ООО «Институт Гипроникель», Санкт-Петербург, Россия

Новожилова О. С., младший научный сотрудник, эл. почта: NovozhilovaOS@nornik.ru
Савинова Ю. А., ведущий научный сотрудник, эл. почта: SavinovaYuA@nornik.ru
Богатырев Д. М., научный сотрудник, эл. почта: BogatyrevDM@nornik.ru
Владимиров Е. С., ведущий инженер, эл. почта: VladimirovES@nornik.ru

Одной из актуальных задач, стоящих перед металлургическими комбинатами, является выбор типа огнеупорных материалов в целях увеличения стойкости футеровки промышленных печей. Особый интерес представляют показатели огнеупорных материалов, которые предполагается использовать в перспективных проектах компании ПАО «ГМК «Норильский никель». Для решения указанной задачи необходимо понимание природы процессов разрушения огнеупорных материалов. Представлены результаты испытаний огнеупоров хромито-периклазового типа (ХПТ) в высокотемпературном шлаковом расплаве. Состав и структура как исходных, так и выдержанных в шлаковой массе образцов были детально изучены с помощью таких локальных методов исследования, как растровая электронная микроскопия и рентгено спектральный микроанализ. Исследования были выполнены на одном из наиболее современных и высокоинформативных аналитических комплексов, что позволило определить состав первичных и вторичных фаз на точном количественном уровне. Полученные результаты дают возможность установить основные механизмы разрушения огнеупоров, к ним относятся: пропитка массы огнеупора ХПТ шлаковым расплавом вследствие его высокой пористости, замещение связующего силиката огнеупора силикатом шлака и прямое химическое взаимодействие гранул периклаза со шлаковой массой. В свою очередь, хромиты оказываются не восприимчивы к агрессивному воздействию шлакового расплава. Кроме того, установлено, что продуктами взаимодействия периклаза со шлаком являются тугоплавкие фазы (в частности, вторичные железохромовые шпинели и силикаты на основе магния), при эксплуатации печи это может привести к формированию вторичного тугоплавкого гарнисажного слоя.

Авторы признательны старшему научному сотруднику Лаборатории пирометаллургии Пахомову Роману Александровичу за весомый вклад в проведение исследования и подготовку материалов настоящей статьи.

1. Кащеев И. Д. Свойства и применение огнеупоров : справочное издание. — М. : Теплотехник, 2004. — 352 с.
2. Акишев А. Х., Фоменко С. М., Телендіулы С., Кашкынбай Д. Т., Рахым Н. Т. Внутриструктурное температурное напряжение — основной фактор разрушения огнеупоров металлургических печей // Горение и плазмохимия. 2019. № 17. С. 33–39.
3. Земляной К. Г. Служба огнеупоров : учебно-методическое пособие. — Екатеринбург : Издательство Уральского университета, 2018. — 176 с.
4. Павловец В. М. Огнеупорные материалы : учебное пособие. — Новокузнецк : Сибирский государственный индустриальный университет, 2010. — 211 с.
5. Хорошавин Л. Б., Перепелицын В. А., Кононов В. А. Магнезиальные огнеупоры : справочник. — М. : Интермет Инжиниринг, 2001. — 576 с.
6. Cheng Limei, Zhang Lifeng, Ren Ying. Wettability between 304 stainless steel and refractory materials // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9, Iss. 3. P. 5784–5793.
7. Atzenhofer C., Harmuth H. Phase formation in MgO – C refractories with different antioxidants // Journal of the European Ceramic Society. 2021. Vol. 41, Iss. 14. P. 7330–7338.
8. Gao Jinghong, Su Weiguang, Wang Xin, Song Xudong et al. Corrosion and degradation mechanisms of high chromia refractory bricks in an entrained-flow gasifier: experimental and numerical analysis // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 24. P. 8754–8765.
9. Malfliet Annelies, Mazzon Antonio, Otegbeye Oluwabukunmi Omotola, Qiu Zilong et al. Impact of antioxidants in MgO – C refractory on steel cleanliness and refractory degradation // Open Ceramics. 2023. Vol. 14. 100352.
10. Wagri Naresh Kumar, Carlborg Markus, Eriksson Matias, Ma Charlie et al. High temperature interactions between coal ash and MgO-based refractories in lime kiln conditions // Fuel. 2023. Vol. 342. 127711.
11. Yüzbasi N. Sena, Graule Thomas, Blugan Gurdial. Stability assessment of alumina and SiC based refractories in a high temperature steam environment as potential thermal energy storage materials // Open Ceramics. 2023. Vol. 16. 100472.
12. Dong Guanglin, Pan Liping, Huang Tian, Chen Yichen et al. Stress intensity factor and fatigue crack propagation assessment of mode-I failure in alumina-calcium hexaluminate refractories // Open Ceramics. 2023. Vol. 15. 100422.
13. Chen Junfeng, Zhang Yu, Liu Guangping, Wei Guoping et al. Deterioration mechanism of Al2O3 – MgO refractory castable in RH refining ladle // Open Ceramics. 2023. Vol. 16. 100467.
14. Wu Muhan, Jin Shengli. Morphology characterization for refractory aggregates // Open Ceramics. 2023. Vol. 15. 100408.
15. Luo Yixin, Wang Xing, Liu Zhenglong, Yu Chao et al. Strengthening mechanism and slag corrosion-resistance of low-carbon Al2O3 – C refractories: Role of h-BN // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 27. P. 3632–3643.

16. Ерцева Л. Н. Опыт применения методов растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа для исследования материалов цветной металлургии // Цветные металлы. 2011. № 8-9. С. 86–91.
17. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П., Джой Д. и др. Растровая электронная микроскопия и рентгено спектральный микроанализ : пер. с англ. / под ред. В. И. Петрова. — М. : Мир, 1984. Ч. 1. — 296 с.; Ч. 2. — 348 с.
18. Боровский И. Б., Водоватов Ф. Ф., Жуков А. А., Черепин В. Т. Локальные методы анализа материалов. — М. : Металлургия, 1973. — 296 с.
19. Криштал М. М., Ясников И. С., Полунин В. И., Филатов А. М., Ульянинков А. Г. Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ в примерах практического применения. — М. : Техносфера, 2009. — 208 с.
20. Goldstein J. I., Newbury D. E., Michael J. R., Ritchie N. W. M. et al. Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis. 4^th Edition. — Springer, 2018. — 550 p.