ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения технологической разработки

При производстве периклазоуглеродистых огнеупоров для футеровки стен сталеразливочных ковшей возможны следующие виды брака: несоответствие открытой пористости, предела прочности при сжатии и размеров нормативным требованиям, неплоскостность, структурные дефекты и механические повреждения изделий.

Известно, что на один и тот же вид брака могут влиять несколько факторов. При анализе литературных и практических данных была ориентировочно установлена доля влияния каждого фактора на отдельный вид брака.

В связи с этим работа была ориентирована на изучение влияния качества периклазовых порошков на качественные показатели готовой продукции, подбор рационального состава шихты, разработку оптимальных циклограмм приготовления формовочной массы, режима формования и режима термообработки.

В шихте периклазоуглеродистых изделий в качестве огнеупорного заполнителя используется периклазовый порошок китайского производства. Характеристикой качества спекания и чистоты магнезита служит кажущаяся плотность. В ходе исследований опробован периклазовый порошок с различными содержаниемmgo, кажущейся плотностью и открытой пористостью. Установлено, что с увеличением кажущейся плотности периклазовых порошков снижается пористость готовых изделий и выход брака (рисунок 1). Полученные результаты позволили скорректировать требования к сырью, обеспечивающие пористость готовых изделий в пределах 2,0-5,0%.

Рисунок 1 - Влияние кажущейся плотности магнезита на пористость готовых изделий

В начальный период работы формовочная масса характеризовалась значительной нестабильностью и неоднородностью. Это приводило к большому выходу брака по размерам и неплоскостности (8,1% и 3,5% соответственно). За критерий оценки однородности массы было принято различие по зерновому составу и насыпному весу отдельных проб внутри одного замеса не более 5%. Стабильность массы между замесами оценивалась по тем же показателям.

В ходе исследований установлено, что для лучшего распределения по объему смеси материалов различной дисперсности и плотности - графита, периклазовых порошков, функциональных добавок необходимо достаточно длительное перемешивание. В то же время чрезмерное увеличение продолжительности смешения сопровождается ростом вязкости этиленгликоля из-за растворения в нём твердой фенольной смолы, что затрудняет равномерное распределение связки в массе. Опробовано восемь вариантов приготовления массы с различным временем перемешивания. После приготовления массы по каждому варианту отбирали 5 проб из пяти точек и оценивали массу на однородность внутри одного замеса и между замесами.

Вариант 6 позволил получить стабильную, однородную, хорошо перемешанную массу при цикле 16.0 мин. Дальнейшее увеличение времени перемешивания не имело технологического эффекта и только снижало производительность смесителя (рисунок 2).

ромбик - Общее время перемешивания

треугольник - Выход брака

Рисунок 2 - Выбор оптимального режима приготовления формовочной массы

Важнейшим фактором, определяющим степень уплотнения сырца в конкретных условиях, является удельное давление прессования. Однако увеличение давления прессования приводит к увеличению упругого расширения сырца. При прессовании периклазоуглеродистых огнеупоров после снятия прессового давления возникают значительные остаточные напряжения, приводящие к расширению кирпича, усугубленные упругостью графита. В результате появляется неплоскостность, допуски по которой достаточно жестки (не более 0,5 м), структурные дефекты, повышенная пористость и уменьшение прочности сырца. Для ликвидации этого необходимо максимально удалить воздух из прессуемого изделия. Это может быть достигнуто за счёт снижения скорости формования и увеличения продолжительности выдержек на стадиях выпуска воздуха и конечном давлении. Выбор оптимального режима формования проводили путем изменения удельного давления прессования, скоростей приложения давления, времени выдержек и ве­личин давления на первой и последующих стадиях. Полученные результаты представлены в таблице 1. Они свидетельствуют о том, что при формовании данной марки изделий возникает достаточно распространенная проблема - кривизна нижней поверхности, которая решается только при использовании режима, предусматривающего распалубку (промежуточное выталкивание прессовки для облегчения удаления из нее воздуха). При ее отсутствии кривизна сырца приближалась к границе предельно допустимого значения (0,5 мм) даже в случае удлинения выдержек и достаточно низких скоростей прессования. В то же время наличие рас­палубки не являлось единственным условием получения бездефектных изделий. Значительное влияние на кривизну поверхностей, образующих в кладке вертикальные швы, оказывали также скорости сжатия массы на первой и, особенно, на второй стадии прессования. Так, при скоростях 15 и 3,0 мм/сек не было гарантировано получение кондиционного сырца даже при наличии распалубки: его кривизна либо превышала нормативные требования, либо приближалась к ним. Полное устранение брака по кривизне достигалось только при скоростях формования 20 мм/сек и 2,0 мм/сек в сочетании с распалубкой. Количество стадий выпуска воздуха варьировалось от 2 до 4. Достаточным оказалось две стадии выпуска воздуха на низких давлениях (13% и 25% от Максимального давления). Дальнейшее увеличение стадий не приводит к желаемому техническому эффекту и увеличивает цикл прессования, что снижает производительность прессового оборудования.

Таблица 1 - Выбор оптимального режима формования марки ПУСК-С-1

Продолжительность выдержек на всех стадиях 0,1 сек. позволяет получить бездефектный по признакам внешнего вида сырец. Кроме того, серией испытаний показано, что конечное давление формования должно поддерживаться на уровне 190 бар при данной площади изделий (что соответствует удельному давлению 150 Н/мм ²) (рисунок 3).

Рисунок 3 - Определение оптимального удельного давления прессования

В результате варьирования ряда параметров был установлен режим формования с циклом 37 - 50 сек, обеспечивающий получение кондиционной продукции. С другой стороны требования производства диктуют необходимость максимального увеличения производительности пресса. С целью установления режимов формования, обеспечивающих оптимальное сочетание качества сырца и производительности, изменяли технологические параметры прессования, оценивая при этом качественные показатели изделий и процент отклонений от норматива (рисунок 4).

Рисунок 4 - Выбор оптимального режима формования изделий марки ПУСК-С-1

За счёт снижения цикла прессования с 50 до 37сек производительность пресса повысилась на 35%.

При неизменных режимах приготовления и формования массы качество огнеупора, в первую очередь его кажущаяся плотность и открытая пористость, определяется оптимальностью соотношения в составе шихты крупной, средней, мелкой фракций периклазовых порошков. Варьирование их соотношения с целью наиболее плотной укладки зерен позволило установить зависимость открытой пористости изделий от содержания в шихте фракций 3-1, 1-0 и т/м (рисунок 5). Исходя из этого был определен оптимальный зерновой состав шихты:

Фр. 3-1 - 45-60%; фр. 1-0 -10-20%; фр. 0,063 - 18-25%.

Рисунок 5 - Изменение открытой пористости изделий в зависимости от содержания в шихте фракции 3-1 мм

За период работы цехом освоен ряд типоразмеров изделий марки ПУСК-С для кладки рабочего слоя стен сталеразливочных ковшей по разным вариантам на основе спеченного периклаза с содержанием в исходном сырьеmgoне менее 92% или 97% (таблица 2).

Таблица 2 - Форма и размеры периклазоуглеродистых огнеупоров

Исследования показали, что к изделиям, отличающихся формой, необходим дифференцированный подход по составу шихты, режимам прессования и термообработки изделий. Сопоставительный анализ результатов испытаний свойств изделий позволил разработать составы шихт и многоступенчатые режимы формования для различных типо­размеров изделий. Разработка режима термообработки проводилась с учётом температуры полимеризации применяемого связующего и скорости прогрева изделий, в результате чего максимальная температура термообработки и интервал проталкивания установлены индивидуально для каждой марки и типоразмера.

В цехе отлажена система контроля качества поступающего сырья и текущего контроля технологического процесса на всех переделах производства, включая контроль качества конечной продукции. Существующая в ЦМДО единая компьютерная сеть позволяет проконтролировать любую технологическую операцию производства периклазоуглеродистых огнеупоров и оперативно устранять нарушения технологии.

Разработаны и освоены марки огнеупоров для футеровки стен сталеразливочного ковша по нескольким вариантам кладки. Выход изделий, несоответствующих нормативным требованиям, в начальный период составил 36,2%. В результате проведенной работы процент выхода некондиционных изделий снижен до 6,1%. Стойкость сталеразливочных ковшей в ходе проведенных мероприятий увеличилась с 52 до 82 плавок. Сравнительный анализ цены и стойкости показал несомненное преимущество огнеупоров собственного производства перед аналогичными изделиями отечественных заводов-производителей.