ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР

Футеровку сталеразливочных ковшей кислородно-конвертерного цеха (ККЦ) выполняли периклазоуглеродистыми огнеупорами на основе спеченных периклазовых порошков с содержаниемMgO97%. Однако эти огнеупоры имеют следующие недостатки: повышенную пористость, низкие кажущуюся плотность и прочность. Максимальная стойкость таких огнеупоров 80 плавок при средней стойкости 60 плавок. С ростом объема производства стали, а также с непрерывно увеличивающейся долей стали, выплавляемой с внепечной обработкой, для футеровки сталеразливочных ковшей потребовались более качественные высокостойкие изделия.

Для решения этой задачи была необходима разработка принципиально нового вида огнеупора на основе плавленого высокочистого периклазового порошка. Известно, что изделия, изготовленные из такого периклаза, обладают повышенной стойкостью, которая частично объясняется низкой пористостью самих зерен плавленого периклаза и их повышенной устойчивостью к восстановлению углеродом до газообразного состояния.

В практике производства периклазоуглеродистых огнеупоров оценку качества периклазовых порошков осуществляют по четырем основным параметрам: химическому составу, размерам кри­сталлов периклаза, открытой пористости и кажущейся плотности зерен. Эти параметры существенно влияют на износоустойчивость периклазоуглеродистых огнеупоров. Качество периклазовых порошков улучшается с увеличением содержания в них MgO, размера кристаллов периклаза и кажущейся плотности зерен с соответствующим уменьшением их пористости.

Для установления требований к плавленому периклазу исследовали пробы порошков трех фирм. Пробы различались между собой присутствием зерен различной окраски и зерновым со­ставом. В ходе работы определяли зерновой и химический составы, кажущуюся плотность, открытую пористость периклазовых порошков, проводили их петрографическое исследование, оценивали качество зерен периклаза различного цвета.

Проведенная рассортировка зерен периклаза по цвету показала, что визуально по окраске и макростроению выделяется 5 разновидностей зерен: белые и бесцветные, светло-желтые, коричневые, серые, черные. Все три пробы были представлены пятью разновидностями зерен. В пробе 1 преобладали зерна от коричневого до черного цвета, в пробе 2 - зерна светло-коричневого и ко­ричневого цвета со значительным включением серых и черных зерен, проба 3 была представлена белыми и светло-коричневыми зернами с небольшим количеством серых и черных зерен. Зерна различной окраски значительно отличались друг от друга химическим составом, кажущейся плот­ностью, открытой пористостью и размерами кристаллов периклаза (таблица 1). Наилучшими пока­зателями обладали зерна белого и светло-коричневого цвета, которых было больше в пробе 3. Наи­худшие показатели у зерен черного и серого цвета - низкое содержание MgO, повышенное содержа­ние СаО, склонного к гидратации на воздухе, мелкокристаллическая высокопористая структура зерен с размерами кристаллов MgO 20-50 мкм, низкая кажущаяся плотность (3,23 г/см ³), высокая открытая пористость (8,7%), что негативно влияет на качество готовых изделий.

Таблица 1 - Характеристика зерен плавленого периклазового порошка в зависимости от их цвета

Пофракционное исследование проб показало, что кажущаяся плотность порошка проб 1 и 2 сни­жается по мере уменьшения размера зерен, а открытая пористость - соответственно увеличивается (таблица 2). В пробе 3 уменьшение кажущейся плотности выражено менее явно и открытая пористость остается приблизительно на одном уровне, что свидетельствует о высоком качестве периклазового порошка. Периклаз фракции мельче 1 мм обладает наименее стабильными физико-химическими пока­зателями, его зерна имеют мелкокристаллическую высокопористую структуру с размерами кристалловMgO20-40 мкм, что отрицательно влияет на качество изделий при службе. Наибольшее количество фракции мельче 1 мм содержится в пробах 1 и 2. Для устранения негативного влияния, вносимого большим содержанием в плавленом периклазе фракции мельче 1 мм, были изменены требования к поставщикам периклазовых порошков: содержание фракции мельче 1 мм в них было сокращено от 40 до 10-20%, размер кристаллов периклаза должен составлять не менее 300 мкм, порошок не должен содержать зерна черного и серого цвета. Таким образом, при изготовлении периклазоуглеродистых изделий предпочтительно использовать периклаз с преобладанием зерен белого и светло-коричневого цвета и стабильными физико-химическими показателями. На момент исследования такими показателями обладал периклазовый порошок пробы 3.

Таблица 2 - Зерновой состав и качественные показатели плавленых периклазовых порошков

При переходе на плавленый периклаз до внесения корректировок качества периклазового порошка стойкость стен сталеразливочных ковшей составляла 80 плавок, после ужесточения требований к качеству периклазового плавленого порошка и отработки технологии - повысилась до 100 плавок.

Условия службы огнеупоров в зонах сталеразливочного ковша различны, что обусловливает неодинаковую скорость износа футеровки, и применение дифференцированных футеровок наиболее оптимально, так как позволяет добиться одинаковой стойкости различных зон ковша с наименьшим числом горячих ремонтов. Необходимость применения дифференцированной футеровки потребовала расширения ассортимента выпускаемых огнеупоров. Расширение ассортимента, разработка и внедрение новых видов продукции стали возможными только с пуском и освоением второй смесительно-дозирующей линии фирмы «Айрих» и пресса «Лайс-2500». Сложность освоения второй линии заключалась в конструктивном отличии ее от первой.

Вторая смесительно-дозирующая линия, являясь аналогом установленной в цехе магнезиально-доломитовых огнеупоров (ЦМДО) первой линии, обладает расширенными возможностями для осуществления различных режимов приготовления массы: точность дозирования компонентов весодозирующим комплексом составляет 0,3%; допускаются различные варианты подачи компонентов и варьирование длительности их перемешивания; имеются возможности раздельной подачи этиленгликоля в 2 этапа: на разных стадиях перемешивания и введения дополнительных компонентов.

Циклограмму работы смесителя отрабатывали опытным путем непосредственно на производственном оборудовании. При отработке параметров приготовления массы оценивали ее однородность путем сравнения трех проб одного замеса по зерновому составу, насыпной плотности массы, а также по содержанию в ней углерода. При этом за основу были приняты следующие требования как к пробам одного замеса, так и к пробам нескольких последовательных замесов: содержание каждой фракции не должно отличаться более чем на 5% от ее средних значений; содержание углерода не должно отличаться более чем на 0,3% от его средних значений; насыпная кажущаяся плотность массы не должна отличаться более чем на 0,04 г/см ³ от среднего значения и иметь тенденцию к повышению при дальнейшем увеличении продолжительности перемешивания.

Для оценки технологических свойств массы отпрессованные изделия проверяли по внешнему виду, кажущейся плотности и кривизне поверхности. После опробования нескольких режимов приготовления массы были определены индивидуальные циклограммы приготовления массы для каждого вида изделий.

Пресс «Лайс-2500» управляется с помощью ручных переключателей: все параметрыpaботы пресса задаются временным диапазоном. 'Так как в программе пресса не предусмотрено переключение скоростей в процессе прессования, весь цикл осуществляется при одном скоростном режиме. Однако возможно применение девяти различных вариантов скорости. Различия между режимами прессования заключались в числе отрывов пуансона для выпуска воздуха, в предварительных прессованиях, во временной продолжительности выдержки сырца под давлением и после его снятия. Кроме того, режимы различались такими параметрами, как высота прессования, частота вращения смесителя, ход выпуска воздуха, тормозной путь матрицы и др. Качество изделий оценивали по разной плотности, по высоте прессования, кривизне поверхности, внутренней структуре изделий, отсутствию перепрессовочных трещин. В ходе проведенных работ были определены индивидуальные режимы прессования для каждого вида изделий.

В каждом конкретном случае содержание графита в шихте оценивали экспериментально. Извес­тно, что при увеличении содержания углерода повышаются шлакоустойчивость и термостойкость, но в то же время снижаются механическая прочность и устойчивость к окислению, поэтому количество вводимого графита в шихту определяется условиями службы периклазоуглеродистых огнеупоров. Были разработаны составы шихт для производства огнеупоров для футеровки различных зон сталеразливочного ковша. После проработки различных вариантов и проведения комплекса лабораторных и промышленных исследований были установлены следующие показатели по содержанию в изделиях графита: для футеровки дна ковша 5 7%, шлакового пояса 10-13%, стен 8%. В настоящий момент футеровка ковшей осуществляется только огнеупорами собственного производства. Качественные показатели выпускаемых изделий и достигнутые средние показатели по их стойкости в футеровке сталеразливочных ковшей по сравнению с привозными огнеупорами приведены в таблице 3. При этом удельные затраты на изготовление огнеупоров составляют примерно 38 руб./тонну стали.

Таблица 3 - Стойкость футеровки сталеразливочных ковшей ККЦ и качественные характеристики периклазоуглеродистых изделий

В результате проведенных исследований были отработаны различные технологические схемы производства изделий для дифференцированной футеровки сталеразливочных ковшей. Разработаны и освоены технологические параметры производства 11 типоразмеров периклазоуглеродистых изделий для футеровки стен сталеразливочных ковшей, шлакового пояса и дна по различным схемам кладки.