Специалисты Университета МИСИС нашли способ продлить на 20-30% срок службы огнеупорных изделий, которые играют вспомогательную роль в металлургической отрасли при производстве чугуна и стали. Для улучшения качества и рентабельности продукции, в состав огнеупорного бетона необходимо ввести добавку наноразмерного диоксида кремния (SiO2). Энергоэффективную установку, которая гомогенно распределяет добавку и воздействует на структуру материала, а также саму технологию модифицирования разработали учёные НИТУ МИСИС совместно с НПП «Интор» (г. Новочеркасск).
Огнеупорные бетоны состоят из смеси высокотемпературных заполнителей: муллита, корунда, боксита, андалузита, различных форм глинозема, мелкодисперсных компонентов и специальных добавок. В составе также обязательно присутствует важная часть - огнеупорное вяжущее (гидратационное, силикатное, фосфатное или органическое), чаще всего это глиноземистые цементы на основе алюминатов кальция. Муллитокорундовые, корундовые и другие высокоглиноземистые огнеупорные бетоны широко применяются в металлургической, цементной и нефтехимической промышленности. Они используются в условиях повторяющихся механических и температурных нагрузок свыше 1580°С, а также при воздействии расплавов чугуна, стали и шлаков. В связи с этим показатели стойкости у некоторых изделий низкие, например, срок службы огнеупорной фурмы для продувки аргоном установки печь-ковш составляет всего 130 минут, а опорные блоки телег листопрокатного цеха выходят из строя за 60-70 дней.
Чтобы улучшить эксплуатационные и физико-механические характеристики огнеупорных материалов и снизить их удельный расход, в их состав можно вводить различные добавки, в том числе наночастицы оксидов кремния, алюминия и др. Важно подобрать тип и точную концентрацию добавки, а также добиться высокой степени однородности распределения наночастиц в объеме вяжущего материала.
«В качестве добавки в состав огнеупорного бетона, мы ввели наноразмерный диоксид кремния. Он обладает гидрофильными свойствами, производится в больших количествах и является коммерчески доступным сырьем. Наноразмерный SiO2 связывает частицы глиноземистого цемента, а также заполняет поры и свободное пространство между частицами, за счет чего происходит образование более плотной и прочной структуры огнеупорного материала. Результаты испытаний показали, что введение в состав смеси 1% наноразмерной добавки SiO2 увеличивает прочность, плотность, шлакоустойчивость и стойкость контрольных изделий огнеупорный бетонов на 20-23%», - отметил автор исследования, научный сотрудник кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС Дмитрий Суворов.
По результатам опытных испытаний, добавка наноразмерного SiO2 к бетонной композиции увеличила срок службы огнеупорного блока телеги листопрокатного цеха на 25%, т.е. с 67 дней до 84. Средний срок службы огнеупорной фурмы с добавлением диоксида кремния вырос на 35%, составив 175 мин против стандартных 130 мин. Использование этой технологии поможет сэкономить расход изделий с 30–50 штук в месяц, до 20–30. Апробация технологии и промышленные испытания огнеупорных изделий проходили на базе ПАО «Северсталь» с привлечением соисполнителя - ООО «Функциональные наноматериалы». Подробно исследование описано в научном журнале Refractories and Industrial Ceramics.
Результаты исследования ученых НИТУ МИСИС позволят сократить расход огнеупорных изделий и повысить рентабельность их производства.
завод ЖБИ13
