Износостойкие футеровки и трубопроводы для металлургии сталелитейных заводов

Вот скажу сразу — когда слышишь ?износостойкие футеровки для металлургии?, многие сразу думают про чугун или банальную сталь 110Г13Л. А на деле, особенно в сталелитейных цехах, всё куда тоньше. Это не просто ?броня?, а система, которая должна работать в условиях диких перепадов: тут и абразивный шлак, и тепловые удары при разливке, и химически агрессивные среды. Частая ошибка — гнаться за максимальной твёрдостью, забывая про вязкость и термостойкость. Сам видел, как на одном из уральских заводов футеровка конвертера дала трещины после полугода — материал был подобран без учёта цикличности нагрева. Вот об этих нюансах, которые в каталогах не пишут, и хочется порассуждать.

От теории к практике: почему каталоговая стойкость — не показатель

Работая с разными заводами, пришёл к выводу, что лабораторные испытания на износ — это лишь половина дела. В паспорте пишут, скажем, ?стойкость к абразиву 15 см3/50 см2?. Но в реальности, в том же желобе для разливки стали, помимо твёрдых частиц, идёт постоянный тепловой поток до 1500°C. Материал ?устаёт?. Поэтому мы, например, для футеровок ковшей давно перешли на композитные решения — основа из вязкой термостойкой стали, а рабочий слой из высокоглинозёмистой керамики или карбидокремниевых плиток. Недешёво, но межремонтный период увеличивается в разы.

Особенно критична история с трубопроводами для гидроудаления шлака. Казалось бы, обычная труба, но там идёт не просто вода с песком — это взвесь с острыми частицами окалины и шлака под давлением. Стандартные стальные трубы с внутренним напылением служат от силы год. Пробовали делать биметаллические литые — сложно с монтажом, да и сварные швы слабое место. Один из удачных проектов — это спирально-навитые трубы с внутренней вставкой из износостойкой резины на основе полиуретана с керамическим наполнителем. Шумно при транспортировке, зато ресурс под 5 лет даже на участках с высокой турбулентностью потока.

Кстати, про керамику. Многие технологи её боятся — хрупкая, мол. Но в определённых узлах, например, для футеровки циклонов-пылеуловителей в кислородно-конвертерных цехах, альтернативы нет. Важно только правильное крепление — не на жёсткий цемент, а на эластичную огнеупорную массу, которая компенсирует разное тепловое расширение металла корпуса и керамической плитки. Учились на ошибках: на ?Магнитке? в своё время поставили плитки на жёсткий раствор — после первого же цикла половина выпала.

Материалы: не только сталь Гадфильда

Да, 110Г13Л (сталь Гадфильда) — классика для узлов ударно-абразивного износа, типа зубьев ковшей или брони мельниц. Но её главный недостаток — низкая термостойкость. При температурах выше 250-300°C она быстро теряет свою наклёпанную твёрдость. Поэтому для футеровок рядом с печами или разливочными машинами ищем другие варианты.

Хорошо показали себя высокохромистые чугуны (типа ЧХ16М2) и карбид хрома, наплавленный плазменным способом. Но тут есть тонкость: если деталь сложной формы, наплавка ведёт к деформациям. Приходится идти на компромисс — использовать литые элементы из износостойкого чугуна, а затем усиливать самые ответственные плоскости наплавкой. Это увеличивает стоимость, но для ответственных узлов, вроде шиберных заслонок на трубопроводах горячего газа, это оправдано.

Отдельная тема — неметаллы. Для некоторых участков трубопроводов, транспортирующих абразивные пульпы, оптимальны трубы с внутренним покрытием из полиуретана или сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Они легче, не ржавеют и гасят шум. Но есть ограничение по температуре — обычно до 80-100°C. Поэтому на горячих участках, например, для транспортировки гранулированного шлака, мы комбинируем: первый участок — металлический с футеровкой, далее, когда температура падает — полимерный. Экономия на обслуживании налицо.

Проектирование и монтаж: где кроются главные проблемы

Самый лучший материал можно испортить неправильным монтажом. Особенно это касается футеровок сложных аппаратов — циклонов, сепараторов, смесителей. Чертежи часто делают конструкторы, которые слабо представляют себе реальные температурные поля и вибрации. В итоге крепёжные элементы оказываются в зоне максимального нагрева или на пути абразивного потока.

Запомнился случай на одном из сибирских заводов: поставили отличные футеровочные плиты из никель-хромистого чугуна в скруббер. Но крепили их на обычные болты из жаропрочной стали. Через три месяца половина болтов просто ?съелась? — абразивная пыль работала как напильник. Пришлось переделывать на систему скрытых ласточкиных хвостов и клиновых замков. Вывод: крепёж должен быть защищён не менее тщательно, чем основная футеровка.

С трубопроводами похожая история. Особенно на поворотах и ответвлениях. Ставить отвод под 90 градусов в зоне высокоскоростного абразивного потока — это гарантия протёртой стенки за полгода. Здесь нужно или увеличивать радиус поворота, или ставить специальные сборные отводы с усиленной футеровкой, или, как вариант, использовать внешние накладные износостойкие накладки в зоне предполагаемого удара. Иногда проще и дешевле сразу заложить в проект сменный коленообразный участок, который можно быстро заменить, чем переваривать весь магистральный трубопровод.

Сотрудничество с производителями: опыт с ООО Цзянсу Готай Машиностроение

В поисках комплексных решений по износостойким материалам несколько лет назад вышли на компанию ООО Цзянсу Готай Машиностроение. Их сайт https://www.jsguotai.ru изначально привлёк именно акцентом на R&D — исследованиях и разработках, а не просто каталогом продукции. Это важно, потому что типовых решений в нашей области почти не бывает.

Что конкретно взяли на вооружение? Например, их композитные плиты типа GT-Wear для футеровки бункеров. Основа — стальная пластина, рабочая поверхность — спечённый керамический слой. Крепятся болтами. Испытали на бункере горячего агломерата — где раньше стальная броня держалась 8 месяцев, эти плиты отходили уже больше двух лет. Правда, пришлось повозиться с подгонкой — плиты очень твёрдые, обычной болгаркой их не возьмёшь, резать нужно алмазным диском. Но это того стоило.

Также полезным оказался их подход к трубопроводам. Они предлагают не просто трубы, а расчёт участков максимального износа на основе данных о скорости и составе транспортируемой среды. Для одного из наших проектов по пневмотранспорту угольной пыли они предложили комбинированную схему: основные прямые участки — биметаллические трубы (сталь + чугун), а все колена и тройники — литые, из высокохромистого чугуна, с запасом толщины стенки. Система работает уже четвёртый год без капитального ремонта.

Конечно, не всё идеально. Были и накладки. Как-то заказали у них партию футеровочных кирпичей для печи. Материал отличный, но геометрия некоторых кирпичей имела небольшие отклонения, что создало сложности при футеровке — пришлось подбирать более толстый шовный раствор. Отреагировали быстро — прислали технолога, разобрались, следующие партии шли уже безупречно. Это и есть показатель серьёзного производителя — готовность решать проблемы на месте.

Взгляд вперёд: куда движется отрасль

Сейчас тренд — не просто создавать более стойкий материал, а разрабатывать интеллектуальные системы защиты. Речь о футеровках со встроенными датчиками остаточной толщины или температуры. Это позволяет перейти от планово-предупредительных ремонтов к ремонтам по фактическому состоянию. Пока это дорого, но для критичных агрегатов, остановка которых ведёт к огромным убыткам, уже начинает применяться.

Другое направление — улучшение ремонтопригодности. Всё популярнее становятся модульные системы быстрой замены футеровки, особенно на трубопроводах и в узких местах аппаратов. Не нужно разбирать всю конструкцию — вынимается изношенный модуль и ставится новый. Это сокращает простой в разы.

И, конечно, продолжается работа над новыми композитами. Очень перспективными выглядят материалы на основе карбонитрида титана или армированной керамики с металлической матрицей. Они обещают фантастическую стойкость, но вопрос цены и технологичности изготовления крупногабаритных изделий пока не решён. Будем следить, пробовать. В конце концов, в нашей работе главное — не бояться нового, но и не забывать старый, накопленный, часто горький опыт. Именно он и подсказывает, где может таиться подвох в самой красивой технической спецификации.