Специализированные огнеупорные материалы для футеровки днища сталеразливочных ковшей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат технических наук Плюхин, Павел Валерьевич

• Плюхин, Павел Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Плюхин, Павел Валерьевич

Введение.

1. Аналитический обзор.

1.1 Огнеупоры на основе системы MgO-АЬОз.

1.2 Огнеупоры системы Mg0-MgAl204 -С.

1.3 Выбор спекающих добавок.

1.4 Неформованные огнеупоры.

1.4.1 Основные бетоны, содержащие MgO.

1.4.2 Корундовые, алюмомагнезиальные и шпинельные бетоны.

1.4.3 Литые (саморастекающиеся) бетоны.

1.4.4 Связующее огнеупорных бетонов.

1.5 Реагенты рабочего пространства металлургических агрегатов.

1.6 Фильтрация металлического расплава в поры огнеупорного материала.

1.7 Анализ физико-технических и технологических свойств огнеупорных материалов, конструктивных решений, применяемых в футеровке стальковша.

Выводы из аналитического обзора.

2. Характеристика исходных материалов и методы исследования.

2.1 Исходные материалы.

2.2 Методы исследования.

3. Моделирование термонапряженного состояния днища сталеразливочного ковша.

3.1 Расчет распределения температуры по сечению футеровки днища стальковша из материалов, применяемых на практике.

3.2 Расчет распределения температуры по сечению футеровки днища стальковша из материалов безуглеродистого состава.

3.3 Расчет термического удлинения рабочего слоя футеровки днища стальковша из материалов безуглеродистого состава.

3.4 Расчет термического удлинения рабочего слоя футеровки днища стальковша огнеупорами углеродистого состава.

3.5 Расчет полей температурных напряжений.

Выводы по разделу 3.

4. Шлак и его взаимодействие с огнеупором.

4.1 Минералогический состав реальных металлургических шлаков.

4.2 Влияние добавки оксида магния на плавление шлака.

4.3 Моделирование фильтрации металлического расплава в поры огнеупорного материала.

Выводы по разделу 4.

5. Разработка магнезиальной набивной массы.

5.1 Разработка состава и технологии изготовления магнезиальных набивных масс.

5.2 Исследование реологических свойств тонкодисперсных композиций.

5.2.1 Влияние размера частиц периклаза на реологические свойства суспензий.

5.2.2 Влияние минералогических добавок на реологические и прочностные свойства массы.

5.3 Разработка состава комплексной добавки улучшающей реологические свойства массы.

5.4 Оптимизация состава комплексной добавки.

5.5 Исследование подвижности масс.

5.6 Прочностные свойства периклазовых образцов зернистого строения. 108 Выводы по разделу 5.

6. Оптимизация состава и исследования карбонированных образцов на основе плавленых материалов.

6.1 Лабораторные испытания образцов периклазошпинельного карбонированного состава.

6.2 Исследования образцов периклазошпинельного карбонированного состава методом ртутной порометрии.

6.3 Петрографические исследования карбонированных тиглей-огнеупоров со шлаком после обжига.

Выводы по разделу 6.

7. Промышленные испытания технологий комплекта огнеупорных материалов.

7.1 Выпуск опытной партии периклазошпинельных карбонированных огнеупоров.

7.2 Выпуск опытной партии периклазовой набивной массы.

7.3 Испытания опытных периклазошпинельных карбонированных огнеупоров и периклазовой набивной массы.

Выводы по разделу 7.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Специализированные огнеупорные материалы для футеровки днища сталеразливочных ковшей»

Металлургические предприятия постоянно уделяют внимание повышению качества и снижению себестоимости стали. Интенсификация технологических операций при производстве и переработке стали ужесточает условия службы огнеупорной футеровки в металлургических агрегатах. Стоимость огнеупорной футеровки, затраты на ее ремонт и монтаж, составляют заметную часть в себестоимости выпускаемой продукции. Снижение затрат на расход огнеупорных материалов и увеличение сроков службы футеровки агрегатов, позволяют повысить эффективность металлургических производств.Разрушение огнеупоров происходит при высоких температурах под воздействием шлака и газовой среды, движущимися жидкой и твердой средами, механических и термомеханических нагружений. Все большее развитие получают различные виды вторичной обработки металла, позволяющие значительно повысить качество металла. В связи с этим увеличивается потребность в огнеупорах, исключающих загрязнение стали. Решение этих задач может быть достигнуто созданием новых огнеупоров, обладающих высоким уровнем показателей физико-химических и физико-технических свойств, обеспечивающих продолжительную интенсивную работу металлургических агрегатов, разработкой новых инженерно-технических решений, снижающих температурные, механические и физико-химические воздействия на кладку огнеупорной футеровки. В этой связи являются актуальными исследования физикохимических и высокотемпературных взаимодействий огнеупорных материалов, разработка составов и способа получения огнеупорных материалов и изделий, поиск конструктивных решений, стабилизирующих продленный срок эксплуатации огнеупорной футеровки.

Заключение диссертации по теме «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов», Плюхин, Павел Валерьевич

Выводы

1. Разработан комплект огнеупоров для выполнения рабочего слоя днища сталеразливочных ковшей, состоящий из карбонированных периклазошпинельных изделий и периклазовой набивной массы.

2. Компьютерным моделированием тепловой картины и термонапряженного состояния огнеупорной футеровки днища сталеразливочного ковша, установлено, что для выполнения рабочего слоя днища необходимо использовать изделия повышенной размерности, низкими значениями теплопроводности и коэффициента термического расширения.

3. Для обеспечения на металлическом кожухе температуры не выше 100 °С, необходимо увеличивать мощность теплоизоляционного слоя футеровки. Толщины рабочего и защитного слоев, существенного влияния на температуру поверхности кожуха не оказывают. Мощность рабочего слоя влияет на ресурс футеровки, а арматурный повышает безопасность эксплуатации футеровки.

4. Рассчитаны линейные увеличения диаметра и периметра стальковша в периферийных и центральных его частях на примере 160т. стальковша. ОАО «НТМК». Показаны отличия в раскрытии швов по диаметру стальковша (большее увеличение в периферийной части, меньшее в центральной).

5. Произведено моделирование фильтрации расплава в поры огнеупорного материала. Составлена номограмма, показывающая влияние на глубину проникновения расплава в зависимости от вязкости шлака, угла смачивания, поверхностного натяжения, радиуса пор, времени контакта расплава с огнеупором.

6. Исследовано реологическое поведение тонкодисперсной составляющей масс магнезиального состава в зависимости от количества и состава модифицирующих ингредиентов. С помощью планов Шеффе проведена оптимизация состава и количества комплексных добавок, содержащих С-3, ЛСТ, Rhoximat PAV 31 и PERAMIN SMF10, Acronal S63, Rhoximat PAV 31 обеспечивающих высокие значения прочности образцов после сушки (20-24 МПа). Разработанный состав минералоорганического пластификатора в виде суспензии включающей комплексный ПАВ, ультрадисперсный корунд, двуокись циркония и графит, обеспечивает получение из зернистых масс, формованных при давлении 10 - 125 МПа, материалы с пористостью 11.8 - 19.1%и прочностью 26 -58 МПа.

7. Разработан состав и технология периклазовой набивной массы с применением оптимизированных минералоорганических добавок позволяет управлять реологическими и физико-механическими характеристиками масс. Выявлено, что добавки борной кислоты и глинозема способны заметно влиять на свойства магнезиальных масс, что в присутствии добавки периклазохромита обеспечивает таким массам повышенные физико-технические свойства.

8. Разработан состав и технология периклазошпинельного огнеупора, дотированного углеродом, имеющего плотную, прочную структуру с низким значением теплопроводности и к.т.р., что достигается функциональной организацией стохастической текстуры массы путем направленного распределения наполнителей зернистого периклаза и зернистой шпинели, комплексного тонкомолотого заполнителя, графита, пластификатора, углеродсодержащей смолы.

Методом ртутной порометрии определено, что преобладающий объем в исследуемых образцах занимают поры размером 3-15 мкм.

9. Выпущена опытная партия комплекта материалов включающая периклазошпинельные карбонированные огнеупоры и периклазовую набивную массу.

Опытные изделия существенно превосходят образцы серийно выпускаемой продукции по термомеханическим характеристикам, сопротивлению к воздействию металла и шлака, обладают пониженным значением теплопроводности, что обеспечивает снижение тепловых потерь через огнеупорную футеровку и уменьшение термических напряжений в днище сталеразливочного ковша. Периклазовая набивная масса обладает высокими физико-механическими, реологическими и адгезионными характеристиками и существенно превосходит серийно выпускаемую продукцию.

10. Проведены успешные промышленные испытания опытного комплекта, состоящего из периклазошпинельных карбонированных изделий и периклазовой набивной массы в днище сталеразливочного ковша ООО «Уральская Сталь» (ОХМК). Испытания показали, что увеличение ресурса эксплуатации рабочего ряда футеровки днища сталеразливочного ковша из опытного комплекта огнеупорных материалов составило 96 %, относительно промышленно выпускаемых изделий. Снижение удельных расходов на футеровку ковша составило 1.70 кг/тонну стали.

11. Петрографическими исследованиями изделий после службы огнеупоров в рабочем слое ковша установлено, что в рабочей зоне мощностью 20-25 мм, проникновение шлакового расплава идет по микротрещинам толщиной 1-3 мм на глубину 5 мм, пропитки расплавом металла огнеупора не происходит.

12. По результатам испытаний ООО «Уральская Сталь» (ОХМК) подал заявку на "ОАО Комбинат Магнезит" для организации промышленной поставки периклазошпинельных карбонированных изделий и периклазовой набивной массы. На ОАО "Комбинат Магнезит" принято решение о производстве периклазошпинельных карбонированных изделий и периклазовой набивной массы по технологии СПбТИ(ТУ) и ТТ 200-303-2003.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Плюхин, Павел Валерьевич, 2005 год

1. Кащеев И.Д. Оксидноуглеродистые огнеупоры.- М.: Интернет Инжиниринг, 2000. 248 с.

2. Стрелов К. К., Кащеев И. Д. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. М.: Металлургия, 1996. - 405 с.

3. Фудзимото С. Углеродсодержащие огнеупоры.- Сэрамикусу, 1984. С. 869-875.

4. Инамура Я.М. Огнеупоры и их применение. Магнезиальноуглеродистые изделия.- М.: Металлургия, 1984. 167 с.

5. Очагова И.Г. Перспектива применения безобжиговых магнезиальноуглеродистых изделий для футеровки кислородных конвертеров. Экспресс-информация. Черная металлургия. Серия Т1. Огнеупорное производство. Выпуск 6.- М.: Черметинформация, 1980.- С. 89-92.

6. Патент США №116782, С04В 035/52, 1981

7. Патент США №667483, С04В 035/52, 1993

8. Патент США №5438026, С04В 035/52, 1994

9. Огнеупоры и огнеупорные изделия.- Справочник. Ч.З. М.: Издательство стандартов, 1988. - 456 с.

10. Ватанабе А., Такахаши X., Таканада С., Угида М. Современные неформованные огнеупоры основного состава. Сборник переводов представленный на международном конгрессе «UNITECR 95», Киото, Япония. 1996. С. 107-111.

11. Сизов В.И., Тонков В.Н., Копейкин Л.Я., Веркин Н.М. Корундовые массы для футеровки печей чугуноплавильного производства. Огнеупоры и техническая керамика.- № 9. 2001. С. 51-53.

12. Мори Ю., Торитани Я., Танака С. Разработка алюмомагнезиальных бетонов для стальковшей. Сборник переводов, представленных на международном конгрессе «UNITECR 95», Киото, Япония. 1996. С. 41-46.

13. Степашин А. М., Головин М. А., Петрашень Ю. П., Уразова П. В., Шипилов В. А., Кулаков В. В. Освоение технологии футеровки сталеразливочных ковшей VILL-SYSTEM фирмы «VEITSСН-RADEX» II Металлург. 2000. №7. С. 51-53.

14. Басьяс И.П., Кащеев И.Д., Сизов В.И. и др. Футеровка дуговых электросталеплавильных печей. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 1994. С. 72-74.

15. Хигерович М.Н., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов, бетонов. М. Стройиздат, 1979. С. 125-128.

16. Воскобойников В.Г., Дунаев Н.Е., Михалевич А.Г. Свойства жидких доменных шлаков. Справочное пособие. М.: Металлургия 1975. - 184 с.

17. Mikami N.M., Martinet I.K. Carbon-magnesia bricks in electric arc furnaces. Refractories.- №5. 1980. C. 21-23.

18. Hauashi T. Resent development of refractories technology in Japan. Preprint of the first international conference of refractories. - Tokyo, 1983. - 198 c.

19. Watanabe A., Takahashi H., Matsuki T. Effect of metallic element addition on the properties of magnesia-carbon bricks. Preprint of the first international conference of refractories. - Tokyo. 1983. - 106 c.

20. Левин A.M. "Электрометаллургия". Днепропетровск, 1952 г. Научные труды ДМИ. С. 105-124.

21. Борнацкий И.И. "Физико-химические основы сталеплавильных процессов" Москва, "Металлургия". 1974. С.97-101.

22. Прокофьева Е.А. "Огнеупоры". №11.1969. С. 51-53.

23. Просвиров С. Н., Гонтарук Е. И., Затаковой Ю. А., Калинин Д. А., Луговских А. В. Опыт использования периклазоуглеродистых огнеупоров для сталеразливочных ковшей АКОС // Сталь. 2000. №7. С. 34-36.

24. Энтин В.И., Карась Г.Е., Аксельрод Л.М., Гонтарук Е.И., Просвиров С.Н. и др. Применение дифференцированной футеровки сталеразливочного ковша АКОС ОАО "ОЭМК" // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. №4. С. 37-40.

25. Кащеев И.Д., Семянников В.Е., Гельфенбейн и др. Испытания периклазошпинельноуглеродистых изделий в футеровке миксера ИЧКМ-10. Огнеупоры и техническая керамика. № 8. 1998. С. 36-38.

26. Суворов С.А., Туркин И.А., Сараева Т. М. Технология огнеупоров. Учебное пособие. ЛТИ им. Ленсовета. 1991. 132 с.

27. Аббакумов В. Г., Вельсин С. И., Фокин А.Ф. Тепловой расчет футеровок обжиговых агрегатов. Ленинград. 1987. 50 с.

28. Литовский Е. Я., Пучкелевич Н. А., Теплофизические свойства огнеупоров. -М.: Металлургия, 1982. 405 с.

29. Хоке Б. Автоматизированное проектирование и производство. М. Мир, 1991. -296 с.

30. Горшков В. С., Савельев В. Г., Аббакумов В. Г. Вяжущие, керамика и стеклокристаллические материалы. Структура и свойства. Справочное пособие. Москва.: Стройиздат, 1995 584 с.

31. Горшков B.C., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. Москва. Высшая школа. 1981. - 347 с.

32. Стрелов К. К., Кащеев Н. Д. Диффузия и реакции в твердых фазах силикатов и тугоплавких оксидов. Свердловск : изд. УПИ. 1973. - 211 с.

33. Атлас шлаков: Справ. Изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1985 г. - 208 с.

34. Капиллярная химия /под ред. К. Тамару/ Пер. с японского. М.: Мир, 1983. - 167 с.

35. Охотский В.Б., Шрамко А.Ф., Годинский К.А. К вопросу о равновесии в системе футеровка-шлак. Огнеупоры. 1986. № 6. С. 52-55.38