Корундсодержащие массы для футеровки агрегатов черной металлургии

 

Ежемесячный научно-технический и производственный журнал "Новые огнеупоры". 2002. № 7.С. 3-6.

Канд. техн. наук В.И. Сизов, В.Н. Тонков, Л.А. Карпец, Л.Я. Копейкина. ОАО "ВостИО", ООО "РЕИН", ОАО "ДИНУР", ОАО "АВТОВАЗ"

Приведены результаты разработки и промышленного внедрения масс на основе корунда и боксита для футеровки различных агрегатов чугунолитейного производства (ванна печи, тигель, ковш), а также нового вида мертеля для кладки огнеупорных изделий.

Проведенные в свое время работы по замене масс для футеровки ванны индукционных канальных печей выдержки чугуна на отечественные позволили разработать и организовать широкое производство массы МК-90 по ТУ 14-8-457-84 (новое название ММКН-90 по ТУ 1523-025-00188162-98), которая готовится на основе плавленого корунда и включает пластифицирующую добавку и ортофосфорную кислоту {1}. Масса нашла широкое применение не только в чугунолитейном производстве, но и в сталеплавильном в качестве набивных элементов футеровки различных тепловых агрегатов.

Однако эта масса имеет некоторые недостатки, которые создают определенные затруднения у эксплуатационников. Основным из них, на наш взгляд, является ограниченный срок хранения (не более 3 мес.). Другие недостатки - смерзание массы в зимнее время (поскольку она поставляется влажностью примерно 3,5%), жесткие требования к герметичности упаковки ( при ее нарушении масса быстро схватывается или высыхает, и ее требуется доводить до необходимой степени пластичности с помощью кислоты, что в свою очередь, требует дополнительных расходов на создание условий хранения кислоты у потребителя и соблюдение повышенных требований по технике безопасности).

В настоящее время в ООО "РЕИН" совместно с ОАО "ДИНУР" организовано серийное производство корундовых  и корундошпинельных масс КСВХ-1, КСВХШ-1, КСВШ-1 по ТУ 1523-007-11187985-2001 {2}, которые успешно прошли промышленные испытания и стадию внедрения в литейном производстве ОАО "АВТОВАЗ", ОАО "Завод им. И.А. Лихачева" и других предприятий {2}.

В отличие от других видов подобных масс (полусухих, таких как МК-90, МК-80, ММК-88,ММКТ-85, а также МКН-94, МКН-90, изготовленных с высокоглиноземистым цементом) разработанные массы могут применяться в различных вариантах (сухом, полусухом, бетонном). Соответственно и поставка их может быть осуществлена (по желанию заказчика), например, летом в полусухом виде влажностью до 4%, зимой - в сухом влажностью до 0,5%, что исключает замерзание массы при транспортировке и хранении. При этом даже если увлажненная масса при нарушении упаковки подсохнет, то для приведения ее в рабочее состояние требуется только добавка воды, а агрегатированная высохшая часть легко распускается при увлажнении. Таким образом исключаются проблемы, связанные с введением кислоты у потребителя. Гарантийный срок хранения масс 1 год и более, что в 3-4 раза превышает гарантийный срок хранения масс МК-90 и др.

Как уже сообщалось в статьях {2, 3}, в отличие от той же массы МК-90 при производстве разработанных масс требуемое для конкретных условий применения количество спекающих добавок предварительно согласовывается с заказчиком и корректируется, что позволяет применять массы для самого широкого спектра футеровок агрегатов, эксплуатирующихся в диапазонах от 800ºC до 1700ºC.

Так масса КСВХШ-1 прошла испытания в индукционных тигельных печах плавки стали с температурой выпуска металла около 1700ºC, а базовая масса этой же группы (КСВШ-1) успешно эксплуатируется в печах плавки алюминия и сплавов на его основе при 800-900ºC {2}.

Исходя из полученного набора эксплуатационных параметров (табл. 1) и результатов промышленного внедрения, можно отметить, что серия корундовых масс, разработанных ООО "РЕИН" и ОАО ДИНУР", вполне достойна внимания самого широкого круга потребителей и может заменить, в частности, массу МК-90 в большинстве агрегатов не только чугунолитейного, но и сталеплавильного производства. При этом новые массы по эксплуатационным удобствам имеют ряд преимуществ по сравнению с ранее выпускавшимися: поставка в готовом для употребления виде, учет условий эксплуатации конкретного агрегата, гарантийный срок хранения до 1 года (фактически до 1,5 лет) без потери свойств, простота в доводке до требуемой степени увлажнения (только с помощью воды), несмерзаемость в зимнее время (такт как в это время года может поставляться в сухом варианте).

В статье {3} достаточно подробно приведены данные по свойствам одной из масс предлагаемой серии (КСВШ-1), но большинство показателей близки и к остальным массам этой серии.

Наряду с разработкой корундовых и корундошпинельных масс велись работы по созданию масс на основе боксита, что было обусловлено в том числе и экономическими причинами, и условиями эксплуатации масс. Известно, что корунд дороже боксита, его производство более сложно, а китайский боксит все в большем количестве поступает на российский рынок, причем цена боксита за последние годы снижается, тогда как цена корунда растет {4}.

Началом разработки масс на основе боксита послужила необходимость замены одной из импортных масс для ОАО "АВТОВАЗ", предназначенных для футеровки чугуноразливочных ковшей. В настоящее время освоено производство массы ВГБС-1 (ТУ 14-202-63-99), основу которой составляет боксит. Физико-химические характеристики массы приведены в табл. 2. Так же, как и корундовые массы, масса ВГБС-1 имеет зерновой состав, отвечающий принципам наиплотнейшей упаковки с весьма жесткой регламентацией фракций, что определяет качество набивки при изготовлении футеровок.

Эксплуатационные свойства массы проверяли на металлургическом производстве ОАО "АВТОВАЗ" (1,5- и 0,4-т чугуноразливочные ковши), в результате чего были откорректированы некоторые технические параметры (изменение № 1 к ТУ). В 2001 г. для футеровки чугуноразливочных ковшей ОАО "АВТОВАЗ" было поставлено 120 т. массы, которая принята в качестве альтернативы другим массам.

Начиная с ноября 2001 г. масса ВГБС-1 поставлялась в ЗАО "Руслич" для футеровки транспортных ковшей, в которых перевозится и разливается чугун марок СЧ-18, СЧ-25 и др. Ранее для футеровки таких ковшей в течение нескольких лет применяли массу МК-90. стойкость футеровки из нее составляла около 2-х недель при расходе на футеровку одного ковша 2,5 т.

В ноябре 2001 г. из массы ВГБС-1, поставленной в готовом для потребления виде (полусухой вариант влажностью 3,5%), был изготовлен первый ковш. Стойкость футеровки опытного ковша составила 6 недель, что в 3 раза больше стойкости ковшей, футерованных массой МК-90.

В связи с положительными результатами испытаний ЗАО "Руслич" было принято решение о внедрении массы ВГБС-1 для футеровки ковшей взамен массы МК-90. С января по май 2002 г. из нее выполнено 4 футеровки. Средняя стойкость футеровки составила 5,5 недели, что подтверждает результаты первоначальных испытаний. В течение зимних месяцев масса поставлялась в сухом виде и лишь непосредственно перед потреблением увлажнялась. С июня 2002 г. набивная масса поставляется в увлажненном виде, т.е. готовая к потреблению. Таким образом, в течении 9 месяцев 2002 г. масса ВГБС-1 по эксплуатационным показателям в небольших (5-т) ковшах чугунолитейного производства не уступила, но и значительно превзошла массу МК-90, а в 1,5 и 0,4 -т ковшах - не уступила  другим массам подобного класса; вариация поставок с учетом зимнего и летнего периодов снимает проблемы смерзания массы и удобна для эксплуатации; значительно снижает удельные расходы и удельные затраты на огнеупоры для этого передела чугуна, поскольку, показывая большую стойкость, в то же время на 5-10 % дешевле массы МК-90. Высокие эксплуатационные показатели массы ВГБС-1 обеспечиваются за счет того, что тщательно отрегулирован зерновой состав массы, оптимизировано количество связующего и добавок, снижающих пропитку футеровки шлаком и металлом, осуществляется высококачественное смешение компонентов в смесителе "Айрих".

Аналогично массам, которые не требуют при своем производстве и применении ортофосфорной кислоты, разработали состав мертеля, который выпускается под маркой ММКФ-809 (ТУ 14-202-60-99). Известно, что достаточно широко распространенный мертель ММК-85 (ГОСТ 6137-97) поставляется непластифицированным и перед применением у потребителя затворяется раствором ортофосфорной кислоты. Это, на наш взгляд, вызывает те же проблемы, о которых говорилось выше (например, необходимость соблюдения повышенных требований правил техники безопасности во время доведения раствора до эксплуатационных кондиций). Исходя из этого, был разработан состав мертеля (ММКФ-80), который по всем параметрам не уступает мертелю ММК-85 и при этом включает связующее-пластификатор (табл. 3). Для его приведения в рабочее состояние необходимо лишь добавить воду в требуемых количествах.

Поставленная в свое время перед нами задача разработки нового мертеля была связана с тем, что мертель ММК-85, применявшийся в ОАО "АВТОВАЗ" для кладки печей переработки алюминия, пропитывался расплавом алюминия. Учитывая этот неблагоприятный фактор, в состав мертеля ММКФ-80 была введена шпинель MgO•Al2O3, которая, как известно, снижает адгезию расплавленного металла к шву. Как показал опыт работы печей ОАО "АВТОВАЗ", швы из мертеля ММКФ-80 алюминием не пропитывались. В результате введения в состав мертеля ММКФ-80 шпинели минимальный показатель содержания Al2O3 в мертеле установлен равным 80 %.

Испытания, проведенные в ОАО "АВТОВАЗ", показали, что освоенный в производстве мертель ММКФ-80 (ТУ 14-202-60-99) способен заменить мертель ММК-85 и более удобен для потребителей. Гарантийный срок хранения мертеля не менее 1 года.

Таблица 1. Показатели корундовых масс

Марка массы Нормативы ТУ Основа Назначение
КСВХ-1 (ТУ 1523-007-00187085) Массовая доля, %: Al2O3>90, SiO2<2,5, Cr2O3 0,8-1,0, P2O5 0,5-0,8, B2O3 0,7-0,9. Зерновой состав, %: остаток на сетке № 5 не более 5, № 2 26-34, № 05 18-26, № 025 11-18, проход через сетку № 0063 15-21. Предел прочности при сжатии после термообработки при 1550ºC > 50 МПа. Линейные изменения после термообработки при 1550ºC - 0,1 ÷ +0,3 %.  Плавленый корунд, добавки, в том числе спекающие. Для монолитных футеровок печей плавки и выдержки чугуна с температурой плавления до 1600ºC, выполняемых сухим, полусухим и наливным способами. Максимальная температура эксплуатации 1700ºC.
КСВХШ-1 (ТУ 1523-007-00187085-2001) Массовая доля, %: Al2O3 > 80, SiO2 < 2,5, MgO 4-10, Cr2O3 0,8-1,0, P2O5 0,6-0,8, B2O3 0,7-0,9. Зерновой состав, %: остаток на сетке № 5 не более 5, № 2 26-34, № 05 18-26, № 025 11-18, проход через сетку № 0063 16-22. Предел прочности при сжатии после термообработки при 1550ºC > 50 МПа. Линейные изменения после термообработки при 1550ºC - 0,1 ÷ +0,3 %. Плавленый корунд, плавленая шпинель MgO•Al2O3,добавки, в том числе спекающие. То же.
КСВШ-1 (ТУ 1523-007-00187085-2001) Массовая доля, %: Al2O3 > 70, MgO 6-14. Зерновой состав, %: остаток на сетке № 5 не более 5, № 2 24-32, № 05 16-24, № 025 12-19, проход через сетку № 0063 12-25.  То же. Для монолитных футеровок печей плавки чугуна и алюминиевых сплавов, выполняемых сухим, полусухим и наливным способами. Максимальная температура эксплуатации 1500ºC. 
КСВ-2 (ТУ 13-0280488-30-97) Массовая доля, %: Al2O3 > 83, SiO2 < 6. Зерновой состав, %: проход через сетку № 5 95-98, № 2 68-74, № 05 46-50, проход через сетку № 025 33-37.  Плавленый корунд, добавки, в том числе спекающие. Для монолитных футеровок печей плавки алюминиевых сплавов с температурой плавления 600-1200ºC,а также для футеровки печей плавки чугуна. Максимальная температура эксплуатации 1550ºC.

Таблица 2. Показатели массы ВГБС-1 по ТУ 14-202-63-99

Нормативы ТУ Основа Назначение
Массовая доля, %: Al2O3 > 65, B2O3 0,7-11, P2O5 0-0,8. Предел прочности при сжатии после обжига при 1500ºC не менее 35 МПа. Влажность 3,0-4,0 %*. Зерновой состав, %: остаток на сетке № 6 не более 5, № 3 10-18, № 1 20-28, № 05 10-18, проход через сетку № 0063 20-28.   Боксит, плавленый корунд, добавки, в том числе спекающие. Для футеровки чугуноразливочных ковшей. Максимальная температура применения 1550ºC.

* По согласованию с заказчиком может быть изменена.

Таблица 3. Показатели мертелей

Марка мертеля Нормативы ТУ Основа
ММК-85 (ГОСТ 6137-97) Массовая доля, %: Al2O3 > 85, Fe2O3 < 0,9. Зерновой состав, %: проход через сетку № 05 - 100, № 009 > 70. Электроплавленый корунд, глина.
ММКФ-85 (ТУ 14-202-60-99) Массовая доля, %: Al2O3 > 80, P2O5 2,5 - 4,0. Зерновой состав, %: проход через сетку № 05 - 100, № 009 > 70. Глинозем, плавленый корунд, плавленая шпинель, связующее-пластификатор.

Библиографический список

1. Огнеупоры для печей литейного производства / Е.Е. Гришенков, Л.Я. Копейкина, В.П. Ененко и др. // Новые огнеупоры.-2002.-№ 1.-С. 49-59.
2. Корундовые массы для футеровки печей чугуноплавильного производства / В.И. Сизов, В.Н. Тонков, Л.Я. Копейкина др. // Огнеупоры и техническая керамика.-2001.-№ 9.-С. 51-53.
3. Сизов В.И., Тонков В.Н., Карпец Л.А., Пихутин И.А. Массы для футеровки агрегатов производства и переработки алюминия и сплавов на его основе // Новые огнеупоры.-2002.-№ 1.-С. 36-40.
4. Очагова И.Г. Цены и статистика (реферат) // Новые огнеупоры.-2002.-№ 1.-С.114.