Применение вторичного сырья из отработанных шиберных плит в композитных нижних соплах системы регулирования разливки стали 

В условиях активного продвижения принципов ресурсосбережения и «зеленой» металлургии переработка и повторное использование огнеупорных материалов приобретают особую актуальность. Одним из перспективных направлений является вовлечение вторичного сырья из отработанных шиберных плит в производство композитных нижних сопел сталеразливочных ковшей.

Шиберная плита является ключевым элементом системы регулирования потока стали при непрерывной разливке. В процессе эксплуатации она подвергается интенсивной эрозии и химическому воздействию расплава, что приводит к расширению разливочного отверстия и разрушению рабочей поверхности. Однако повреждения, как правило, локализуются в зоне разливочного канала и контактной дорожки, тогда как основной массив материала сохраняет исходные свойства. После удаления шлаковых включений и металлических элементов отработанные плиты могут быть переработаны и повторно использованы, что обеспечивает значительный экономический эффект.

В рамках исследования, выполненного для 120-тонного сталеразливочного ковша одного из металлургических предприятий Юго-Западного Китая, была разработана новая композитная конструкция нижнего сопла с использованием регенерированного сырья из шиберных плит. Отработанные плиты подвергались дроблению и классификации с получением фракций 0–0,15 мм, 0,15–1 мм и 1–4 мм. Проведены рентгенофазовый анализ (XRD), а также исследования методом СЭМ и ЭДС.

Установлено, что вторичное сырье преимущественно состоит из корундовой (α-Al₂O₃) и муллитовой фаз, с присутствием небольших количеств металлического алюминия, кремния и углерода. Это подтверждает возможность частичной замены 85%-ного бокситового заполнителя регенерированным материалом без ухудшения эксплуатационных характеристик.

В ходе экспериментов изучено влияние доли и гранулометрического состава вторичного сырья на физико-механические свойства материала. При увеличении содержания регенерата наблюдалось снижение объемной плотности и рост открытой пористости. Однако после термообработки при 1550 °C за счёт образования упрочняющей фазы Al₄C₃ и частичного формирования муллита прочностные характеристики значительно повышались. Оптимальным признан состав, предусматривающий введение до 77% вторичного сырья в композитный слой сопла, что обеспечивает баланс между себестоимостью и эксплуатационными показателями.

Особое внимание уделено технологии формования. В отличие от традиционного одностороннего прессования, приводящего к градиенту плотности по высоте изделия, применена схема двустороннего прессования с использованием плавающей платформы. Такой подход позволяет существенно выровнять плотность по сечению сопла и повысить стабильность его свойств.

Промышленные испытания композитных сопел типа B/A4 показали, что после трёх циклов эксплуатации диаметр разливочного отверстия увеличивался до 70,8 мм, что сопоставимо с показателями однородных сопел (69–72 мм). При этом не выявлено расслоений или продольных трещин в зоне соединения основного и композитного слоев, что подтверждает надежность разработанной конструкции.

Результаты исследования демонстрируют, что рациональная переработка отработанных шиберных плит и их применение в композитных нижних соплах позволяют снизить производственные затраты без ухудшения эксплуатационных характеристик. Разработанная технология может стать эффективным решением для повышения уровня повторного использования огнеупоров и реализации принципов устойчивого развития в металлургической отрасли.