1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)

Журнал "Металлургическая и горнорудная промышленность" №1 за 2004г.

 

Бикерамические, безобжиговые шиберные плиты на высокоуглеродистом синтети-ческом вяжущем для разливки стали. 

д.т.н. Чеченев В.А., инженер Авраменко В.И., инженер Черняк Р.М.
ООО "КП "Магнезит" г. Днепропетровск

        В 2000 - 2002 г. на Никитовском доломитном заводе концерном "Магнезит" (г. Днепропетровск)* были выполнены разработки и начат промышленный выпуск безобжиговых, бикерамических периклазовых плит на высокоуглеродистом синтетическом вяжущем для разливки стали [1].
        Известно, что важным показателем периклазовых углеродсодержащих изделий является их прочность при температурах более 1000 0С. Специалисты немецкой компании "Refratechnik" в своих исследованиях показали значительное превосходство по сравнению с другими ма-гнезиально-углеродистых материалов на полимерных связках в области температур 1000-1500 0С ( рис.1) [2].


Рис. 1. Изменение прочности при изгибе магнезиально-углеродистых материалов в зависимости от температуры: 1 - связка из каменноугольной смолы; 2 - связка из полимерной термореактивной смолы; 3 - пропитка каменноугольной смолой; 4 - связка и пропитка из каменноугольной смолы; 5 - модифицированная полимерная связка.

        В последние годы за рубежомшироко используются синтетические смолы преимущественно фурановые и фенольные [3 - 5 ].
        Общим для фенолформальдегидных и фурановых смол является высокая степень полимеризации, трехмерная структура углеродистого каркаса, обеспечивающая термостойкость и большой коксовый остаток до 60 %.
        В данной работе, для получения вяжущего, использовалась фенольная смола новолачного типа в твердом виде. Известно, что новолаки хорошо растворяются в одно- и многовалентных спиртах и сложных эфирах [6]. Поэтому в качестве растворителя и затворителя использовались полигликоли с минимальным содержанием влаги, что позволяло сохранять свойства огнеупорной смеси при низких (до -25 0С) температурах.
        Впервые на Никитовском доломитном завод была разработана технология прессования двухслойных бикерамических плит, в которых верхний, рабочий слой состоял из высокоогнеупорного материала, а нижний, каркасный слой, из менее стойкого материала, например на хромомагнезитовой основе (рис. 2). 



        Цель разработки - получить надежную шиберную плиту для безаварийной разливки стали, упростить технологический процесс, сделать его менее энергоемким, заменить плавленый периклаз обычным спеченным, устранить обжиг плит и сверление отверстия, разрыхляющее канал выпуска стали, сделать сливной канал более надежным по сравнению с традиционной конструкцией. 
        В качестве исходных материалов для рабочего слоя плит использовался турецкий магнезит с 96 % MgO, новолачная фенольная смола, российского производства, полигликоль, а также углеродсодержащий компонент в виде пекового кокса или высокотемпературного пека. В качестве антиоксиданта использовался порошок алюминия.
        Исследованиями установлено, что любая добавка алюминия, не столько ограничивает окисление углерода, сколько формирует более прочную структуру коксового остатка смолы, путем связывания кислорода. Введение алюминия способствует увеличению прочности изделия и его термостойкости [7]. Состав шихты для рабочего слоя приведен в табл. 1.




        Шиберные плиты марки ПУБП-90-1 изготавливались различных типоразмеров по временной технологической инструкции ТИ М - 304-55-2002 согласованной с заводами - потребителями. Технология изготовления плит включала процесс приготовления смеси для рабочего и нерабочего слоя, по специальной технологии, включающей режимы смешивания и прессования на специальной оснастке с последующей термообработкой после прессования. Режим термообработки плит представлен в табл. 2.




        В состав высокоуглеродистого синтетического вяжущего, согласно зарегистрированному патенту Украины [1] входит: магнезиальная составляющая, углеродсодержащий компонент в виде пекового кокса или высокотемпературного пека, алюминиевый порошок и фенольная смола новолачного типа. Компоненты вяжущего проходят совместный помол.
        Термообработка проводилась для полимеризации смолы вяжущего. После термообработки плиты подвергались пропитке. Вначале для пропитки применялся бакелитовый лак, однако, впоследствии он был заменен на жидкий раствор новолачной смолы в полигликоле, что позволило улучшить свойства изделия, благодаря получению однородного состава вяжущего и пропитывающего раствора, снизить общую пористость изделия до 3-4 %.
        Пропитка изделий благодаря глубокому вакуумированию достигла 100 % сечения изделия вместо 5-7 мм - по технологии ранее применявшейся, для обжиговых плит.
        Далее плиты подвергались шлифовке и термообработке, с целью удаления остаточной влаги.
        Основные физико-технические свойства плит концерна "Магнезит" и других фирм приведены в табл. 3.




        Из приведенных данных видно, что разработанные изделия по своим показателям не уступает зарубежным аналогам. В табл. 4 приведены показатели плит серийной партии.




        Контрольная проверка показателей проводилась в УкрНИИО им. А.С. Бережного, г. Харьков.
        Испытания плит проводились на металлургическом заводе им. Петровского, г. Днепропетровск, Таганрогском металлургическом заводе (Россия, г. Таганрог), металлургическом комбинате им. Дзержинского, г. Днепродзержинск и Алчевском металлургическом комбинате, г. Алчевск.
        Первые шиберные плиты размером 5х60, изготовленные по новой технологии (марка ПБХПУБ), были поставлены в 2001г. на Таганрогский металлургический завод, где сталь разливалась в ковше емкостью 150 тонн, при температуре около 16000С. 
        Металл подвергался, в установке "Печь-ковш", доводке синтетическими шлаками и на заводе была проблема со стойкостью плит. Разливались различные марки стали, от 20С до 32Г2Д. Каждая плита выдерживала по 8-11 полных и 50-55 частичных (дросселирующих) перекрытий. 
        Первые испытания дали очень хорошие результаты. Стойкость плит была более высокой, чем комбината "Магнезит", г. Сатка и муллитокорундовых плит Часовярского и Кондратьевского огнеупорных заводов (Донецкая область). Поэтому с заводом был подписан контракт на серийную поставку плит. В дальнейшем плиты маркировались ПУБП-90-1.
        Аналогичные промышленные испытания на плитах 10Ах70 были проведены на комбинате им. Дзержинского, где емкость ковша составляет 250 тонн. Разливаемые марки сталей 3пс, 5пс, А36, Ос, Ш-2, st 37, при температуре металла1580-16000С. Количество перекрытий составляло от 26 до 34 и при каждом перекрытии проводилось по 6-10 дросселирований. В 2002 г. была окончательно доработана технология и состав применительно к ковшам большой емкости. Испытания, проводившиеся с середины 2001 до 2002 г. подтвердили высокую безаварийную работу плит. Было выдано заключение на серийную поставку. На рис. 3. и рис. 4. показаны безобжиговые бикерамические плиты до и после разливки стали на комбинате им. Дзержинского.







        После комбината им. Дзержинского, в 2002г. плиты успешно были испытаны на Алчевском металлургическом комбинате (размер плит 10Ах80). Металл разливался с ковша емкостью 300тонн, при температуре 16000С. Разливаемые марки стали были 09Г2С и ST-3T-3/S235i2Ж3. Каждая шиберная плита выдерживала не менее 28 полных и 80 частичных перекрытий. Все разливки прошли безаварийно.
        Таким образом, в результате проведенной работы, была достигнута возможность применения безобжиговых шиберных плит для разливки стали на высокоуглеродистом синтетическом вяжущем, которые имели более высокие эксплуатационные свойства, чем обжиговые периклазовые и муллитокорундовые.

        Выводы

        1. Разработано новое высокоуглеродистое синтетическое вяжущее, позволяющее изготавливать безобжиговые шиберные плиты с улучшенными эксплуатационными свойствами.
        2. Высокие свойства вяжущего позволило использовать спеченный магнезит вместо плавленого в рабочем слое плит, что позволило снизить энергозатраты на производство до 50% и удешевить продукцию.
        3. Разработана технология прессования бикерамических плит, в котором рабочий слой плит переходит в сливное отверстие, чем увеличивает его надежность. Конструкция позволяет использовать, в нерабочем слое плит, менее дорогостоящие материалы. Исключена операция сверления отверстия.



Список литературы:



        1. Чеченев В.А., Авраменко В.И., Черняк Р.М. и др. Патент Украины №58962 А, МПК7: С04В35/035.
        2. ВейбелГ., Барта П., Валдханс Г. Свойства и применение огнеупорных изделий на полимерной углеродистой связке // Черная металлургия России и стран СНГ в ХХI веке:Т.2. - М.: Металлургия, 1994. - С.295-304.
        3. Патент США № 5002908.
        4. Патент США № 4795725.
        5. Кривокорытов Е.В., Гурьев А.Г., Поляк Б.И. Высокоуглеродистые связующие в технологии огнеупорных изделий и коррозионно-стойкой керамики. Стекло и керамика. 1998. №5.
        6. Кноп А., Швейб В. Фенольные смолы и материалы на их основе. - М.: Химия, 1983. - 228с.
        7. Кащеев. Оксидо-углеродистые огнеупоры. 2001г. 



        Авторы:

        д.т.н. Чеченев В.А.

        инженер Авраменко В.И.

        инженер Черняк Р.М.