ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

В последние годы при изготовлении футеровки металлургических агрегатов находят всё большее применение огнеупорные бетоны. Наиболее перспективными для этой цели являются виброналивные низкоцементные огнеупорные бетоны, обладающие высокой механической прочностью, повышенной коррозионной стойкостью и деформационной устойчивостью.

Бетоны нового класса отличаются от традиционных наливных бетонов пониженным содержанием гидравлического вяжущего и наличием тонкодисперсных специфических добавок, обеспечивающих низкую водопотребность и тиксотропные свойства бетонной смеси. Твердение таких бетонов происходит по смешанному типу и сопровождается образованием ряда гидросиликатов и гидроалюмининатов кальция, содержащих большое количество химически связанной воды, а также упрочнением структуры материала даже при относительно низких температурах за счёт высокой реакционной способности ультрадисперсных добавок, заменяющих часть цемента. В случае алюмосиликатных и корундовых бетонов добавкаSiO ₂,особенно в сочетании с высокодисперсным глинозёмом, способствует низкотемпературной муллитизации матрицы бетона. Благодаря этому в процессе службы низкоцементных бетонов не наблюдается разупрочнение, которое характерно для традиционных огнеупорных бетонов на гидравлических вяжущих.

Для организации производства высококачественных бетонных изделий был выполнен комплекс исследовательских работ по поиску исходных материалов,
модифицирующих добавок, вещественного и гранулометрического состава бетона,
определены основные параметры технологии - водозатворение, режимы формования, твердения и термообработки.

В качестве заполнителей были опробованы аркалыкский шамот, высокоглиноземистый шамот и электрокорунд, в качестве связующего - высокоглиноземистый цемент. Для улучшения технологических и эксплуатационных свойств в состав бетонов вводили добавки: асбест, муллитокремнезёмистую вату, стальную фибру, бой графитовых стержней, карбид кремния, триполифосфат натрия. В результате лабораторных испытаний было установлено, что добавка стальной сечки, муллитокремнезёмистой ваты и карбида кремния позволяет повысить термостойкость образцов бетона в 3-4 раза; введение триполифосфата натрия снижает водопотребность бетонной смеси от 3 до 5 %, повышает прочность бетона. Для обеспечения тиксотропных свойств в состав бетонов вводили добавки тонкодисперсных порошков шамота, кварцита и электрокорунда, полученных в лабораторных мельницах, а также продукты пылеулавливания огнеупорного производства - шамотную и кварцитовую пыль.

Технология производства огнеупорных бетонных изделий включает:

-увлажнение и смешение бетонной смеси;

-виброформование;

-пропаривание;

-термообработка.

Первый этап работы - освоение технологии изготовления цельнобетонных погружных фурм для внепечной обработки чугуна и стали.

Фурма представляет собой жёсткую металлоконструкцию, внутри которой проходит канал для транспортирования реагента. К наружной части приварена арматура для удержания огнеупорной футеровки. В процессе эксплуатации огнеупорная футеровка фурмы подвергается механическому воздействию жидкого металла при продувке, многократному нагреву и охлаждению, разъедающему воздействию металла и шлака. Для обеспечения надёжной работы фурмы огнеупорная футеровка должна отвечать повышенным требованиям по прочности и термостойкости, обладать низкой теплопроводностью.

В качестве исходных материалов для изготовления фурм были приняты сухие бетонные смеси на основе высокоглинозёмистого шамота и корунда марок СВБМ-1 и СКБМ-1. Для повышения термостойкости и прочности в состав бетона вводили стальную фибру в количестве 2 %.

Технология, предусматривающая применение низкоцементных бетонов, имеет ряд технологических особенностей и требует жёсткого соблюдения всех стадий технологического процесса. В процессе освоения технологии уточнялись основные параметры - влажность рабочей смеси, режимы формирования и термообработки.

Фурмы изготавливают методом заливки бетона в металлическую опалубку с последующим уплотнением его на вибростенде в течение 2 мин.

Твердение бетона протекает во влажной среде при температуре60°C.Использование в технологической схеме пропарной камеры позволило сократить процесс твердения бетона с 72 до 24 ч и увеличить производительность участка.

Одним из важных переделов технологии фурм является удаление влаги из бетона. Так как фурмы контактируют с жидким металлом и влагу необходимо удалять полностью, в технологии предусмотрена термообработка изделий при максимальной температуре 400°С. Для предупреждения появления трещин в процессе разогрева и особенно при охлаждении термокамеры были опробованы различные режимы подъёма и снижения температуры. Оптимальным с точки зрения качества изделий и производительности агрегата был принят режим термообработки в течение 44 часов, предусматривающий равномерный подъём и снижение температуры, а также выдержку при температуре120 и 400 °C.

Бетонные изделия, изготовленные по данной технологии, имеют высокие качественные показатели:

-пористость - 20…24 %;

-предел прочности при сжатии - 40-70 Н/мм ²;

-термическую стойкость - более 15 водяных теплосмен.

Стойкость погружных монолитных фурм, изготовленных по указанной технологии, составляет при продувке чугуна магнием в среднем 150 мин, при продувке стали на агрегате доводки стали (АДС) - 75 мин. Основная причина выхода из строя фурм - растрескивание футеровки в результате термоударов и напряжений, возникающих в железобетоне при длительном прогреве фурмы. При десульфурации чугуна фурма испытывает воздействие температуры1400°Cв течение 40 мин, при продувке стали -1700°Cв течение 15-20 мин, а затем резко охлаждается при температуре окружающего воздуха (в зимнее время - отрицательной). За время нахождения фурмы в ковше футеровка прогревается до температуры металлоконструкции, при этом из-за разницы коэффициентов термического расширения бетона и металлоконструкции возникают значительные напряжения, вызывающие образование трещин.

Дальнейшая работа по совершенствованию технологии изготовления монолитной футеровки фурм проводилась в направлении получения более прочного бетона с высокой термостойкостью и низкой теплопроводностью.

Для снижения теплопроводности футеровки и компенсации возникающих в процессе службы напряжений в состав бетона из СВБМ вводили добавки графита, каолиновой ваты и комбинированную добавку ваты со стальной фиброй. Результаты испытаний опытной партии показали увеличение стойкости продувочных фурм на 10 %.

На основании лабораторных исследований для снижения себестоимости погружных фурм и повышения их эксплуатационных характеристик был предложен бетон на основе аркалыкского шамота и высокоглинозёмистого цемента, себестоимость которого в 3 раза меньше себестоимости бетона марки СВБМ. В процессе изготовления опытных фурм для получения термостойкой и прочной структуры бетона подбирали оптимальный зерновой состав заполнителя путём комбинации кускового шамота фракции 20-0 мм и молотого шамота фракции 3-0 мм, а также стремились максимально сократить количество воды затворения за счёт введения разжижающей добавки - триполифосфата натрия.

При увлажнении бетонной смеси водопотребность определяли визуально по подвижности и удобоукладываемости бетона. Введение добавки триполифосфата натрия позволило снизить водозатворение бетона на 4-5 % и увеличить его прочность.

Для более равномерного выхода влаги из шамотного бетона опытные фурмы после пропаривания извлекали из опалубки, выдерживали при температуре20-25°Cв течение 2 суток, а затем производили термообработку по обычному режиму в течение 44 часов.

Опытные фурмы были испытаны в ККЦ на установке десульфурации чугуна и на АДС. При продувке чугуна магнием шамотная футеровка обеспечила надёжную работу опытных фурм в среднем в течение 156 мин, что на 10 мин превысило стойкость фурм на основе смеси бетона марок СВБМ и СКБМ за аналогичный период. При продувке стали на АДС наблюдался интенсивный износ футеровки в районе шлакового пояса. Средняя стойкость шамотных фурм при продувке стали составила 62 мин.

В целях расширения ассортимента продукции был выполнен ряд мероприятий, предусматривающих подбор ассортимента бетонных изделий, разработку и изготовление форм, подбор состав бетона и отработку технологии изготовления. Освоена технология и подготовлена техническая документация на изготовление уплотнительных бетонных колец для агрегата печь-ковш и перегородок для промежуточных ковшей ККЦ.