ПРИМЕНЕНИЕ КВАРЦИТОВЫХ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ФУТЕРОВКЕ РАЗЛИВОЧНЫХ КОВШЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ФЕРРОСИЛИЦИЯ

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.

1. Стариков В.С., Темлянцев М.В., Стариков В.В. Огнеупоры и футеровки в ковшевой металлургии. Москва: МИСИС, 2003:328.

2. Кащеев И.Д., Стрелов К.К., Мамыкин П.С. Химическая технология огнеупоров. Москва: Интермет Инжиниринг, 2007:752.

3. Алленштейн Й. Огнеупорные материалы. Структура, свойства, испытания / под ред. Г. Роучка, Х. Вутнау. Москва: Интермет Инжиниринг, 2010:392.

4. Запольский А.С., Темлянцев М.В. Способы повышения стойкости футеровок разливочных ковшей ферросплавного производства. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2024;4(50):83–91.

5. 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.

6. 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.

7. Michael Hampel. Beitrag zur Eigenschaftsbewertung von feuerfesten Magnesiakohlenstofferzeugnissen: Dissertation. Technische Universität Bergakademie Freiberg. Freiberg. 2010:226.

8. 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.2020.04.235

9. Prikhod’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/S11148-021-00625-1

10. 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.

11. 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.

12. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.02.055

13. 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.

14. 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.

15. Черепанов К.А., Абрамович С.М., Темлянцев М.В., Темлянцева Е.Н. Рециклинг твердых отходов в металлургии. Москва: Флинта: Наука, 2004:212.

16. ГОСТ 8691 ‒ 2018 «Изделия огнеупорные общего назначения. Форма и размеры». URL: https://docs.cntd.ru/document/1200160577 (дата обращения: 02.09.2025).

17. 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.2020.04.235

18. 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.

19. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124203

20. Cherepanov G.P. The mechanics and physics of fracturing: application to thermal aspects of crack propagation and to fracking. Phil. Trans. R. Soc. 2014.

21. http://doi.org/10.1098/rsta.2014.0119S

22. Harmuth H., Bradt R.C. Investigation of refractory brittleness by fracture mechanical and fractographic methods. Interceram Int. Ceram. Rev. 2010;1:6–10.

23. Harmuth H. Characterisation of the Fracture Path in ‘Flexible’ Refractories. Adv. Sci. Technol. 2010;70:30–36.