Копеева К.К.

Инновационный Евразийский университет, Казахстан

Новые возможности использования метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для получения формованных огнеупоров

В настоящее время алюмосиликатные и магнезиальные огнеупоры завозятся в Казахстан из России, Украины, Китая, Австрии и других стран по высокой цене. Для обеспечения республики импортозамещающей огнеупорной продукцией, необходимо создавать собственную огнеупорную промышленность, способную обеспечить внутренний и мировой рынок конкурентоспособной продукцией.

Анализ научно-исследовательских работ ученых, а также исследователей-практиков показывает, что традиционная технология получения огнеупоров не только не обеспечивает высокого качества огнеупорных кирпичей и растворов, но и вызывает преждевременное разрушение стойкости футеровки высокотемпературных узлов металлургических агрегатов, тем самым отрицательно влияет на качество производимой продукции цветной и черной металлургии. В связи с этим весьма актуальной проблемой является разработка, создание и особенно, организация технологии по производству неформованных и формованных огнеупорных материалов, способных выдерживать значительные силовые и тепловые нагрузки в условиях высоких температур, обеспечивающих максимальную стойкость футеровки металлургических агрегатов. В этом плане промышленность нуждается в новых эффективных разработках - нетрадиционных технологиях.

До настоящего времени исследования огнеупорных материалов заключались в эмпирическом поиске только путем эмпирических исследований, что объясняется отсутствием научно-теоретической базы. Поэтому назрела необходимость в разработке научно обоснованных подходов к решению данной проблемы, которые позволили бы выявить закономерности образования неформованных и формованных огнеупоров, что в свою очередь даст ценную информацию для эффективного управления сложными физико-химическими и технологическими процессами получения новых марок огнеупоров.

Экспериментальное определение термодинамических и термохимических характеристик, в частности теплот образования огнеупорных материалов методом высокотемпературной калориметрии (в интервале от 298 до 1500 К), позволило, с одной стороны, прогнозировать физико-химические и технологические свойства исходных компонентой и конечных продуктов; с другой стороны, получить их энергетический тепловой баланс и тем самым установить зависимость между термодинамическими свойствами огнеупорного материала и его составом. Оригинальность данной технологии заключается в синтезе огнеупорных материалов с заданными физико-химическими, фазовыми, структурными и другими характеристиками, не ограничивающими стехиометрически состав в самых различных комбинациях. Следовательно, исчезла необходимость проведения трудоемкого эксперимента, значительно экономятся время и вложенные средства [1].

Современная концепция развития огнеупорной промышленности заключается в переходе на производство ресурсосберегающих огнеупоров нового поколения, изготовленных по СВС-технологии и отличающихся повышенной экологической безопасностью и износоустойчивостью, а также обеспечивающих повышения качества конечной продукции. Целесообразность создания огнеупоров нового поколения обусловлена возрастающими требованиями потребителей, а также необходимостью улучшения условий службы огнеупоров и снижения энергетических затрат при их изготовлении [2]. Разработка технологии изготовления огнеупоров на основе СВС - технологии решает эту задачу.

Огнеупорные изделия (как формованные, так и неформованные), изготовленные методом СВС, превосходят по качеству изделия печного синтеза вследствие воздействия высокой температуры, полноты реакций и интенсивной самоочистки в процессе горения. Этим методом получают различные порошки, пасты, мертели, нагреватели с высокой термостойкостью, прокатные валики, торкрет-массы и огнеупоры. При этом процесс наиболее целесообразен при использовании экзотермических связок.

Наиболее доступными металлами для экзотермических магнезиальных смесей являются алюминий, магний, кремний, титан, поскольку они обладают высокой теплотворной способностью.

Разрабатываемая авторами СВС-технология производства огнеупоров по сравнению с традиционными методами имеет следующие преимущества:

- существенное сокращение температуры обжига изделий;

- резкое сокращение затрат времени на производство изделий;

- высококачественное формирование структуры и состава изделий вследствие высокой температуры самих металлотермических процессов (до 2400°С). При этой температуре резко ускоряется синтез соединений; существенное повышение качества огнеупорных изделий вследствие формирования связующей части изделий при высокой температуре;

- технология является экологически чистой;

- организация производства огнеупоров по предлагаемой технологии не требует значительных капитальных затрат и может быть организована на существующем оборудовании любого огнеупорного завода.

В основу СВС-технологии огнеупоров положены твердофазные окислительно-восстановительные реакции в режиме горения между восстановителями-металлами (алюминий, магний) и окислителями-оксидами, солями кислородсодержащих кислот, смешанными оксидами. Горение в системе осуществляется в режиме СВС. Впервые возможность использования СВС для получения огнеупорных изделий была показана в работах А.Г.Мержанова, М.Д.Нерсесяна, И.В.Боровинской [3, 4]. Дальнейшее развитие получило в работах Г.И. Ксандопуло, М.Б. Исмаилова и сотрудников Института проблем горения [5, 6].

В отличие от обычной металлотермии, в которой целевым продуктом является восстановленный металл, в СВС-процессе целевым продуктом являются все продукты горения в совокупности. Если в металлотермии реакция доводится до плавления продуктов с целью фазоразделения, то в СВС-технологии получения огнеупоров плавление и фазоразделение нежелательны. Это достигается регулированием тепловыделения и скорости горения надлежащим подбором соотношения восстановителя, окислителя и наполнителя в экзотермической смеси.

Литература

1. Новые огнеупорные СВС-материалы и их применение: Монография / Б.Н.Сатбаев, А.Нухулы, А.К.Свидерский, О.А.Нуркенов, А.И Филосин. - Павлодар: ПГПИ, 2008. – 3-5с.

2. Рябов А.И.., Примаченко В.В., Мартынснко В.В., Питак Н.В. Состояние и основные задачи по созданию современных огнеупоров для металлургической промышленности. // Металлург. и горнорудн. промышленность. 1998. №2. С69-71.

3. А.с. СССР. №1144338. Способ получения огнеупорных покрытий. / Нерсесян М.Д., Мержанов А.Г., Боровинская И.П. 1984.

4. А.с. СССР. №1187410. Способ получения огнеупорных покрытий. / Нерсесян М.Д., Мержанов А.Г., Боровинская И.П. и др. 1985.

5. А.с. СССР. №1369211.Способ получения огнеупорных изделий. / Исмаилов М.Б., Сатбаев Б.Н. и др. ДСП. 1987. С 04 В 35/02.

6. А.с. СССР. №1725543. Раствор для кладки огнеупорных изделий. / Ксандопуло Г.И., Исмаилов М.Б. и др. 1991.