Последние новости
   Главная arrow Статьи arrow Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении arrow Разработка технологии и улучшение экологических показателей производства изделий из "КОМСИЛИТ-СТС"
Ознакомиться
 

Декабрь 2016:  Выполнены работы по замене футеровки нагревательной камеры печи и 2-х подов термических печей...

Замена футеровки нагревательной камеры печи

 

Ноябрь 2016:  Строительно-монтажный участок компании приступил к мобилизации Объекта и обустройству бытового городка на Объекте "Строительство испытательного стенда"...

Мобилизация Объекта "Строительство испытательного стенда"

 

Сентябрь 2016: Выполнены и сданы под сушку работы по футеровке реакторов и регенераторов установки производства изобутилена ...

Торкретирование промышленных аппаратов
 

Июль 2016:  Выполнены работы по усилению несущих металлоконструкций административно-бытового корпуса на Объекте в МО... ...

Изготовление и монтаж несущих металлоконструкций административно-бытового корпуса
 

Июнь 2016: Выполнены работы по ремонту футеровки КУ Г-420...

Ремонт футеровки КУ Г-420

 

Май 2016:  Специалисты нашего СМУ приступили к активной фазе работ по футеровке аппаратов новой установки дегидрирования изобутана (фотоотчет)...

Строительство новой установки дегидрирования изобутана

Подробнее...
 

Апрель 2016:  Выполнены работы по остановочным ремонтам футеровки тепловых агрегатов...

Остановочный ремонт футеровки печи плавки алюминия

 

Подробнее...
 

Март 2016:  Выполнен ремонт футеровки мусоросжигательного котла ...

Ремонт футеровки мусоросжигательного котла

 

Февраль 2016:  Капитальный ремонт (полная замена) футеровки двух 12-ти тонных миксеров выдержки алюминиевых сплавов...

Капитальный ремонт футеровки миксеров выдержки алюминиевых сплавов

 

Январь 2016:  Начаты работы по укрупнительной сборке и монтажу дымовой трубы Н=40м с внутренней термокислотоупорной футеровкой ...

Проектирование и строительство металлической дымовой трубы с внутренней футеровкой

 

Декабрь 2015:  Ремонт кирпичной дымовой трубы Н=59м с установкой внутреннего газоотводящего ствола...

Ремонт кирпичной дымовой трубы Н=59м с установкой внутреннего газоотводящего ствола

Подробнее...
 

Ноябрь 2015:  Ремонт сборной ж/б дымовой трубы Н=60м от стекловаренной печи с демонтажем/монтажом элементов...

Ремонт сборной железобетонной дымовой трубы Н=60м   

Подробнее...
 
Ознакомиться
Подробнее...
 
Разработка технологии и улучшение экологических показателей производства изделий из "КОМСИЛИТ-СТС"
 

И.А. Жадан, Ю.М. Кочнов, Б.Х. Хан, П.Р. Киселев

МИСиС, ЗАО «Союзтеплострой Инжиниринг», РХТУ им. Д.И. Менделеева Москва

 

Разработка технологии и улучшение экологических показателей производства жаростойкого плавленолитого материала «КОМСИЛИТ СТС» для тепловых агрегатов цветной металлургии.

 

   Необходимость интенсификации технологических процессов цветной металлургии, создание и внедрение нового оборудования предъявляют дополнительные требования к огнеупорным материалам и изделиям на их основе, используемым в тепловых агрегатах данной отрасли. Эта проблема неразрывно связана с надежностью и долговечностью работы аппаратов и установок, с их эффективностью и экономичностью. Успешная эксплуатация технологических агрегатов во многом определяется пирохимической стойкостью огнеупорных материалов, а иногда является основным фактором, влияющим на срок их службы, как это, например, имеет место в магниевом производстве и алюминиевой промышленности.

   Специфические условия работы: повышенная температура, агрессивные (жидкая и газовая) среды, скорости движения расплавов и газов, высокие значения электрического тока, значительные термические и механические нагрузки, создают определенные трудности при разработке конструкций футеровки и отдельных технологических узлов из предлагаемых отечественным и даже западным рынком огнеупорной продукции материалов, а также усложняет процесс эксплуатации тепловых агрегатов, что напрямую влияет на качество и себестоимость готовой продукции предприятий цветной металлургии.   

   Основными требованиями, предъявляемыми к современным материалам конструкций футеровки тепловых агрегатов плавильного и литейного производства цветной металлургии, являются - повышенная стойкость к расплавам, высокая термостойкость, устойчивость к «тепловым ударам» и одним из наиболее значимых - технология производства, позволяющая изготавливать готовые к монтажу изделия или даже отдельные узлы агрегатов. В качестве примера таких изделий могут служить выпускные и раздаточные лотки, диафрагмы электролизеров и другие конструктивные элементы, напрямую взаимодействующие с расплавом.

   В настоящее время на большинстве отечественных предприятий до сих пор находят широкое применение в качестве футеровки традиционные шамотные, высокоглиноземистые огнеупоры и бетоны алюмосиликатных составов, пирохимическая стойкость которых не удовлетворяет современным эксплуатационным требованиям производства и рынка готовой продукции. К основным недостаткам этих традиционных материалов следует отнести значительную пористость, достигающую 25-30%, относительно низкую термостойкость и обусловленную этим низкую стойкость к расплавам. Указанные недостатки в эксплуатационной стойкости агрегатов, возможно снизить за счет применения современных керамических и плавленолитых материалов импортного производства (в основном США и Западная Европа), благодаря их оптимальной плотности достигается достаточно высокая прочность и эрозионная стойкость.

   Несмотря на застой в развитии отечественной научно-производственной базы огнеупорных материалов 90-х годов прошлого столетия, в настоящий момент, по мнению авторов, происходит существенный рост как научно-исследовательской, так и производственной составляющей огнеупорной промышленности, да и промышленной теплотехники в целом. И все это происходит на фоне значительного роста выплавки первичной продукции цветной металлургии, создания крупных российских компаний, с каждым годом все активнее занимающих лидирующие положения в мировой металлургической промышленности. Учитывая все вышеуказанные аспекты, не трудно предположить, что на данный момент отечественная цветная металлургия испытывает острую нехватку в качественных огнеупорных материалах для конкурирования на отечественном и международном рынках, но эта нехватка и удовлетворение потребностей должны быть подкреплены и экономической целесообразностью. Несмотря на все преимущества импортных материалов, в настоящий момент только крупные отечественные предприятия могут позволить себе их применение, что связано не только с высокой конечной стоимостью, но и с большими затратами на эксплуатацию тепловых агрегатов с применением данных материалов.

   Единственным выводом из вступления к настоящей статье, может являться только увеличение работ с привлечением всего научно-технического потенциала страны, связанных с разработкой современных материалов, отвечающим всем требованиям предприятий цветной металлургии.           

   Литые слюдокристаллические материалы из оксифторидных расплавов занимают особое место среди плавленолитых оксидных и силикатных материалов, таких как корундовые, бадделеито - корундовые огнеупоры или базальтовое и шлаковое литье. Сочетание в этих материалах высокой термостойкости, жаростойкости, хороших физико-механических и электротехнических свойств, коррозиеустойчивости в расплавах цветных металлов и некоторых солей позволяет применять их в качестве футеровок в различных тепловых агрегатах цветной металлургии. Благодаря хорошим литейным свойствам и высокой кристаллизационной способности, из расплава синтетической слюды на основе фторфлогопита можно получать разнообразные изделия классическими методами литейной технологии. Поэтому плавленолитые изделия из слюдокристаллического материала в практике их производства и применения получили название «фторфлогопитовое каменное литье».

   Технология производства этого вида каменного литья была разработана в Институте проблем литья АН УССР/современное название - Физико-технологический институт металлов и сплавов Национальной Академии Наук Украины/ на основе работ, выполненных в Институте проблем материаловедения АН УССР по синтезу фторслюд в 60-х годах прошлого столетия. [1,2]

   В 1970-1980 г.г. в опытном производстве ИПЛ АН УССР и на Усть-Каменогорском титано-магниевом комбинате Минцветмета Казахской ССР был организован опытно-промышленный выпуск различных изделий из фторфлогопитового литья (Рис.1), который осуществляется и в настоящее время.[3,4]

 

Пример изображения

 

 

 

Рис.1 Элемент фторфлогопитовой футеровки магниевого электролизера УКТМК                      

 

 

 

   На территории Российской Федерации производство фторфлогопитового литья организовано не было, хотя потребность в ряде изделий из этого материала имеется. Накопленный опыт применения фторфлогопитового литья в различных условиях эксплуатации, главным образом в цветной металлургии и литейном производстве цветных металлов и сплавов, показывает техническую и экономическую целесообразность использования этого материала взамен традиционных огнеупоров и показывает возможность успешного конкурирования с импортными материалами.

   Фторфлогопитовое литье получают из оксифторидных расплавов, в состав которых входят окиси магния, алюминия, кремния, калия и фтор. Расчет состава расплава производят с целью формирования кристаллического материала, главной минералообразующей фазой которого является синтетическая слюда - калиевый фторфлогопит, соответствующий формуле [KMg (AlSiO₁₀)F]. Поэтому фторфлогопитовое литье классическим методом получают из смешанной шихты, в состав которой входят кремнефтористый калий, окись магния, глинозем и кварцевый песок. Основой шихты при этом является кремнефтористый калий (KSi F), который вносит две главных составляющих слюды - калий и фтор, и дополнительно содержит кремний. Этот главный компонент шихты является дефицитным веществом, которое в производственных масштабах в промышленности не востребовано, и может быть изготовлено только по специальному заказу одним из химических комбинатов России.

   В настоящее время актуальнейшей задачей, наряду с задачей улучшения технологических характеристик огнеупорных материалов, является разработка экологически чистых технологий их производства и эксплуатации. В перечень вариантов решения данной задачи входят - подбор компонентов и технологий для производства материалов, отвечающих требованиям защиты окружающей среды, а также снижение выделения вредных веществ на каждом этапе технологического процесса производства, путем применения современного производственного оборудования и разработки методов очистки технологических газов.

   Комплексный подход к решению этих задач позволил ЗАО «Союзтеплострой» совместно с ведущими институтами своей отрасли разработать технологию получения и изготовить образцы плавленолитого слюдокристаллического материала «КОМСИЛИТ СТС» (товарный знак ЗАО «Союзтеплострой»). При синтезе нового материала была проведена серьезная научно-исследовательская работа по подбору шихтовых компонентов, без применения кремнефтористого калия, и разработана новая технология производства, отвечающая современным требованиям по охране окружающей среды.

   Плавленолитой жаростойкий слюдокристаллический материал состоит из кристаллических образований различной морфологии, сцементированных фторидно-силикатным стеклом. В промежутках между различными конструкциями минеральных образований, представленных кристаллами синтетической слюды - фторфлогопитом, располагаются мельчайшие кристаллы магниевых и алюминиевых силикатов и комбинации этих частиц с фторидами. Такое своеобразное строение этого материала позволяет его отнести к композиционным и назвать «КОМСИЛИТ СТС». Основным достоинством этого материала является комплекс ценных физико-химических свойств: высокое электросопротивление, жаростойкость, термостойкость, а также химическая стойкость в расплавах цветных металлов (алюминия, магния, цинка и других) и расплавах хлористых и фторидных соединений.

   Все это позволяет применять изделия из этого материала, получаемые методами литейной технологии в виде разнообразных плит, труб, фасонных отливок для агрегатов и аппаратов получения и обработки сплавов магния, алюминия, хлорирования титана и других металлов (Рис.2,3). При этом обеспечивается надежность работы и долговечность технологического оборудования (литейного, плавильного), повышается эффективность его эксплуатации и улучшаются экономические показатели производства в целом.

 

 

Пример изображения

 

Пример изображения

Рис.2 Литейный стакан для алюминиевой

промышленности из «КОМСИЛИТ СТС»

Рис.3 Графитовые и металлические литейные формы

 

   Особо следует отметить, что расплавы цветных металлов не взаимодействуют с литьевой поверхностью «КОМСИЛИТ СТС», которая практически не смачивается расплавами и не пропитывается ими. Эта поверхность механически легко очищается от прилипающих продуктов окисления, что позволяет ликвидировать так называемый «пристеночный эффект» в раздаточных устройствах и желобах, которые участвуют в литейной технологии. Благодаря хорошей пирохимической стойкости материал «КОМСИЛИТ СТС» целесообразно использовать в качестве жаростойких изделий при температуре до 1200°С не только как футеровочный, но и в качестве конструкционного материала.[5]

   Двумя основными направлениями проведения комплекса реализованных исследовательских и экспериментальных работ явились:

  • 1. Синтез плавленно-литого слюдокристаллического материала без применения кремнефтористого калия с использованием недефицитных компонентов шихты, для снижения себестоимости готового изделия;
  • 2. Разработка новой технологии получения фторфлогопитового материала, отвечающего современным экологическим требованиям.

   Возможность синтеза фторфлогопитового материала на начальной стадии исследований осуществляли, используя химически чистые компоненты, но впоследствии перешли на применение технического сырья, так как определили, что примеси, содержащиеся в нем, не оказывают существенного влияния на процесс формирования синтетической слюды. В частности, применение металлургического магнезита, содержащего примеси железа, кальция и других элементов не затрудняет образования основной минеральной фазы - калиевого фторфлогопита.[6]

   По указанным направлениям ЗАО «Союзтеплострой» удалось добиться определенных успехов:

  • 1. В результате проведения работ по замене шихты был найден оптимальный состав, компоненты которого отвечают экологическим и экономическим требованиям производства.
  • 1.1.Замена кремнефтористого калия на иной фторсодержащий компонент с соответствующим изменением соотношения остальных составляющих шихты не решали актуальной задачи: снижения стоимости шихты, улучшения условий ее приготовления и плавления в электродуговой печи. Поэтому было решено опробовать возможность использования в качестве алюмосодержащей составляющей - огнеупорной глины (каолина), содержащей также кремний, который необходим для синтеза слюдокристаллического материала. Применение глины в качестве основного компонента шихты взамен глинозема и частично кварцевого песка явилось экономически, технологически и экологически выгодным, так как исключает применение дорогостоящего глинозема и создает возможность использования вяжущей способности глины для окускования пылевидных компонентов шихты при добавлении влаги. Полученную в результате применения глины пластичную массу можно измельчить и затем прокалить, образуя твердый "черепок" (Рис.4). Это создает благоприятные экологические условия технологии производства, исключающие пылевыделение вредных веществ, что на практике позволило существенно снизить выбросы фторидов при производстве изделий из «КОМСИЛИТ СТС».

 

Пример изображения

 

 

 

Рис.4 Подготовка шихты перед плавкой

 

  • 2. Разработанная технология, описанная ниже, дала возможность улучшения экологических показателей на каждом технологическом этапе от подготовки шихты (п.1.1.) до плавки. В результате анализа и подбора технологического оборудования был разработан проект опытно-промышленной линии по производству «КОМСИЛИТ СТС», имеющей в своем составе систему аспирации плавильного агрегата, увлажнения шихты и переработки отходов производства.

Пример изображения

 

   В 2007г. на производственной базе ЗАО «Союзтеплострой Инжиниринг» в г.Старый Оскол был создан опытно-экспериментальный участок. В настоящее время смонтированы плавильная и термические печи, шихтоприготовительное оборудование и осуществлены пробные плавки (Рис.5). В результате были получены литые образцы (Рис.6) для испытания их в реальных условиях эксплуатации на титано-магниевом комбинате ОАО «АВИСМА», научно-техническом центре и заводах ОК «РУСАЛ». Полученными результатами ЗАО «Союзтеплострой» также заинтересовались некоторые западные компании, представляющие интересы крупных Европейских металлургических предприятий. Образцы, отлитые в металлические и графитовые формы, имеют чистую, плотную поверхность и равномерную сферолитовую структуру (Рис.2,6). В лаборатории РХТУ им. Д.И. Менделеева проводилось определение основных физико-механических и теплофизических  свойств синтезированного материала «КОМСИЛИТ СТС», которые приведены ниже.

Плотность, г/см3

2,65-2,80

Открытая пористость, %

0,6-1,0

Максимальная температура применения, °С

1200

Термостойкость, водных теплосмен

200

Предел прочности при сжатии, МПа

- при температуре 900 °С

- при температуре 20 °С

60

110

Теплопроводность, Вт/м•К

- при температуре 400 °С

- при температуре 20 °С

1,8

1,35

Удельное электросопротивление при 800 °С, Ом•см

1,2•106

Термический коэффициент линейного расширения при 1000 °С

0,1%

 

Пример изображения

Рис.5 Слив расплава из плавильной печи и

заливка в литейные формы

Пример изображения

Рис.6 Литые образцы материала КОМСИЛИТ-СТС

для лабораторных и промышленных испытаний

 

   Параллельно продолжаются работы по доукомплектованию опытно-производственного участка, мощность которого при полной загрузке составляет 300тн в год. Произведенный анализ возможных областей применения жаростойких изделий из материала «КОМСИЛИТ СТС» с учетом эксплуатационных особенностей плавленолитых изделий, позволяет представить их в виде конкретных деталей и узлов тепловых агрегатов цветной металлургии: 

Применение

  • Тепловые насадки для литейного производства
  • Механически обработанные втулки
  • Заслонки/перегородки
  • Раздаточные и переливочные лотки
  • Оснастка измерительного оборудования
  • Конструктивы тепловых агрегатов, взаимодействующие с агрессивными средами

Преимущества

  • Несмачиваемость расплавами цветных металлов
  • Высокая устойчивость к воздействию расплава криолита
  • Термостойкость
  • Низкая открытая пористость
  • Сопротивление термоудару
  • Возможность механической обработки и получения сложных фасонных изделий
  • Температура применения
  • Прочность

Поставка

  • Готовые к монтажу литые изделия
  • Механически необработанные заготовки

   Опытным путем доказано: этот уникальный материал необходим отечественной металлургии, использование плавленолитых изделий «КОМСИЛИТ СТС» позволяет по-новому решить конструкцию ряда аппаратов и агрегатов литейного производства и в первую очередь способствовать общему техническому прогрессу отечественной промышленности. Поэтому продолжение работ, направленных на расширение областей применения «КОМСИЛИТ СТС» в различных отраслях промышленности в условиях рыночной экономики, является актуальной задачей для современной металлургической науки. [5]

 

Литература.

  • 1. Тресвятский С.Г., Пархоменко М.А., Кондратенко А.Д. Исследования в области получения микрокристаллических материалов слюдокристаллической структуры, Известия АН СССР Серия «Неорганические материалы», №4, 1965.
  • 2. Быков И.И., Пархоменко М.А., Назаренко Н.И., Малявин А.Г., Получение литых фасонных изделий из синтетической слюды. - Технология и организация производства, К., 1967., №6, с.30.
  • 3. Хан Б.Х., Малявин А.Г. Каменное литье из оксифторидных расплавов, Сб. «Новое в технологии каменного литья». М.:ГИС, 1981, с.62-69.
  • 4. Б.Х. Хан, А.Г. Малявин, А.В. Коссинская и др. Применение фторфлогопитового литья в производстве магния. «Цветные металлы» 1984, №1, с.61-63
  • 5. И.А. Жадан, П.Р. Киселев, Ю.А. Спиридонов, Из стекла для металла. - «Промышленник России», 10/2007.
  • 6. Малявин А.Г. Технологические режимы изготовления отливок из фторсиликатных расплавов. - В кн.: Проблемы каменного литья. Киев: Наукова думка, 1975, вып.3. с 170-181.

 

 
 
 

ЗАО «Союзтеплострой Инжиниринг» © 2006 - 2014  
тел. +7 (495) 465-18-81  
e-mail: marketing@zaosts.ru