vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2025-4(54)-83-90vsgiu-863Research ArticleРаздел 2. Металлургия и материаловедениеSection 2. Metallurgy and Materials ScienceПРИМЕНЕНИЕ КВАРЦИТОВЫХ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ФУТЕРОВКЕ РАЗЛИВОЧНЫХ КОВШЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ФЕРРОСИЛИЦИЯTHE USE OF QUARTZITE REFRACTORY MATERIALS IN THE LINING OF CASTING LADLES IN THE PRODUCTION OF FERROSILICONКореннаяКристина АлександровнаKorennayaA.

к.т.н., управляющий директор

Cand. Sci. (Eng.), Managing Director

Reception.GD@kfw.ruЗапольскийАндрей СергеевичZapol'skiiAndrei Sergeevich

заместитель начальника службы охраны труда и промышленной безопасности

Deputy Head of the Occupational Safety and Industrial Safety Service

ZapolskiyAS@mail.ruПронякинАлександр ЮрьевичPronyakinYu.

к.т.н., начальник технического управления

Cand. Sci. (Eng.), Head of Technical Department

PronyakinAU@kfw.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7985-5666ТемлянцевМихаил ВикторовичTemlyantsevMikhail V.

д.т.н., профессор, проректор по реализации стратегического проекта

Dr. Sci. (Eng.), Prof., Vice-Rector for Strategic Project Implementation

uchebn_otdel@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8098-5895ЗапольскаяЕкатерина МихайловнаZapolskayaEkaterina M.

к.т.н., с.н.с. лаборатории электронной микроскопии и обработки изображений

Cand. Sci. (Eng.), senior researcher Laboratory of Electron Microscopy and Image Processing

beloglazova-ekat@mail.ruКувшинниковаНаталья ИгоревнаKuvshinnikovaNatalia I.

ведущий инженер

 

Senior Engineer

vestnicsibgiu@sibsiu.ruАО «Кузнецкие ферросплавы»РоссияJSC Kuznetsk FerroalloysRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202529122025048390Copyright © Коренная К., Запольский А., Пронякин А., Темлянцев М., Запольская Е., Кувшинникова Н., 20252025Коренная К., Запольский А., Пронякин А., Темлянцев М., Запольская Е., Кувшинникова Н.Korennaya A., Zapol'skii A., Pronyakin Y., Temlyantsev M., Zapolskaya E., Kuvshinnikova N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/863

Рассмотрен вопрос разработки новых огнеупоров для футеровки ковшей ферросплавного производства. Представлен опыт применения огнеупорных кварцитовых кирпичей в качестве футеровки разливочных ковшей при производстве ферросилиция. Исследование направлено на повышение стойкости футеровки, увеличение межремонтных интервалов и снижение эксплуатационных затрат. Получено, что основной причиной разрушения рабочего слоя огнеупорной футеровки разливочного ковша является значительный перепад температур по толщине футеровки (до 1000 °C и более), возникающий в относительно короткий промежуток времени (термический удар). Основным разрушающим фактором являются термические напряжения в огнеупорной футеровке, возникающие при приеме расплава. Проведены эксперименты на АО «Кузнецкие ферросплавы», в ходе которых кварцитовые кирпичи, изготовленные по безобжиговой технологии с использованием жидкого стекла, были установлены в зоне наибольшего износа футеровки ковша. Кварцитовая футеровка выдержала       23 налива ферросилиция марки ФС75, что превышает стандартные показатели шамотного кирпича        (10 – 15 наливов). Проведенные исследования выявили лучшую устойчивость кварцитового материала к термическим напряжениям и химическому воздействию расплава. Минералогические исследования подтвердили формирование устойчивых фаз (кристобалит, тридимит) в рабочей зоне, что способствует повышению долговечности футеровки. В огнеупоре присутствует наименее измененная брекчиевидная зона, переходная зона, кристобалит-тридимитовая, шлаковидная (внутренняя рабочая) зоны, кристобалитовая (внешняя рабочая) зона огнеупоров. Использование кварцитовых огнеупоров возможно для увеличения срока службы разливочных ковшей, снижения количества отходов и улучшения экономических и экологических показателей производства.

The issue of developing new refractories for lining ferroalloy buckets is considered. The experience of using refractory quartzite bricks as a lining for casting ladles in the production of ferrosilicon is presented. The research is aimed at increasing the durability of the lining, increasing repair intervals and reducing operating costs. It was found that the main reason for the destruction of the working layer of the refractory lining of the filling bucket is a significant temperature difference in the thickness of the lining (up to 1000 °C or more), which occurs in a relatively short period of time (thermal shock). The main destructive factor is the thermal stresses in the refractory lining that occur when the melt is ingested. Experiments were conducted at JSC Kuznetsk Ferrosplanes, during which quartzite bricks made using non-annealing technology using liquid glass were installed in the zone of greatest wear of the bucket lining. The quartzite lining has withstood 23 pours of ferrosilicon grade FS75, which exceeds the standard values of fireclay bricks (10-15 pours). The conducted studies revealed the best resistance of the quartzite material to thermal stresses and chemical effects of the melt. Mineralogical studies have confirmed the formation of stable phases (cristobalite, tridymite) in the working area, which helps to increase the durability of the lining. The refractory contains the least modified breccia-like zone, a transition zone, a cristobalite-tridymite, slag-like (inner working) zone, and a cristobalite (outer working) zone of refractories. The use of quartzite refractories is possible to extend the service life of filling buckets, reduce waste and improve the economic and environmental performance of production.

производство ферросилицияразливочный ковшогнеупорная футеровкастойкость футеровкикварцитовый кирпичминералогическое исследованиекристобалиттридимитferrosilicon productioncasting ladlerefractory lininglining durabilityquartzite brickmineralogical researchcristobalitetridymiteReferencesСтариков В.С., Темлянцев М.В., Стариков В.В. Огнеупоры и футеровки в ковшевой металлургии. Москва: МИСИС, 2003:328.Starikov V.S., Temlyantsev M.V., Starikov V.V. Refractories and fittings in bucket metallurgy. Moscow: MISIS, 2003:328. (In Russ.).Кащеев И.Д., Стрелов К.К., Мамыкин П.С. Химическая технология огнеупоров. Москва: Интермет Инжиниринг, 2007:752.Kashcheev I.D., Strelov K.K., Mamykin P.S. Chemical technology of refractories. Moscow: Intermet Inzhiniring, 2007:752. (In Russ.).Алленштейн Й. Огнеупорные материалы. Структура, свойства, испытания / под ред. Г. Роучка, Х. Вутнау. Москва: Интермет Инжиниринг, 2010:392.Allenshtein I. Refractory materials. Structure, properties, and tests / G. Rouchka, K.H. Vutnau. ed. Moscow: Intermet Inzhiniring, 2010:392. (In Russ.).Запольский А.С., Темлянцев М.В. Способы повышения стойкости футеровок разливочных ковшей ферросплавного производства. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2024;4(50):83–91.Zapol'skii A.S., Temlyantsev M.V. Ways to increase the durability of ferro-alloy casting ladles. Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2024;4(50):83–91. (In Russ.).Пронякин А.Ю. Применение кварцита Ан-тоновского месторождения в качестве за-полнителя при производстве огнеупорных бетонных изделий. Огнеупоры и техническая керамика. 2003;2:35–38.Pronyakin A.YU. The use of quartzite from the Antonov deposit as a filler in the production of refractory concrete products. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. 2003;2:35–38. (In Russ.).Запольская Е.М., Темлянцев М.В., Костю-ченко К.Е. Анализ основных направлений повышения энерготехнологической эффективности стендов высокотемпературного разогрева футеровок сталеразливочных ковшей. Вестник Российской академии есте-ственных наук. Западно-Сибирское отделение. 2013;15:128‒134.Zapol'skaya E.M., Temlyantsev M.V., Kostyuchen-ko K.E. Analiz osnovnykh napravlenii pov-ysheniya energotekhnologicheskoi effektivnosti stendov vysokotemperaturnogo razogreva futerovok stalerazlivochnykh kovshei. Vestnik Ros-siiskoi akademii estestvennykh nauk. Zapadno-Sibirskoe otdelenie. 2013;15:128‒134. (In Russ.).Michael Hampel. Beitrag zur Eigenschaftsbewertung von feuerfesten Magnesiakohlenstofferzeugnissen: Dissertation. Technische Universität Bergakademie Freiberg. Freiberg. 2010:226.Michael Hampel. Beitrag zur Eigenschaftsbewertung von feuerfesten Magnesiakohlenstofferzeugnissen: Dissertation. Technische Universität Bergakademie Freiberg. Freiberg. 2010:226.Andreev K., Luchini B., Rodrigues M.J., Alves J.L. Role of fatigue in damage development of refractories under thermal shock loads of different intensity. Ceram. INT. 2020;(46):20707–20716. https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2020.04.235Andreev K., Luchini B., Rodrigues M.J., Alves J.L. Role of fatigue in damage development of refractories under thermal shock loads of different intensity. Ceram. INT. 2020;(46):20707–20716. https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2020.04.235Prikhod’ko E.V. Аnalysis of methods for heating the lining of high-temperature units. Refractories and industrial ceramics. 2021;62(4):463–466. https://doi.org/10.1007/S11148-021-00625-1Prikhod’ko E.V. Аnalysis of methods for heating the lining of high-temperature units. Refractories and industrial ceramics. 2021;62(4):463–466. https://doi.org/10.1007/S11148-021-00625-1Scheunis L., Fallah-Mehrjardi A., Campforts M., Jones P.T., Blanpain B., Malfliet A., Jak E. The effect of a temperature gradient on the phase formation inside a magnesia–chromite refractory in contact with a non-ferrous PbO – SiO2 – MgO slag. Journal of the european ceramic society. 2015;35(10):2933–2942.Scheunis L., Fallah-Mehrjardi A., Campforts M., Jones P.T., Blanpain B., Malfliet A., Jak E. The effect of a temperature gradient on the phase formation inside a magnesia–chromite refractory in contact with a non-ferrous PbO – SiO2 – MgO slag. Journal of the european ceramic society. 2015;35(10):2933–2942.Yuxiang Dai, Jing Li, Wei Yan, Chengbin Shi. Corrosion mechanism and protection of BOF refractory for high silicon hot metal steelmaking process. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(3):4292–4308.Yuxiang Dai, Jing Li, Wei Yan, Chengbin Shi. Corrosion mechanism and protection of BOF refractory for high silicon hot metal steelmaking process. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(3):4292–4308.https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.02.055https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.02.055Zabolotskiy A.V., Turchin M.Y., Khadyev V.T., Migashkin A.O. Numerical investigation of refractory stress-strain condition under transient thermal load. AIP Conference Proceedings. 2020;2310:020355.Zabolotskiy A.V., Turchin M.Y., Khadyev V.T., Migashkin A.O. Numerical investigation of refractory stress-strain condition under transient thermal load. AIP Conference Proceedings. 2020;2310:020355.Запольский А.С. Способы повышения стойкости футеровок разливочных ковшей в условиях действующего производства АО «Кузнецкие ферросплавы». В кн.: XIII Инновационный конвент "Кузбасс: образование, наука, инновации", посвященный 80-й годовщине победы в Великой Отечественной войне 1941 ‒ 1945 годов. Сборник тезисов докладов. Кемерово, 2025:206‒210.Zapol'skii A.S. Methods of increasing the durability of lining ladles in the conditions of the current production of JSC Kuznetsk Ferroalloys. In: XIII International Congress "Kuzbass: Education, Science, Innovation", dedicated to the 80th anniversary of victory in the Great Patriotic War of 1941 ‒ 1945. Collection of abstracts. Kemerovo, 2025:206‒210. (In Russ.).Черепанов К.А., Абрамович С.М., Темлянцев М.В., Темлянцева Е.Н. Рециклинг твердых отходов в металлургии. Москва: Флинта: Наука, 2004:212.Cherepanov K.A., Abramovich S.M., Tem-lyantsev M.V., Temlyantseva E.N. Solid waste recycling in metallurgy. Moscow: Flinta: Nauka, 2004:212. (In Russ.).ГОСТ 8691 ‒ 2018 «Изделия огнеупорные общего назначения. Форма и размеры». URL: https://docs.cntd.ru/document/1200160577 (дата обращения: 02.09.2025).GOST 8691‒2018 "General purpose refractory products. Shape and dimensions". URL: https://docs.cntd.ru/document/1200160577 (Accessed: 02.09.2025). (In Russ.).Andreev K.P., Luchini B., Rodrigues M.J., Alves J.L. Role of fatigue in damage development of refractories under thermal shock loads of different intensity. Ceramics International. 2020;46(13):20707‒20716. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.235Andreev K.P., Luchini B., Rodrigues M.J., Alves J.L. Role of fatigue in damage development of refractories under thermal shock loads of different intensity. Ceramics International. 2020;46(13):20707‒20716. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.235Andreev K.P., Yin Y., Luchini B., Sabirov I. Failure of refractory masonry material under monotonic and cyclic loading – Crack propagation analysis. Construction and Building Materials. 2021;299:124‒203.Andreev K.P., Yin Y., Luchini B., Sabirov I. Failure of refractory masonry material under monotonic and cyclic loading – Crack propagation analysis. Construction and Building Materials. 2021;299:124‒203.https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124203https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124203Cherepanov G.P. The mechanics and physics of fracturing: application to thermal aspects of crack propagation and to fracking. Phil. Trans. R. Soc. 2014.Cherepanov G.P. The mechanics and physics of fracturing: application to thermal aspects of crack propagation and to fracking. Phil. Trans. R. Soc. 2014.http://doi.org/10.1098/rsta.2014.0119Shttp://doi.org/10.1098/rsta.2014.0119SHarmuth H., Bradt R.C. Investigation of refractory brittleness by fracture mechanical and fractographic methods. Interceram Int. Ceram. Rev. 2010;1:6–10.Harmuth H., Bradt R.C. Investigation of refractory brittleness by fracture mechanical and fractographic methods. Interceram Int. Ceram. Rev. 2010;1:6–10.Harmuth H. Characterisation of the Fracture Path in ‘Flexible’ Refractories. Adv. Sci. Technol. 2010;70:30–36.Harmuth H. Characterisation of the Fracture Path in ‘Flexible’ Refractories. Adv. Sci. Technol. 2010;70:30–36.

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