blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-11-857-862blackmet-1166Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESОГНЕУПОРНЫЕ ШАМОТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ ЛИТЕЙНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВАSHAMOTTE REFRACTORY MATERIALS ON THE BASIS OF TECHNOGENIC RAW MATERIALS FOR LINING OF THERMAL UNITS OF FOUNDRY PRODUCTIONГладкихИ. В.GladkikhI. V.

к.т.н., доцент кафедры «Металлургические технологии и оборудование»,

603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Metallurgical Technology and Equipment”,

Nizhny Novgorod

annagladkih78@mail.ruНижегородский государственный технический университет им. Р. Е. АлексееваРоссияNizhny Novgorod State Technical University named after R.E.  AlexeevRussian Federation2017281120176011857862Copyright © Гладких И.В., 20172017Гладких И.В.Gladkikh I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1166

Представлены результаты исследования возможности использования отходов огнеупорных материалов, шлаков электросталеплавильного производства, отходов вскрышных пород в качестве техногенного сырья для изготовления огнеупорных материалов, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 390-96 «Изделия огнеупорные шамотные и полукислые общего назначения и массового производства». В  качестве вяжущего применялась водная керамическая вяжущая суспензия (ВКВС), полученная механической активацией микрокремнеземистой пыли в щелочной среде с рН  =  11  –  12. В качестве добавки, увеличивающей термостойкость огнеупорных материалов, использовался саморассыпающийся сталеплавильный шлак, характеризующийся повышенным (до 70  %) содержанием силикатов кальция γ-2СаО·SiO2 . В качестве пластифицирующей добавки применялась огнеупорная глина вскрышных пород с показателем пластичности 21  –  29, огнеупорностью 1450 °С. В основу получения огнеупорных материалов на основе техногенного сырья была положена технология керамобетона с «плавающим» каркасом. Полученные материалы подвергались двухступенчатой сушке при температурах 60 – 70 и 120  –  130  °С, обжиг изделий отсутствовал. Исследовано влияние содержания шлака в шихте и гранулометрического состава огнеупорного заполнителя на качественные показатели изделий. Установлено, что увеличение доли шлака в шихте способствует росту термостойкости огнеупоров на 55 – 72 %. В тоже время при содержании шлака более 20 % (по массе) прочность огнеупорных материалов снижается на 20  –  30  %. Гранулометрический состав заполнителя оказывает влияние на прочностные характеристики материала, однако при содержании шлака более 10 % (по массе) это влияние нивелируется. Установлены оптимальные составы шихт и способы формообразования, обеспечивающие получение высококачественных огнеупорных материалов на основе техногенного сырья. Методом сухого прессования получены шамотные огнеупорные изделия марок ШБ (открытая пористость 24 %, прочность на сжатие 25 МПа, огнеупорность 1680  °С). Методом виброуплотнения с использованием глины вскрыши получены огнеупоры, соответствующие марке ШВ (открытая пористость 26  %, прочность на сжатие 18 МПа, огнеупорность 1660 °С). Огнеупорные материалы на основе техногенного сырья могут быть рекомендованы для использования в качестве альтернативных материалов для футеровки различных типов тепловых агрегатов и элементов их конструкций в литейно-металлургическом производстве с максимальной температурой применения 1250 °С.

The article presents the research results of possibility of use of waste refractory materials, slag of electric furnace steelmaking, waste of overburden rocks as technogenic raw materials for the manufacture of refractory materials that meet the requirements of GOST  390-96 «Shamotte and semi-sour refractory products of general purpose and mass production». As a binder aqueous ceramic astringent suspension (ACAS) was used, obtained by mechanical activation of microsilica dust in an alkaline medium with pH  =  11  –  12. As additives that increase the resistance of refractory materials, selfflaking steelmaking slags were used, characterized by high content (70  %) of calcium silicates (γ-2СаО·SiO2 ). As a plasticizing additive, refractory clay of overburden with a plasticity index of 21  –  29 and refractoriness of 1450  °С was used. The production technology of ceramic concrete with a «floating» framework has been the basis for receiving refractories on the basis of technogenic raw materials. The resulting materials were subjected to two stage drying at temperatures of 60  –  70  °C and 120  –  130  °C, the firing was absent. The effect of the slag content in the charge and the granulometric composition of the refractory aggregate on the quality indices of the products were studied. It was established that an increase in the proportion of slag in the charge promotes an increase in the heat resistance of refractories by 55  –  72  %. At the same time it was established that high concentrations of slag (over 20  wt.  %) leads to a decrease in strength of refractory materials by 20  –  30  %. Granulometric composition of the aggregate affects the strength characteristics of the material, however, when the content of slag is 10  wt.  % this effect disappears. The optimal composition of the charge compositions and methods of formation were found, providing the high-quality refractory materials based on technogenic raw materials. By a method of moist pressing, fire-resistant chamotte products of marks SHВ were produced (with refractoriness not less than 1650  °С). By the method of vibrocompaction using clay overburden as the plasticizer, the resulting refractories were received, corresponding to the Marche SWISS (fire resistance not lower than 1630  °С). Refractories based on technogenic raw materials can be recommended for use as alternative materials for lining of various types of heating units and elements of their constructions of foundry and metallurgical production, with a maximum application temperature of 1250  °C.

огнеупорные материалыалюмосиликатные изделиятехногенное сырьеметаллургические шлакиотходытепловые агрегатыrefractory materialssilica-alumina materialstechnogenic raw materialsmetallurgical slagwasteparametershigh temperature unitsReferencesЭнтин В.И. Состояние и перспективы развития производства на огнеупорных предприятиях России // Новые огнеупоры. 2005. № 7. С. 73 – 77.Entin V.I. Status and prospects of refractory enterprises in Russia. Novye ogneupory. 2005, no. 7, pp. 73-77. (In Russ.).Служба огнеупоров: Справ. изд. / Л.М. Аксельрод и др. / Под ред. И.Д. Кащеева, Е.Е. Гришенкова. – М.: Интермет Инжиниринг, 2002. – 656 с.Aksel’rod L.M. etc. Sluzhba ogneuporov: sprav. izd. [Service of refractories]. Kashcheev I.D., Grishenkov E.E. eds. Moscow: Intermet Inzhiniring, 2002, 656 p. (In Russ.).Кащеев И.Д., Стрелов К.К., Мамыкин П.С. Химическая технология огнеупоров. – М.: Интермет Инжиниринг, 2007. – 752 с.Kashcheev I.D., Strelov K.K., Mamykin P.S. Khimicheskaya tekhnologiya ogneuporov [Chemical technology of refractories]. Moscow: Intermet Inzhiniring, 2007, 752 p. (In Russ.).Хорошавин Л.Б. Диалектика огнеупоров. – Екатеринбург: Изд-во Екатеринбургская Ассоциация Малого Бизнеса, 1999. – 359 с.Khoroshavin L.B. Dialektika ogneuporov [Dialectic of refractories]. Ekaterinburg: Izd-vo Ekaterinburgskaya Assotsiatsiya Malogo Biznesa, 1999, 359 p. (In Russ.).Хорошавин Л.Б. Повысить внимание к вторичным огнеупорам // Новые огнеупоры. 2006. № 7. С. 39 – 42.Khoroshavin L.B. How to pay more attention to the secondary refractories. Novye ogneupory. 2006, no. 7, pp. 39-42. (In Russ.).Хорошавин Л.Б., Овчинников И.И., Неволин С.Г., Юмагулов М.Х. Повышение эффективности использования вторичных огнеупоров // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 2. С. 31 – 33.Khoroshavin L.B., Ovchinnikov I.I., Nevolin S.G., Yumagulov  M.Kh. Raising the efficiency of utilization of secondary refractories. Refractories and Industrial Ceramics. 2001, vol. 42, no. 1-2, pp.  80–82.Швыдкий В.С., Ладыгичев М.Г., Швыдкий Д.В. Теоретические основы очистки газов: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение-1, 2001. – 502 с.Shvydkii V.S., Ladygichev M.G., Shvydkii D.V. Teoreticheskie osnovy ochistki gazov: uchebnik dlya vuzov [Theoretical foundations of gas purification: Textbook for universities]. Moscow: Mashinostroenie-1, 2001, 502 p. (In Russ.).Ченцова Л.И. Очистка и переработка промышленных выбросов и отходов: Учеб. пособие для вузов. – Красноярск: СибГТУ, 2012. – 250 с.Chentsova L.I. Ochistka i pererabotka promyshlennykh vybrosov i otkhodov: ucheb. posobie dlya vuzov [Purification and processing of industrial emissions and waste: Manual for universities]. Krasnoyarsk: SibGTU, 2012, 250 p. (In Russ.).Черепанов К.А., Гладких И.В., Черепанова В.К. Комплексная переработка и утилизация твердых дисперсных отходов в металлургии: Учеб. пособие для вузов. – Новокузнецк: СибГИУ, 2001. – 214 с.Cherepanov K.A., Gladkikh I.V., Cherepanova V.K. Kompleksnaya pererabotka i utilizatsiya tverdykh dispersnykh otkhodov v metallurgii: ucheb. posobie dlya vuzov [Integrated processing and disposal of dispersed solid waste in metallurgy: Manual for universities]. Novokuznetsk: SibGIU, 2001, 214 p. (In Russ.).Пивинский Ю.Е. Неформованные огнеупоры. – М.: Теплотехник, 2003. – 448 с.Pivinskii Yu.E. Neformovannye ogneupory [Unshaped refractories]. Moscow: Teplotekhnik, 2003, 448 p. (In Russ.).Пивинский Ю.Е. Кварцевая керамика, искусственные керамические вяжущие (ВКВС) и керамобетоны – история и перспективы развития технологий. Часть 1 // Огнеупоры и техническая керамика. 2009. № 3. С. 8 – 17.Pivinskii Yu.E. Dyakin P.V. Preparation and properties of corundum HCBS and ceramic concretes. Part 1. Mixed HCBS in the system electrocorundum - Very fine quartz glass. Refractories and Industrial Ceramics. 2010, vol. 51, no. 1, pp. 25–31.Пивинский Ю.Е. Кварцевая керамика, искусственные керамические вяжущие (ВКВС) и керамобетоны – история и перспективы развития технологий. Часть 2 // Огнеупоры и техническая керамика. 2009. № 4/5. С. 9 – 18.Pivinskii Yu.E., Dyakin P.V. Preparation and properties of corundum HCBS and ceramic concretes. Part 2. Composition and properties of compacted ceramic concretes. Refractories and Industrial Ceramics. 2010, vol. 51, no. 1, pp. 32–38.Пивинский Ю.Е., Суздальцев Е.И. Кварцевая керамика и огнеупоры. В 2-х томах. Т. I. Теоретические основы и технологические процессы / Под ред. Ю.Е. Пивинского. – М.: Теплоэнергетик, 2008. – 672 с.Pivinskii Yu.E., Suzdal’tsev E.I. Kvartsevaya keramika i ogneupory. V 2 t. T. I. Teoreticheskie osnovy i tekhnologicheskie protsessy [Quartz ceramics and refractories. In 2 vols. Vol. I. Theoretical foundations and technological processes]. Pivinskii Yu.E. ed. Moscow: Teploenergetik, 2008, 672 p. (In Russ.).Пивинский, Ю.Е., Суздальцев Е.И. Кварцевая керамика и огнеупоры. В 2-х томах. Т. II. Материалы, их свойства и области применения // Под ред. Ю. Е. Пивинского. – М.: Теплоэнергетик, 2008. – 464 с.Pivinskii, Yu.E., Suzdal’tsev E.I. Kvartsevaya keramika i ogneupory. V 2 t. T. II. Materialy, ikh svoistva i oblasti primeneniya [Quartz ceramics and refractories. In 2 vols. Vol. II. Materials, their properties and applications]. Pivinskii Yu.E. ed. Moscow: Teploenergetik, 2008, 464 p. (In Russ.).Pivinskii Yu.E. HCBS ceramic concretes in the XXI century – problems and prospects for applying technology in the field of silicate materials science. Part 1 // Refractories and Industrial Ceramics. 2011. Vol. 52. No. 2. P. 107 – 115.Pivinskii Yu.E. HCBS ceramic concretes in the XXI century - problems and prospects for applying technology in the field of silicate materials science. Part 1. Refractories and Industrial Ceramics. 2011, vol. 52, no. 2, pp. 107–115.Гладких И.В., Куимов Д.С. Использование техногенного сырья для получения огнеупорных блоков // Изв. вуз. Черная металлургия. 2006. № 2. С. 63 – 66.Gladkikh I.V., Kuimov D.S. The use of technogenic raw materials for the refractory blocks. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2006, no. 2, pp. 63–66. (In Russ.).Гладких И.В., Волынкина Е.П. Утилизация зольных микросфер Западно-Сибирской ТЭЦ при получении безобжиговых композиционных материалов // Экология и промышленность России. 2009. Февраль. С. 32 – 34.Gladkikh I.V., Volynkina E.P. Utilization of ash microspheres of the West Siberian HCBS in the production of non-combustible composite materials. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii. 2009, February, pp. 32–34. (In Russ.).ФедосеенкоВ.А.ГонтарукЕ.И., ЗатаковойЮ.А.идр.Совершенствование технологии первичной обработки металлургических шлаков, склонных к силикатному распаду // Сталь. 2001. № 12. С. 77 – 80.Fedoseenko V.A., Gontaruk E.I., Zatakovoi Yu.A., Evtushenko  E.I., Rubanov Yu.K. Improvement in technology for initial processing of metallurgical slag. Stal’. 2001, no. 12, pp. 77–80. (In Russ.).Pivinskii Yu.E., Rozhkov E.V. Ceramic castables – final stage in the evolution of low-cement refractory castables. Part 3 // Refractories and Industrial Ceramics. 2003. Vol. 44. No. 3. P. 134 – 140.Pivinskii Yu.E., Rozhkov E.V. Ceramic castables - final stage in the evolution of low-cement refractory castables. Part 3. Refractories and Industrial Ceramics. 2003, vol. 44, no. 3, pp. 134–140.Пивинский Ю.Е. Керамические и огнеупорные материалы: Избр. тр. Т. 2. – СПб.: Стройиздат СПб., 2003. – 668 с.Pivinskii Yu.E. Keramicheskie i ogneupornye materialy: izbr. tr. T. 2 [Ceramic and refractory materials. Vol. 2]. St. Petersburg: Stroiizdat SPb, 2003, 668 p. (In Russ.).Пивинский Ю.Е. Реология дисперсных систем, ВКВС и керамобетоны. Элементы нанотехнологий в силикатном материаловедении: Избр. тр. Т. 3. – СПб.: Политехника, 2012. – 682 с.Pivinskii Yu.E. Reologiya dispersnykh sistem, VKVS i keramobetony. Elementy nanotekhnologii v silikatnom materialovedenii: izbr. tr. T. 3 [Rheology of disperse systems, HCBS and ceramic concretes. Elements of nanotechnology in silicate materials science. Vol. 3]. St. Petersburg: Politekhnika, 2012, 682 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.