Огнеупорные массы, бетоны и изделия для футеровки агрегатов плавки алюминия и цинка

Ежемесячный научно-технический и производственный журнал "Новые огнеупоры". 2008. № 3. С. 118-120.
 
К. т. н. В. И. Сизов, А. М. Гороховский, М. Н. Дунаева, П.А. Карпец. ООО "РЕИН", ОАО "ДИНУР".
 
Расширение технологических возможностей ОАО "ДИНУР" в 2006-2007 гг. привело к разработке и внедрению новых огнеупорных материалов, которые могут и должны найти свое место в алюминиевом производстве. Так, помимо уже хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации изделий и масс, разработана серия огнеупорных низкоцементных бетонов на основе корунда, боксита, андалузита. Характеристики бетонов приведены в табл. 1.
 
Таблица 1. Физико-химические характеристики низкоцементных бетонов ОАО "ДИНУР"
 
Показатели Марка бетона*1
МЛВ ВГБС-80 ВГБС1-85 ВГБС3-85 ВГМВ-13

Химический состав, %

Al2O3, не менее

SiO2, не более

Fe2O3, не более

CaO, не более

MgO, не более

 

65 (72)

30 (22)

1,0

2,0

-

80

7 (5,0)

1,5

2,0

-

85 (90)

8,5 (3,0)

1,5

2,0

-

85

8,5 (7,0)

1,5

2,0

-

90

-

-

2,0

7,0

Огнеупорность, º C, не ниже - 1730 1730 1730 -

Кажущаяся плотность, г/см.куб

(после сушки при температуре)

2,8 max

(120 ºC)

2,9 (min)

(120 ºC)

2,9 (min)

(300 ºC)

2,9 (min)

(300 ºC)

3,0 (min)

(150 ºC)

Предел прочности при сжатии, МПа, не менее

(после сушки при температуре)

35 (90)

(120 ºС)

50 (100)

(120 ºС)

30 (65)

(300 ºС)

30 (160)

(300 ºС)

50

(150 ºС)

Открытая пористость, %, не более

(после сушки при температуре)

17 (13)

(120 ºС)

20 (18)

(120 ºС)

18 (15)

(300 ºС)

18 (13)

(300 ºС)

10

(150 ºС)

Кажущаяся плотность *2, г/см. куб. 2,75 (max)

2,8 (min)

- 3,10 -
Предел прочности при сжатии *2, МПа, не менее 60 (150) 80 (120) - 150 -
Открытая пористость *2, %, не более 19 (15) 22 (20) - 13 -
Зерновой состав, мм, не более 7 7 6 6 6
Основной компонент Боксит/Андалузит Боксит Боксит/Корунд Корунд/Андалузит Табулярный глинозем

*1 Указаны нормативные показатели, в скобках указаны фактические данные.

*2 После термообработки при 1000 ºС.

 
Поскольку для футеровки агрегатов алюминиевого производства необходимы материалы с низкой адгезией к расплаву алюминия, в состав ряда бетонов были введены добавки барита, что обеспечивает их несмачиваемость металлом. Характеристики бетонов с добавкой барита приведены в табл. 2.
 
Таблица 2. Физико-химические характеристики баритосодержащих бетонов
 
Показатели Марка бетона*1
МЛВ-11 ВГБСБ-75 ВГБСБ-80

Химический состав, %:

Al2O3, не менее

SiO2, не более

Fe2O3, не более

CaO, не более

BaO, не менее

 

 

62

30 (22)

1,0

2,0

4,5

 

 

75

6,0

1,5

2,0

4,5

 

80

5,0

1,2

2,0

4,5

Кажущаяся плотность*2, г/см. куб. 2,85 (max) 2,9 (min) 2,95 (min)

Предел прочности при сжатии*2,

МПа, не менее

35 (60) 40 (60) 35 (60)
Открытая пористость*2, %, не более 15 17 17
Кажущаяся плотность*3, г/см. куб. 2,9 (max) 2,85 (min) 2,90 (max)

Предел прочности при сжатии*3,

МПа, не менее

60 (80) 60 (80) 50 (60)
Открытая пористость*3, %, не более 19,0 20,0 20,0
Зерновой состав, мм, не более 7; 3 7 6
Основной компонент Боксит/Андалузит Боксит Боксит/Корунд

*1 Указаны нормативные показатели, в скобках указаны фактические данные.

*2 После сушки при 120 ºС.

*3 После термообработки при 800 ºС.

 
 
Из табл. 1 и 2 видно, что по физико-химическим характеристикам разработанные бетонные смеси имеют достаточно высокий уровень качества, поскольку фактические показатели (например, предел прочности при сжатии, что, в частности, является одной из определяющих характеристик бетонов) значительно превышают уровень требований, заложенных в ТД.
Как правило, все разрабатываемые материалы для футеровки агрегатов плавки алюминия и его сплавов проходят классическое тестирование на устойчивость к расплаву на опытной установке ЦЗЛ ОАО "КУМЗ". В настоящее время из некоторых видов бетонов изготовлены и отправлены на испытания изделия разливочного назначения: тигли для установки фильтрации алюминия, трубки, втулки, гнездовые блоки, лотки для транспортировки расплава. Тем самым фактически подтверждена возможность отливать изделия сложных форм и размеров, а из разработанных бетонов в условиях заказчика - производить футеровочные работы в бетонном исполнении.
Расширяется внедрение изделий корундобаритового состава (ВГББ-3Ф) для футеровки печей плавки и выдержки алюминия. Помимо ОАО "КУМЗ" в 2007 г. партия этих изделий поставлена для печи филиала БАЗ-СУАЛ.
Доработка технологии корундокарбидкремниевого бетона показала его перспективность в производстве и переработке не только алюминия, но и цинка. Ниже приведены характеристики изделий из бетона ККБ-70 (числитель - нормативные значения, знаменатель - фактические):
 
Массовая доля, %:
   Al2O3, не более                              - 25,0/20,0-24,0
   SiC, не менее                                - 70,0/71,0-76,0
Кажущаяся плотность после
термообработки при 1000 ºС,
г/см.куб. не менее                             - 2,55/2,6-2,67
Предел прочности при сжатии
после термообработки при
1000 ºС, МПа, не менее                     - 40,0/60-90
Открытая пористость после
термообработки при 1000 ºС,
%, не более                                       - 20,0/16,5-19,5.
 
Комплекс свойств бетона ККБ-70, в том числе, как показал опыт, высокая текучесть при виброформовании, низкая адгезия к расплаву металла, а также достаточно высокая теплопроводность, позволяет изготавливать изделия самого различного назначения, начиная от футеровки тиглей и заканчивая нагревательными элементами. Первые опытные изделия были изготовлены в виде сводовых изделий для 5-т миксера, где они используются в качестве нагревательного элемента для подогрева ванны сверху. Аналогично этой схеме был изготовлен нагревательный элемент, который также за счет расположения в изделии нагревателей обеспечивает необходимую температуру ванны в установке фильтрации алюминия.
 
Помимо производства алюминия перспективно применение этого бетона и в производстве цинка. Основанием для выпуска изделий, предназначенных к применению в установках оцинкования, послужила задача - необходимо было найти альтернативу импортным поставкам для нагревательных устройств ванны оцинкования стальной проволоки. Задача предусматривала изготовление теплопроводных туб с максимально возможным содержанием карбида кремния, в которые помещается рассекатель с содержанием карбида кремния на уровне 70 %. Туба утоплена в расплав цинка, в нее подается газовоздушная смесь, которая при сгорании обеспечивает подогрев металла и поддержание его температуры в заданном режиме. Поэтому требовалось создать изделия двух видов, которые по составу были бы близки к импортным и обеспечивали бы нормальную эксплуатацию установки. Установлено, что можно использовать возможности изостатического варианта изготовления туб и вибролитьевого варианта изготовления рассекателей из бетона марки ККБ-70. Тубы готовили на участке производства корундографитовых изделий из смеси карбида кремния и графита на органическом связующем методом изостатического прессования на гидравлическом прессе фирмы EPSI (Бельгия). Испытания опытных изделий (тубы ККТ и рассекатели ККБ-70) в пробной эксплуатации показали, что решение выбрано правильное. Стойкость туб в установке оцинкования составила от 3 до 4 месяцев, что не на много меньше, чем у импортных, стойкость которых в этих же условиях составляет от 3 до 6 месяцев. В настоящее время организовано серийное производство туб и рассекателей, которые испытываются уже на другом заводе. В дальнейшем было предложено изготовить из бетона ККБ-70 не только рассекатель, но и саму тубу.
 
Осенью 2007 г. две опытные тубы из бетона ККБ-70 были установлены в ванну оцинкования и успешно отработали 4,0 и 4,5 месяца, причем цена таких изделий значительно ниже, чем у туб из самосвязанного карбида кремния.
 
В начале 2008 г. из бетона ККБ-70 был изготовлен целый ряд изделий для футеровки новой установки оцинкования стальной проволоки. Для пода ванны были изготовлены подовые блоки. Помимо них были изготовлены гребенки, подушки, погружные башмаки, боковые завесы и ряд других элементов новой установки. Следует отметить, что в этом агрегате предусмотрено применение для свода изделий марки АКБФ, что обеспечивает его хорошую теплоизоляцию, упрощает подвеску и обеспечивает легкость всей конструкции свода. В настоящее время часть опытных изделий установлена в ванну оцинкования стальной проволоки и успешно работает. В последующем, по мере возможности, будут установлены и остальные изделия.
 
Таким образом, продолжение поисковых и исследовательских работ, проведенное ОАО "ДИНУР" совместно с ООО "РЕИН" в 2007 г., позволяет расширить область применения новых огнеупорных материалов для алюминиевого и цинкового производств, что выгодно и изготовителю, и заказчику, поскольку разработанные массы, бетоны и изделия не уступают наиболее распространенным импортным по физико-химическим и служебным характеристикам и обходятся потребителю значительно дешевле.
 
В. И. Сизов, А. М. Гороховский, М. Н. Дунаева, П. А. Карпец, 2008 г.