему разливу ее по поверхности изделия.

Правильно подобранная глазурь повышает механическую прочность изоляторов. Для этого температурные коэффициенты линейного расширения электрокерамического материала и глазури должны быть близкими друг к другу, причем у глазури он должен быть несколько ниже, чем у массы. Температура плавления глазури должна соответствовать температуре спекания электрофарфора. Несоответствие ТКЛР и температура плавления вызывает брак.

Свойства электротехнического фарфора

Правильно изготовленный электротехнический фарфор является хорошим электроизоляционным материалом. Он обладает высокими диэлектрическими и механическими характеристиками. Создание фарфора, удовлетворяющего необходимым требованиям, является делом сложным, поскольку свойства фарфора зависят от ряда факторов:

1. характеристики фарфора зависят от соотношения составных частей - компонентов фарфоровой массы;

2. от способов обработки исходных сырьевых материалов и способов обработки фарфоровой массы;

3. от режимов сушки и обжига изделий;

4. влияние отдельных компонентов на свойства электротехнического фарфора обычно характеризуют процентные соотношения различных компонентов.

Влияние отдельных компонентов на свойства готового изделия

Область выделения двумя кривыми в левом углу соответствует составу масс , обладающих высокой термической устойчивостью(термостойкостью).

Выше располагается область, соответствующая составам фарфора с высокой электрической прочностью. На диаграмме видно, что с увеличением в фарфоровой массе полевого шпата за счет каолина мы приходим в область, соответствующую составам фарфоровых масс с высокой электрической прочностью, но менее термостойких.

С увеличением содержания в массе кварца за счет снижения содержания каолина повышается механическая прочность фарфора, но снижается термостойкость.

Данная диаграмма приблизительно показывает влияние отдельных компонентов на свойства готового изделия [1].

Технологическая схема приготовления лабораторных образцовдля проведения испытаний

Приготовление фарфоровых масс

М-0 М-1 М-2 М-3

(тонкодисперсная) (15% глинозема) (25% глинозема) (27% глинозема)

v

Помол в шаровых мельницах

(ф_помола=8ч5мин) (ф_помола=8ч50мин) (ф_помола=11ч15мин) (ф_помола=11ч40мин)

остаток на сите N0040

(4%) (3.3%) (3%) (3.6%)

v

Обезвоживание шликера в тканевых мешках, помещенных в гипсовые формы (4 дня) (W=19 - 19.5%)

v

Изготовление лабораторных образцов для проведения испытаний

v

Сушка образцов > Испытания (сухих образцов)

v v

Глазурование Обжиг > Испытания

(обожженных неглазур. образцов)

v

Обжиг

v

Испытания

(обожженных глазурованных образцов)

v

Обработка результатов,

подведение итогов

Экспериментальная часть

Важнейшим свойством электротехнического фарфора является механическая прочность. Создание новых высокопрочных изоляторов будет развиваться в направлении увеличения в составе фарфора основного компонента - муллита, кристаллизации стекловидной фазы, что может быть достигнуто за счет введения в состав массы глинозема.

При изыскании новых керамических материалов необходимо рассчитать химический и минералогический составы массы, исходя из анализа сырьевых материалов.

Для определения шихтового состава массы и опробирования ее в лабораторных условиях выберем три рецепта с содержанием глинозема в количестве 15, 25 и 27%.

Химический анализ материалов приведен в табл.13.

Таблица 13 Химический состав сырья

Наименование	Содержание оксидов, масс. %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	TiO2	ппп	?
Глина Дружковская	52.18	33,30	0,60	0,30	0,20	1,70	0,60	1,42	9,70	100.0
Каолин Кыштымский	46,10	37,35	0,60	0,35	0,45	0,90	0,80	0,70	12,75	100.0
Каолин Просяновский	45,90	38,00	0,20	0,50	0,20	0,40	0,40	0,80	13,60	100.0
Полевой шпат Мамс.-Чуйск.	66,20	18,80	0,20	0,69	0,60	10,20	2,90	0,01	0,40	100.0
Пегматит Енский	72,50	17,43	0,15	0,80	0,40	6,05	2,43	0,04	0,20	100.0
Кв.песок Ташлинский	98,60	0,70	0,05	0,25	0,20	0,09	0,07	-	0.04	100.0
Бой фарфоровый	71,30	23,14	0,32	0,42	0,33	2,55	1,084	0.79	0.07	100.0
Глинозем, ГЭФ	-	99,63	-	-	-	0,03	0,33	-	0.01	100.0

Таблица 14 Химический состав массы фарфоровой М-0

Наименование	%-ное содерж. в массе	Содержание оксидов, масс. %
		SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	TiO2	ппп
Глина Дружковская	23	12,0014	7,659	0,138	0,069	0,046	0,391	0,139	0,3266	2,231
Каолин Кыштымский	13	5,990	4,8555	0,078	0,045	0,0585	0,117	0,104	0,091	1,6545
Каолин Просяновский	12	5,508	4,560	0,024	0,060	0,024	0,048	0,048	0,096	1,632
Полевой шпат Мамс.-Чуйск.	10	6,620	1,880	0,020	0,069	0,060	1,020	0,290	0,001	0,040
Пегматит Енский	9	6,525	1,568	0,0135	0,072	0,036	0,5450	0,2187	0,0036	0,0180
Кв.песок Ташлинский	27	26,622	0,189	0,0135	0,0675	0,0540	0,0243	0,0189	-	0,0108
Бой фарфоровый	6	4,278	1,3884	0,0192	0,0252	0,0198	0,1530	0,0650	0,047	0,004
Расчетный хим. анализ массы	100	67,54	22,10	0,31	0,41	0,30	2,30	0,88	0,57	5,59

Таблица 15 Химический состав глиноземистой массы М-1

Наименование	%-ное содерж. в массе	Содержание оксидов, масс. %
		SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	МgO	K2O	Na2O	TiO2	ппп
Глина Дружковская	24	12,5232	7,992	0,144	0,072	0,048	0,408	0,144	0,3408	2,328
Каолин Кыштымский	10	4,610	3,735	0,060	0,035	0,045	0,09	0,08	0,07	1,275
Каолин Просяновский	5	2,295	1,90	0,010	0,025	0,010	0,020	0,020	0,04	0,68
Полевой шпат Мамс.-Чуйск.	13	8,606	2,444	0,026	0,0897	0,078	1,326	0,377	0,0013	0,052
Пегматит Енский	19	13,775	3,3117	0,0285	0,152	0,076	1,1495	0,4617	0,0076	0,038
Бой фарфоровый	14	9,982	3,2396	0,0448	0,0588	0,046	0,357	0,1518	0,1106	0,0098
Глинозем, ГЭФ	15	-	14,9445	-	-	-	0,0045	0,0495	-	0,0015
Расчетный хим. анализ массы	100	51,79	37,57	0,31	0,43	0,30	3,36	1,28	0,57	4,38

Таблица 16 Химический состав глиноземистой массы М-2

Наименование	%-ное содерж. в массе	Содержание оксидов, масс. %
		SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	TiO2	ппп
Глина Дружковская	24	12,5232	7,992	0,144	0,072	0,048	0,408	0,144	0,3408	2,328
Каолин Кыштымский	12	5,532	4,482	0,072	0,042	0,054	0,108	0,096	0,084	1,530
Каолин Просяновский	5	2,295	1,9	0,01	0,025	0,01	0,02	0,02	0,04	0,68
Полевой шпат Мамс.-Чуйск.	25	16,55	4,7	0,05	0,1725	0,15	2,55	0,725	0,0025	0,1
Бой фарфоровый	9	6,417	2,0826	0,0288	0,0378	0,0297	0,2295	0,0975	0,0711	0,0063
Глинозем, ГЭФ	25	-	24,91	-	-	-	0,007	0,08	-	0,002
Расчетный хим. анализ массы	100	43,32	46,07	0,32	0,35	0,29	3,32	1,17	0,54	4,64

Таблица 17 Химический состав глиноземистой массы М-3

Наименование	%-ное содерж. в массе	Содержание оксидов, масс. %
		SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	TiO2	ппп
Глина Дружковская	24	12,5252	7,992	0,144	0,072	0,048	0,408	0,144	0,3408	2,328
Каолин Кыштымский	10	4,610	3,735	0,06	0,035	0,045	0,09	0,08	0,07	1,275
Каолин Просяновский	5	2,295	1,900	0,01	0,023	0,01	0,02	0,02	0,04	0,68
Полевой шпат Мамс.-Чуйск.	26	17,212	4,888	0,052	0,1794	0,156	2,652	0,754	0,0026	0,104
Бой фарфоровый	8	5,704	1,8512	0,0256	0,0336	0,0264	0,204	0,087	0,0632	0,0056
Глинозем, ГЭФ	27	-	26,9	-	-	-	0,008	0,0089	-	0,0027
Расчетный хим. анализ массы	100	42,34	47,27	0,29	0,34	0,29	3,38	1,17	0,52	4,39

Сопоставление результатов расчета химических составов и изделий электрофарфора, изготовляемых на нескольких предприятиях России (УИЗ, ЛФЗ, ВЗЭФ), позволило выбрать три состава масс с применением 15, 25 и 27% глинозема, и, для сравнения, берется фарфоровая масса завода УИЗ (тонкодисперсная масса марки 110.1).

Были приготовлены керамические массы, согласно рецептов, указанных в таблице 18.

Таблица 18 Рецепты керамических масс, используемых в работе

Наименование материалов	Содержание материалов, %, кг
	М-0	М-1	М-2	М-3
	%	кг	%	кг	%	кг	%	Кг
Глинозем, ГЭФ	-	-	15	0,30	25	0,50	27	0,54
Глина Дружковс, ДН-0	23	0,46	24	0,48	24	0,48	24	0,48
Каолин Кыштым, КЭ-3	13	0,26	10	0,2	12	0,24	10	0,2
Каолин Просян, КЭ-2	12	0,24	5	0,10	5	0,10	5	0,10
Полевой шпат Мамско-Чуйск, ПШК-0,20-3	10	0,20	13	0,26	25	0,50	26	0,52
Пегматит Енский, КПШМ-0,20-2	9	0,18	19	0,38	-	-	-	-
Бой фарфоровый	6	0,12	14	0,28	9	0,18	8	0,16
Песок Ташлинск, ВС-050-1	27	0,54	-	-	-	-	-	-
ИТОГО	100	2	100	2	100	2	100	2

Керамический шликер приготовлялся в фарфоровых шаровых мельницах с добавлением воды, при помощи мелющих тел - уралитовых шаров.

Загрузка шаровых мельниц производилась весовым способом, а помол сырьевых материалов осуществлялся на лабораторной установке до остатка на сите №0040 в количестве 3-4%.

Время помола в шаровых мельницах составило от 8 до 12 часов в зависимости от рецепта массы.

Тонкость помола шликера проверяем остатком: промываем через сито №0040 100мл шликера, остаток сушим в сушильном шкафу при температуре 105С и взвешиваем его. По таблице удельных весов находим остаток в процентах.

Готовый шликер из шаровой мельницы сливаем через сито №01 и промагничиваем постоянным магнитом для удаления металлических включений. Затем шликер переливаем в тканевые мешки, заложенные в гипсовые формы для обезвоживания.

Влажность шликера глиноземистой массы составила 55-56%, обычная заводская масса имеет влажность 58-59%.

Чтобы обезвоживание шло быстрее, мешки со шликером перекладываем в сухие формы с одновременным перемешиванием, путем встряхивания мешка.

Обезвоженную массу сбивали на фильтровальном полотне до влажности 19-19,5%.

Из массы приготовили лабораторные образцы для определения физико-химических свойств:

- механическую прочность на изгиб;

- усадку (воздушную и полную);

- пористость кажущуюся;

- пористость открытую;

- термостойкость;

- химический анализ.

Для испытания образцов применяли методики испытания физико- химических свойств ГОСТ 24409-80 [12].

Расчет фазового состава фарфора

Для сравнения физико-технических свойств фарфора производится расчет их фазового состава, что позволяет получить сведения о структуре материала и о химическом составе стекловидной фазы.

Считаем, что оксид алюминия - Al₂O₃, введенный в состав массы глиной, каолином и глиноземом, полностью расходуется на образование муллита. Расчет количества муллита в таблице 19.

Расчет ведется по методике, утвержденной институтом фарфора.

Таблица 19 Расчет количества муллита

Индекс массы	Al2O3	Муллит,% 3Al2O3*2SiO2	SiO2, %	Индекс массы	К2O	Полевой шпат	Al2O3	SiO2
М-0	10.00 7.00 0.08 =17.08	13.928 9.750 0.111 =23.79	3.9 2.75 0.031 =6.71	М-0	2.00 0.3 =2.3	11.85 1.78 =13.63	2.17 0.33 =2.5	7.68 1.15 =8.83
М-1	20.00 8.00 0.50 0.08 =28.58	27.856 11.142 0.696 0.111 =39.805	7.856 3.142 0.196 0.031 =11.22	М-1	3.00 0.3 0.06 =3.36	17.78 1.78 0.36 =19.92	3.25 0.33 0.07 =3.65	11.52 1.15 0.23 =12.67
М-2	30.00 9.00 0.20 0.08 =39.28	41.784 12.535 0.279 0.111 =54.71	11.784 3.535 0.079 0.031 =15.43	М-2	3.00 0.3 0.02 =3.32	17.78 1.78 0.12 =19.68	3.25 0.33 0.02 =3.6	11.52 1.15 0.08 =12.75
М-3	40.0 0.50 =40.5	55.712 0.696 =56.41	15.712 0.196 =15.91	М-3	3.00 0.3 0.08 =3.38	17.78 1.78 0.47 =20.03	3.25 0.33 0.09 =3.67	11.52 1.15 0.31 =12.98
				Индекс массы	Na2O	Полевой шпат	Al2O3	SiO2
				М-0	0.8 0.08 =0.88	6.78 0.68 =7.46	1.32 0.13 =1.45	4.67 0.47 =5.14
				М-1	1.00 0.2 0.08 =1.28	8.48 1.70 0.68 =10.86	1.65 0.33 0.13 =2.11	5.83 1.17 0.47 =7.47
				М-2	1.00 0.1 0.07 =1.17	8.48 0.85 0.59 =9.92	1.65 0.16 0.11 =1.92	5.83 0.58 0.41 =6.82
				М-3	1.00 0.1 0.07 =1.17	8.48 0.85 0.59 =9.92	1.65 0.16 0.11 =1.92	5.83 0.58 0.41 =6.82

Общее количество полевошпатовой стеклофазы (данные из табл.19):

Калиевый Натровый

Массы: М-0 13,63 + 7,46=21,09%

М-1 19,92 + 10,86=30,78%

М-2 19,68 + 9,92=29,6%

М-3 20,03 + 9,92=29,95%

Количество SiO₂, израсходованное на образование муллита и полевошпатовой стеклофазы:

Массы: М-0 6,71+8,83+5,14=20,68%

М-1 11,23+12,67+7,47=31,37%

М-2 15,43+12,75+6,82=35,00%

М-3 15,91+12,98+6,82=32,71%

Количество свободного кварца состоит: расчетное количество SiO₂ в массе (см. табл. 14-17) минус израсходованное количество SiO₂ на образование муллита и полевошпатовой стеклофазы (см. предыдущий пункт).

Массы: М-0 67,54-20,68=46,86%

М-1 51,79-31,37=20,42%

М-2 43,32-35,00=8,32%

М-3 42,34-35,71=6,63%

Исследование растворимости кварца и муллита в полевошпатовом стекле показало, что в нем растворяется 25% остаточного кварца и муллита. Исходя из этого, количество свободного кварца в фазовом составе фарфора составит:

Кварц:

М-0 46,86*0,75=35,15%

М-1 20,42*0,75=15,34%

М-2 8,32*0,75=6,225%

М-3 6,63*0,75=4,97%

Муллит:

М-0 23,79*0,75=17,84%

М-1 39,81*0,75=29,86%

М-2 54,71*0,75=41,03%

М-3 56,41*0,75=42,31%

В результате проведенного расчета установлен фазовый состав фарфора (см. табл.20).

Таблица 20 Фазовый состав фарфора

Индекс массы	Содержание в массе
	Кварц	Муллит + Корунд	Стекло
М-0	35,15	17,84	47,01
М-1	15,34	29,86	54,80
М-2	6,23	41,03	52,74
М-3	4,97	42,31	52,72

В ходе проведенных исследований были получены результаты испытаний лабораторных образцов (см. табл.21).

Таблица 21 Результаты испытания лабораторных образцов

Основной показатель	Подгруппа фарфора 110.1	Подгруппа фарфора 120
	М-0	М-1	М-2	М-3
Плотность, г/см3 (средний результат по трем образцам)	2,48	2,51	2,78	2,81
Кажущаяся плотность, г/см3 (средний результат по трем образцам)	2.39	2.40	2.51	2.54
Кажущаяся пористость, % (средний результат по трем образцам)	0,02	0.02	0,01	0.01
Открытая пористость (окраска в фуксине)	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
Механическая прочность на изгиб сухих образцов, МПа (средний результат по 6 испытаниям)	6.95	7.08	7.6	7.7
Механическая прочность на изгиб обожженных образцов, МПа (средний результат по 6 испытаниям)	100	112.6	135	136.6
Механическая прочность на изгиб обожженных глазурованных образцов, МПа (средний результат по 6 испытаниям)	110.6	120	159.2	164.7
Воздушная усадка (средний результат по 3 образцам)	5.8	5.2	5.0	5.1
Полная усадка обожженных образцов при t=1340єС (средний результат по 3 образцам)	12.5	12.0	11.8	11.9
Электрическая прочность Кв/мм при частоте 50 Гц (средний результат по 3 образцам)	33.3	33.6	35.3	39
Относительная диэлектрическая проницаемость при частоте 50Гц (средний результат по 3 образцам)	5,9	6,0	6,7	6,9
Удельное объемное сопротивление при постоянном токе Ом*см при t=20C (средний результат по 3 образцам)	1,6*1013	2,2*1013	5,2*1013	7,4*1013
Стойкость к термоударам, t, С (средний результат по 3 образцам)	160	166	173	180
Коэффициент термического линейного расширения (средний результат по 3 образцам)	4,0	4,3	4,9	5,2

После получения, обработки и сравнения всех результатов была выбрана глиноземистая масса М-2 с содержанием глинозема в количестве 25%. Сравнительная таблица характеристик данной массы с характеристиками тонкодисперсной массы марки 110.1 (М-0) дает возможность еще раз убедиться в преимуществе массы М-2 над массой М-0 (см. табл.22).

Таблица 22 Свойства фарфора из глиноземистых масс, подгруппы 120 по ГОСТ 20419 - 83 [11]

Показатели	Требования к материалу подгруппы 120 по ГОСТ 20419 - 83	Фактические результаты испытаний фарфора
	М - 0	М - 2	М - 0	М - 2
1.Плотность, г/см3, не менее	2.5	2.7	2.48	2.78
2.Кажущаяся плотность, г/см3, не менее	2.3	2.4	2.39	2.51
3.Кажущаяся пористость, %	0.0	0.0	0.02	0.01
4.Открытая пористость	отсутствует	отсутствует	отсутствует	отсутствует
5.Прочность на изгиб, МПа, не менее, неглазурован. глазурован.	60 70	110 140	100 110.6	135 159.2
6.Средний КТЛР, К-1*10-6, при температуре от 20 до 100єС	от 3 до 6	4.0	4.9
7.Электрическая прочность, кВ*мм-1 при частоте 50 Гц, не менее	25	30	33	35

Экономическая часть

Данная исследовательская работа заключается в исследовании и разработке составов масс высоковольтного фарфора с повышенными электромеханическими характеристиками.

Электротехнический фарфор - один из наиболее широко применяемых керамических материалов для изготовления изоляторов высокого и низкого напряжения.

Несмотря на наличие многих других керамических материалов с более высокими механическими и диэлектрическими характеристиками, роль фарфора в ряде отраслей электротехники не только не снизилась, а, наоборот, весьма возросла.

Производство изоляторов представляет собой сложный и разнохарактерный комплекс технологических процессов и требует большого внимания, так как выход из строя изоляторов высокого напряжения грозит серьезной аварией трансформатору, выключателю и целым участкам линий электропередачи и распределительных устройств.

Электрофарфор - это обожженная при высокой температуре (1300 - 1380єС) керамическая масса, состоящая из смеси полевого шпата, кварца, каолина и глины, характеризующаяся плотной структурой и следующими свойствами:

- высокой электрической прочностью;

- высокой механической прочностью;

- малой чувствительностью к атмосферным осадкам.

Важнейшим свойством электротехнического фарфора является механическая прочность. Создание новых высокопрочных изоляторов будет развиваться в направлении увеличения в составе фарфора основного компонента - муллита, кристаллизации стекловидной фазы, что может быть достигнуто за счет введения в состав массы нового компонента глинозема.

На Камышловском изоляторном заводе «Урализолятор» выпускается электрофарфор марки 110.1 из тонкодисперсной фарфоровой массы. Данная продукция обладает достаточно высокими электрическими свойствами, но недостаточно высокими механическими. Путем введения в массу компонента глинозема будет достигнута необходимая, для крупногабаритных изделий, механическая прочность. А за счет улучшения важнейших свойств электрофарфора становится возможным увеличение объема продаж, рост прибыли, т.к. глиноземистый фарфор пользуется наибольшим спросом у потребителя.

Таблица 23 Калькуляция себестоимости фарфоровых изоляторов Камышловского изоляторного завода без добавления глинозема (1400 тонн фарфора)

№ п/п	Статьи затрат	Ед. Изм.	Затраты
			На весь выпуск (1400т)	На ед. прод-ци
			Кол-во, т	Стоимость ед., руб. за т	Сумма затрат, тыс. руб.	Кол-во, т	Сумма затрат, руб.
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Сырье и основные материалы: 1.1.Глина Дружковская 1.2.Каолин Кыштымский 1.3.Каолин Просяновский 1.4.Пегматит Енский 1.5.П.Шпат Мамс.-Чуйский 1.6.Кв.песок Ташлинский 1.7.Череп фарфоровый	т т т т т т т	348.6 289.8 275.2 287 379.8 403.5 207.2	1300 1200 3000 4500 3000 3000 1000	453.18 347.76 825.6 1291.5 1139.4 403.5 207.2	0.2490 0.2070 0.1966 0.2050 0.2713 0.2882 0.1480	323.7 248.4 589.8 922.5 813.9 864.6 148
	Итого	т	2191	17000	4668.14	1.5651	3910.9
2.	Вспомогательные материалы: 2.1.Уралитовые шары	т	412	228	93.9	0.29	66.12
	Всего материалов				4762.04		3977.02
3	Топливо теплотехническое 3.1.Газ природный	т,м3	2800	1.10	3080	2	2200
4	Энергия технологическая 4.1.Электроэнергия	кВт.ч	602	1.28	770.56	0.43	550
5 6 7 8 9 10 11 12 13	Вода для технических целей Зарплата основная Дополнительная зарплата (13% от основной) Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования Общезаводские и цеховые расходы Потери от брака Производственная себестоимость Внепроизводственные расходы (1.5% от производ. себестоимости) Полная себестоимость	тыс.т руб руб руб руб руб руб руб руб	630	1.5	945 3696.00 480.48 16381 15538 8379.7 54032 810.49 54842.49	0.45	675 2639 343 11700 11099 5986 39169 587.5 39756.5

Затраты на годовой выпуск 1 тонны фарфоровых изоляторов без добавления глинозема составляет 39756.5 руб.

Таблица 24 Калькуляция себестоимости фарфоровых изоляторов Камышловского изоляторного завода с добавкой глинозема (1400 тонн фарфора)

№ п/п	Статьи затрат	Ед. Изм.	Затраты
			На весь выпуск (1400т)	На ед. прод-ци
			Кол-во, т	Стоимость ед., руб. за т	Сумма затрат, тыс. руб.	Кол-во, т	Сумма затрат, руб.
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Сырье и основные материалы: 1.1.Глина Дружковская 1.2.Каолин Кыштымский 1.3.Каолин Просяновский 1.4.П.Шпат Мамс.-Чуйский 1.5.Глинозем 1.6.Череп фарфоровый	т т т т т т	422.8 252.0 194.32 378.8 408.5 194.9	1300 1200 194.32 378.8 408.5 194.9	549.6 302.4 583.0 1136.4 4085 194.9	0.3020 0.1800 0.1388 0.2706 0.2918 0.1392	392.6 216.0 416.0 811.8 2918.0 139.2
	Итого	т	1851.32	19500	6851.3	1.3224	4893.6
2.	Вспомогательные материалы: 2.1.Уралитовые шары	т	412	228	93.9	0.92	66.12
	Всего материалов		2263.3	19728	6945.2	2.242	4959.7
3 4 5 6 7 8 9 10	Топливо теплотехническое 3.1.Газ природный Энергия технологическая 4.1.Электроэнергия Вода для технических целей Зарплата основная Дополнительная зарплата (13% от основной) Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования Общезаводские и цеховые расходы Потери от брака	т,м3 кВт.ч тыс.т руб руб руб руб руб	2800 602 630	1.10 1.28 1.5	3080 770.56 945 3696.00 480.48 16381 15538 4322	2 0.43 0.45	2200 550 675 2639 343 11700 11099 3087
11 12 13	Производственная себестоимость Внепроизводственные расходы (1.5% от заводской себестоимости) Полная себестоимость	руб руб руб			52158 1303.9 53461.9		37252.7 558.8 37811.5

Затраты на годовой выпуск 1 тонны фарфоровых изоляторов с добавкой глинозема составят 37811.5 руб.

Таблица 25 Сравнительная калькуляция себестоимости

№ п/п	Сравнительные статьи	Ед. изм.	Сумма затрат, тыс.руб.	Эконо- мия(+), перерас- ход(-)
			Без добав. глинозема	С добав. глинозема
			На весь выпуск	На ед. прод-ции	На весь выпуск	На ед. прод-ции
1	2	3	4	5	6	7	8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	Сырье и основные материалы Вспомогательные Материалы Топливо (газ природный) Электроэнергия Вода техническая Зарплата основная Дополнительная зарплата (13% от основной) Расходы по содержан. и эксплуатации оборудован. Общезаводские и цеховые расходы Потери от брака	Тыс. Руб Тыс. руб т.м3 кВт.ч тыс.т руб руб руб руб руб	4668.14 93.9 3080 770.56 945 3696.0 480.48 16381 15538 8379.7	3.91 0.06 2.2 0.55 0.675 2.639 0.34 11.70 11.09 5.98	6851.3 93.9 3080 770.56 945 3696.0 480.48 16381 15538 4322	4.9 0.06 2.2 0.55 0.675 2.639 0.34 11.70 11.09 3.08	0.99(-) 2.9(+)
	Производственная себестоимость Внепроизводственные расходы (1.5%от заводской себестоимости) Внепроизводственные расходы (1.5%от заводской себестоимости)	руб руб руб	54032 810.49 54842.49	39.16 0.58 39.75	52158 1303.9 53461.9	37.25 0.55 37.81	1.91(+) 0.03(+) 1.94(+)

Вывод: сумма затрат на тонну фарфора с добавкой глинозема на 1.94 тыс.руб. (т.е. на 5%) меньше, чем на тонну электрофарфора без добавки глинозема.

При внедрении нового производства крупногабаритных изоляторов из глиноземистой массы, технология производства не меняется, поэтому расходы по содержанию и эксплуатации оборудования, общезаводские расходы, цеховые расходы также не меняются.

Глиноземистый фарфор обладает повышенными электромеханическими характеристиками, его цена ниже, чем у электрофарфора, произведенного из обычной тонкодисперсной массы, а, значит, он будет пользоваться наибольшим спросом у потребителя. Следовательно, новое производство является экономически более выгодным.

Природопользование и охрана окружающей среды

Данная исследовательская работа заключается в исследовании и разработке составов масс высоковольтного фарфора с повышенными электромеханическими характеристиками.

В данной работе используются сыпучие вещества. При их взвешивании, помоле и смешивании возникает значительное пылевыделение.

Концентрация пыли в воздухе рабочей зоны не должна превышать предельно допустимую. Используемые в работе вещества не являются токсичными, но могут вызывать аллергические реакции.

ПДК - концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8ч и не более 40 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не должны вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Воздействие вредного вещества на уровне ПДК не исключает нарушение состояния здоровья у лиц с повышенной чувствительностью.

Вредное вещество - вещество, которое при контакте с организмом человека может вызвать профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе воздействия вещества, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

По степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделены на четыре класса опасности:

1 - вещества чрезвычайно опасные;

2 - вещества высоко опасные;

3 - вещества умеренно опасные;

4 - вещества мало опасные, в соответствии с классификацией

ГОСТ 12.1.007-76.

В табл.26 приведены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Таблица 26 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ

Наименование вещества	Величина ПДК (мг/м3)	Преимущественное агрегатное состояние в воздухе в условиях производства	Класс опасности	Особенности действия на организм
Пыль с примесью диоксида кремния от 2 до 10%	4	а	4	А,Ф

В таблице использованы следующие обозначения:

а - аэрозоль;

А - вещества, способные вызывать аллергические заболевания в производственных условиях;

Ф - аэрозоли преимущественно фиброгенного действия.