К. т. н. В. И. Сизов, А. М. Гороховский, М. Н. Дунаева, П.А. Карпец. ООО "РЕИН", ОАО "ДИНУР".
Расширение технологических возможностей ОАО "ДИНУР" в 2006-2007 гг. привело к разработке и внедрению новых огнеупорных материалов, которые могут и должны найти свое место в алюминиевом производстве. Так, помимо уже хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации изделий и масс, разработана серия огнеупорных низкоцементных бетонов на основе корунда, боксита, андалузита. Характеристики бетонов приведены в табл. 1.
Таблица 1. Физико-химические характеристики низкоцементных бетонов ОАО "ДИНУР"
| Показатели | Марка бетона*1 | ||||
| МЛВ | ВГБС-80 | ВГБС1-85 | ВГБС3-85 | ВГМВ-13 | |
|
Химический состав, % Al2O3, не менее SiO2, не более Fe2O3, не более CaO, не более MgO, не более
|
65 (72) 30 (22) 1,0 2,0 - |
80 7 (5,0) 1,5 2,0 - |
85 (90) 8,5 (3,0) 1,5 2,0 - |
85 8,5 (7,0) 1,5 2,0 - |
90 - - 2,0 7,0 |
| Огнеупорность, º C, не ниже | - | 1730 | 1730 | 1730 | - |
|
Кажущаяся плотность, г/см.куб (после сушки при температуре) |
2,8 max (120 ºC) |
2,9 (min) (120 ºC) |
2,9 (min) (300 ºC) |
2,9 (min) (300 ºC) |
3,0 (min) (150 ºC) |
|
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее (после сушки при температуре) |
35 (90) (120 ºС) |
50 (100) (120 ºС) |
30 (65) (300 ºС) |
30 (160) (300 ºС) |
50 (150 ºС) |
|
Открытая пористость, %, не более (после сушки при температуре) |
17 (13) (120 ºС) |
20 (18) (120 ºС) |
18 (15) (300 ºС) |
18 (13) (300 ºС) |
10 (150 ºС) |
| Кажущаяся плотность *2, г/см. куб. | 2,75 (max) |
2,8 (min) |
- | 3,10 | - |
| Предел прочности при сжатии *2, МПа, не менее | 60 (150) | 80 (120) | - | 150 | - |
| Открытая пористость *2, %, не более | 19 (15) | 22 (20) | - | 13 | - |
| Зерновой состав, мм, не более | 7 | 7 | 6 | 6 | 6 |
| Основной компонент | Боксит/Андалузит | Боксит | Боксит/Корунд | Корунд/Андалузит | Табулярный глинозем |
|
*1 Указаны нормативные показатели, в скобках указаны фактические данные. *2 После термообработки при 1000 ºС. |
|||||
Поскольку для футеровки агрегатов алюминиевого производства необходимы материалы с низкой адгезией к расплаву алюминия, в состав ряда бетонов были введены добавки барита, что обеспечивает их несмачиваемость металлом. Характеристики бетонов с добавкой барита приведены в табл. 2.
Таблица 2. Физико-химические характеристики баритосодержащих бетонов
| Показатели | Марка бетона*1 | ||
| МЛВ-11 | ВГБСБ-75 | ВГБСБ-80 | |
|
Химический состав, %: Al2O3, не менее SiO2, не более Fe2O3, не более CaO, не более BaO, не менее |
62 30 (22) 1,0 2,0 4,5
|
75 6,0 1,5 2,0 4,5 |
80 5,0 1,2 2,0 4,5 |
| Кажущаяся плотность*2, г/см. куб. | 2,85 (max) | 2,9 (min) | 2,95 (min) |
|
Предел прочности при сжатии*2, МПа, не менее |
35 (60) | 40 (60) | 35 (60) |
| Открытая пористость*2, %, не более | 15 | 17 | 17 |
| Кажущаяся плотность*3, г/см. куб. | 2,9 (max) | 2,85 (min) | 2,90 (max) |
|
Предел прочности при сжатии*3, МПа, не менее |
60 (80) | 60 (80) | 50 (60) |
| Открытая пористость*3, %, не более | 19,0 | 20,0 | 20,0 |
| Зерновой состав, мм, не более | 7; 3 | 7 | 6 |
| Основной компонент | Боксит/Андалузит | Боксит | Боксит/Корунд |
|
*1 Указаны нормативные показатели, в скобках указаны фактические данные. *2 После сушки при 120 ºС. *3 После термообработки при 800 ºС. |
|||
Из табл. 1 и 2 видно, что по физико-химическим характеристикам разработанные бетонные смеси имеют достаточно высокий уровень качества, поскольку фактические показатели (например, предел прочности при сжатии, что, в частности, является одной из определяющих характеристик бетонов) значительно превышают уровень требований, заложенных в ТД.
Как правило, все разрабатываемые материалы для футеровки агрегатов плавки алюминия и его сплавов проходят классическое тестирование на устойчивость к расплаву на опытной установке ЦЗЛ ОАО "КУМЗ". В настоящее время из некоторых видов бетонов изготовлены и отправлены на испытания изделия разливочного назначения: тигли для установки фильтрации алюминия, трубки, втулки, гнездовые блоки, лотки для транспортировки расплава. Тем самым фактически подтверждена возможность отливать изделия сложных форм и размеров, а из разработанных бетонов в условиях заказчика - производить футеровочные работы в бетонном исполнении.
Расширяется внедрение изделий корундобаритового состава (ВГББ-3Ф) для футеровки печей плавки и выдержки алюминия. Помимо ОАО "КУМЗ" в 2007 г. партия этих изделий поставлена для печи филиала БАЗ-СУАЛ.
Доработка технологии корундокарбидкремниевого бетона показала его перспективность в производстве и переработке не только алюминия, но и цинка. Ниже приведены характеристики изделий из бетона ККБ-70 (числитель - нормативные значения, знаменатель - фактические):
Массовая доля, %:
Al2O3, не более - 25,0/20,0-24,0
SiC, не менее - 70,0/71,0-76,0
Кажущаяся плотность после
термообработки при 1000 ºС,
г/см.куб. не менее - 2,55/2,6-2,67
Предел прочности при сжатии
после термообработки при
1000 ºС, МПа, не менее - 40,0/60-90
Открытая пористость после
термообработки при 1000 ºС,
%, не более - 20,0/16,5-19,5.
Комплекс свойств бетона ККБ-70, в том числе, как показал опыт, высокая текучесть при виброформовании, низкая адгезия к расплаву металла, а также достаточно высокая теплопроводность, позволяет изготавливать изделия самого различного назначения, начиная от футеровки тиглей и заканчивая нагревательными элементами. Первые опытные изделия были изготовлены в виде сводовых изделий для 5-т миксера, где они используются в качестве нагревательного элемента для подогрева ванны сверху. Аналогично этой схеме был изготовлен нагревательный элемент, который также за счет расположения в изделии нагревателей обеспечивает необходимую температуру ванны в установке фильтрации алюминия.
Помимо производства алюминия перспективно применение этого бетона и в производстве цинка. Основанием для выпуска изделий, предназначенных к применению в установках оцинкования, послужила задача - необходимо было найти альтернативу импортным поставкам для нагревательных устройств ванны оцинкования стальной проволоки. Задача предусматривала изготовление теплопроводных туб с максимально возможным содержанием карбида кремния, в которые помещается рассекатель с содержанием карбида кремния на уровне 70 %. Туба утоплена в расплав цинка, в нее подается газовоздушная смесь, которая при сгорании обеспечивает подогрев металла и поддержание его температуры в заданном режиме. Поэтому требовалось создать изделия двух видов, которые по составу были бы близки к импортным и обеспечивали бы нормальную эксплуатацию установки. Установлено, что можно использовать возможности изостатического варианта изготовления туб и вибролитьевого варианта изготовления рассекателей из бетона марки ККБ-70. Тубы готовили на участке производства корундографитовых изделий из смеси карбида кремния и графита на органическом связующем методом изостатического прессования на гидравлическом прессе фирмы EPSI (Бельгия). Испытания опытных изделий (тубы ККТ и рассекатели ККБ-70) в пробной эксплуатации показали, что решение выбрано правильное. Стойкость туб в установке оцинкования составила от 3 до 4 месяцев, что не на много меньше, чем у импортных, стойкость которых в этих же условиях составляет от 3 до 6 месяцев. В настоящее время организовано серийное производство туб и рассекателей, которые испытываются уже на другом заводе. В дальнейшем было предложено изготовить из бетона ККБ-70 не только рассекатель, но и саму тубу.
Осенью 2007 г. две опытные тубы из бетона ККБ-70 были установлены в ванну оцинкования и успешно отработали 4,0 и 4,5 месяца, причем цена таких изделий значительно ниже, чем у туб из самосвязанного карбида кремния.
В начале 2008 г. из бетона ККБ-70 был изготовлен целый ряд изделий для футеровки новой установки оцинкования стальной проволоки. Для пода ванны были изготовлены подовые блоки. Помимо них были изготовлены гребенки, подушки, погружные башмаки, боковые завесы и ряд других элементов новой установки. Следует отметить, что в этом агрегате предусмотрено применение для свода изделий марки АКБФ, что обеспечивает его хорошую теплоизоляцию, упрощает подвеску и обеспечивает легкость всей конструкции свода. В настоящее время часть опытных изделий установлена в ванну оцинкования стальной проволоки и успешно работает. В последующем, по мере возможности, будут установлены и остальные изделия.
Таким образом, продолжение поисковых и исследовательских работ, проведенное ОАО "ДИНУР" совместно с ООО "РЕИН" в 2007 г., позволяет расширить область применения новых огнеупорных материалов для алюминиевого и цинкового производств, что выгодно и изготовителю, и заказчику, поскольку разработанные массы, бетоны и изделия не уступают наиболее распространенным импортным по физико-химическим и служебным характеристикам и обходятся потребителю значительно дешевле.
В. И. Сизов, А. М. Гороховский, М. Н. Дунаева, П. А. Карпец, 2008 г.