Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

В ряде стран (Германия, США, Япония) были проведены исследования по применению местного кварцитного сырья с целью отказа от получения футеровочных масс по импорту и поставке своей продукции другим странам, в том числе и Российской Федерации. В Германии были проведены исследования немецкого кварцита месторождения Гросскорбетта. Кварцит применяли с добавкой борной кислоты или глины. Введением добавки исследователи стремились обеспечить достаточное спекание рабочего слоя футеровки тигля без существенного снижения его огнеупорности [ 1 ] В исследовании [2] для плавки бескремнистого чугуна тигель вместимостью 8 т печи промышленной частоты футеруют кварцитной массой фракции от 0.до 3.0 мм. Перед использованием кварцитный порошок сушат при 140-1500С в течение 10 ч. После сушки его смешивают с борной кислотой, вводя 1.9% ее для нижней и средней части тигля, 2.4% - для верхней. При определении количества спекающей добавки в крупнозернистой и мелкозернистой части футеровочной массы было установлено, что оно составило 0.3 и 1.5 мас. % соответственно. Однако зависимость стойкости футеровки от содержания количества связующего не была установлена. В литературных и практических разработках отсутствуют в достаточной степени данные, показывающие зависимость основных технических свойств (износоустойчивости) футеровки от состава огнеупорной массы. Методика исследования Зерновой состав футеровочных масс был подобран в соответствии с рекомендациями И.С.Кайнарского. Футеровочную массу для прессования готовили влажным способом. Смешивание производили на бегунах лабораторного типа модели 018 в течение 5 мин, прессование образцов выполняли на гидравлическом прессе ПГ-100. Образцы обжигали в печах с силлитовыми нагревателями в атмосфере воздуха при 1000, 1200, 1350 и 14500С с 2- и 4­ часовой выдержкой примаксимальной температуре, температуру измеряли платино-платинородиевой термопарой. Фазовые и структурные соотношения изучали с помощью микроскопа МИН- 8 . Определяли в образцах футеровочных масс после обжига и эксплуатации содержание кварца, кристобалита и тридимита. Сравнение и расчет содержания отдельных фаз проводили в сопоставлении с эталонными образцами кварца, кристобалита и тридимита. Рентгенограммы снимали на дифрактометре ДРОН-3М при Cu-, Ku-излучении. В качестве внутреннего эталона использовали алюминий. Определение дополнительного расширения образцов производили на приборе ДУ - 6 при непрерывном наблюдении за показаниями прибора. На основании полученных данных корректировали температуру обжига футеровки и количество связующей добавки. Количество связующего было установлено в пределах 1.0-1.5 мас. % для футеровочной массы пода и стен тигля, 2.1-2.4 мас. %для верхней части печи (первоуральский кварцит). Нами опытным путем было выбрано количество спекающей добавки к первоуральскому, карельскому и шведскому кварцитам [3]. Шведский кварцит применялся в качестве эталонного образца для сравнительного исследования свойств получаемой футеровки. Образцы футеровки из различных кварцитов пропитывали металлом и шлаком в лабораторных условиях с целью установки оптимального количества спекающей добавки к кварциту различного зернового состава. Футеровочной массе из первоуральского кварцита с величиной зерна от 0 до 2.0 мм оптимальным следует считать содержание борной кислоты - от 2.0 до 2.5%, а для состава с величиной зерна от 0 до 4.0 мм - 1.0-1.5% связующего. Взаимодействие образцов с металлом и шлаком проводили при обжиге образцов при температуре 1350, 1400 и 14500С с изотермической выдержкой в течение 2 ч. В результате исследования было установлено, что, начиная с приведенного выше количества связующего, зона пропитки металлом и шлаком образцов, приготовленных из исследуемых футеровочных масс, заметно снижалась. Необходимо отметить, что в кварцитные массы, приготовленные из кварцитов других месторождений, потребуется, очевидно, вводить другое количество связующего вследствие различия в составе примесей, что подтверждается результатами исследования, приведенного в работах [2, 4]. В результате лабораторных исследований и многолетнего (c 1970 г.) практического использования первоуральского кварцита в футеровке индукционных тигельных печей различной вместимости и выплавке чугуна и сплавов на медной основе на заводе «Тяжбуммаш» (г.Петрозаводск) нами было установлено, что износоустойчивость футеровочных материалов зависит прежде всего от качества сырья, технологии их приготовления, выполнения технологического процесса футеровки, сушки, обжига и эксплуатации футеровки тигля, своевременного и качественного выполнения промежуточных ремонтов футеровки и соблюдения температурного режима плавки. Рациональный зерновой и вещественный состав футеровочной массы, наряду с выше приведенными факторами, определяют не только стойкость футеровки тигля, но и способствуют повышению производительности, улучшению экономичности работы печи и качества выплавляемого металла. При лабораторных исследованиях футеровочной массы из первоуральского кварцита нами было установлено, что 1 - 2 % добавки борной кислоты обеспечивают спекание кварцитной массы, что согласуется с результатами ранее проведенных исследований [5]. При проведении испытания футеровочных масс из первоуральского и шведского кварцита с добавкой 1 % борной кислоты были получены следующие результаты соответственно: огнеупорность 1750 и 17600С; плотность 2.517 и 2.455 г/см3; кажущаяся плотность 1.85 и 1.88 г/см3; открытая пористость 22.21 и 21.82 %; предел прочности при сжатии 14.5 и 22.3 МПа; линейный рост (14500С, 2 ч) 1.25 и 1.1%; температура деформации под нагрузкой 0.2 МПа (начало размягчения) 1470 и 14600С; 4%-го сжатия 1520 и 15300С; 40%-го сжатия1560 и 15700С. 533