ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской и технологической разработки.

На металлургическом комбинате освоено производство периклазоуглеродистых огнеупоров для сталеразливочных ковшей кислородно-конвертерного цеха (ККЦ) в цехе магнезиально-доломитовых огнеупоров (ЦМДО).

Технологический процесс производства включает приёмку, складирование и хранение сырьевых материалов, подготовку периклазовых порошков, дозирование, приготовление формовочной массы, вылёживание массы, формирование, термообработку и складирование готовой продукции.

Преимуществом производства в ЦМДО является возможность предварительной подготовки порошков. Подготовка периклазового порошка осуществляется по замкнутому циклу путём рассева на грохоте ГИЛ-32 и последующего додрабливания крупных фракций на комбинированной дробилке. Это позволяет цеху использовать более дешевое огнеупорное сырьё (фракционированный периклаз в среднем на 30 % дороже) и гарантирует более однородный зерновой состав шихты, что является очень важным фактором для получения стабильных качественных показателей изделий.

Дозирование компонентов шихты и приготовление массы осуществляется при помощи весодозирующего комплекса и интенсивного смесителя. Весодозирующий комплекс обеспечивает точность дозирования 0,3 %. Возможны различные комбинации подачи компонентов, варьирование скоростей вращения завихрителя (от 10 до 100 % максимальной скорости) и изменение времени перемешивания. Перемешивающие устройства смесителяR19 описывают в объёме смеси сложные циклоидные пересекающиеся кривые, в результате чего масса многократно перелопачивается и перемешивается с вводимыми (в небольшом количестве) жидкой связкой и добавками. Это избавляет от необходимости предварительной подготовки смеси тонкомолотой составляющей шихты и добавок, что делает процесс производства более простым и технологичным. От начала загрузки до выгрузки смеситель работает в автоматическом режиме, что исключает влияние квалификации оператора на качество конечного продукта. Управление работой смесителя осуществляется с использованием микропроцессорной техники, результаты работы архивируются и могут быть проконтролированы.

Гидравлические прессы позволяют формировать изделия заданной конфигурации с необходимой точностью геометрических размеров (до 0,5 мм), что соответствует жестким требованиям к ковшевым огнеупорам. Прессы обеспечивают достаточно высокое регулируемое и автоматически поддерживаемое прессовое давление, многоступенчатые (в том числе с отрывом пуансона и распалубкой) режимы с различными скоростями прессования, движения пресс-штемпеля, матрицы, загрузочной каретки и высотой загрузки массы, которые можно менять в зависимости от свойств массы.

Термообработку периклазоуглеродистых огнеупоров осуществляют в печи термообработки. Конструкция печи обеспечивает точность заданной температуры на позициях +5°С.

В период пусконаладочных работ при разработке базовых режимов приготовления массы, прессования и термообработки брак составлял 36,2 %. Периклазоуглеродистые огнеупоры для футеровки стен сталеразливочного ковша могут быть забракованы из-за несоответствия нормативным требованиям пористости, предела прочности при сжатии, размеров, неплоскостности, из-за структурных дефектов и механических повреждений изделий.

С целью снижения брака ужесточили входной и текущий контроль технологии, приёмку готовой продукции. В ходе исследования изучали влияние качества магнезита на качество готовой продукции, подбирали рациональный состав шихты, разрабатывали оптимальные циклограммы приготовления формовочной массы, режим формирования и режим термообработки.

В качестве огнеупорного заполнителя использовали периклазовый порошок китайского производства с различным содержаниемMgO, кажущейся плотностью и открытой пористостью. Установлено влияние кажущейся плотности исходного периклазового порошка на качественные показатели готовых изделий. Полученные результаты позволили скорректировать требования к сырью, обеспечивающие пористость готовых изделий в пределах 2,0-5,0 %.

В начальный период работы формовочная масса характеризовалась значительной нестабильностью и неоднородностью. Это приводило к большому проценту брака по размерам и неплоскостности. За критерий оценки однородности массы было принято различие по зерновому составу и насыпной массе отдельных проб внутри одного замеса (оно не должно превышать 5 %); стабильность массы между замесами оценивали по тем же показателям.

В ходе исследований установлено, что для лучшего распределения по объёму смеси материалов различной дисперсности и плотности (графита, периклазовых порошков, функциональных добавок) необходимо длительное перемешивание. В то же время чрезмерное увеличение продолжительности смешивания сопровождается ростом вязкости этиленгликоля из-за растворения в нём твердой фенольной смолы, что затрудняет равномерное распределение связки в массе. После приготовления массы по каждому варианту отбирали пять проб из пяти точек и оценивали массу на однородность внутри одного замеса и между замесами.

Разработка оптимальной циклограммы позволила получить стабильную формовочную массу. Однородную, хорошо перемешанную массу получали при цикле 16 мин. Дальнейшее увеличение времени перемешивания на давало технологического эффекта и только снижало производительность смесителя.

При прессовании периклазоуглеродистых огнеупоров после снятия прессового давления возникают значительные остаточные напряжения, приводящие к расширению кирпича, усугубленные упругостью графита. В результате появляются неплоскостность, допуски по которой достаточно жёстки (не более 0,5 мм), структурные дефекты, повышенная пористость и уменьшается прочность сырца. Для предупреждения образования этих дефектов необходимо максимально удалить воздух из прессуемого изделия. Это может быть достигнуто путём снижения скорости формирования и увеличения давления и продолжительности выдержки на стадиях выпуска воздуха. Также необходимо определить максимальное давление, обеспечивающее наибольшую плотность изделий при наименьшем остаточном расширении изделия. С другой стороны, требования производства диктуют необходимость максимального увеличения производительности пресса. Установлены режимы формирования, обеспечивающие оптимальное сочетание качества сырца и производительности. В ходе работы изменяли технологические параметры прессования, оценивали качественные показатели изделий и процент отклонений от норматива. Поскольку к готовым изделиям предъявляются жесткие требования по форме и размерам, последние при исследованиях изменяли штангенциркулем, кривизну - на поверочной плите щупом. При изменении каждого параметра работы пресса измеряли от 10 до 100 изделий. На 10 изделиях каждого режима определяли качественные показатели (кажущуюся плотность, открытую пористость, предел прочности при сжатии). Всего было опробовано 40 режимов и определены показатели приблизительно для 500 изделий.

Оптимизация режима формирования позволила снизить количество брака с 7,3 до 0,3 % по следующим показателям: пористости, пределу прочности на сжатии, неплоскостности и структурным дефектам. В результате сокращения цикла прессования с 55 до 37 с производительность пресса повысилась на 40 %.

Правильный подбор зернового состава (табл. 1) позволил снизить брак по пористости изделий и пределу прочности при сжатии. В ходе исследований варьировали зерновой состав шихты, в частности, содержание магнезита фракций 3-1,1-0 и тонкомолотого. Был выбран зерновой состав, обеспечивающий наиболее плотную укладку зёрен и, как следствие, минимальную пористость.

Таблица 1

Зерновой состав шихты (содержание, %)

За период работы в цехе освоено производство ряда изделий, которые, в зависимости от применяемого периклаза и назначения продукции, подразделяются на марки:

1.ПУСК-С - изделия для кладки рабочего слоя стен сталеразливочных ковшей на основе специального периклаза с содержанием в исходном сырье не менее 92 или 97 % МgO;

2.ПУСК-Д - изделия для кладки рабочего слоя днища сталеразливочных ковшей на основе спеченного периклаза с содержанием в исходном сырье не менее 97 % МgO;

3.ПУСПК-Ш - изделия для кладки рабочего слоя шлакового пояса сталеразливочных ковшей на основе спечённого периклаза с содержанием в исходном сырье не менее 97 % МgO, добавкой плавленого периклаза и антиоксиданта, повышенным содержанием графита;

4.ПУПК-Ш - изделия для кладки рабочего слоя шлакового пояса сталеразливочных ковшей на основе плавленого периклаза с содержанием в исходном сырье не менее 96 % МgO.

Установлено, что к изделиям, отличающимся формой и условиями службы, необходим дифференцированный подход по составу шихты, режимам прессования и термообработки изделий. Разработаны составы шихт и многоступенчатые режимы формирования для изделий различных марок и типоразмеров. При разработке режима термообработки учитывали температуру полимеризации применяемого связующего и скорость прогрева изделий, в результате максимальную температуру термообработки и интервал проталкивания установили индивидуально для каждой марки и типоразмера.

Освоенные типоразмеры изделий (табл. 2) позволяют выполнять футеровку по различным схемам.

Таблица 2

Типоразмеры периклазоуглеродистых огнеупоров

В цехе отлажена система контроля качества поступающего сырья и текущего контроля технологического процесса на всех переделах производства, включая контроль качества конечной продукции. Это позволяет своевременно выявлять отступление от требований инструкции и предупреждает поставку заказчику недоброкачественной продукции. Существующая в ЦМДО единая компьютерная сеть позволяет проконтролировать любую технологическую операцию производства периклазоуглеродистых огнеупоров и оперативно устранять нарушения технологии.

Результаты службы периклазоуглеродистых изделий в стенах 385-т сталеразливочных ковшей ККЦ показали их конкурентоспособность по сравнению с аналогичной продукцией других предприятий.

Для объективной оценки уровня производимой ЦМДО продукции был выполнен сопоставительный анализ качества, цены и стойкости периклазоуглеродистых огнеупоров, поставляемых со стороны и собственного производства (табл. 3).

Таблица 3

Результаты сравнительного анализа огнеупоров

* По результатам входного контроля.

В результате отработки и усовершенствования технологии стойкость футеровки сталеразливочных ковшей из огнеупоров собственного производства увеличилась с 52 до 82 плавок.