Введение к работе
Актуальность. Анализ мирового удельного объема потребления огнеупоров показывает, что за несколько последних десятилетий около 60...70 % всех производимых в мире огнеупоров применяются в черной металлургии, поэтому прогнозируют разработки и производство огнеупоров исходя, прежде всего, из тенденции развития и потребления огнеупоров в данной отрасли.
Значительные проблемы на металлургических заводах связаны, прежде всего, с использованием и обслуживанием сталеразливочных ковшей, так как интенсивное развитие внепечной обработки стали превратило ковш в основной технологический агрегат. В нем производится большое количество металлургических операций на протяжении длительного времени и при интенсивном перемешивании стали. В связи с этим предъявляются очень высокие требования к качеству и надежности футеровки, обеспечивающей высокую стойкость и ее минимальный износ.
В настоящее время все ковши (включая промежуточные) на заводах Японии имеют монолитную футеровку боковых стен. В Европе (и в особенности в России) продолжают доминировать футеровки из штучных огнеупорных изделий, хотя в перспективе неизбежен переход на монолитные футеровки ввиду их исключительной эффективности.
В установках внепечной обработки стали безобжиговая футеровка, изготовленная из огнеупорной массы, находится в контакте с высокотемпературными металлом и шлаком, поэтому стойкость в службе безобжиговой футеровки будет определяться качественными показателями, приобретенными ею в процессе эксплуатации. В связи с этим актуальной проблемой является интенсификация процесса спекания бетонных масс, обеспечивающего интенсивное уплотнение, уменьшение количества и размера пор в материале.
Диссертационная работа выполнена в рамках единого заказ-наряда на проведение научно-исследовательских работ, финансируемого из средств федерального бюджета, утвержденного Министерством образования Российской Федерации на 1999-2003 гг.
Цель н задачи работы. Разработка технологии низкоцементного корундового бетона для сталеплавильного производства с применением добавок эвтектоидного состава. В соответствии с этой целью и для ее реализации были определены следующие задачи:
исследование влияния замены части высокоглиноземистого цемента компонентом эвтектоидного состава на физико-механические свойства, микроструктуру и фазрвмй—соотсш" ішікоьументного
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ! БИБЛИОТЕКА 1
корундового бетона после его термообработки до 1650 С;
исследование процесса спекания традиционного корундового бетона
и бетона, модифицированного компонентом эвтектоидного состава;
разработка оптимального состава и количества эвтектоидного
компонента;
разработка технологии корундового бетона с использованием в
качестве модифицирующей добавки эвтектоидного компонента;
подготовка нормативно-технической документации для внедрения
результатов теоретических и экспериментальных исследований в
условиях сталеплавильного производства.
Научная новизна работы. Установлена возможность
интенсификации процесса спекания низкоцементного корундового бетона компонентом эвтектоидного состава, соответствующего составу эвтектики системы СаО-А1203, плавящейся при температуре 1395 С (эвтектоидный компонент).
Выявлен механизм действия добавки, заключающийся в образовании расплава, который при термообработке в результате взаимодействия с сопутствующими компонентами бетона образует тугоплавкое соединение - гексаалюминат кальция (СаО6А1203). При этом в присутствии эвтектоидного компонента происходит более активная кристаллизация равновесной фазы - СА6.
Выявлено влияние замены части высокоглиноземистого цемента компонентом эвтектоидного состава на физико-механические свойства низкоцементного корундового бетона после его термообработки до 1650 С, заключающееся в более интенсивном повышении прочности при температурах образования жидкой фазы (более 1395 С), превышающей на 60...85 % прочность бетона, не содержащего эвтектоидный компонент. Доказано, что в результате активного взаимодействия легкоплавкой эвтектоидной фазы с компонентами бетона не происходит снижения его огнеупорных свойств.
Установлено, что спекание низкоцементных корундовых бетонов удовлетворительно описывается уравнением формальной кинетики: da/di = K0-exp(-E/RT)-(l-a)n. Показано, что введение в бетон компонента эвтектоидного состава снижает энергию активации процесса спекания с 285 до 192 кДж/моль и температуру спекания с 1650 С до 1550 С.
Практическое значение работы. Разработан состав модификатора корундового бетона, обеспечивающий активизацию его спекания.
Предложены оптимальные составы низкоцементных корундовых бетонов с применением добавки эвтектоидного состава.
Разработана технология изготовления корундового бетона, модифицированного эвтектоидным компонентом, для сталеплавильного
производства.
Внедрение результатов исследований. Произведен выпуск опытной партии продукции на ОАО «Снегиревские огнеупоры».
Проведены промышленные испытания разработанного состава бетона на ОАО «Московский металлургический завод «Серп и молот», показавшего стойкость, превосходящую в ~ 1,5 раза стойкость серийно: применяемых изделий.
Для широкомасштабного внедрения результатов работы, при строительстве и ремонте тепловых агрегатов разработаны следующие нормативные документы:
технические условия ТУ 1104-1523-11703779-32-2003 «Корундовые бетонные смеси марки КБС-96».
технологическая инструкция «Производство корундовой бетонной смеси марки КБС-96».
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 29.06 и 25.08, что отражено в учебных программах дисциплин «Материаловедение», «Строительные материалы и изделия»,. «Химическая технология керамики и огнеупоров».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на следующих научно-технических конференциях, конгрессах, семинарах: Международный конгресс «300 лет Уральской металлургии» (г. Екатеринбург, 2001 г.); Межрегиональный семинар «Актуальные проблемы эксплуатации огнеупоров» (г. Санкт-Петербург, 2001 г.); Международная интернет-конференция «Архитектурно-строительное материаловедение на рубеже веков» (г. Белгород, 2002 г.); Международная конференция «Технологии и оборудование для производства огнеупоров. Использование новых видов огнеупорных изделий в металлургической промышленности» (г. Москва, 2003 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 научных статей и получено решение о выдаче патента РФ.
Объем структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, включающего 26 таблиц, 25 рисунков и фотографий, списка литературы из 171 наименования, 18 страниц приложений.
На защиту выносятся: принцип выбора модификатора эвтектоидного состава, обеспечивающего активизацию спекания корундового бетона;
- механизм действия модифицирующей добавки;
- характер влияния эвтектоидного компонента на физико-механические
свойства бетона и его кинетические параметры спекания;
- технология изготовления низкоцементного корундового бетона,
модифицированного эвтектоидной фазой;
- результаты внедрений.