Новые тенденции рынка изостатически прессуемых огнеупоров для непрерывной разливки стали
Алексей Смирнов, завкафедрой “Металлургия стали” ДонНТУ, проф, д.т.н.
Новые тенденции рынка изостатически прессуемых огнеупоров для непрерывной разливки стали
Эффективность технологического процесса непрерывной разливки стали во многом зависит от стабильности его протекания во времени. Известно, что один цикл (серия) работы машины непрерывной разливки стали (МНЛЗ) может составить от 10-12 плавок до нескольких сотен. При этом немаловажное значение в обеспечении стабильности процесса литья имеет операция дозирования истечения стали и ее защита от вторичного окисления на участке от сталеразливочного ковша до кристаллизатора МНЛЗ. Фактически именно процесс непрерывной разливки стали способствовал созданию целого направления в производстве огнеупоров (защитная труба, стопор-моноблок, стакан-дозатор, погружной стакан и т.п.), базирующегося на весьма специфическом технологическом процессе – холодном изостатическом прессовании корундографитовых материалов, сущность которого сводится к прессованию материала в жидкой среде. При этом рабочая среда нагнетается в герметизированную камеру прессования компрессорами и создает давление свыше одной тысячи атмосфер. Для гидростатического прессования необходимо использование защитных оболочек из каучука или другого подходящего материала (эластика), изолирующего заготовку от жидкости (минерального масла, спиртоглицериновой смеси и пр.).
Достоинствами метода изостатического прессования являются равномерность распределения давления и плотности в заготовке за счет всестороннего (изостатического) сжатия; отсутствие потерь на трение и необходимости в пластификаторах; отсутствие коробления при спекании; произвольные соотношения высоты и поперечного сечения заготовок и т.п.
Изостатические изделия для непрерывной разливки стали в процессе эксплуатации подвергаются термическим ударам, механическому разрушению за счет контакта с потоками жидкой стали и химической эрозии за счет воздействия стали и шлака.
В настоящее время для обеспечения процессов непрерывной разливки стали в мире используется примерно 160-170 тыс.т защитных труб, стопоров-моноблоков, стаканов-дозаторов и погружных стаканов различной конструкции. При этом примерная цена изделий может быть определена из условия 3,5-5,5 ЕUR/кг изделия в зависимости от качества продукции и входящих в ее состав материалов. Высокая цена на такие изделия определяется, прежде всего, тем фактом, что для их производства используется высококачественный корунд и природный чешуйчатый графит.
Данный графит (имеет содержание углерода на уровне 85-99%) производят и экспортируют КНР, Германия, Норвегия, Бразилия, Мадагаскар, Зимбабве. Важным условием, с точки зрения выбора поставщика графита, является его чистота, а также размеры чешуек (хлопьев) – рекомендуется фракция менее 0,5 мм (фракция менее 0,09 мм не рекомендуется в большом объеме).
Основной статьей с точки зрения затрат на производство изостатических огнеупоров является технология их изготовления, включающая применение дорогостоящих изостатических прессов, имеющих ограниченную производительность.
СТРАТЕГИИ ИГРОКОВ РЫНКА
В мире насчитывается свыше 40 фирм, производящих изостатически прессуемые огнеупоры для непрерывной разливки. Большинство из них входит в состав больших транснациональных огнеупорных компаний и групп, что позволяет им развивать стратегию комплексной поставки огнеупоров для МНЛЗ. Как правило, фирмы-производители ориентированы на определенный региональный рынок и только некоторые из них имеют стратегию тотального продвижения на мировые рынки.
Основными производителями изостатических огнеупоров для непрерывной разливки в мире являются:
• Vesuvius (США), активно работающая во многих странах мира;
• Staverma (Германия), работающая во многих странах Европы, в Южной Америке, Южной Африке, некоторых странах Азии;
• RHI Refractories (Австрия), работающая в ряде стран мира;
• Foseco Steel (Великобритания), ориентирующаяся на рынок Европы и некоторых стран Азии;
• корпорация CCPI Ltd (США), работающая на рынках Северной и Южной Америки;
• японские фирмы TYK и Shinagava, отдающие предпочтение работе в странах Юго-Восточной Азии;
• индийские компании IFGL Refractories Ltd, Tata Refractories Group и Vishva Vishal Engineering Group, работающие преимущественно в странах бассейна Индийского океана;
• Chosun Refractories (Ю. Корея), работающая в странах Юго-Восточной Азии;
• Henan Xibao Metallurgy Materials Group Co., Ltd., Mayerton Ltd., Shandong Zhonggi Refractories Co., Ltd., Wuxi Krosaki Sujia Refractories Co., Ltd. и Puyang Refractories Co. Ltd. (Все – Китай);
• ОАО “Боровичский комбинат огнеупоров” и ОАО “Динур” (Россия) и пр.
Среди компаний, работающих в странах СНГ, наибольшую долю рынка занимают фирмы Vesuvius и Staverma. Продукция этих компаний в большей или меньшей степени представлена на большинстве заводов России и Украины. Между тем стратегии работы на наших рынках у этих фирм существенным образом различаются.
Vesuvius представляет собой гигантскую корпорацию по производству и развитию современных концепций огнеупорных изделий для металлургии. Основной чертой этой фирмы является стратегия проникновения на рынки всего мира, что собственно отличает многие американские и транснациональные корпорации. Между тем Vesuvius имеет свои заводы для производства огнеупоров в различных странах мира, что позволяет ей приблизить производителей к потребителям, сокращая расходы на транспорт и заработную плату. Применительно к изостатическим огнеупорам компания имеет совершенно очевидную стратегию регионального размещения заводов по их производству. Поэтому наряду с заводом по производству изостатических огнеупоров в Шотландии (основной производитель в Европе), фирма располагает своими производствами в Польше, Бразилии, Пакистане, Индии и пр. При этом дочерние
производства не всегда располагают всем необходимым технологическим инжинирингом в части производства и особенно подготовки соответствующих композиций огнеупорных материалов. То есть для сохранения ноу-хау фирма частично или полностью исключает из технологического процесса подготовку материала для прессования, поставляя его уже в готовом виде со своего основного завода. При этом наполнительная часть материала может вполне подготавливаться на базе домашнего сырья. Следует отметить, что очень часто изделия, произведенные на дочерних заводах, существенно уступают в качестве базовой продукции, что следует объяснять более низкой квалификацией персонала, кондициями оборудования и т.п. Другой характерной чертой поведения Vesuvius на рынке изостатических огнеупоров является стремление патентования отдельных решений в конструкции огнеупоров. В случае проникновения на определенный рынок это становится затем заградительным барьером для конкурентов.
Staverma ориентируется исключительно на производство изостатических огнеупорных изделий для непрерывной разливки стали. Все производство фирмы расположено в Германии близ Дуйсбурга. Стратегией фирмы является обеспечение высокой надежности работы предлагаемой продукции, что, вероятно, обусловливает отсутствие филиалов фирмы в других странах. Располагая колоссальным практическим опытом в производстве изделий различной конструкции, компания стремится разрабатывать изделия под “конкретного” клиента, что, безусловно, обеспечивает максимальную эффективность продукции. В течение более 50 лет развития технологических процессов непрерывной разливки стали Staverma не раз являлась пионером в реализации новых технических решений применительно к изостатическим огнеупорным материалам и изделиям. Так, среди пионерских решений фирмы было создание погружных стаканов с усиливающим шлаковым поясом, разработка новых конструкций погружных стаканов для тонкослябовых МНЛЗ и т.п. Потребителями продукции компании являются все ведущие производители стали в Европе, Южной Америке, на Ближнем Востоке, в Южной Африке и т.п. В СССР огнеупоры фирмы впервые были поставлены еще в 1976г. (Новолипецкий МК), а в Украине – в 1991г. (МК “Азовсталь”). В СНГ в настоящее время огнеупоры Staverma применяются на Череповецком, Новолипецком, Оскольском, Днепровском, ММК им. Ильича, “Азовсталь”, Орско-Халиловском металлургических комбинатах и др.
RHI Refractories является крупной транснациональной компанией, имеющей широкую программу производства огнеупорных изделий для металлургии, химической, стекловаренной и пр. видов промышленности. Заводы компании расположены во многих странах мира. Стратегией фирмы в области непрерывной разливки стали является стремление обеспечивать комплексные решения по огнеупорам для промковша, включающие в себя применение исключительно огнеупоров собственного производства и дизайна. Вместе с тем в части производства изостатических огнеупоров фирма располагает только одним небольшим заводом в Шотландии (г. Тор). Нельзя не отметить тот факт, что при слиянии фирм Radex, Veitscher и Didier, происшедшем несколько лет назад, был оставлен только один участок по производству изостатических огнеупоров. В настоящее время проникновение изостатических огнеупоров RHI Refractories на рынки стран СНГ представляется крайне незначительным, что, видимо, следует связывать с качеством огнеупоров, а также их высокой ценой.
Foseco Steel является крупной транснациональной компанией в области производства огнеупоров для многих отраслей промышленности, в том числе и для разливки стали. Между тем максимальное внимание фирма уделяет огнеупорным изделиям для литейной промышленности. В части изостатических огнеупоров производство фирмы, расположенное в Англии, ориентировано на рынки Великобритании, Германии, Франции и некоторых других стран ЕС, США, Юго-Восточной Азии, Южной Африки. Изостатические огнеупоры Foseco Steel обычно представляются под торговой маркой Deltek. На рынке СНГ изостатические огнеупоры этой фирмы представлены достаточно мало (известно, например, периодическое использование стопоров-моноблоков на МК “Северсталь”).
Среди других компаний, представляющих свою продукцию для непрерывной разливки на рынках СНГ, следует выделить японскую компанию Shinagava. Судя по имеющимся данным, фирма производит широкий спектр огнеупорных изделий для металлургической промышленности и, в том числе, для непрерывной разливки стали. Положительный опыт применения изостатических погружных стаканов Shinagava имеется у Оскольского электрометаллургического комбината. Однако нельзя не отметить, что в силу специфики разливки стали на ОЭМК (наличие шиберных затворов на промковшах) длительность разливки ограничена, что не позволяет судить о реальной стойкости изделий в полной мере.
Более агрессивно на рынке Украины и России ведут себя китайские компании по производству изостатических огнеупорных изделий. Их проникновение на рынки осуществляется как под оригинальными торговыми марками, так и с помощью торговых посредников, работающих на рынке СНГ. В этом случае идентификация происхождения продукции представляется крайне затруднительной. Вместе с тем следует отметить, что качество изостатических огнеупоров китайского (и индийского) происхождения представляется весьма средним. По сути, эта продукция реально не может конкурировать с ведущими европейскими производителями по качеству, но практически всегда она имеет более низкую цену (как правило, на 30-40%). Так, достаточно серьезную активность в России и Украине проявляет компания Dalmond, чье производство изостатических материалов расположено в КНР. Компания поставляет весь спектр огнеупоров для металлургии, и изостатические изделия представляют достаточно незначительную долю в общем бизнесе.
Тем не менее, в ближайшие годы следует ожидать определенного повышения качества огнеупоров, изготавливаемых в Китае и Индии, в силу общего прогресса в области производства промышленной керамики и переноса части промышленных производств из Европы в регион Юго-Восточной Азии.
В последние годы в России уделяется большое внимание производству отечественных изостатических огнеупоров. В конце 2005г. в эксплуатацию был запущен новый цех на ОАО “Динур”, который соответствует всем современным представлениям о технике и технологии производства изостатических изделий для непрерывной разливки. В цеху используется лицензированная технология, закупленная у швейцарской фирмы Fresema, которая не является производителем изостатических огнеупоров и разработчиком технологий производства. Однако руководитель фирмы долгое время работал на фирме Staverma (Германия). Это позволяет предположить, что базовая часть технологического инжиниринга фирмы Fresema основывается на аналогичном производстве фирмы Staverma. В настоящее время показатели стойкости изостатических огнеупоров ОАО “Динур”, используемых на ряде металлургических заводов России, достигли достаточно высоких значений, что позволяет им конкурировать с продукцией китайского происхождения как по качеству, так и по цене.
Примерно таких же показателей достигли еще одни производители изостатических огнеупоров ОАО “Боровичский огнеупорный комбинат”. При этом следует отметить, что на этом предприятии большое внимание уделяется не только развитию технологии производства, но и индивидуальной разработке дизайна изделий “под заказчика”. Основным конкурентным преимуществом этого комбината является низкая цена изделий и удобное географическое положение.
ПРИМЕНЕНИЕ ОГНЕУПОРОВ В ПРОЦЕССЕ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ
Защитная труба устанавливается в процессе разливки стали между сталеразливочным и промежуточными ковшами и предназначена для защиты стали от вторичного окисления на этом на участке движения.
Конструкция и геометрическая форма защитной трубы может существенно изменяться в зависимости от условий разливки и требований заказчика. Износ защитных труб происходит, как правило, в зоне, контактирующей с теплоизолирующей смесью, расположенной на зеркале металла в промковше, или в зоне нижнего (погружаемого в металл) торца.
В зависимости от химического состава покровной теплоизолирующей смеси и условий разливки стойкость защитной трубы может составлять до 4-6 плавок, а при соответствующем усилении в зоне шлакового пояса (например, керамикой на основе диоксида циркония) эксплуатационная стойкость может достигать 7-8 плавок и более.
На практике соединение между коллектором шиберного затвора и защитной трубой не является герметичным, что обусловливает возможность проникновения воздуха во внутреннюю полость защитной трубы за счет эффекта Вентури. Для предотвращения подсоса воздуха встык между коллектором шиберного затвора и защитной трубой рекомендуется подача аргона в ее внутреннюю полость для компенсации отрицательного давления. При этом аргон инжектируется через специальное огнеупорное кольцо, впрессованное в тело стыковочной части защитной трубы. Альтернативным вариантом защиты стыка от проникновения воздуха является создание “аргонового” барьера посредством специального приспособления, расположенного в виде распределительного кольца непосредственно над стыком. Последнее решение представляется более предпочтительным при многократном использовании защитной трубы вследствие некоторого износа ее внутренней стыковочной поверхности в процессе эксплуатации.
Стопор-моноблок является составляющей функциональной частью промковша МНЛЗ, обеспечивающей дозированную подачу стали в кристаллизаторы, перекрытие канала стакана-дозатора в случае технологической необходимости, подачу аргона в струю стали и пр.
Изменение расхода вытекающего металла обеспечивается посредством перемещения стопора-моноблока в вертикальном направлении с помощью подъемного механизма, расположенного со стороны внешней поверхности промковша.
На первый взгляд, принцип работы стопора и стопорного механизма достаточно прост. Однако на практике керамический стопор должен надежно функционировать в течение 10-25 часов, постоянно находясь в агрессивной среде и подвергаясь действию различного рода механических нагрузок, что обусловливает повышенные требования к прочности и эксплуатационной стойкости керамического материала стопора.
Точный расчет геометрии головки стопора-моноблока является крайне важным с точки зрения стабильности дозирования металла в течение длительного времени. Особенно это становится актуальным при использовании автоматических систем поддержания уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ.
Основные виды нагрузок, действию которых подвергается стопор, можно сгруппировать следующим образом:
• термические напряжения, связанные с термоударом в момент начала разливки (заполнение промковша жидкой сталью) и неравномерностью нагрева той части стопора, которая погружена в сталь, и частью стопора, расположенной над жидкой ванной;
• изгибающие нагрузки, связанные с действием выталкивающей силы при погружении сопора в жидкую сталь, а также возникающие при закрывании отверстия стакана-дозатора стопором (при условии отклонения оси стопора от вертикали);
• эрозионный износ стопора в зоне шлакового пояса, вызывающий уменьшение площади его поперечного сечения и снижающий общую прочность цилиндрической части;
• виброударные нагрузки, связанные с некоторым вибрированием стопора в процессе разливки стали, что обусловлено условиями истечения металла через отверстие стакана-дозатора;
• нагрузки, связанные с изменением давления газа во внутренней полости стопора вследствие неравномерной (или прекращения) подачи аргона, инжектируемого в сталь.
В настоящее время наибольшее распространение получила схема крепления стопора-моноблока с исполнительной штангой посредством впрессовываемой в тело стопора гайки. При этом гайка может быть как металлической (патент фирмы Vesuvius), так и керамической. Использование такого способа крепления стопора с применением металлической гайки, на наш взгляд, ослабляет прочность керамического материала и может приводить к преждевременному выходу стопора из строя. Однако при этом существенно упрощается схема сборки стопора перед эксплуатацией.
Более консервативной схемой крепления стопора к исполнительной штанге является крепление его керамической гайкой, посаженной на специальный раствор. При этом обеспечивается некоторое демпфирование возникающих нагрузок за счет пластичности связующего раствора. Фактически благодаря связующему раствору происходит “разгрузка” внутреннего напряженного состояния стопора, что обеспечивает его повышенный эксплуатационный ресурс. Между тем такая конструкция требует значительно больше затрат ручного труда при сборке стопора непосредственно при подготовке промковшей.
Важной особенностью стопоров-моноблоков является наличие технологической возможности вдувания аргона в струю металла в процессе разливки. На многих заводах мира вдувание аргона через стопор-моноблок используется в качестве технологического приема, обеспечивающего стабилизацию процессов истечения металла из промковша в кристаллизатор, уменьшение эффекта зарастания (“клоггинга”) оксидами алюминия внутренней полости стакана-дозатора и погружного стакана вследствие их флотации, а также управление глубиной проникновения струи стали в жидкой ванне кристаллизатора. Для инжектирования аргона в головке стопора предусматривается либо сквозное отверстие диаметром 5-7 мм, либо устанавливается газопроницаемая пробка. Фактически газопроницаемая пробка, выполняемая из материала с высоким содержанием Al2O3, способствует созданию избыточного давления во внутренней полости стопора и это предотвращает подсос воздуха (эффект Вентури) через не вполне герметичную сборку. Газопроницаемая пробка также служит как бы защитным элементом, предотвращающим проникновение жидкого металла во внутреннюю полость стопора в случае несанкционированного прекращения подачи аргона. Кроме того, при использовании такой пробки удается обеспечить инжекцию в виде мелких пузырьков аргона.
В целом же наиболее уязвимым местом, с точки зрения разрушения изделия, на практике является головка стопора-моноблока, подвергающаяся механическому износу и эрозии вследствие химических реакций. При этом химическое разрушение огнеупора во многом зависит от химического состава стали и повышается при десульфурации стали и ее глубоком раскислении. Поэтому на практике головка стопора выполняется из более прочного материала либо на основе смеси оксида магния и графита на углеродной связке, либо на основе смеси оксида алюминия и графита с добавками диоксида циркония на углеродной связке. Оба эти материала вполне совместимы с материалом основного тела стопора и поэтому прессуются совместно.
Таким образом, современное изделие “стопор-моноблок” представляет собой высокотехнологическое керамическое изделие, состоящее из нескольких совместно изостатически спрессованных композиционных смесей, что собственно предполагает высокую совместимость свойств этих смесей в процессе прессования и эксплуатации.
Стакан-дозатор, устанавливаемый в днище промковша, обеспечивает истечение стали, а совместно со стопором-моноблоком – дозирование расхода стали. Стойкость стакана-дозатора, полученного методом изостатического прессования, определяется общей прочностью материала, препятствующей его разрушению в процессе разливки, локальным разрушением стакана-дозатора в зоне его контакта с головкой стопора, скалыванием материала в месте контакта с погружным стаканом и скоростью зарастания его внутренней полости неметаллическими и шлаковыми включениями. Кроме того, при частой замене погружного стакана может происходить частичное разрушение (скалывание) нижней части стакана-дозатора, которая может быть выполнена как плоской (при стыковке “конус в конус”), так и сферической (при стыковке “сфера в сферу”). В этом случае происходит свободный подсос воздуха во внутреннюю полость погружного стакана, что значительно повышает интенсивность вторичного окисления струи стали и разрушает материал изделия.
Для условий длительной разливки целесообразно верхнюю часть стакана-дозатора выполнять из более прочного материала (того же, что и головка стопора). Уменьшение скорости зарастания внутренней полости стакана-дозатора может быть достигнуто использованием специального керамического “антиклоггингового” покрытия, принцип действия которого заключается в связывании оксидов алюминия, оседающих на поверхности стакана-дозатора, в легкоплавкие соединения. Установлено, что это покрытие в 2-3 раза повышает длительность работы погружного стакана без промываний кислородом. Вместе с тем скорость зарастания стакана-дозатора в не малой степени зависит от развития процессов вторичного окисления стали, что предопределяет целесообразность проведения мероприятий по защите стали от взаимодействия с кислородом воздуха на участке “сталеразливочный ковш – промковш”. Погружной стакан является важнейшим функциональным элементом, обеспечивающим подвод струи под уровень металла в кристаллизатор, способствуя рациональной организации движения конвективных потоков в жидкой ванне, а также защиту стали от вторичного окисления на участке “промковш – кристаллизатор”. Для повышения эффективности защиты стали от вторичного окисления на практике используются погружные стаканы, совмещенные со стаканом-дозатором в единое изделие и устанавливаемые непосредственно в промковше.
Невзирая на достаточно очевидные технологические преимущества таких погружных стаканов, следует отметить, что подготовка их к эксплуатации (точная установка в промковше с привязкой к оси кристаллизатора, подогрев изделия перед началом разливки) требует дополнительных усилий и затрат.
На практике различают сквозные и глуходонные погружные стаканы, имеющие два боковых отверстия для слябовых МНЛЗ и четыре – для блюмовых. Наиболее высокую эксплуатационную стойкость обеспечивают изостатически прессованные корундогра-фитовые погружные стаканы, ус иленные специальным цирконовым поясом в зоне контакта со шлакообразующей смесью, что при определенных технологических мероприятиях может обеспечить длительность их работы на уровне, соответствующем длительности эксплуатации футеровки промковша и стопора-моноблока (12-15 плавок).
В промышленных условиях вывод из эксплуатации корундографитовых погружных стаканов очень часто обусловливается зарастанием их внутренней полости включениями глинозема, что препятствует нормальному течению стали из промковша в кристаллизатор. Явление формирования отложений на внутренней поверхности погружного стакана происходит в течение всего цикла эксплуатации. При этом основным источником такого рода отложений, вероятно, является дополнительное загрязнение металла неметаллическими включениями за счет вторичного окисления стали при ее движении от сталеразливочного ковша в кристаллизатор, а также эрозии огнеупорных и вспомогательных материалов, с которыми сталь вступает в контакт в ходе технологических переливов. Существенное увеличение срока службы стакана-дозатора и погружного стакана может быть достигнуто в случае использования изделий со специальным (так называемым “антиклоггинговым”) покрытием внутренней полости, которое препятствует осаждению оксидов алюминия. При этом уменьшение скорости зарастания достигается, например, за счет образования легкоплавких соединений при взаимодействии оксидов алюминия с материалом покрытия либо за счет предварительного удаления углерода с поверхности контакта со сталью. Длительность эксплуатации погружного стакана в этом случае может быть увеличена как минимум в 1,4-2,5 раза при прочих равных условиях в зависимости от марки разливаемой стали.
В последние 12-15 лет, прежде всего, усилиями фирм Vesuvius и Interstop (Швейцария) широко пропагандируется идея применения системы быстрой замены погружных стаканов для слябовых МНЛЗ. Такая замена достигается с помощью специального приспособления, устанавливаемого под днищем промковша и обеспечивающего быстрое перемещение погружных стаканов (нового и старого) вдоль плоскости скольжения. Замена погружного стакана осуществляется в течение 1-1,5 секунд, что не нарушает нормального течения процесса разливки (практически не изменяется положение головки стопора, не прекращается работа системы автоматического контроля уровня металла в кристаллизаторе и т.п.). На первый взгляд, такие системы обеспечивают повышение выхода годного (за счет исключения потерь металла при замене погружного стакана по традиционной схеме) при некотором упрощении процесса монтажа и демонтажа изделий в процессе разливки.
Вместе с тем стакан-дозатор и погружной стакан для такой системы оказываются, по меньшей мере, в 1,5-2 раза дороже в силу усложнения технологии их изготовления и увеличения массы изделий. Поэтому в случае интенсивного зарастания внутренней полости стакана-дозатора и погружного стакана неметаллическими включениями (например, при разливке сталей с повышенным содержанием алюминия) удельные затраты на огнеупоры возрастают, поскольку при зарастании стакана-дозатора необходимо останавливать процесс литья (промывка внутренней полости стакана-дозатора кислородом в этом случае технически невозможна). Дополнительно необходимо отметить, что на эти огнеупорные изделия фирмы-разработчики имеют соответствующие европейские патенты, что позволяет им монополизировать рынок огнеупоров, создавая непреодолимые барьеры для конкурентов. При этом цена на огнеупорные изделия оказывается крайне высокой.
В настоящее время изостатически прессуемые огнеупоры для непрерывной разливки стали имеют устойчивый рынок, а требования к их качеству непрерывно возрастают. Практически все изделия этого класса представляют собой высокотехнологичные продукты, в которых совмещено несколько различных композиционных смесей, спрессованных одновременно, что позволяет обеспечить максимально высокие эксплуатационные свойства и учитывать индивидуальные особенности потребителей.
Украина не располагает своим промышленным производством изостатических огнеупоров (до последнего времени), поэтому они уже в течение полутора десятка лет импортируются из Европы и стран из Юго-Восточной Азии. В отличие от Украины, в России большое внимание уделяется производству изостатических огнеупоров. Фактически в настоящее время Россия располагает двумя современными цехами для производства изостатических огнеупоров на ОАО “Боровичский огнеупорный комбинат” и ОАО “Динур”, что полностью перекрывает потребность в такого класса огнеупорах не только России, но и ее соседей. Следовательно, отечественным металлургам в ближайшее время следует ожидать агрессивной экспансии изостатически прессуемых огнеупоров из России и КНР, поскольку их цена значительно ниже, чем западноевропейских производителей.
Учитывая наращивание объемов разливки стали на МНЛЗ, представляется целесообразным создание в Украине высокотехнологичного производства изостатических огнеупоров для непрерывной разливки стали, ориентирующегося на домашний рынок, а также рынок стран Восточной Европы. При проектировании такого производства необходимо учитывать современные тенденции в развитии изостатически прессуемых изделий высокого качества, поскольку так называемое “среднее” качество будет плохо конкурировать с импортными изделиями, к которым уже давно привыкли отечественные металлурги.
ПРОЦЕСС ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ФОРМОВАНИЯ
Процесс изостатического формования включает:
• вакуумирование пресс-формы до давления <0,01 МПа для растягивания оболочки и ее плотного прилегания к внутренней поверхности перфорированной матрицы;
• засыпку шихты при одновременной вибрации в течение 30-35 секунд с частотой 50-60 Гц и амплитудой колебания 0,5-0,8 мм;
• вакуумирование в течение 5-8 минут до остаточного давления <0,015 МПа одновременно с вибрацией и небольшим пригрузом;
• извлечение пресс-формы из вакуум-камеры и помещение ее в контейнер гидростата;
• заполнение контейнера жидкостью, приложение давления на каучуковую оболочку и гидропригруз до значения, равного 100 МПа, и выдержку в течение 30-40 секунд;
• извлечение пресс-формы из контейнера, сушку ее сжатым воздухом, разборку формы и съем прессованного изделия. Сформированное изделие после обработки отверстия сушат в “мягком” режиме с температурой теплоносителя 80-95°С. Высушенное изделие подвергают механической обработке, которая обусловлена неточностью размеров получаемых за готовок и шероховатостью их поверхности. Затем изделия подвергают
глазурированию для защиты графита от выгорания при обжиге в туннельной печи при температуре 1200-1350°С.
Термическая обработка является весьма энергоемким и дорогостоящим этапом производства изостатически прессуемых огнеупоров.
Контроль качества изостатических изделий обычно выполняется в специальной рентгеновской камере, где осуществляется “просвечивание” изделия на предмет наличия в нем внутренних трещин.
Производство изостатических изделий требует применения высокотехнологичного и дорогостоящего оборудования. Например, запущенный в конце 2005г. новый цех по производству изостатических огнеупоров в ОАО “Динур” (Россия) оснащен следующим основным технологическим оборудованием:
• дозирование и смешение масс – оборудование фирмы Kramecz Ltd;
• прессование – гидравлический пресс фирмы EPSI (Бельгия);
• обжиг и глазурирование – печи фирмы Horn Thermoprocess Machinery (Германия);
• рентгеновский контроль – установка CE Inspection Technologies (Германия);
• технология производства – лицензия фирмы Fresema (Швейцария). Достоинствами метода изостатического прессования являются равномерность распределения давления и плотности в заготовке за счет всестороннего (изостатического) сжатия; отсутствие потерь на трение и необходимости в пластификаторах; отсутствие коробления при спекании; произвольные соотношения высоты и поперечного сечения заготовок и т.п.
|
Наиболее широко используемые композиционные материалы для производства
и изостатически прессуемых огнеупоров
|
|||||||
|
Химический анализ, %
|
Защитная
труба
|
Стопор-моноблок
|
Стакан-дозатор
|
Погружной
стакан
|
|||
|
|
|
Стержень
|
Головка
|
Головка
|
|
Тело
|
Шлаковый
пояс
|
|
Al2O3
|
55-65
|
65-75
|
93-95
|
—
|
72-75
|
72-75
|
—
|
|
SiO2
|
10-16
|
10-15
|
0,5-1
|
12-15
|
6-9
|
6-9
|
4-5
|
|
MgO
|
—
|
—
|
0,3-0,5
|
70-80
|
0,3-0,5
|
—
|
—
|
|
ZrO2
|
—
|
0-2
|
0,3-1
|
—
|
—
|
—
|
75-85
|
|
С
|
16-30
|
18-25
|
2-3
|
10-15
|
15-17
|
15-17
|
8-14
|
|
Плотность, г/cм3
|
2,5-2,7
|
2,5-2,7
|
2,7-2,9
|
2,5-2,6
|
2,5-2,7
|
2,5-2,7
|
3,6-3,7
|
|
Открытая пористость, %
|
15-19
|
15-19
|
14-18
|
15-18
|
15-19
|
15-19
|
14-16
|
|
Источник: буклеты ведущих зарубежных фирм.
|
|||||||