На фоне усиления ценовой конкуренции на рынке огнеупоров и стремления металлургических предприятий к снижению себестоимости особую актуальность приобретает разработка экономически эффективных материалов для узлов сталеразливочного оборудования. Одним из ключевых элементов системы шиберного затвора является нижний стакан ковша, который служит каналом выпуска стали, соединяется с длинным стаканом и обеспечивает защиту расплава от вторичного окисления. К материалу нижнего стакана предъявляются повышенные требования по стойкости к термоударам, эрозии и химическому воздействию.
В рамках исследования была изучена возможность частичной замены таблитчатого корунда гомогенизированным бокситом (Al₂O₃ ≥ 85%) в составе огнеупорной массы. Содержание боксита варьировали от 0 до 40% с шагом 10%. Образцы формовали под давлением 150 МПа и подвергали сушке при 180°C, а также термообработке при 1500°C в восстановительной атмосфере. Оценивались открытая пористость, объемная плотность, прочность при сжатии и изгибе, линейные изменения после обжига и стойкость к термоударам.
Результаты показали, что с увеличением доли гомогенизированного боксита открытая пористость возросла с 8,0% до 9,7%, а объемная плотность снизилась с 3,17 до 3,07 г/см³. Прочность при сжатии уменьшилась с 108 до 94 МПа, при изгибе — с 28 до 21 МПа, оставаясь при этом в пределах отраслевых стандартов.
В то же время термостойкость улучшилась: линейные изменения после обжига снизились с +0,3% до +0,1%, а коэффициент сохранения прочности после термошока повысился с 62% до 73%. Улучшение объясняется присутствием небольшого количества стеклофазы в боксите и более низким коэффициентом термического расширения, что способствует снижению внутреннего напряжения и трещинообразования.
Промышленные испытания проводились на металлургическом предприятии с 200-тонным ковшом. Образцы с 30% и 40% содержанием боксита эксплуатировались в течение четырёх плавок синхронно со шиберными плитами. После эксплуатации не зафиксировано кольцевых трещин и разрушений. При этом вариант с 30% добавкой показал оптимальный баланс между износостойкостью и экономической эффективностью и был рекомендован для серийного производства.
Таким образом, частичная замена таблитчатого корунда гомогенизированным бокситом (около 30%) позволяет снизить себестоимость нижнего стакана без ухудшения эксплуатационных характеристик и обеспечить стабильную работу в условиях многократных термоциклов.
