CC BY
145
УДК 666.3:666.974.2
М.П. Щедрин, Н.Н. Щербакова ПЕРСПЕКТИВЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ, РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА И РАЗРАБОТКИ НОВЫХ ВИДОВ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СТЕКОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Рассмотрены основные тенденции развития производства огнеупоров, в том числе расширение использования новых видов материалов - огнеупорных бетонов, обладающих достаточными исходными физико-механическими характеристиками без высокотемпературного обжига, структура которых окончательно формируется в условиях эксплуатации. Разработка технологии производства таких материалов требует исследования и прогнозирования изменения их структуры и свойств в процессе эксплуатации.
M.P. Shchedrin, N.N. Shcherbakova CONSUMPTION, PRODUCTION DEVELOPMENT AND DESIGNING ASPECTS OF NEW REFRACTORY PRODUCTS USED IN GLASS INDUSTRY
There were reviewed the main trends of refractory production development, including extension application of new refractory products - e.g. concretes that have original physical and mechanical properties being non burned at high temperature and those structure is finally formed by working conditions. For knowhow development of the above said refractory products the changes of their structure and properties by operation must be studied and predicted.
Глобально, значение мирового огнеупорного рынка по зарубежным данным на 20042005 годы оценивалось в 15 млрд. евро [1]. Как видно из диаграммы, основным потребителем огнеупоров является черная металлургия, остальные крупнейшие отрасли промышленности потребляют относительно небольшое количество огнеупоров, включая и производство стекла (см. рисунок).
цвет.мет.
Удельное потребление огнеупоров на мировом рынке
Для успешного существования любой российской компании на рынке огнеупоров необходим, прежде всего, анализ как положения дел на собственном производстве, так и мировых тенденций развития. Широкий спектр предлагаемых на мировом рынке огнеупорных материалов заставляет потребителя особенно внимательно относиться к выбору производителя огнеупора.
Затраты энергии и рудные ресурсы определят в будущем области и основных потребителей огнеупорного сырья и изделий. Осуществление мер типа Протокола Киото по сокращению парниковых газов в пределах Европейского союза приведут к дальнейшим сокращениям обрабатывающей промышленности огнеупорного сырья в высокоразвитых индустриальных странах. Последуют дальнейшие сокращения переработки сырья в Северной Америке и Западной Европе, сокращение избыточных мощностей в Восточной Европе. Усиливаются тенденции расширения огнеупорной промышленности и переработки сырья Китая. Зависимость от поставок китайского сырья и огнеупоров должна быть критически оценена, как в неизбежном диктате цен, так и в обеспечении поставки и монтажа тепловых агрегатов у потребителей огнеупорных изделий [1].
Непрерывная оптимизация существующих технологических процессов с целью усовершенствования качества изделия, так же как и сокращения потребления ресурсов времени, энергии и сырьевых материалов, важна для каждой компании, стремящейся остаться конкурентоспособной на рынке, как производящей, так и потребляющей огнеупорную продукцию.
Отсюда одна из основных мировых тенденций - это снижение удельных расходов огнеупоров. За полвека удельные расходы огнеупоров в производстве стали уменьшились почти в 3 раза, в стекольной промышленности удельные расходы огнеупоров снижены почти в 4 раза - с 15 до 4 кг на тонну стекла, в цветной металлургии за тот же период они уменьшены почти вдвое. В цементной промышленности расход уменьшен почти в 10 раз и составил в 2000 г. на отдельных предприятиях цементной промышленности 0,25 кг на тонну цементного клинкера. Наиболее важным фактором, вызвавшим существенное понижение удельных расходов огнеупоров, является применение новых неформованных огнеупоров. К классу неформованных огнеупоров относятся огнеупорные бетоны (бетонные массы, смеси, предварительно отформованные изделия), являющиеся основными, а также торкрет массы, набивные и пластичные массы, мертели (огнеупорные растворы) сухие смеси, огнеупорные покрытия, керамические волокна и материалы на их основе [2].
Ежегодное сокращение удельного расхода огнеупоров также происходит из-за технологического прогресса в их качестве и процессах, в которых огнеупор участвует, т. е. постоянно изменяются эксплуатационные условия, и технические требования к огнеупорам согласовываются между производителем и заказчиком. Требуется сконцентрироваться на совокупности требований заказчика, включающих кроме качества и производительности оптимальную цену [3].
Вторая тенденция - распространение поставки комплекса огнеупоров, который обеспечивает заданную стойкость и длительность эксплуатации. В целом стратегия производителей и потребителей огнеупоров заключается в том, чтобы установить оптимальную позицию с самым низким возможным риском поставки в равновесии с внутренней продукцией и внешней покупкой, или лучшим соотношением между складированием больших объемов огнеупоров и услугами быстрой поставки. Расширяется спектр услуг, предоставляемых потребителю огнеупорной продукции, включающий выбор огнеупоров, комплектацию заказа и стендовую сборку конструкции элемента или всего теплового агрегата и поставку изделий в необходимом объеме и в определенные сроки. Это весьма важно для поддержания высокого уровня качества как монтажных и пусковых работ, так и технологического процесса производства стекла и любой другой продукции.
Следующая явная тенденция - увеличение себестоимости огнеупорной продукции, что связано с разработкой и применением новых дорогих сырьевых материалов и способов формования. В связи с необходимостью получения высокого технико-экономического эффекта производства растет потребность в огнеупорах на основе чистого, в том числе и синтетического сырья с применением сложных наукоемких технологий, и промышленная стратегия успешных предприятий основывается на комбинации купленного и самопроизведенного сырья. Все более чистое сырье используется для огнеупорной промышленности, но дальнейшее усовершенствование химической чистоты или физических и технических данных имеет предел, и технологические процессы имеют небольшой потенциал усовершенствования, например в отношении к удельному расходу энергии.
Согласно требованиям Международной организации по стандартизации 9001 и Международной организации по стандартизации 14001, качество сырья и огнеупорных технологий - главная предпосылка, гарантирующая, что огнеупорные изделия выполнят свою функцию в различных производственных процессах. Однако пока огнеупорное сырье классифицировано как индустриальные полезные ископаемые, технические условия еще не стандартизованы. Технические требования к сырью, прежде всего, согласовываются производителем и заказчиком, и этот подход позволяет оптимально использовать купленное сырье и собственно произведенное. Для успешного развития производства огнеупоров необходимо исключить полную зависимость от одного поставщика сырья.
Таким образом, по результатам анализа спроса на огнеупорную продукцию совершенно очевидно, что потребление в основной степени зависит от требований заказчика в многочисленных специализированных областях. Поэтому основное прогрессивное направление - разработка специализированного, заказного материала, который бы обладал определенными преимуществами. Причем, важным фактором является кратчайший срок изготовления больших объемов огнеупоров, а любой обжиговый огнеупор требует значительных сроков, площадей, энерго- и трудозатрат при изготовлении и хранении.
Такими современными материалами и являются безобжиговые композиционные материалы - огнеупорные бетоны, они используются как в виде формованных изделий, так и в виде различных бетонных масс для приготовления монолитных футеровок. В отличие от строительных бетонов вяжущее огнеупорных бетонов при спекании образует керамическую связку, и заполнитель - крупнозернистая их составляющая - также является огнеупорным.
Именно бетонные технологии с использованием многофракционных составов с супер-тонкими компонентами, внедрение современных связующих с целью усовершенствования огнеупорной матрицы и свойств изделия, применение эффективного формовочного оборудования позволяют получить новые виды конкурентоспособных композиционных огнеупорных материалов и изделий, обладающих оптимальными качественными характеристиками для конкретного потребителя. Так, например, характерной особенностью низкоцементных огнеупорных бетонов, получаемых на высокоглиноземистом цементе в качестве связки, является пониженная их пористость и более тонкокапиллярная структура.
Огнеупорные бетоны обладают достаточными исходными физико-механическими характеристиками без высокотемпературного обжига, что весьма актуально при современном энергодефиците. Свойства бетонных изделий уже при первичной термообработке до 120-400°С на заводе-изготовителе обеспечивают требуемую монтажную прочность, плотность, пористость и т.д. При этом основные технические свойства приобретаются именно в процессе выводки теплового агрегата и эксплуатации, если огнеупорный бетон прошел предварительную необходимую термообработку ниже температуры эксплуатации. Это качество позволяет унифицированно использовать бетоны в различных узлах при разных температурах эксплуатации, что весьма важно при монтаже и службе теплового агрегата. Особая роль отводится новым неформованным огнеупорам - прежде всего бесцементным и сверхнизкоцементным наливным бетонам [4]. Стекольная промышленность является основным потреби-
телем безобжиговых бетонных изделий, т.к. именно в стекловаренных печах и футеровке флоат-ванн в больших объемах используют крупноразмерные блоки, которые ранее производили только трудоемким методом трамбования с последующим высокотемпературным обжигом, теперь же все шире применяются бетонные технологии. Так, в Японии доля класса неформованных огнеупоров в период с 1970 по 2000 годы возросла от 20 до 64% от общего объема производства огнеупоров. При этом удельный расход огнеупоров в производстве стали понизился в 1,5 раза [2], т.е. снижение потребления огнеупорных изделий в значительной степени вызвано применением высокоэффективных неформованных огнеупоров.
Производство и потребление огнеупорных бетонов развивается во всем мире, возрастает интерес к новым видам и способам футеровки тепловых агрегатов. В условиях конкуренции и обширной рекламы необходима система показателей, позволяющих сопоставлять характеристики различных типов огнеупорных материалов, осуществляя оптимальный выбор вида и области их применения, а также разработку планов использования в конкретных условиях, поставлена задача прогнозирования сохранения свойств на заданный срок. Важнейшее требование, предъявляемое к огнеупорным бетонам - это стабильность их свойств в широком интервале температур.
Разнообразие областей применения жаростойких и огнеупорных бетонов предопределяет необходимость разработки общих научных основ как оптимальной технологии их получения, так и теоретических предпосылок формирования заданных свойств.
Все эти вопросы о пригодности огнеупорного материала, определения срока бездефектной службы, а также о придании ему требуемых качеств, можно решить только при условии точного знания о процессах структурообразования в материале при его изготовлении и изменениях, происходящих в процессе эксплуатации.
Таким образом, очевидна актуальность задачи исследования процессов, происходящих в огнеупорных бетонных безобжиговых материалах при эксплуатации.
Авторами данной статьи ведутся работы по исследованию структурных изменений в композиционных материалах - огнеупорных бетонах в процессе изготовления и службы, что позволит разработать критерии их оценки кроме основных технических характеристик.
В результате проведенного анализа выделены обязательные критерии и этапы определения соответствия разрабатываемого огнеупорного безобжигового материала основному назначению:
1. Оценка пригодности материала к службе в определенных условиях по их техническим характеристикам и в соответствии с требованиями потребителя.
2. Выявление основных разрушающих эксплуатационных факторов.
3. Определение состояния огнеупора в эксплуатационных условиях и прогнозирование его в заданный временной период эксплуатации.
4. Определение общего срока службы без потери эксплуатационных свойств.
5. Расчет сроков появления пороков стекла от огнеупорной футеровки.
На основании статистической обработки результатов испытаний в процессе производства и выпуска новых видов продукции необходима разработка методологии комплексной оценки вариабельности качественных показателей, стационарности технологического процесса. Система идентификационных параметров и дополнительных критериев сертификационной оценки качества изделий позволит обеспечить их внедрение и конкурентоспособность на рынке с последующим постоянным усовершенствованием свойств применительно к конкретным требованиям потребителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. MeierA. Challenges for the Refractory Future RHI / A. Meier, H.-J. Junger, S. // Pirker Bullettin. 2004. № 2. Р. 6-10.
2. Пивинский Ю.Е. Неформованные огнеупоры: справочное издание: в 2 т. Т. 1. Кн. 1. Общие вопросы технологии / Ю.Е. Пивинский. М.: Теплоэнергетик, 2003. 448 с.
3. Очагова И.Г. Тенденции развития мировой огнеупорной промышленности / И.Г. Очагова // Новые огнеупоры. 2004. № 4. С. 11-13.
4. Кононов В. А. Производство огнеупорных материалов в России и перспективы его развития: в 2 ч. Ч. II. Анализ работы огнеупорных предприятий за 1990-2001 гг. / В. А. Кононов // Огнеупоры и техническая керамика. 2002. № 1. С. 40-47.
Щедрин Михаил Петрович -
ведущий специалист отдела сбыта ОАО «Огнеупоркомплект», г. Москва
Щербакова Наталия Николаевна -
кандидат технических наук, ведущий специалист по шихтоподготовке ОАО «Саратовский институт стекла»
Статья поступила в редакцию 17.07.06, принята к опубликованию 10.10.06
