| |
Монолитные огнеупорные
изделия и сухие бетонные смеси с добавками спеченой алюмохромистой шпинели
Доклад на Международной конференции ведущих
металлургических и огнеупорных предприятий "Огнеупоры для промышленности-2010",
Москва, 9-10 февраля 2010 года
Е.Н. Дёмин, В.К. Лялин (ООО "СпецОгнупорКомплект",
г. Екатеринбург)
Несомненно, в настоящее время приоритет в области
неформованных огнеупоров принадлежит материалам на основе плавленого корунда и
частично, с добавками в том или ином количестве, алюмомагниевой шпинели. Эти
материалы хорошо зарекомендовали себя при изготовлении монолитных футеровок
работающих в непосредственном контакте с жидким металлом и шлаками, в частности,
монолитная футеровка сталеразливочных ковшей, гнездовые блоки и продувочные
фурмы, кроме этого, данные материалы применяются для изготовления монолитных
сводов электропечей и других элементов тепловых агрегатов где требуется высокая
химическая и термическая стойкость при температурах выше 1500оС.
Учитывая собственный опыт в области изготовления монолитных
футеровок и изделий из бетонных смесей, а также существующие в настоящее время
тенденции в странах – производителях высококачественных огнеупоров, мы обратили
внимание на такой малоизученный высокоогнеупорный материал, как алюмохромистая
шпинель. За полтора года исследований эксплуатационных свойств данного
материала, в том числе и в промышленных условиях, сделаны определенные выводы в
пользу исследуемых композиций на основе корунда и алюмохромистой шпинели.
В первую очередь, были проведены сравнительные испытания на
метало- и шлакоустойчивость разработанных нами составов бетонов с традиционными
бетонными смесями известных зарубежных и отечественных производителей, а затем
уже подбирались оптимальные варианты композиции корунд – алюмохромистая шпинель
для изготовления сухих бетонных смесей и изделий на их основе, работающих в
различных условиях. Кроме этих показателей, учитывались и другие положительные
свойства этих материалов, в частности, термическая и химическая стойкость и
более высокие теплоизоляционные свойства по сравнению с алюмомагниевой шпинелью.
В металлургических процессах роль газовой и, особенно,
жидкой фаз в реакциях между твердыми веществами футеровки, а также в реакциях
между материалом футеровки и расплавленным металлом происходящих на границе
раздела огнеупор - жидкий металл, может быть весьма значительной и даже
определяющей. В ряде случаев продолжительность работы огнеупоров и их стойкость
к расплавам шлака и металла существенно отличаются от общепризнанных положений.
На основании проведенных нами исследований, мы постарались выявить определенные
закономерности, которые, на наш взгляд, согласуются с теоретическими основами
технологии огнеупоров и их службой в сталеплавильных агрегатах.
Все испытуемые образцы готовились из соответствующих
заполнителей одинаковых фракций и определенного количества высокоглиноземистого
цемента. Термообработка, а также составы шлаков и металла были абсолютно
одинаковы для всех образцов. При определении метало- и шлакоустойчивости
материалы нагревали до температуры 1600оС и выдерживали в течение
двух часов. Я постараюсь озвучить только некоторые из свойств исследуемых
материалов, так как они в наибольшей степени характеризуют служебные качества
огнеупоров. Из-за имеющейся определенной новизны данной продукции, также не буду
останавливаться на конкретных составах испытуемых материалов.
Что характерно, образцы, полученные из корундовых
композиций с одинаковым содержанием алюмомагниевой и алюмохромистой шпинели
имеют практически равную шлакоустойчивость и, в зависимости от основности
шлаков, заметно лучшие показатели по сравнению с корундовыми заполнителями.
Причем, с повышением основности шлака, шлакоустойчивость у композиций с
добавками как той, так и другой шпинели отличалась от корундовых заполнителей в
лучшую сторону почти в два раза. Сравнительные испытания образцов на
металлоустойчивость, позволяют сделать вывод в пользу материалов с добавкой
алюмохромистой шпинели – как минимум, на четверть пропитка металлом у данных
образцов ниже, чем у всех остальных испытуемых материалов.
Что касается термостойкости, то результаты однозначно
показали преимущество добавок алюмохромистой шпинели (при общем содержании
оксида хрома в материале 7,5% термостойкость составила 19 водных теплосмен, что
почти в два раза превысило показатели по сравнению с введением этого же
количества алюмомагниевой шпинели и в 6 раз по сравнению с чисто корундовыми
образцами).
Петрографические исследования испытуемых образцов после
термообработки при температуре 1600оС показали наличие небольшого
количества стеклофазы на границе зерен корунда и шпинели. Вероятнее всего,
образующаяся в таком количестве жидкая фаза обеспечивает определенную
термопластичность шпинельсодержащих материалов.
Термопластическое состояние сопровождается снятием
напряжений, образующихся в процессе эксплуатации огнеупоров, особенно в таких
агрегатах как сталеразливочные ковши, которые имеют непосредственный контакт с
расплавленным металлом и значительные перепады температур.
Так же вероятно и то, что такие высокие показатели
термостойкости у материалов содержащих алюмохромистую шпинель определяются не
только термопластичностью, но и низкими объемными изменениями при перепадах
температур и, в случае взаимодействия с металлом, при твердофазовых реакциях в
системе оксид железа – огнеупор.
Твердофазовые реакции в системе оксиды железа - периклаз -
шпинелиды сопровождается настолько значительными изменениями в объеме, что
разрушения магнезиальных огнеупоров при длительном взаимодействии их с металлом
и шлаками происходит значительно интенсивней, чем высокоглиноземистых и
корундовых, несмотря на значительную разность в температуре плавления. В
магнезиальных огнеупорах объемные изменения возрастают с увеличением количества
и степени восстановления (окисления) оксидов железа.
Поэтому, несмотря на, казалось бы лучшую с точки зрения
теории, химическую стойкость к основным шлакам у образцов содержащих оксид
магния (алюмомагниевая шпинель), на практике
получается, что стойкость у материалов с добавкой алюмохромистой шпинели пусть
незначительно, но выше.
Учитывая все предыдущие исследования, в том числе и
промышленные, на сегодняшний день, нами разработаны и серийно выпускаются сухие
бетонные смеси, а также монолитные изделия на основе этих смесей с добавками
спеченной алюмохромистой шпинели, которые успешно зарекомендовали себя на ряде
металлургических предприятий. В конечном итоге, критерием качества огнеупоров
являются их эксплуатационные характеристики и сравнительные показатели в службе.
|
