ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Для футеровки сталеразливочных ковшей в конвертерном цехе при производстве «чистой стали» используют безобжиговые периклазоуглеродистые огнеупоры. В качестве сырья для них применяют спеченные или плавленые периклазовые порошки с минимальным количеством кремния. Углеродсодержащим компонентом чаще всего служит графит разных марок (тигельный, литой, элементный), а связкой - фенольное порошкообразное связующее (СФП). В таких огнеупорных материалах частицы огнеупорного оксида (mgo) и твердого углеродсодержащего вещества (графита) связываются в результате отверждения и коксования фенольного связующего.

Введение углерода в состав огнеупорного материала способствует увеличению его шлако- и металлоустойчивости. Углерод, взаимодействуя с оксидами железа, переводит их в менее активные формы, восстанавливая вплоть до металлического состояния (реакция 1), а при контакте с расплавленным металлом образующиеся газообразные продукты пневматически препятствуют проникновению расплава в поры огнеупора (реакции 2 и 3):

c _(т)+feo _(ж)=fe+co _(г); (1)

c_(т)+o_2(г)=2co_(г); (2)

c_(т)+mgo_(г)=mg_(г)+co_(г). (3)

При производстве периклазуглеродистых изделий лучшими считаются связующие с высоким коксовым остатком (> 40 %), но и они не всегда могут обеспечить высокую шлако- и металлоустойчивость. Это связано с тем, что наполнитель (периклаз) уменьшает величину коксового остатка фенолформальдегидного связующего и ослабляет сопротивление окисляющему действию кислорода воздуха. Чем сильнее взаимодействие периклазового наполнителя (особенно тонкомолотого, имеющего высокую удельную поверхность) со смолой, тем больше эффект снижения.

Для формирования развитого и проточного коксового каркаса и уменьшения разрыхляющего и окисляющего воздействия огнеупорного наполнителя на формирующуюся полимерную сетку используют высокообожжённый (лучше сплавленный) периклазовый порошок определённого зернистого состава. Применение пористого, плохо спечённого, гидратированного периклазового наполнителя приводит к значительному уменьшению предела прочности при сжатии связующего каркаса после его карбонизации (коксования), что отчасти связано с дополнительным окислением полимера газами, адсорбированными пористой поверхностью и продуктами дегидратации наполнителя.

Таким образом, природа высокоуглеродистого связующего и наполнителя оказывает немаловажное влияние на получение качественных огнеупорных изделий. Один из показателей качества - окисляемость (степень выгорания углерода) огнеупорных изделий в большей мере зависит от степени окисления графита в процессе службы и при прогреве сталеразливочных ковшей доt=1000-1250°cперед выпуском плавки. Поэтому представляло интерес оценить величину коксового остатка связующего, присутствие гидратирующегосяmgoи склонность графита к окислению на воздухе.

Для исследования этих факторов применили термический анализ на термоанализаторе «setaram» (Франция) и дериватографе фирмыmom(Венгрия). Образцы нагревали доt=1000°cв среде аргона и воздуха в корундовых тиглях со скоростью 5° С/мин. В качестве эталонного вещества использовали оксид Аl₂o₃, прокаленный до той же температуры. Образцы СФП-1, СПФ-2 и СПФ-3 имели большой коксовый остаток: 55; 54; 53,7 % и высокое содержание углерода (определенное кулонометрическим методом): 73,0; 74,3 и 73,1 % соответственно. Исследования периклазового наполнителя показали (см. рисунок), что в его состав входит гидратируемыйmgo(2,93 %), о чём свидетельствует эндоэффект приt=420°c, кроме того в незначительном количестве присутствуют карбонаты магния и кальция (наличие эндоэффектов приt=640° иt=740°c).

Термограмма периклазового наполнителя: Т - температура нагрева образца; ДТА - дифференциально-термическая кривая; ТГ - изменение массы; ДТГ - скорость изменения массы

Стойкость графита к окислению на воздухе оценивали по температуре начала его окисления и поyбыли массы при нагреве доt=1000°c. Из данных, приведённых в таблице, следует, что наиболее стоек к окислению на воздухе тигельный графит (ГТ-1): он имеет самую низкую степень выгорания и высокую температуру начала окисления. Этот вывод подтверждается результатами промышленных испытаний периклазоуглеродистых футеровок 385-т сталеразливочных ковшей. Стойкость футеровок с использованием элементного графита составила всего 41,0-44,3 плавки, тогда как при применении тигельного графита она достигает 60-73 плавок.

Окисление графита на воздухе

Таким образом, применение термического анализа позволяет определять качество составляющих компонентов периклазоуглеродистых огнеупоров (величину коксового остатка фенольного порошкообразного связующего, степень гидратации периклазового наполнителя и окисляемость графита) и тем самым прогнозировать стойкость огнеупоров в процессе службы.