книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии

0-т'

п — показатель степени, индекс течения или число оборотов пу— относительная степень объемной концентрации (отношение с^сУж^

пУ1— относительная степень объемной концентрации заполнителя в наполненной системе (су^ /с п)

ОТЖ — объемное твердожидкое соотношение П, Яи — пористость и истинная пористость соответственно

Пл — дополнительная (образующаяся при дегидратации) пористость Ям — пористость матрицы (в наполненном материале)

П ^ — пористость, образованная микротрещинами /7 м — пористость материалов с зернистым заполнителем Яотл — пористость отливки Яз° — активная пористость заполнителя

ПУ— объемная доля активной пористости (заполнителя)

р— напряжение сдвига, нагрузка

/?кр — критическое напряжение сдвига, соответствующее переходу дилатантных сис­ тем в твердообразное состояние р(1{— напряжение сдвига, соответствующее переходу дилатантного течения в тиксот­ ропное

Рк'Рк\ — предел текучести и условный статический предел текучести Рт— условная граница праетически разрушенной тиксотропной струетуры (при Ь т)

рыр — критический предел текучести (необходимый для полной седиментационной устойчивости системы)

Р^Р н^Р п^Р т — граничные напряжения сдвига, соответствующие значениям вязко-

СТИ Р/уд» Р</уд — удельное напряжение разрушения тиксотропной и упрочнения дилатант-

ной структуры соответственно О,* — удельная концентрация твердой и жидкой фаз в системе соответственно

— удельная концентрация кинетически свободной и связанной жидкой фазы соответственно § — ускорение свободного падения г — радиус

5, Зу — удельная площадь поверхности и удельная площадь поверхности раздела фаз соответственно

Г, I — температура

Гтах — температура максимального применения огнеупора V— объем

V— скорость движения

\У^ — влажность и критическая влажность соответственно \Уу— жидкость структурообразования \Ух— объемная доля химически связанной жидкости А — активная зона измельчения

а — температурный коэффициент линейного расширения уг у;— объемная и линейная усадка соотвественно

й — толщина адсобционно-сольватного слоя; расстояние между частицами заполни­ теля

И

ё — градиент скорости сдвига Етлх — максимально достижимая скорость деформирования дилатантных систем, пе­

реходящих в твердообразное состояние

— вязкость литейной системы (суспензии) т^н — вязкость наполненной системы

Г|нт — вязкость соответствующая граничному значению сУг(переход аномального те­ чения в ньютоновское)

ц0 — наибольшая предельная вязкость практически не разрушенной тиксотропной структуры “П, — наибольшая (начальная) пластическая вязкость тиксотропной структуры

л■отн — относительная вязкость г\ит— выраженная минимальная вязкость ньютоновского течения дилатантных систем

— установившаяся (равновесная) вязкость дилатантного деформирования Т1т — вязкость практически разрушенной тиксотропной структуры Лтах — максимальная вязкость дилатантно-тиксотропной системы Лт|п — минимальная вязкость дисперсной системы

Г|^— вязкость, соответствующая переходу тиксотропного течения в дилатантное Ли,— вязкость дисперсионной среды р — плотность Р « ж — кажущаяся плотность

ряжотл, рвж* — кажущаяся плотность отливки и вяжущего соответственно

р — относительная плотность

“ отн

Р</* Р,> Р* — плотность линейной системы, твердой и жидкой фаз соответственно Ар — эффективная плотность (мелющих тел, твердой фазы)

сюг, осж — предел прочности при изгибе и при сжатии соответственно

—предел прочности и контактной связи (между компонентами в керамобетоне)

ав, — предел прочности вяжущего и заполнителя (о керамобетоне) соответственно

акс— фактор прочности контактной связи

т — время тн — продолжительность измельчения

тп — продолжительность стабилизации механическим перемешиванием тс — продолжительность старения

фш, фс — степень объемного заполнения мельницы шарами и суспензией соотвественно со — окружная скорость (при стабилизации перемешиванием и центробежном формо­ вании)

БЦОБ — бесцементный огнеупорный бетон ВДП — высокодисперсный порошок

ВКВС — высококонцентрированная керамическая вяжущая суспензия ЖФК — жесткофиксированный карскас (заполнителя)

МК — микрокремнезем НВТОМ — виброналивные тиксотропные огнеупорные массы

НЦОБ — низкоцементный огнеупорный бетон СНЦОБ — сверхнизкоцементный огнеупорный бетон СРОБ — саморастекающийся огнеупорный бетон

СЦОБ — огнеупорный бетон со средним содержанием цемента

Индексы

в, з, кб — относящийся к вяжущему, заполнителю, керамобетону б, м — больший, меньший исх, кон — исходный, конечный з — заполнитель

гд — в гидратированном состоянии отл — отливка отн — относительный

пф — полуфабрикат с1— дисперсная система

5, — относящийся к газовой, твердой и жидкой фазам л, г, Ш— ньютоновский, тиксотропный, тиксотропно-дилатантный Л — приращение ор( — оптимальный

шах, т ш — максимальный, минимальный

мическая — около 6 %, стекольная — 3-4 %, химическая и нефтеперерабатывающая

— около 4 %, цветная металлургия — 3-4 %. Оставшиеся 5-6 % расходуются в энер­ гетике, машиностроении, экологии (мусоросжигательные печи), огнеупорной промыш­ ленности и ряде других областей применения.

В связи с изложенным, на рынок огнеупоров решающее влияние оказывает метал­ лургическая промышленность, которая является наиболее крупным потребителем. Определяющее влияние “фактора стали” в производстве огнеупоров подтверждают сопоставительные данные по годовому объему производства стали и огнеупоров в Японии в период 1990-2000 гг. (рис. 1.2).

Видно, что эквивалентно производству стали изменяется и производства огнеупо­ ров. При этом отметим весьма важную деталь — несмотря на существенные (15 %) колебания годового производства стали, со временем отношение объема производ­ ства огнеупоров к таковому для стали уменьшается, что показано на рис. 1.2, кривой 3. Если в 1990-1991 гг. на 1 т произведенной стали в Японии производили около 16 кг огнеупоров, то в 2000 г. отмечено падение этого показателя до 12,5 кг, т.е. падение составило около 30 %. Последнее обусловлено (см. рис. 1.2, кривая 4) постепенным снижением удельного расхода огнеупоров на 1 т стали с 12 кг в 1990 г. до менее чем 10 кг в 2000 г. Исходя из рассмотренных на рис. 1.2 данных, можно ориентировочно рассчитать, что около 75 % всех производимых в Японии огнеупоров расходуется в производстве стали. Вследствие рассмотренных закономерностей за период с 1990 по 2000 годы при сопоставимых объемах производства стали (111 млн т в 1990 г. и 106 млн т в 2000 г.) объем производства огнеупоров сокращен на 33 %.

Понижение удельных расходов огнеупоров в производствах, их потребляющих, яв­ ляется основополагающей современной тенденцией [1.12-1.18]. Как следует из дан­ ных, представленных на рис. 1.3, за 45-летний период удельные расходы в производ-

на производство тонны стали (4) в период 1990-	1999	1992 1994	1996	1998 2000
2000 гг.		Годы

Рис. 1.3. Динамика изменения удельного расхода	Рис. 1.4. Динамика изменения удельного расхода
огнеупоров (кг/т) в производстве стали: 1 — сред-	огнеупоров в производстве стали в Японии (У), в
немировой уровень; 2 — Германия; 3 — Япония	том числе неформованных (2) и формованных (3)

стве стали уменьшились примерно в 3 раза. При этом отмечается большая разница в удельных расходах между усредненными данными по миру (см. рис. 1.3, кривая У), Германией (см. рис. 1.3, кривая 2) и особенно — Японией (см. рис. 1.3, кривая 3).

Среди факторов, обусловивших существенное понижение удельных расходов огне­ упоров в производстве стали, наиболее важным является применение новых неформо­ ванных огнеупоров. Из рис. 1.4 следует, что за 15-летний период в Японии удельный расход огнеупоров понизился в 1,5 раза (с 13,5 до 9 кг/т стали). При этом если в 1985 г. доля неформованных огнеупоров составляла около 46 %, то к концу 90-х годов она уве­ личилась до 64 %, т.е. снижение потребления огнеупорных изделий в значительной сте­ пени вызвано применением высокоэффективных неформованных огнеупоров.

Согласно данным [1.12], в цементной промышленности динамика изменения удель­ ных расходов огнеупоров (рис. 1.5) близка к таковой для производства стали.

Если в 1955 г. расход составлял около 2,5 кг на тонну цементного клинкера, то уже в 2000 г. на отдельных предприятиях последний понижен до 0,25 кг (см. рис. 1.5, кривая 2).

Аналогичная ситуация отмечается и в стекольной промышленности (рис. 1.6). Удельный расход огнеупоров за 45-летний период понизился почти в 4 раза — с 15

до 4 кг на тонну стекла. Подобным образом удельный расход огнеупоров понижается и в цветной металлургии (рис. 1.7), где за анализируемый период он уменьшился при­ мерно вдвое.

Годы	Годы
Рис. 1.5. Динамика изменения удельного расхода	Рис. 1.6. Динамика изменения удельногорас­
огнеупоров в цементной промышленности: 1 —	хода огнеупоров в стекольной промышлен­
средние значения; 2 — для лучших предприятий	ности

Рис. 1.7. Динамика изменения удельного расхода огнеупоров в цветной металлургии (медь, свинец, никель, цинк)

Годы

В прогнозах развития огнеупорной промышленности необходимо учитывать, что тенденция к снижению удельных расходов огнеупоров и в будущем будет актуальной. Объяснимо это как технологическими усовершенствованиями, вводимыми потреби­ телями, так и улучшением структуры и качества производимой продукции.

Уменьшение удельных расходов огнеупоров в отраслях, которые их потребляют, сопровождается существенным уменьшением производства соответствующих огне­ упорных материалов. Последнее иллюстрируется данными, показанными на рис. 1.8.

Как следует из рис. 1.8, за 30-летний период (с 1970 по 2000 гг.) удельный расход огнеупоров в производстве стали в Японии уменьшился примерно в 2 раза. За соот-

ГР7, тыс. т	Нф, %
	60

50.

40

30

20

Рис. 1.8. Динамика изменения годового объема производстваГп формованных (У) и неформованных

(2) огнеупоров в Японии, а также относительной доли класса неформованных огнеупоров Нф в их общем балансе Нф (5) в период 1970-2000 гг.

ветствующий период производство огнеупоров уменьшилось примерно в 2,7 раза (см. рис. 1.8). При этом принципиально важным является тот факт, что это уменьшение практически полностью относилось к формованным огнеупорам (см. рис. 1.8, кривая 1). Если производство последних за 30-летний период уменьшилось примерно в 6 раз, то производство неформованных в 1970 и 2000 годах практически не изменилось (даже несколько выросло в 2000 г.), а в некоторые периоды возрастало на 15-20 % (см. рис. 1.8, кривая 2). Доля производства неформованных огнеупоров Нф за анализируемый пе­ риод возросла с 16 % в 1970 г. до 60 % в 1998-2000 гг. Особенно интенсивным этот рост был в 1980-1983 гг. (период энергетического кризиса). Даже за последнее деся­ тилетие доля неформованных огнеупоров выросла с 46 до 60 %. Из изложенного очевидно определяющее влияние неформованных огнеупоров как в огнеупорной про­ мышленности, так и в областях, которые с нею связаны.

Более детальный анализ структуры производства огнеупорной промышленности Японии и динамика ее изменения в период с 1987 по 2000 г. представлены на рис. 1.9.

Наиболее значительный рост отмечается для двух типов неформованных огнеупо­ ров — наливных бетонов и торкрет-масс. Если в 1987 г. их суммарная доля составила 27 %, то в 2000 г. достигла 41 %, что превышает долю всех формованных огнеупоров (см. рис. 1.9, б). Для формованных максимальное падение производства (в 2 раза) ха­ рактерно для шамотных огнеупоров (кривая 7). Несколько уменьшилась доля высоко­ глиноземистых формованных огнеупоров (кривая 8) и существенно — 2 г0 2-содержа- щих (кривая 11).

Общие тенденции развития огнеупоров в связи с развитием производства стали весь­ ма наглядно прослеживаются по данным Китая [1.14]. В 2000 г. в Китае произведено 129 млн т стали (из них 85 % на МНЛЗ), 117 т чугуна и около 14 млн т огнеупоров (включая экспортируемое в больших объемах огнеупорное сырье).

Динамика производства стали и соответствующее для этого потребление огнеупо­ ров в период с 1981 по 1999 гг. показано на рис. 1.10.

Годы

Годы

Рис. 1.9. Динамика изменения относительной доли производства неформованных (а) и важнейших видов формованных (б) огнеупоров в Японии: 1— наливные бетоны; 2 — торкрет-массы; 3 — массы для факельного торкретирования и покрытий; 4 — мертели; 5 — набивные массы; б — пластичные массы; 7 — шамотные огнеупоры; 8 — высокоглиноземистые; 9 — периклазоуглеродистые; 10 — системы МйО-Сг20 3; 11 — 2Ю2-содержащие; 12 — шпинельные

	Рис. 1.10. Годовые объемы производства
	в Китае стали (7) и потребление огнеупо­	о
	ров в производстве стали (2) в период
	1980-2000 гг.

Из последнего следует, что за указанный период объем производства стали вырос в 3,6 раза, а потребление огнеупоров — только в 1,8 раза. Если в 1981 г. удельный их расход составлял 63 кг/т стали, то в 1990 и 1999 годах понизился до 48 и 32 кг/т стали соответственно. При этом резко упала доля шамотных огнеупоров, потребляемых чер­ ной металлургией. Она снизилась с 54 % в 1981 г. до 24 % в 1999 г. Доля неформован­ ных огнеупоров в общем объеме их производства увеличилась с 7,3 % в 1981 г. до 25,8 % в 1990 г. и 32,3 % — в 1999 г.

Представляет интерес информация о доле затрат на огнеупоры в себестоимости 1т стальной заготовки китайских металлургических предприятий [1.18]. За период с 1990 по 2000 гг. она выросла с 2,5 до 4,3 % с прогнозом роста до 8 % в 2005 г. Рост стоимо­ сти огнеупоров в себестоимости стали является общемировой тенденцией [1.19]. С учетом того, что удельный расход огнеупоров в период с 1990 по 2000 г. понизился примерно в 1,5 раза, а доля затрат в этот период выросла, средняя цена на огнеупоры, потребляемые черной металлургией, выросла в 2,6 раза.

Этот пример хорошо иллюстрирует еще одну тенденцию в мировом развитии про­ изводства и применения огнеупоров. Последняя состоит в том, что, несмотря на по­ степенное уменьшение объема их производства (по массе), растет объем производ­ ства товарной продукции (в стоимостном выражении). Так, согласно данным [1.21], в 1998 г. в мире произведено огнеупоров общей стоимостью 16,35 млрд, долл., а в 2003 г. предполагается рост до 18,5 млрд. долл. Обусловлено это разработкой и применением более дорогих огнеупоров на основе чистого (в том числе синтетического) сырья с применением все более сложных и наукоемких технологий.

В рассмотренном аспекте новым неформованным огнеупорам (прежде всего — бесцементным и сверхнизкоцементным наливным бетонам) принадлежит особая роль, так как именно этот класс огнеупоров в производстве стали (прежде всего) приходит на смену футеровкам из огнеупорного кирпича различных составов. Стоимость но­ вых огнеупорных бетонов существенно выше обычно применяемых высокоглинозе­ мистых или периклазоуглеродистых огнеупоров. Технико-экономический эффект но­ вых огнеупорных бетонов благодаря целому ряду факторов (см. гл. 2) очевиден. В этой связи развитие производства новых высокоэффективных (и поэтому дорогих) огнеупорных бетонов является общей современной тенденцией. Последняя проиллю-

Рис. 1.11. Относительная стоимость формован­ ных (У) и неформованных огнеупоров (2) в об­ щем балансе их производства в США: / — фак­ тические данные; II — прогноз []

1994	1996	1998	2000	2002
		Годы

стрирована, в частности, на рис. 1.11 данными по прогнозу относительной стоимости формованных и неформованных огнеупоров в США [1.22].

Видно, что еще в 1993 г. относительная доля неформованных составляла только около 30 %, а в 2002 г. предполагается увеличение до 55 %, т.е. стоимость неформованных огнеупоров в перспективе превысит таковую для формованных.

Успех в области новых неформованных огнеупоров в значительной степени обус­ ловлен использованием для их производства чистых, стабильных по качеству исход­ ных материалов, в том числе синтетических [1.9, 1.10, 1.13].

Одной из общих мировых тенденций является все большее распространение прак­ тики поставки огнеупорной продукции для индивидуального металлургического аг­ регата, узла с целью достижения сбалансированных наилучших результатов при экс­ плуатации огнеупорных изделий или футеровки в целом [1.16]. Например, для обес­ печения серии разливки в объеме 8 плавок, весь комплекс огнеупоров промежуточно­ го ковша (рабочий торкрет-слой, стопор-моноблок, погружаемый стакан, гнездовой блок) должен эквивалентно обеспечивать заданную стойкость.

1.2. Некоторые общие сведения о металлургической и огнеупорной отрасли России и Украины

Достаточно обширный анализ изменений, происшедших в черной металлургии Рос­ сии за последние двенадцать лет, опубликован в материалах к III съезду Международ­ ного союза металлургов, состоявшегося в апреле 2002 г. [1.23, 1.24].

Отмечается, в частности, что по состоянию на начало 2002 г. число действующих предприятий в комплексе увеличилось до 1479, из них 37,9 % продолжают оставаться убыточными. Существенно изменилась структура форм собственности предприятий отрасли: государственная — сократилась до 0,8 %, а частная выросла до 90,5 %. Ос­ тальные предприятия имеют различные формы смешанной собственности. Числен­ ность промышленно-производственного персонала составляет 761,4 тыс человек. Согласно данным [1.23], в табл. 1.1 приведена сравнительная динамика производства основных видов промышленной продукции России за 1999-2000 гг., а в табл. 1.2 — сравнительная мировая динамика производства стали и производительности труда за 1975-2000 гг.

Из табл. 1.2 следует, что при постоянном нарастающем объеме производства стали в мире, в России по сравнению с концом восьмидесятых годов произошел существен-