Огнеупоры для футеровки печей и линий разливочного тракта алюминиевого производства

Ежемесячный научно-технический и производственный журнал "Новые огнеупоры". 2004. № 8. С. 26-28.
 
Канд. техн. наук В. И. Сизов, Н. А. Коэмец, В. Н. Тонков, Л. А. Карпец, ООО "РЕИН", ОАО "ДИНУР".
 
Приведены результаты службы корундобаритовой массы ВГБСБ-3 в футеровке индукционных тигельных тигельных печей плавки алюминиевых сплавов. По результатам эксплуатации массы сделан вывод о целесообразности ее использования также для футеровки ковшей алюминиевого производства. На основе корундобаритовой композиции с ВКВС боксита освоено производство изделий марки ВГББ-3, по своим характеристикам не уступающим зарубежным аналогам, а также изделий из волокнистых композиционных материалов марки АКБФ. Приведены данные промышленных испытаний и внедрения изделий АКБФ для чехлов термопар и разливочного тракта. Показано, что из волокнистых композиционных материалов можно изготовлять крупногабаритные изделия сложных форм. Освоена технология производства изделий на основе кварцевого стекла, не пропитывающихся и не смачивающихся жидким алюминием. С целью уменьшения теплопроводности получены материалы плотностью 1,6-1,75; 1,47-1,5 и 1,27-1,4 г/см. куб. на основе корундобаритовой композиции, корунда и кварцевого стекла соответственно. Ассортимент огнеупоров для футеровки печей плавки и выдержки алюминиевых сплавов и линий разливочного тракта постоянно расширяется.
 
Корундобаритовая масса ВГБСБ-3, разработанная ООО "РЕИН" для футеровки печей плавки алюминия и его сплавов, зарекомендовала себя как материал, устойчивый к воздействию расплавов алюминия, его сплавов и шлаков и не смачивающийся этими расплавами. Настыли, образующиеся на его поверхности, легко отделяются, не повреждая футеровку.
В результате внедрения этой массы в ОАО "АВТОВАЗ" на первом этапе стойкость футеровки печей ИАТ-2,5 была увеличена в 3 раза по сравнению со стойкостью футеровки из высокоглиноземистых масс такого же класса (1500 плавок за 11 месяцев эксплуатации вместо 500-600 плавок на высокоглиноземистых массах при 3-4 месяцах эксплуатации), а на втором этапе на той же печи стойкость массы достигла 3000 плавок за 14 месяцев эксплуатации.
На первом испытании (после 1500 плавок) печь остановили на ремонт из-за срабатывания защиты индуктора. Проверка показала, что срабатывание защиты произошло не из-за прохода металла, а из-за неполадок в электрической системе печи. Остановка печи на ремонт на втором этапе испытаний вновь была произведена по причине срабатывания защиты индуктора, но при замене футеровки прохода металла также не обнаружено. Эксплуатационниками было особо отмечено, что электрические параметры печи в конце кампании были такими же, как и в момент пуска печи в эксплуатацию, что свидетельствует об очень незначительном износе футеровки и отсутствии ее пропитки.
Таким образом, результаты эксплуатации печи ИАТ-2,5 с футеровкой из корундобаритовой массы ВГБСБ-3 в ОАО "АВТОВАЗ" в течение более чем двух лет показывают ее большое преимущество по сравнению с ранее применявшимися высокоглиноземистыми массами. Учитывая, что остановки печи на ремонт происходили из-за неисправностей в системе защиты, можно сделать заключение о возможности дальнейшего повышения стойкости футеровки, поскольку прохода металла  в нее даже после 3000 плавок не происходит, а электрические параметры печи не меняются в течение всего срока службы.
Мы считаем, что массу ВГБСБ-3 следует применять как для футеровки печей типа ИАТ, так и для футеровки ковшей алюминиевого производства. По своим эксплуатационным характеристикам масса ВГБСБ-3 является фактически аналогом широко известной массы "Pliram 27 S", но имеет меньшую цену, поскольку производится в России и только из отечественных материалов.
Следует отметить очень высокую термостойкость этой массы. Так, на образцах из этой массы первые трещины появились только после 20-25 термоциклов (800ºC - вода), разрушение наступало только после 70-75 термоциклов.
Говоря о преимуществах неформованных материалов (масс и бетонов) по сравнению с мелкоштучными изделиями для футеровки печей, миксеров и ковшей, нельзя все же поддаваться появившемуся практически у всех потребителей стремлению заменить футеровку из изделий на набивную или заливную во всех агрегатах алюминиевого производства. Основной довод в пользу такой замены - пропитка металлом швов кладки, поэтому при отсутствии швов (при бетонной футеровке) стойкость будет большей. Однако пропитку швов можно уменьшить и даже исключить при применении специальных мертелей, которые не пропитываются алюминием и его сплавами. Кроме того, следует использовать изделия, которые также не пропитываются и не смачиваются расплавом, и учитывать, что при футеровке из мелкоштучных изделий можно легко производить ремонт изношенных участков, после которого не требуется длительное время на сушку и медленный разогрев агрегата.
ООО "РЕИН" освоено на основе корундобаритовой композиции, в состав которой входит высококонцентрированная суспензия боксита, производство обожженных изделий для печей плавки и выдержки алюминия и его сплавов. Изделия отличаются высокой прочностью при сжатии не только на холоду (более 80 МПа), но и при температуре эксплуатации (35-40 МПа при 800 ºС). В ОАО "КУМЗ" из таких изделий марки ВГББ-3 выполняется футеровка 30-т печи и 30-т миксера. Замечаний к надежности футеровки из изделий ВГББ-3 у персонала, эксплуатирующего печь и миксер, пока нет.
Мы полагаем, что изделия ВГББ-3 могут применяться также для футеровки ковшей, так как их высокая прочность и несмачиваемость металлом создают возможность механической очистки от настылей и шлака без разрушения футеровки, как это имеет место при футеровке ковшей шамотными или высокоглиноземистыми изделиями. По своим характеристикам(химический состав, прочность на холоду и при температуре эксплуатации, степень взаимодействия с расплавами алюминия) изделия ВГББ-3 не уступают продукции зарубежных фирм - производителей аналогичных огнеупоров.
Футеровка из корундовых, корундобаритовых, корундошпинельных и шпинельных масс получается хотя и прочной и износоустойчивой, но весьма массивной и теплопроводной. Это обстоятельство не имеет особого значения для печей, миксеров и ковшей, но для разливочного тракта большие масса и теплопроводность футеровки нежелательны, так как линии разливки алюминия, как правило, малогабаритны, количество металла, протекающего по ним, невелико и большие потери тепла через массивную и теплопроводную футеровку могут привести к охлаждению металла при транспортировке. Поэтому на большинстве предприятий лотки и желоба футеруют асбестосодержащими вкладышами. Их стойкость не превышает 1-3 суток, при этом в металл попадает значительное количество неметаллических включений (волокон асбеста и частиц глины), что приводит к снижению качества конечной продукции.
ООО "РЕИН" совместно с ОАО "ДИНУР" в течение уже нескольких лет выпускает изделия марки АКБФ из волокнистых композиционных материалов (ВКМ). В отличие от ранее выпускавшихся изделий марки ПКБФ с периклазовой составляющей в качестве огнеупорного заполнителя, для производства изделий АКБФ применяется алюмомагниевая шпинель, которая, как известно, хорошо противостоит воздействию расплавов алюминия. Изделия АКБФ прошли широкие испытания и внедрены в качестве чехлов для термопар (стойкость чехлов АКБФ в ОАО "АВТОВАЗ" составляет 25-30 суток), лотков, воронок, пробок и других изделий разливочного тракта (ОАО "САЗ", БАЗ-филиал ОАО СУАЛ).
Наряду с несмачиваемостью расплавами алюминия эти изделия из-за волокнистой структуры, формируемой стеклосеткой специального переплетения, обладают высокой термостойкостью и низкой теплопроводностью (0,5 Вт/(м•К)), что позволяет применять их в линиях разливочного тракта без теплоизоляционного слоя или с тонкой прокладкой из муллитокремнеземистого картона или войлока. Поскольку конструкционной прочности в этом случае не требуется, вкладыши из АКБФ могут быть тонкостенными (3-5 мм.), а значит, и экономичными.
Значительно более крупные изделия (поворотные, откидные лотки, раздаточные желоба) могут быть и самонесущей конструкции, для чего достаточно увеличить толщину их стенок. Следует отметить, что из ВКМ можно изготовлять изделия не только простых, но и сложных форм.
Высокая износоустойчивость изделий ВКМ против воздействия алюминия и его сплавов, обусловленная низкой адгезией расплава к  шпинельноглинястой основе огнеупорной матрицы, позволяет не только заменить ими экологически вредные асбестосодержащие композиции, но и уменьшить количество неметаллических включений в металле. Учитывая возрастающую потребность в изделиях такого вида, в ОАО "ДИНУР" создан участок по производству изделий из ВКМ.
 
 
 
В. И. Сизов, Н. А. Коэмец, В. Н. Тонков, Л. А. Карпец, 2004 г.