Создание новых огнеупорных эрозионно- и коррозионностойких материалов, устойчивых перед высокими тепловыми нагрузками и агрессивными средами, является одной из важнейших проблем, особенно актуальной в металлургии в связи с необходимостью повышения ресурса работы футеровок металлургических агрегатов и элементов их конструкций. Компания «Аксиома Электрика» для решения этой проблемы предлагает гамму новых не формованных огнеупорных и теплозащитных материалов.
Для создания новых огнеупорных и теплоизоляционных материалов предложено использовать ряд перспективных технологий, основанных на применении холодного вспучивания и СВС, а также их совместного использования.
На базе этих технологий разработаны и опробованы новые огнеупорные, огнеупорно — теплоизоляционные и теплоизоляционные материалы для футеровок высокотемпературных тепловых агрегатов (защитно-упрочняющие оксидно-керамические покрытия, жаростойкий легкий и особо легкий ячеистый СВС — бетон, СВС — кладочные растворы и ремонтно — восстановительные смеси, жесткоформованные теплоизоляционные материалы и изделия и др.). Приведены конкретные примеры использования предложенных материалов на предприятиях различных отраслей промышленности.
Использование технологии холодного вспучивания в сочетании с СВС-технологией позволяет создать широкий ассортимент огнеупорных и теплозащитных перспективных материалов с разнообразным набором физико — химических, механических, теплофизических и эксплуатационных свойств. Так, возможно получение материалов кажущейся плотностью от 0,3 до 2 г/см3 и более за счет создания определенной пористой структуры способом холодного вспучивания и сохранения ее в режиме СВС.
СВС — материалы и покрытия позволяют предложить для решения этой проблемы эффективный, достаточно простой и относительно недорогой подход.
В основу этого подхода положен принцип использования для футеровок металлургических тепловых агрегатов серийно выпускаемых огнеупорных изделий (полукислых шамотных, динасовых, мул-литокремнеземистых, в том числе легковесных), а существенное увеличение ресурса работы футеровок обеспечивать за счет совершенствования конструкции кладки и применения СВС — кладочных растворов, покрытий, обмазок и ремонтно-восстановительных смесей.
Способ холодного вспучивания неорганических композиций осуществляется при комнатной температуре без какого-либо подогрева и создания специальных условий. Сам эффект вспучивания, как правило, основан на реакциях химического взаимодействия двух или более компонентов смеси с выделением газообразных продуктов реакции. Эффективность способа зависит от правильного подбора компонентов.
Технология СВС основана на принципах безгазового горения систем окислитель — горючее, протекающего в конденсированной фазе. Примером таких реакционно — способных систем являются Ti+B, Si+C, Al+Fe2O3 и др. При локальном инициировании этих систем могут быть реализованы волновые режимы гетерогенного горения, в которых химическое превращение происходит в узкой зоне реакции взаимодействия реагентов, перемещающейся вдоль образца.
В процессе СВС в конденсированной фазе могут развиваться очень высокие температуры (1500 — 4000°С) и скорости распространения фронта волны горения (5—50 мм/с и более). Возможность такого безгазового горения обусловлена, прежде всего, высокими значениями тепловыделения при химическом взаимодействии и термостабильности продуктов горения. Именно эти факторы определяют образование таких физико — химических структур конечных продуктов, которые способны выдерживать высокие тепловые, механические и химические нагрузки без изменения основных характеристик в широком диапазоне воздействий. Большие скорости протекания СВС — процессов определяют их высокую продуктивность, недоступную для традиционных методов создания материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Преимущества СВС — процессов: незначительные внешние энергетические затраты (синтез идет за счет энергии самой системы), простота технических приемов и оборудования, быстрота. Высокая производительность и чистота конечных продуктов обусловливают перспективность использования этой технологии для синтеза многих тугоплавких и жаростойких материалов (боридов, карбидов, оксидов, силицидов и др.). Эти соединения лежат в основе получения широкого класса современных неорганических материалов, способных работать в экстремальных условиях.
Выполненные за последние десятилетия исследования и разработки отечественных ученых в области СВС заложили основу новой, самой современной и перспективной технологии получения композиционных неорганических материалов с широким спектром необходимых эксплуатационных свойств. К разряду таких свойств относятся тугоплавкость, высокая температурная и эрозионная стойкость, повышенная устойчивость к воздействиям химически агрессивных сред и высокоскоростных газовых потоков, высокие износоустойчивость и механическая прочность и др.
Среди новых видов огнеупорных композиционных материалов, получаемых в волне СВС, особое место занимают материалы муллитового состава, которые образуются при взаимодействии SiO2, порошка металлического алюминия и ряда других компонентов.
В отличие от классической схемы локального инициирования волны горения СВС в системах типа Al+SiO2 возбуждение процесса осуществляется главным образом за счет предварительного постепенного нагрева всего объема материала до температур, соответствующих порогу инициирования реакции термохимического синтеза.
Исследования показали, что температура инициирования реакции СВС для рассматриваемых систем составляет 650 — 950 °С и зависит от свойств выбранных реагентов, их дисперсности, соотношения компонентов и начальной плотности системы. В основе процесса лежит экзотермическое взаимодействие двух или нескольких химических элементов или соединений, протекающее в режиме направленного горения.
Уже созданные и разрабатываемые материалы (покрытия, кладочные растворы, ремонтно — восстановительные смеси и др.) имеют высокие огнеупорность до 2000 °С, механическую прочность, износостойкость (к истиранию и гидродинамическому износу), кислотно-щелочную стойкость в среде агрессивных продуктов горения и отходящих дымовых газов, а также повышенную стойкость к воздействию расплавов металлов, шлаков и других жидких сред.
Эти материалы, нанесенные на поверхность огнеупора, существенно улучшают поверхностные характеристики огнеупорного материала основы: уменьшают ее пористость в 1,3 — 1,8 раза, увеличивают механическую прочность в 2 — 3 раза, снижают механический износ в 2 — 2,5 раза, повышают твердость поверхностного слоя футеровки.
Проведенные испытания показали, что только за счет нанесения защитно-упрочняющих СВС — покрытий на рабочую поверхность шамотных огнеупорных изделий можно увеличить срок эксплуатации футеровок тепловых агрегатов различного назначения в 2 — 3 и более раза.
При применении всего комплекса указанных выше, мероприятий в ряде случаев удается в 3 — 15 раз увеличить ресурс работы ковшей, желобов и других агрегатов и тем самым существенно снизить затраты на их эксплуатацию.
Компания «АксиомаЭлектрика»
