Хорошая научная база позволяет ОАО «УкрНИИ огнеупоров им. А.С. Бережного» не просто хорошо знать мировые тенденции, но и воплощать это знание в разработку наиболее востребованной рынком продукци.

НАУКА И РЫНОК

НАУКА И РЫНОК

Объем мирового рынка огнеупоров оценивается в 15 млрд. EUR и имеет тенденцию к росту. Вместе с тем снижается удельный расход изделий в службе на тонну продукции, что связано с технологическим прогрессом.

Обратим при этом внимание, что, несмотря на широкое распространение стандартов ISO 9001 и 14001, требования к огнеупорам в основном согласовываются изготовителем и потребителем, а не стандартизованы, как в других отраслях промышленности (речь не идет о странах СНГ, где стандарты на технические требования к огнеупорным изделиям до сих пор широко распространены).

Использование чистых сырьевых материалов уже исчерпало свои возможности по улучшению качества огнеупоров, а дальнейшее повышение их чистоты не приведет к существенному технологическому прогрессу, поэтому усилия должны быть направлены на развитие материалов, специально разработанных под конкретного потребителя. Такое развитие должно осуществляться за счет улучшения других свойств сырья, например, повышения дисперсности, что позволит улучшить качество изделий в целом. Исследование механизмов разрушения и износа огнеупоров, в частности, коррозии, также стимулирует развитие огнеупоров нового поколения. С помощью современных технологий можно выполнить моделирование процессов службы, термохимические и микромеханические расчеты.

Также необходимо сосредоточить усилия на оптимизации конструкций футеровок, их нагрева, технологических процессов у потребителя и повторного использования отходов. Все это позволит улучшить использование огнеупоров, включая улучшение качества продукции и производительности агрегатов у потребителя.

Неформованный упор

Актуальные направления развития огнеупоров в мире можно обстоятельно проследить по использованию новых видов изделий для металлургии в Японии. Так, несмотря на то, что объем производства стали в этой стране в последние годы существенно не меняется (находясь в пределах 100 млн.т), количество потребляемых в металлургии огнеупоров здесь в 2002г. по сравнению с 1990г. сократилось на 31%. Это снижение отмечается в основном по формованным изделиям – их потребление за указанные годы уменьшилось вдвое (619 тыс.т в 1990г. и 310 тыс.т в 2002г.). Из общего количества огнеупоров на долю неформованных приходится около 65%.

По огнеупорам для доменных печей отмечено, что для футеровки шлаковой зоны желобов в Японии широко применяются бетоны (разновидность неформованных огнеупоров) с высоким содержанием SiC, для зоны металла разработаны корундошпинелькарборундоуглеродистые бетоны. В качестве высокостойких леточных масс широко применяются массы с высоким содержанием нитрида кремния. Ковши для транспортировки чугуна обычно футеруются корундокарборундоуглеродистым огнеупором. Для открытых зон футеровки ковшей, которые находятся на воздухе, используются высокоглиноземистые формованные огнеупоры или бетон.

Средняя стойкость футеровок для конвертеров достигает в настоящее время 4000 разливок. Вместе с тем отмечено, что на некоторых конвертерах достигнуты стабильные показатели в 8000-9000 разливок, что связано с использованием более качественных огнеупоров, улучшением технологий ремонта и эксплуатации конвертеров.

Сегодня большинство металлургических заводов Японии на сталеразливочных ковшах используют бетонную футеровку. Так, в 80-х годах была разработана и широко использовалась футеровка с применением корундошпинельных бетонов, а в середине 90-х годах разработаны корундомагнезиальные бетоны, использование которых позволило значительно повысить стойкость футеровки. Детальное изучение фазообразования при синтезе шпинели дало возможность оптимизировать термическое расширение бетонов и, как следствие, получить более плотную их структуру. Применение корундомагнезиальных бетонов и проведение ремонтов с помощью торкретирования позволило повысить стойкость футеровок примерно в 4-5 раз по сравнению с восьмидесятыми годами. Для футеровки шлакового пояса сталеразливочных ковшей обычно используются периклазоуглеродистые огнеупоры. В последние годы японские специалисты разработали новые виды подобной продукции. Скажем, для плавки сталей с малым количеством углерода разработаны изделия со сверхнизким (ниже 3%) содержанием углерода, причем без ухудшения остальных служебных свойств. Предложены также периклазоуглеродистые огнеупоры с низкой (на 30% ниже, чем у обычных огнеупоров с тем же содержанием углерода) теплопроводностью, что позволило сократить теплопотери через футеровку шлакового пояса. Для улучшения условий труда разработан новый вид периклазоуглеродистых огнеупоров, в которых практически отсутствует выделение токсичных веществ.

Футеровка промежуточных ковшей прошла эволюцию от применения кремнеземистых изделий, алюмосиликатных бетонов, высокоглиноземистых и корундоуглеродистых огнеупоров – до комбинированной футеровки: корундоуглеродистые бетоны в зоне металла и периклазоуглеродистые изделия в шлаковой зоне. Иными словами, футеровка промежуточных ковшей стала подобной футеровке сталеразливочных ковшей. Такая конструкция в последние десять лет признана оптимальной.

В Японии широко распространены плиты для бесстопорной разливки стали корундоуглеродистого состава. Стойкость плит повышалась за счет улучшения качества огнеупоров, а также разработки оптимальной конструкции плит и затворов в целом, в частности, использования компактных и ромбических плит. Последние также позволили снизить расход огнеупоров. Разработана технология ремонта разрушенного отверстия плит – как за счет использования бетона, так и специальных кольцевых вставок.

По трубам защиты металла от окисления за последние десять лет получено наибольшее увеличение стойкости, которая достигла 30-40 плавок. Такое увеличение достигнуто как за счет совершенствования используемых материалов (разработка нового бескремниевого материала, применение низкоуглеродистых огнеупоров во внутреннем слое и усовершенствованного антиокислительного покрытия на внешней части), так и условий эксплуатации.

Одной из важных проблем, стоящих сегодня перед металлургами, является зарастание во время эксплуатации погружных стаканов. В Японии данная проблема решается за счет совершенствования как конструкции стаканов, так и применяемых материалов. В настоящее время в качестве покрытия внутренней поверхности, предотвращающей зарастание, широко применяются безуглеродистые покрытия, использование которых привело к значительному снижению масштаба наростов.

На собственных мощностЯх

В огнеупорной промышленности Украины наблюдаются те же тенденции, что и в мировой практике: растет производство новых современных огнеупоров и снижается выпуск шамотных и других изделий. Так, в стране организовано промышленное производство периклазоуглеродистых огнеупоров, безобжиговых и обожженных фурм для продувки металла в ковшах, низкоцементных бетонов алюмосиликатного, корундового и корундокарбидкремниевого составов, увеличивается выпуск карбидкремниевых изделий, производятся новые высокоэффективные легковесные огнеупорные материалы. Все это говорит о том, что в Украине научно-практические разработки в области огнеупоров находятся на мировом уровне. Свидетельство высокого уровня научных разработок – многолетнее участие отечественных докладчиков в работе самого авторитетного в Европе огнеупорного форума – международного коллоквиума по огнеупорам, ежегодно проходящего в Аахене (Германия), а также – в крупнейшем в мире всемирном конгрессе по огнеупорам UNITECR, каждые два года проходящем поочередно в странах Европы, Америки, Азии. Так, на конгрессе UNITECR-2003, состоявшемся в г. Осака (Япония), из всех стран СНГ доклады были озвучены только представителями Украины.

Конечно же, нет ни малейшего смысла утверждать, что в подотрасли все идеально, что нет проблем и т.д. Немало сложностей с модернизацией технологических линий, сырьевым обеспечением, финансированием, но есть немало подтверждений тому, что огнеупорные предприятия действительно предпринимают немало усилий для того, чтобы даже в самых сложных условиях развиваться, выходить на совершенно новый качественный уровень работы, несмотря на огромное количество препятствий.

В этом смысле отрадно, что институту удалось в полной мере сохранить свои позиции как ведущей отраслевой научно-исследовательской организации огнеупорной промышленности, а это в условиях “постперестроечного” кризиса было очень даже непросто. И сегодня, поддерживая достойный уровень отечественной профильной науки и стремясь наиболее полно и точно удовлетворить динамично развивающиеся запросы потребителей, мы ведем разработки сразу по целому ряду направлений, используя для этого собственные производственные мощности, что с учетом большого опыта разработки новых изделий позволяет выпускать уникальную, наукоемкую, конкурентоспособную на мировом рынке продукцию, не изготавливаемую другими производителями Украины и стран СНГ, и обеспечивает стабильное финансовое положение института в условиях рыночной экономики.

Так, отметим, к примеру, что в УкрНИИО разработаны такие пользующиеся большим спросом огнеупоры для металлургии, как муллитокорундовые бетонные смеси для футеровки фурменных приборов и клапанов горячего дутья. Сейчас данные изделия успешно применяются на МК “Азовсталь”, что, по отзывам специалистов комбината, позволило значительно повысить стойкость футеровки, снизить потери тепла в окружающую среду. Усовершенствована технология производства корундокарбидкремниевой низкоцементной желобной бетонной массы, которая по результатам лабораторных испытаний на шлако- и металлоустойчивость не уступает лучшим мировым аналогам, а также бесканцерогенной леточной массы. Желобная и леточная массы будут испытаны на украинских метзаводах в ближайшее время. Разработана технология изготовления и организовано производство корундокарбидкремниевой бетонной массы для футеровки рабочего слоя стен ферросплавных ковшей. Проведенные в конвертерном цехе “Азовстали” испытания показали повышение стойкости их футеровки от 20-35 наливов при использовании муллитокорундовых огнеупоров до 120 и более наливов при использовании разработанной новой массы.

Для сталеплавильного производства разработаны, изготовлены и успешно применяются на предприятиях Украины обжиговые изделия и бетонные массы.

Для футеровки сталеразливочных и промежуточных ковшей в институте созданы технологии и освоено производство низкоцементных бетонных масс шамотного, муллитокремнеземистого, муллитокорундового, корундового и корундошпинельного составов. Эти массы также успешно применяются на ряде отечественных метпредприятий.

Разработаны также конструкции и технологии обжиговых муллитокорундовых щелевых пробок для продувки стали инертными газами в сталеразливочных ковшах, освоено производство пробок высотой 300, 350, 380, 450 мм. При этом цельные пробки высотой 300 мм уже довольно широко применяются в 90-тонных ковшах, а пробки новой составной конструкции высотой 450 и 380 мм – в 120-тонных ковшах.

Под новые агрегаты

Не секрет, что в связи с вводом в эксплуатацию современных металлургических агрегатов у отечественных металлопроизводителей возникла потребность в соответствующих высококачественных огнеупорах. Ранее в Украине подобные изделия не выпускались, что спровоцировало серьезный дефицит предложения, чем, конечно же, с удовольствием пользуются зарубежные поставщики, уже много лет работающие с такой продукцией. Но ведь возможности для разработки и производства высокотехнологичных изделий есть и в Украине. Поэтому мы уже давно ведем работу над подобными огнеупорами – к примеру, для машин непрерывного литья заготовок, заодно предотвращая монополизацию рынка импортерами. Тем более, “импортное” – это не обязательно значит “наилучшего качества”, в чем нередко убеждаются и металлурги. Так, недавно на одном из метпредприятий возникла необходимость замены зарубежных стаканов-дозаторов, применяемых в промковшах при разливке стали в кристаллизаторы малых сечений, на отечественные. Стремясь удовлетворить данную потребность, мы провели нужные исследования, разработали технологию и организовали выпуск составных стаканов-дозаторов с дозатором из диоксида циркония, стабилизированного оксидом кальция и безобжиговым муллитокорундовым основанием. И сегодня изделия уже успешно применяются на ряде метзаводов, по свидетельству заказчиков, не уступая по свойствам мировым аналогам. Так, при разливке углеродистой и марганцовистой марок стали на стаканах-дозаторах было обеспечено 17 плавок методом “плавка на плавку”.

Разработана УкрНИИО и технология, а также выпущена опытная партия таких современных огнеупоров, как периклазоизвестковоуглеродистые. При этом, что немаловажно, предусмотрено использование украинского сырья. Проведены первые промышленные испытания изделий в шлаковом поясе стальковша установки “печь-ковш” завода “Днепроспецсталь”, которые будут продолжены.

Для теплоизоляции тепловых агрегатов, работающих как в окислительной, так и в восстановительных средах, созданы принципиально новые виды легковесных изделий гексаалюминаткальциевого и анортитового составов с температурой службы, соответственно, 1600 0С и 1300 0С, характеризующиеся существенно более низкой теплопроводностью за счет создания микропористой структуры, освоено их производство. Теплопроводность их намного ниже теплопроводности традиционных легковесных изделий и сравнима по значениям с изолирующими качествами волокнистых материалов. Анортитовые огнеупоры уже нашли широкое применение в промышленности – в качестве теплоизоляции при производстве аммиака, в печах отжига металлических заготовок в среде эндогаза взамен промышленного муллитокремнеземистого легковеса. Применение нового гексаалюминаткальциевого легковеса взамен корундового легковеса позволило повысить эффективность работы печи подготовки газа в высокотемпературном газостате.

Наконец, проведены исследования, разработана и освоена технология производства методом вибролитья муллитокорундовых и корундошпинельных тиглей для плавки жаропрочных сплавов. Напомним, муллитокорундовые и корундошпинельные тигли применяются рядом предприятий Украины для плавки никельсодержащих и других жаропрочных сплавов в индукционных печах как при вакуумных, так и при открытых плавках. И тигли корундопериклазового состава уже успешно прошли промышленные испытания при плавке хром- и никельсодержащих сплавов.

Для плавки же металлов платиновой группы разработана технология и освоено производство тиглей из диоксида циркония, стабилизированного оксидом кальция и, как вариант, иттрия. Такие тигли изготавливаются методами вибролитья и прессования в широком диапазоне размеров и различных конфигураций. Изделия выдерживают 36 и более (до 45) плавок, находясь на уровне зарубежных аналогов. о Тигли поставлены ряду потребителей Украины, России и Беларуси и успешно применяются при плавке металлов платиновой группы и их сплавов.

По оценкам независимых экспертов, большая часть описанной продукции – оригинальные разработки, вполне конкурентоспособные не только на отечественном, но и на мировом рынке, что лишний раз подтверждает: украинские огнеупорщики могут разрабатывать и продвигать самую современную продукцию, следуя за динамично развивающимся спросом.

Владимир Примаченко, д.т.н., председатель правления – директор ОАО “УкрНИИ огнеупоров им. А.С. Бережного”,

Что такое Украинский НИИ огнеупоров им. А.С. Бережного?

Украинский научно-исследовательский институт огнеупоров основан в 1927г.В начале 90-х годов прошлого столетия схема работы института была реорганизована таким образом, что наряду с созданием технологий по своим собственным разработкам на опытном производстве институт выпускает уникальные наукоемкие, конкурентоспособные на мировом рынке огнеупоры для различных отраслей промышленности.В мае 1995г. институт приватизирован и преобразован в ОАО, которому в 1998г. присвоено имя выдающегося ученого, бывшего директора института, академика Национальной академии наук Украины А.С. Бережного.По результатам аттестации научных организаций металлургической отрасли Министерством промышленной политики Украины в октябре 2002г. институт имеет наиболее высокий рейтинг среди институтов металлургической промышленности.