Огнеупорные изделия из Al-Mg-C безобжиговой серии

Когда слышишь ?безобжиговые Al-Mg-C изделия?, многие сразу думают о простой замене смолы на что-то другое. Но суть не в связующем, а в том, как ведёт себя вся система — от гранулометрии до установки — без того самого финального спекания, которое якобы ?скрепляет? всё намертво. У нас в ООО Аньян Гаосинь Огнеупорные Материалы с этим столкнулись ещё лет десять назад, когда начали экспериментировать с поставками для одного из российских ММК. Тогда главным заблуждением было считать, что высокое содержание Al2O3 автоматически решит проблему с термоударами в сталеразливочных ковшах. Оказалось, что без правильно подобранного магниевого компонента и структуры углеродной матрицы — всё это просто рассыпается после нескольких тепловых циклов.

В чём же принципиальная разница?

Если говорить о классических смолосвязанных изделиях, там после прогрева в печи формируется коксовый каркас — жёсткий, но достаточно хрупкий к окислению. В безобжиговой серии, которую мы развиваем, упор делается на формирование химических связей непосредственно в процессе эксплуатации, при первой же контакте с металлом. Это не значит, что изделие ?недоделанное?. Напротив, оно изначально обладает определённой пластичностью и способностью к ?самозалечиванию? микротрещин за счёт реакций в системе Al-Mg-C.

Ключевой момент, который часто упускают из виду — это подготовка сырья. Недостаточно просто взять электрокорунд и магнезиальный порошок. Важна именно реакционная способность поверхностей. Мы, например, после нескольких неудачных партий, пришли к использованию специально активированного глинозёма с определённой долей реакционноспособного α-фаза. Это не из учебника, это эмпирически подобрано — когда в лаборатории смотрели под микроскопом на структуру после испытаний на печи-барабан.

И ещё по сырью: углерод. Не любой графит подходит. Нужна такая чешуйчатая структура, которая создаст не просто заполнитель, а именно непрерывную сетку, по которой будет идти перераспределение напряжений. Если графит слишком мелкий или излишне анизотропный — в теле изделия после термоциклирования появляются зоны локального перенапряжения, и оно попросту раскалывается по швам. У нас был случай на заводе-партнёре, где из-за смены поставщика графита пришлось экстренно менять всю рецептуру смеси — стенка ковша не выдерживала и 5 плавок.

Технология уплотнения: прессование против виброформования

В классическом производстве часто идут по пути изостатического прессования. Для безобжиговых Al-Mg-C изделий это не всегда оптимально. Да, плотность получается высокой и равномерной, но такая структура потом плохо ?адаптируется? к тепловому расширению кожуха ковша. Мы больше склоняемся к виброуплотнению в комбинации с импульсным прессованием. Это даёт более слоистую, если можно так сказать, структуру — с ориентацией чешуек графита и пластинчатых кристаллов шпинели (которая образуется уже в работе) в плоскости, перпендикулярной направлению теплового потока.

На нашем производстве в Китае для продукции, поставляемой на рынок СНГ (вся информация по ассортименту есть на https://www.aygxnc.ru), под этот процесс переоборудовали две технологические линии. Самое сложное было отладить режимы вибрации для крупногабаритных изделий — типа блоков для разливочных стаканов. Амплитуда и частота должны быть такими, чтобы не происходило расслоения компонентов смеси по плотности. Иначе магнезиальная часть осядет вниз, и гомогенности не добиться.

Контроль качества на этом этапе — это не просто замер плотности. Мы выборочно делаем рентгеновскую томографию сформованных, но ещё не отверждённых блоков. Смотрим на распределение металлического Al (добавки-антиоксиданта) и крупных зёрен корунда. Если видим сгустки — партию в печь не отправляем, идёт на переработку. Дорого? Да. Но дешевле, чем получить рекламацию от металлурга, у которого футеровка пошла ?квадратами?.

Отверждение и складирование: неочевидные нюансы

Вот здесь — один из главных секретов. Безобжиговые изделия не проходят печь, но они должны пройти стадию контролируемого отверждения. Обычно это камера с определённым влажностно-температурным режимом. Ошибка — гнать температуру выше 200°C, пытаясь ускорить процесс. При этом органическое связующее (а его всё равно немного, но оно есть) не полимеризуется, а просто выгорает, оставляя пустоты. Правильно — долгая выдержка при 80-120°C, почти как сушка. Тогда формируются прочные полимерные мостики между зернами, которые потом, в печи, плавно перейдут в коксовую связку, не создавая внутренних разрывов.

Хранение. Казалось бы, что тут сложного? Но если хранить на обычном складе, без контроля влажности, изделия набирают воду. А вода в контакте с металлическим алюминием и магнием в составе — это водород, вздутия и потеря прочности. Поэтому вся готовая продукция безобжиговой серии у нас упаковывается в герметичную плёнку с силикагелем и хранится в отапливаемых складах. Это прописано в стандартах отгрузки для всех контрактов, которые мы заключаем через наш сайт.

Был печальный опыт лет семь назад, когда одна партия для Украины (тогда ещё шли прямые поставки) простояла в порту в Одессе три недели в сырости. При монтаже блоки казались нормальными, но после первой же заправки ковша пошли трещины по граням. Разбирались долго, в итоге — виноваты условия хранения. С тех пор в контрактах отдельным пунктом идёт ответственность за складирование у получателя.

Монтаж и эксплуатация: взгляд с печной площадки

Монтажник, привыкший к жёстким обожжённым кирпичам, поначалу относится к безобжиговым блокам с подозрением — они чуть ?мягче? на ощупь. Здесь критически важна инструкция. Нельзя бить киянкой со всей дури — можно деформировать края. Мы для ключевых клиентов всегда организуем выезд нашего технолога на первую укладку. Показываем, как правильно подгонять блоки, как использовать именно тот раствор, который идёт в комплекте (а не какой есть под рукой).

Самое интересное начинается в первые часы работы. Правильно изготовленное огнеупорное изделие из Al-Mg-C безобжиговой серии в первый контакт с жидким металлом должно не просто нагреваться, а проходить стадию ?доспекания? in situ. В этот момент и формируется та самая шпинель (MgAl2O4), которая создаёт прочный каркас. Если нагрев слишком резкий (например, при заливе перегретого металла), реакция идёт бурно, с большим выделением газа, и поверхность изделия становится излишне пористой. Поэтому мы всегда запрашиваем у клиента температурный режим первых плавок.

В эксплуатации главное преимущество — это стойкость к отслаиванию. Поскольку нет чёткой границы между рабочим и неизменённым слоем (как в обожжённых кирпичах), износ идёт более равномерно. Но это же и недостаток: визуально сложнее определить остаточную толщину футеровки. Приходится учить персонал завода пользоваться щупами или внедрять системы термомониторинга. Мы для ряда проектов поставляем блоки с заранее вмонтированными термопарами — информация выводится прямо на пульт.

Экономика и перспективы: стоит ли овчинка выделки?

Стоимость тонны безобжиговых изделий, если брать чистый вес, часто выше, чем у традиционных. Но если считать стоимость тонны выплавленной стали на футеровке, картина меняется. За счёт увеличения стойкости (в хороших условиях удавалось добиться увеличения кампании ковша на 15-20%) и снижения трудоёмкости ремонта (не нужно выбивать спекшийся слой, достаточно заменить отдельные блоки) общая экономика получается положительной.

Основное направление развития, которое мы видим в ООО Аньян Гаосинь Огнеупорные Материалы — это индивидуализация состава под конкретный агрегат и марку стали. Для разливки алюминийсодержащих сталей один баланс компонентов, для высокомарганцовистых — другой. Универсальных решений здесь нет и быть не может. Наш сайт — это не просто каталог, а точка входа для диалога: технолог завода присылает параметры, а мы моделируем и предлагаем оптимальную рецептуру из нашей безобжиговой серии.

Будущее, думается, за гибридными футеровками. Например, зона шлакового пояса — из традиционных высокоглинозёмистых изделий, а основная стенка и днище — из наших Al-Mg-C безобжиговых блоков. Это позволяет нивелировать их относительную слабость к шлаковой эрозии и максимально использовать преимущества в стойкости к термоударам и проплавлению. Несколько таких комбинированных проектов мы уже реализовали для мини-заводов в Сибири, и пока отзывы обнадёживают. Но это уже тема для отдельного разговора.