Когда речь заходит об огнеупорных материалах, многие сразу думают о шамоте, но в реальности для разных температурных режимов и агрессивных сред нужны принципиально разные решения. Вот, например, в зоне контакта с расплавами цветных металлов обычные материалы просто не работают – нужен карбид бора, но о нём почему-то редко вспоминают на этапе проектирования.
В прошлом году на одном из алюминиевых заводов в Красноярске пришлось полностью менять футеровку плавильной печи после всего трёх месяцев эксплуатации. Дело в том, что проектировщики заложили стандартный корундовый кирпич, не учтя химическую активность расплава. После этого случая всегда настаиваю на лабораторных испытаниях образцов в конкретной среде.
Карбид бора – один из тех материалов, которые часто недооценивают. Его температура начала окисления в воздухе около 600°C, но в инертной атмосфере или вакууме он выдерживает до 2200°C. При этом стойкость к расплавленному алюминию – практически абсолютная. Но есть нюанс: при контакте с расплавами железа или стали он быстро разрушается из-за образования боридов.
Особенно важно учитывать теплопроводность. Для некоторых применений высокая теплопроводность карбида бора становится преимуществом – например, в кристаллизаторах непрерывного литья. Но для теплоизоляции, естественно, нужны другие решения.
Видел случаи, когда прекрасный материал терял 70% ресурса из-за неправильной укладки. Например, при футеровке индукционных печей важно соблюдать не только геометрию швов, но и ориентацию кристаллов в прессованных изделиях. Мельчайшая трещина в торкрет-покрытии – и всё, процесс пошёл.
Одна из распространённых ошибок – экономия на анкерных системах. Некоторые подрядчики пытаются использовать обычную сталь вместо жаростойких сплавов, что приводит к выпадению целых блоков футеровки после термических циклов. Особенно критично в печах с периодическим нагревом-охлаждением.
При монтаже пластичных материалов часто забывают о необходимости выдержки для уплотнения. В результате через месяц эксплуатации появляются пустоты, а потом – локальные прогары. Контроль каждого слоя – не прихоть, а необходимость.
На предприятии ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив производится карбид бора марки 'Хуангэн' – материал с уникальным сочетанием твёрдости и химической стойкости. В их практике есть примеры успешного применения в узлах соприкосновения с расплавленным алюминием, где другие огнеупоры не выдерживали и 200 циклов.
Интересный момент: при использовании карбида бора в качестве добавки к другим огнеупорам удаётся значительно повысить стойкость к абразивному износу. Но здесь важно точное дозирование – переизбыток приводит к хрупкости конструкции.
На их сайте cn-boroncarbide.ru можно найти технические отчёты по применению в конкретных промышленных условиях. Особенно полезны данные по поведению материала в контакте с разными типами шлаков – информация, которую обычно приходится собирать по крупицам.
На медноплавильном производстве в Норильске три года назад внедрили комбинированную футеровку с использованием карбида бора в зоне наибольшего износа. Результат – межремонтный период увеличился с 11 до 28 месяцев. Но пришлось полностью пересмотреть систему креплений – стандартные решения не подошли.
В вакуумных печах карбид бора ведёт себя иначе, чем в окислительной атмосфере. Например, при температурах выше 1800°C начинается заметная сублимация, что ограничивает применение в длительных процессах. Но для кратковременных операций – идеальный вариант.
Запомнился случай на заводе по производству специальных стёкол: при футеровке плавильной ванны использовали импортный материал, который не выдержал контакта с фторидными соединениями. После перехода на карбид бора проблема решилась, но пришлось разрабатывать специальную схему термокомпенсации – коэффициент теплового расширения отличается от привычных огнеупоров.
Себестоимость футеровки с применением карбида бора в 3-5 раз выше традиционных решений, но в некоторых случаях это единственный вариант. Например, в установках непрерывного литья цветных металлов, где простои на ремонт обходятся дороже самой дорогой футеровки.
Производственные мощности ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив позволяют выпускать до 2000 тонн глубокопереработанного карбида бора в год. При полной загрузке это около 100 миллионов юаней – серьёзный объём для такого специфического материала.
Сейчас наблюдается тенденция к созданию композитных материалов на основе карбида бора – с добавками нитридов, силицидов. Это позволяет варьировать свойства в широком диапазоне. Думаю, через 5-7 лет мы увидим принципиально новые решения для особо сложных условий эксплуатации.
Кстати, при оценке экономической эффективности часто забывают учитывать стоимость демонтажа отработанной футеровки. А она для разных материалов может отличаться в разы – карбид бора здесь снова в выигрышном положении благодаря высокой твёрдости и сохранению формы даже после частичного разрушения.
