Когда видишь маркировку Кирпич огнеупорный ДВ КН 918 23, первое, что приходит в голову — это типичное заблуждение, будто все огнеупоры с индексом 'ДВ' одинаково работают при температурах выше 1600°C. На практике же даже партия из одной печи может давать разброс по термостойкости до 50°C. Помню, как в 2018 году мы закладывали футеровку в печь для обжига карбида бора — тогда еще не было понимания, как поведет себя этот кирпич при циклических нагрузках с резкими охлаждениями.
По ГОСТу 918-23 заявлена кажущаяся плотность 2,38 г/см3, но на деле при замерах в цехе получали от 2,34 до 2,41 — видимо, сказывается неравномерность уплотнения массы при прессовании. Особенно критично это для зон соприкосновения с расплавленными шлаками. В прошлом году на заводе в Чжума как раз столкнулись с тем, что в нижних ярусах печи кирпич начал крошиться уже через 4 месяца, хотя по паспорту должен был выдерживать не менее 12.
Содержание Al2O3 в 62% — цифра, которая многих успокаивает, но мало кто проверяет распределение глинозема по структуре. При неравномерной прокалке образуются локальные зоны с пониженной огнеупорностью. Мы как-то разрезали бракованный кирпич — видно было, что коричневые включения шпинели сконцентрированы ближе к торцам. Это объясняет, почему в арках свода чаще появляются трещины именно по краям.
Прочность на сжатие 45 МПа — параметр, который без контекста мало о чем говорит. В комбинации с карбидборными наполнителями, например при футеровке печей для синтеза карбида бора, важнее модуль упругости. При температурных скачках выше 300°C/час кирпич с высокой жесткостью просто лопался по швам. Пришлось разрабатывать гибридную кладку с компенсационными зазорами.
Шов 1,5 мм — это не рекомендация, а жесткое требование. Но сколько раз видел, как монтажники экономят огнеупорный раствор, увеличивая зазоры до 3 мм. Через такие шлаковые 'мостики' теплопотери растут на 8-10%, не говоря уже о проникновении газов. Особенно критично для печей, где идет процесс синтеза карбида бора — летучие соединения бора разъедают швы за считанные недели.
Интересный момент: при обжиге кирпича в туннельных печах иногда перекаливают наружный слой. Визуально не определить, но при футеровке такой кирпич дает усадку на 0,3-0,5% больше нормы. Обнаружили это случайно, когда замеряли геометрию кладки после третьего цикла — в зоне температурного градиента образовалась ступенька до 7 мм.
Сейчас для ответственных объектов типа печей глубокой переработки карбида бора стали использовать кирпич с дополнительной пропиткой — не по ГОСТу, но практика показала, что это увеличивает стойкость к абразивному износу. Хотя с химической стойкостью есть нюансы — при контакте с некоторыми флюсами пропитка может давать обратный эффект.
На производственной линии в 2000 тонн карбида бора изначально стояла футеровка из кирпича ДВ КН 918 23 без модификаций. Через 11 месяцев в зоне загрузки шихты появились сквозные трещины — оказалось, вибрация от дробильного оборудования передавалась на кладку. Пришлось усиливать демпфирующими прокладками из керамоволокна.
При расширении мощностей до 3000 тонн в 2015 году учли этот опыт — заложили кирпич с пониженным модулем упругости. Но столкнулись с другой проблемой: при температуре 1450°C и давлении пара выше 0,3 МПа началось отслоение поверхностного слоя. Выяснилось, что пар проникал в микропоры и создавал внутренние напряжения. Решили дополнительной герметизацией стыков.
Сейчас для печей синтеза карбида бора марки 'Хуангэн' используем кирпич с добавкой циркония — не стандартный ДВ КН 918 23, а модифицированный. Хотя это увеличивает стоимость на 15%, но межремонтный период вырос с 14 до 22 месяцев. Для годового объема производства в 100 миллионов юаней такая разница окупается за два цикла.
Карбид бора — абразивный материал, но главная проблема не в истирании, а в химическом взаимодействии. При температурах выше 1350°C бор начинает диффундировать в огнеупор, образуя легкоплавкие эвтектики. В зоне температурного градиента °C это приводит к оплыванию кирпича.
На сайте cn-boroncarbide.ru есть данные по химической стойкости, но они даны для стандартных условий. В реальных печах, где есть перепады давления, процесс идет интенсивнее. Замеряли как-то содержание бора в отработанном кирпиче — до 3,2% против фоновых 0,8%. Это объясняет, почему термостойкость падает уже после первого цикла.
Сейчас экспериментируем с защитными покрытиями на основе муллита — пока результаты неоднозначные. В восстановительной атмосфере покрытие держится хорошо, но при окислительных процессах быстро разрушается. Для печей синтеза карбида бора это критично, так как там сложный газовый режим.
Стоимость замены футеровки на линии глубокой переработки карбида бора составляет около 7% от годового оборота. Поэтому даже увеличение межремонтного периода на 20% дает существенную экономию. Но здесь важно не переусердствовать — попытка использовать сверхстойкие материалы может привести к нарушению теплового баланса печи.
Рассчитываем оптимальный срок замены не по остаточной толщине, а по комплексу параметров: теплопроводности, газопроницаемости, содержанию ферроимпurities. Как-то пробовали вести по тепловым потерям — оказалось неинформативно, так как кирпич ДВ КН 918 23 меняет теплопроводность неравномерно по сечению.
Сейчас внедряем систему предиктивного анализа — замеряем деформацию кладки лазерным сканированием после каждого цикла. Данные с производства в Яань показывают, что максимальный износ происходит не в самых горячих зонах, а в участках с турбулентными потоками газов. Это меняет подход к проектированию футеровки.
Стандарт 918-23 не учитывает возможность легирования кирпича дисперсными добавками. Мы пробовали вводить до 5% карбида кремния — термостойкость выросла, но упала стойкость к термическому удару. Видимо, из-за разницы ТКР.
Интересный эффект получили при добавке 2% оксида иттрия — стойкость к проникновению бора повысилась на 40%, но стоимость кирпича выросла непропорционально. Для массового производства нерентабельно, но для специальных применений возможно.
Сейчас ведутся переговоры с производителями о разработке специализированной марки для карбидборных производств. Основная сложность — совместить требования ГОСТ с реальными эксплуатационными условиями. Думаю, в течение года может появиться принципиально новый материал на базе ДВ КН 918 23.
