Национальная металлургическая академия Украины. Огнеупорная футеровка металлургических агрегатов предназначена для защиты металлоконструкции агрегата от действия расплавленного металла и его удержания

 

Огнеупорная футеровка металлургических агрегатов предназначена для защиты металлоконструкции агрегата от действия расплавленного металла и его удержания. Футеровку выполняют из огнеупорных материалов с различными структурами, химико-минералогическим составом и физическими свойствами. Футеровка должна быть устойчива к агрессивному воздействию расплавленного шлака и металла и потери тепла через футеровку были минимальными. Предварительный расчет огнеупорной кладки позволяет найти оптимально простые формы кирпичей и получить наилучшего соотношения цены и качества. Предварительный расчет и сопоставление потери тепла через стенку агрегата позволяет рационально сохранять тепло и выбирать оптимальный материал для различных тепловых агрегатов с учетом разрушающих воздействий.

Расчет потери тепла для тепловых агрегатов осуществляется на основе теплопередачи через цилиндрическую многослойную стенку описываемое зависимостью:

 

;

При использовании классической футеровки сталеплавильного ковша по результатам анализа практического опыта работы металлургических предприятий были приняты исходные данные для сравнения тепловых потерь.

Определено, что использование монолитной футеровки при одинаковых начальных условиях, позволяет на 30 % уменьшить толщину футеровки агрегата и тепловые потери в два раза, из-за более низкой теплопроводности используемого материала, лучшей герметичности и устойчивости к структурному разрушению.

 

Вплив триполіфосфату натрію на процеси тужавлення високоглиноземистого цементу «GORKAL-70»

Макарова Г.С., керівник доц. Пісчанська В.В.

Національна металургійна академія України

 

Перспективним напрямком спрямованого регулювання властивостей вогнетривких бетонів на гідравлічних в’яжучих є модифікація цементної складової поверхнево-активними речовинами, які суттєво впливають на кінетику фізико-хімічних процесів твердіння в’яжучого і формування структури бетону та визначають технологічні параметри виготовлення монолітних футеровок і виробів.

Досліджено вплив аніонно-активної добавки триполіфосфату натрію (ТПФН) в кількості 0,15 % і 0,3 % на розтікання цементного тіста та терміни тужавлення. Встановлено, що введення добавки ТПФН та збільшення її кількості забезпечує покращення реологічних властивостей цементного тіста нормальної густоти 30 % і зростання показника розтікання з 151 % до 206 % і 219 % та за рахунок механізму диспергаційної дії скорочує термін початку тужавлення цементу зі 104 хв. до 34 хв. і 20 хв. Дослідженнями фізико-хімічних процесів гідратації цементу протягом 36 хв., що обмежено максимальним часом початку тужавлення модифікованого цементу, виявлено закономірності впливу добавки ТПФН на змінення показників рН і розтікання цементного тіста. Так, збільшення кількості добавки ТПФН з 0,15 % до 0,3 % призводить до різкої втрати рухомості тіста і зниження величини показника розтікання на 75 % і 110 % за 21 хв. внаслідок прискорення процесів утворення метастабільних гідроалюмінатів (СаО·Al₂O₃·10H₂O, 2СаО·Al₂O₃·8H₂O) і гелевої фази Al(OH)₃, які характеризуються зростанням величини показника рН тіста на 0,32 і 0,15. Причому, більш низьке значення рН відповідає більш високому вмісту добавки ТПФН. Введення 0,15 % ТПФН забезпечує зменшення часу кінця терміну тужавлення з 419 хв. до 346 хв. Збільшення кількості ТПФН до 0,3 % подовжує час кінця терміну тужавлення до 578 хв., що вірогідно пов’язано з блокуванням молекулами ТПФН центрів кристалізації новоутворень 2СаО·Al₂O₃·6H₂O.

 

Формування термостійкої структури цирконієвих вогнетривів

Єрмакова Ю.А., керівник доц. Пісчанська В.В.

Національна металургійна академія України

 

Визначальним показником експлуатаційних властивостей цирконієвих вогнетривів є термічна стійкість, досягнення якої здійснюється шляхом використання технологічних способів формування мікротріщіноватої структури виробів. Створення термостійкої структури цирконієвих виробів досягається за рахунок введення у склад цирконієвої маси ефективних добавок, які забезпечують ущільнення виробів при високотемпературному спіканні, уповільнюють зростання зерен ZrO₂, що в умовах різких коливань температур обумовлює релаксацію термомеханічних напружень та гальмує розвиток тріщин.

З використанням симплекс-гратчастого методу математичного планування експерименту досліджено вплив зернового складу цирконієвих мас, що містять подрібнений брикет стабілізованого діоксиду цирконію фракцій 2-1 мм, 1-0,5 мм і < 0,088 мм, отримано рівняння регресії в системі «склад – властивість» та оптимізовано зерновий склад цирконієвих мас. Дослідженнями впливу вмісту добавок технічного глинозему, циркону та моноклінного діоксиду цирконію у складі цирконієвих мас встановлено закономірності змінення показників властивостей цирконієвих зразків. Визначено, що введення оптимальної кількості добавок технічного глинозему та циркону в цирконієві маси, що містять 15-20 % моноклінного ZrO₂, інтенсифікує процеси спікання і утворення мікротріщінуватої структури зразків, які характеризуються високою механічною міцністю (220 – 270 Н/мм²), достатньо низькою відкритою пористістю (10,15 – 12,54 %) і підвищеною термічною стійкістю (7 – 9 теплозмін).

Влив мікрокремнезему на реологічні властивості низькоцементного бетону системи Al₂O₃ – SiO₂ – SiC – C

Соловйова І.О., керівник доц. Пісчанська В.В.

Національна металургійна академія України

 

Сучасним напрямком вирішення задач підвищення експлуатаційного ресурсу вогнетривких футеровок жолобів доменних печей є застосування неформованих вогнетривких матеріалів, до яких відносяться низькоцементні корундові бетони системи Al₂O₃ – SiO₂ – SiC – C. Хімічна і і корозійну стійкість бетонів до дії розплавів чавуну і шлаку значним чином визначається формуванням низькопористої механічно міцної структури бетону, що досягається використанням добавок поліфункціональної дії – реактивного глинозему, мікрокремнезему та пластифікаторів, які за рахунок дефлокуляції й пластифікації цементної складової, знижують водопотребу бетонної суміші, покращують реологічні властивості мас і забезпечують їх максимальне ущільнення при вібраційному формуванні.

Оцінку впливу добавки мікрокремнезему в кількості 2 – 6 % та пластифікаторів – триполіфосфату натрію (ТПФН) і суперпластифікатору С-3 на реологічні властивості бетонних мас, що містять електрокорунд фракції 6 – 0 мм, карбід кремнію фракції менше 0,5 мм, вуглецьвміщуючий компонент, алюмінаткальцієвий цемент "Gorkal-70" і реактивний глинозем, проводили за показником розтікання бетонної маси. Встановлено, що збільшення кількості мікрокремнезему до 3 – 4 % супроводжується зниженням водопотреби бетонної суміші на 0,5 – 0,8 % та зростанням величини розтікання бетону на 5,0 – 7,5 % у разі використання добавки суперпластифікатору С-3. Введення у склад бетонної суміші добавки ТПФН у поєднанні з мікрокремнеземом призводило до зниження вологості бетонної маси на 0,3 – 0,5 %, але величина показника розтікання бетону при підвищенні вмісту мікрокремнезему знижувалась на 2 – 4 %. Таким чином, пластифікатор органічної природи – суперпластифікатор С-3 більш ефективно впливає на реологічні властивості низькоцементного корундокарбідкремнієвого бетону, який містить добавку мікрокремнезему.

 

ВПЛИВ СПОСОБУ ВВЕДЕННЯ ПЛАСТИФІКАТОРУ НА РЕОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АЛЮМОСИЛІКАТНОГО НИЗЬКОЦЕМЕНТНОГО БЕТОНУ

Онасенко Ю.А., керівник доц., Пиліпчатін Л.Д.

Національна металургійна академія України

З метою встановлення ефективного способу введення пластифікуючої добавки триполіфосфату натрію (ТПФН) у склад шамотного низькоцементного бетону проведено дослідження щодо визначення реологічних властивостей бетонних мас.

Введення ТПФН у кількості 0,1 – 0,25 % (понад 100 %) здійснювали у вигляді водного розчину та сухим способом при приготуванні бетонної суміші складу: шамот фракції 6-0 мм - 90%, високоглиноземистий цемент "Gorkal-70) – 5% і мікрокремнезем – 5%

Встановлено, що введення ТПФН у кількості 0,1 – 0,15 % у бетонну суміш приводить до покращення реологічних властивостей мас, що супроводжується підвищенням індексу розтікання бетону на 16 % у порівнянні зі значенням показника розтікання бетону, що містить водний розчин ТПФН. При збільшенні добавки ТПФН до 0,2 – 0,25 % індекс розтікання бетону знаходиться у межах 90 – 95 % незалежно від способу введення ТПФН.

У результаті проведених досліджень було встановлено, що найкращими реологічними властивостями характеризується низькоцементна алюмосилікатна бетонна маса, що вміщує 0,15 % ТПФН, який введено при приготуванні бетонної суміші.

 

Вибір добавок для отримання високопористих динасових легковагів методом віброформування

Федорець О.С., керівник ст. викл. Шебанова Н.В.

Національна металургійна академія України

 

Перспективним напрямом підвищення показників властивостей динасових легковагих вогнетривів є виготовлення легковагого динасу за методом вигоряючих добавок з використанням способу вібраційного формування виробів, до складу яких входять пластифікуючі і водоредуцюючі речовини органічного та мінерального походження, які забезпечують регулювання їх властивостей і сприяють формуванню дрібнопористої міцної структури динасових легковагів. В якості таких добавок доцільне використання поверхнево-активних речовин: суперпластифікатору С-3, “Реламіксу” і повітрянозалучаючої добавки контакту Петрова. В якості техногенного продукту специфічної тонкодисперскної структури пропонується використання спікаючої і пластифікуючої добавки мікрокремнезему.

Експериментальні зразки у формі куба з розміром 3х3х3 мм формували з кремнеземистих мас наступного складу, %: кварцит фр. < 0,09 мм – 70, коксовий дріб’язок фр. 0,5-0 мм – 30. До складу кремнеземистої маси поверхнево-активні речовини вводили у кількості 0,15 – 1 %, причому співвідношення цих добавок з контактом Петрова складало 1:1. Кількість мікрокремнезему була постійною для всіх мас і складала 5 %. Маси вологістю 21 – 27,5 % формували за способом вібраційного формування на вібраційному столі при частоті 50 Гц. Експериментальні зразки сушили і випалювали при максимальній температурі 1420 – 1440 °С в тунельній печі в умовах діючого виробництва.

Проведені дослідження щодо використання комплексних органо-мінеральних добавок в складі кремнеземистих мас, використовуваних для виготовлення легковагих динасових вогнетривів методом віброформування, показали можливість використання цих добавок для забезпечення наступних показників властивостей динасових легковагів: уявна щільність – 1,06 - 1,07 г/см³; відкрита пористість – 53,5 - 54,0 %; границя міцності при стиску – 7,7 - 8,3 Н/мм².

 

оптимізація зернового складу вигоряючої добавки у динасових легковагах напівсухого способу формування

Горох Д.О., керівник ст. викл. Шебанова Н.В.

Національна металургійна академія України

 

Існуючі технологічні способи виготовлення динасових легковагів в умовах масового виробництва за методом вигоряючих добавок сприяють формуванню високопористої і низькощільної структури виробів з низькою теплопровідністю, але не забезпечують отримання вогнетривів з високою механічною міцністю. Удосконалення технології виробництва динасових легковагів з підвищеною механічною міцністю і покращеними теплоізоляційними властивостями за методом вигоряючих добавок можливе шляхом оптимізації зернового складу вигоряючої добавки у складі кремнеземистих мас.

Дослідження щодо оптимізації зернового складу вигоряючої добавки проводили на експериментальних зразках-циліндрах діаметром 36 мм і висотою 50 мм, які формували способом напівсухого пресування при тиску пресування 50 Н/мм² з мас вологістю 8 – 8,5 %, що містили 35 % кварциту фр. 3,2 - 0 мм, 35 % кварциту фр. < 0,09 мм і 30 % коксового дріб’язку фр. 0,5 - 0 мм з вмістом зерен фракцій 0,5 - 0,16 мм, фр. 0,16 - 0,088 мм і фр. < 0,088 мм в межах 25,93 – 42,36 %. Свіжосформовані зразки щільністю 1,82 – 1,88 г/см³ сушили і випалювали в діючій тунельній печі підприємства ПАТ “Красноармійський динасовий завод” при температурі 1420 – 1440 °С.

З використанням симплекс-ґратчастого методу планування експерименту були отримані математичні моделі в системі ²склад - властивість² та їх графічні інтерпретації, зіставлення яких з використанням методу накладення дозволило визначити оптимальний зерновий склад коксового дріб’язку: фр. 0,5 - 0,16 мм – 30 %, фр. 0,16 - 0,088 мм – 32 %, фр. < 0,088 мм – 38 %, що забезпечує при достатньо низькій уявній щільності та пористості випалених зразків досягнення механічної міцності динасових легковагів 7,5 Н/мм².

 

Дослідження процесу утворення оксидних скломатеріалів за золь-гель технологією

Кіріченко Я.Ю., керівник доц. Карасик Т.Л.

Національна металургійна академія України

Одним із перспективних напрямків в керамічному та скляному виробництві, а також в технології виготовлення різноманітних композиційних матеріалів є використання золь-гель процесів.

Основою золь-гель процесу є перехід дисперсної системи із рідкого колоїдного стану в твердий і включає декілька стадій: приготування золей, конденсація в гель (золь-гель перехід), старіння, сушіння, спікання. Основою золь-гель процесу є метод гідролізу солей і їх наступної конденсації, що визначає структуру, властивості та чистоту кінцевих продуктів.

В роботі досліджено процеси утворення за золь-гель технологією оксидних стекол, які містять в якості склоутворювачів оксиди фосфору та бору. Для отримання золей використовували насичені водні розчини солей літію, натрію та калію, борної кислоти та фосфорну кислоту щільністю 1,69 г/см³. Після зливання розрахованої кількості розчинів їх витримували в атмосферних умовах для старіння, потім сушили при температурі 110-120⁰С, а далі випалювали 20 хвилин при 850-900⁰С. ^. Були отримані тверді композиції різного стану – від прозорого скляного до кристалічного білого. Не вдалося отримати твердий матеріал лише із гелю на основі розчинів KNO₃ та H₃PO₄, який залишився в’язким навіть після випалу.

Деякі прозорі гелі в стадії загущення (до сушки) наносили на металеві пластинки з метою отримання захисного покриття. Після сушки на пластинках утворилась тонка склоподібна плівка, але добру адгезію після випалу показав гель, утворений із розчину Na₂CO₃ та H₃PO₄. Слід відзначити, що при випалі всі покриття спучувались, що може бути пов’язано із залишками води в гелі.

Таким чином можемо зробити висновок про можливість утворення борофосфатних стекол за золь-гель технологією із насичених водних розчинів відповідних солей.

 

ДОСЛІДЖЕННЯ ПО УДОСКОНАЛЕННЮ ВУГЛЕЦЬВМІЩУЮЧИХ ПЛАСТИЧНИХ МАС ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ФУРМ ОБЕЗСІРЧУВАННЯ ЧАВУНУ

Кузнєцова А.І., керівник доц. Москаленко В.Г.

Національна металургійна академія України

Вибір оптимального складу пластичної вуглецьвміщуючої маси для футерування фурм занурення установки десульфурації чавуну ґрунтувався на наступних основних вимогах: висока стійкість до дії розплавленого металу і шлаку, об’ємопостійність чи наявність невеликого росту при температурах служби, а також значна термічна стійкість і міцність. При розробці оптимального складу вуглецьвміщуючої маси для футерування фурм занурення за основу була прийнята пластична вуглецьвміщуюча маса, яка застосовується в теперішній час для футерування льоток доменних печей. Були проведені дослідження по впливу глинистого компоненту, металургійного коксу і формувального піску на основні властивості пластичних мас.

При зменшенні вмісту глинистого компоненту у складі мас зменшується усадка зразків при температурах служби. Але при цьому різко погіршуються пластичність маси і падає міцність. Встановлена можливість заміни металургійного коксу на ококсовані відходи електродного виробництва без зниження експлуатаційної стійкості футеровок. Добавка 10−15% формувального піску забезпечує необхідний для монолітних футеровок ріст. В результаті проведених досліджень встановлено оптимальний склад вуглецьвміщуючої маси, який доцільно використовувати для футеровок фурм занурення.