1.Л.Н. Никольский, и.Ю. Зинуров. «Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов». М: «Металлургия» 1993 год с 272.

2.Д.Я. Поволоцский, В.Е.Рощин, Н.В. Мальков. «Электрометаллургия стали и ферросплавов» М: «Металлургия» 1995 год с 592.

3.А.В.Егоров. «Расчет мощности и параметров электроплавильных печей». М: МИСиС , 2000год с 272.

4.Якушев А.М. «Проектирование электросталеплавильных и доменных цехов». М: Металлургия, 1984, - 214 с.

5.Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Якушев А.М. «Конструкция и расчет машин и агрегатов металлургических заводов:» учебник для вузов. М: ИКЦ «Академкнига», 2003.- 456 с.: ил

Қосымша әдебиет

6.Начала Металлургии: Учебник для вузов. В.И. Коротич, С.С. Набойченко, А.И. Сотников, С.С. Грачев, Е.Л. Фурман, В.Б. Ляшков. Екатеринбург: УГТУ, 2000 год. С 392

7.Ж.И. Кузбаков, Ж.О. Нурмаганбетов. «Конструкция и проектирование электродуговых сталеплавильных и ферросплавных печей». АГУ им. К. Жубанова. 2004 год с 37.

Дәріс 3

Металлургиялық пештерге арналған отқатөзімді материалдар (ОТМ)

Жоспар:

1.Металлургиялық пештерде қолданылатын ОТМ қойылатын жалпы талаптар.

2.ОТМ жіктелуі: отқа төзімділігі; химия -минералогиялық құрамы.

3.ОТМ түрлері.

4.ОТМ қасиеттері: беріктілігі, деформация температурасы, термотұрақтылық, кеуектілігі.

5.Жылуоқшаулағыш материалдар.

Металлургиялық пештердегі маңызды элемент болып ішкі кеңістікті оқшаулайтын отқа төзімді футеровка болып табылады, ол берілген үрдістерге сай температураны алуға көмектесетін жылудың белгілі бір мөлшерін оптимизациялауды қамтамасыз етеді. Металлургиялық агрегаттын қызметінің ұзақ мерзімі, егер отқа төзімді материалдың қажетті беріктікке, жоғары температураға төзімді және газ фазасымен оларға химиялық әсерге төзімді болса ғана мүмкін. Бұдан басқа отқа төзімді футеровка жылу минималды жылу жоғалымдарын қамтамасыз ету керек.

Отқа төзімді материалға қойылатын басты талаптардың бірі отқа төзімділік яғни бұл балқымай жоғары температураларға қарсы тұруға икемді және жоғары температурада құрылыстық ауыртпалыққа шыдау қасиеті. Көлемі жағынан бұл қасиет тәжирибедегі отқа төзімді матералдың (пирамида формасында) жұмсарып, белгілі тәсілмен деформациялық кезіндегі температурамен мінезделеді. Сынау шарттары стандартталған. Әрбәр отқа төзімді материалдың негізгі бөлігі екі үш балқу температурасы жоғары минаралдан тұрады (таблица 2.5).

Жоғарғы отқа төзімді материалдар.

Көміртегі қатты күйінде 3500 С жуық температурада болады.

1.Отқа төзімділігі боынша материалдар 3 топқа жіктеледі:

орташа отқа төзімді......1580-1770С

жоғары отқа төзімді......1770-2000С

аса жоғары отқа төзімділік 2000 С жоғары.

2. Химико-миненералдық отқа төзімділердің жіктелуі 2.6 таблицада көрсетілген.

Ескертулер: t- отқа төзімділік температурасы, ст – сығылуға беріктік шегі.

2.6 суретте көрсетілгеннен басқа көптеген жоғары температуралы қосылысты комбинициясынан тұратын отқа төзімді материалдар бар: олар муллитті, форстеритті, периклазизвестті, периклазхромитті, карбидкремнийқұрамды, көміртек құрамды муллитокорундты және т.б.

3. Оттөзімді өндіріс бірдей көлемде материалдың екі типін шығарады: қалыптанбаған – ұнтақ түріндегі немесе солардың негізінде дайындалған пасты, қоспа массы түріндегі материал және қалыптанған бұйым, белгілі бір фурмаға және өлшемге ие: кірпіштер, стакандар, төсемшелер, сақиналар және т.б. Әдетте қалыптанған оттөзімділерге арналған қоспаларға байланыстырушы заттардың кішігірім мөлшерін қосады: CaO, балшықтар, смолалар, сульфитті-спиртті бардлар және т.б.

Қалыптанғаг отқа төзімді материалдарды келесі жолмен алады:

• Жартылай құрғақ престеу (масса ылғалдылығы (3-8%);

• Пластикалық қалыптау (ылғалдылығы 16-20%);

• Шликерлі әдіспен (ылғалдылығы 35-45%) -351б қара;

• Балқымалардан құю.

Отқа төзімді материалдардың негізгі бөлігі алқашқы екі әдіспен алынады. Отқа төзімді материалдың құрамына тәуелді оларды тығыздау алдын-ала күйдіру нәтижесінде немесе қолдану барысында жүзеге асады.

Отқа төзімді материалдар өздерінің қызметтерін жақсы орындау үшін анықталған комплексті қасиеттерге ие болуы қажет.

Пайдалану кезінде футеровка көптеген статикалық және соққылау әрекеттеріне ұшырайды, сондықтан да мұндайға қарсы тұру үшін отқа төзімді материалдар беріктікке ие болуы қажет. Талапқа сай беріктік жоғары температураларда сақталу керек.

Отқатөзімді материалдардың механикалық беріктілігін сығуға беріктілік шегімен – а_сғ беріктілігімен бағалагнады. Қарапайым бұйымдар үшін ол 20-50 Н/мм ге тең. Тығыздықтың осуіне байланысты (тұтқырлықтың азаюымен қоса) беріктілік өседі.

Отқа төзімді материалдар жоғары температураға шыдайды ұзақ қолданыс барысында олардың отқа төзімділік температурасынан (2.5 таблицада көрсетілген)төменгі температураға ұшырасады (200-500⁰ С).

Отқа төзімділердің шыдамдылығы жоғары температура кезінде температуралы деформациямен мінезделеді (тәжірибе стандарталған). 2.53 суретте көрсетілгендей деформацияның басталу температурасымен оның өзгерісінің динамикасы әртүрлі, от төзімділер үшін бірдей емес.

Сурет 2.53. жоғары температура кезінде жүктеуде (0,2Н/мм) отқа төзімділердің деформациясы.

1.2 – құрамы А1Л 28 және 40%›; шамот;

3- периклазды шамот;

4-динас;

5-жоғары глиноземды А1,0-70%

Егерде температуралардың кең диапозонында (200 С жуық) шамотты және жоғары глиноземды отқа төзгіштер деформацияланса,онда периклазды және династы отқа төзгіштер деформациясының бастапқы температурасынан 20-30 С ге жоғары температурада интенсивті бұзыла бастайды.

Термотұрақтылық отқа төзгіш материал температурасының кенеттен жоғарлауы кезінде беріктілікті сақтап қалуын негіздейді. Бұл жағдайда бұзылудың себептері белгілі бір температурада минералдардың модификация нәтижесінің өзгерісінде немесе бұйымның көлеміндегі температураның градиенті кезінде пайда болатын ішкі кернеу болып табылады. Термотұрақтылық көрсеткіші отқа төзімді үлгінің бұзылуға дейінгі (сынақ шарттары стандартталған) шыдамдылық көрсеткен термосымен санын көрсетеді.

Отқа төзімді материалдың ең басты мінездемесі тығыздалмағандығы болып табылады. Бұл параметр отқа төзгіштің сұйық балқыманың физмкалық және химиялық әсеріне қарсы механикалық беріктілігіне, жылу өткізгіштігіне, төзімділігіне әсер етеді. Көптеген отқа төзімді материалдардың үлпілдектігі 17-25% құрайды. Бірақ арнайы технология бойынша үлпілдектігі 5% дейінгі аса тығыз және аса тығыздалмаған 45% тіпті 80% дейінгі бұйымдарды алуға болады.

Металлургтердің және отқа төзгіштердің мамандарын отқа төзгіштердің басқада қасиеттері қызықтырады: жылу – және элктрөткішгіштік, газөткізгіштік, термиялық ұлғаюдың сызықты коэффициенті, қожды тұрақтылық.

Балқытқыш металлургилық пештерде отқа төзгіштерінің бқзылуының негізгі себібі бұл олардың қожбен желінуі болып табылады. Отқа төзімді футеровканың тұрақтылығының жоғарылауына, отқа төзгіштің дұрыс таңдалуы нәтижесінде қол жеткізуге болады. Химиялық әрекеттерді болдырмау үшін қышқылды қождар бөлінетін процеске динас сиякты отқа төзгішті және керсінше жоғарыт негізділікті қож кезінде CaO мен MgO мөлшері жоғары хромомагнезитті және магнезтитті негізгі отқа төзгіштерді қолдану қажет.

AlO сияқты амфотерлі оксидінің көп мөлшері жоғары глиноземды және шамотты отқа төзгіштер нейтралды болып саналады. Темірлі қождың бұзғыш әсеріне қарсы тұратын отқа төзгіштер бұл форстеритті, периклазихромитті және периклазитті көміртекті болып табылады.

Көрініп тұрғандай металлургияда әртүрлі металлургиялық өңдеулерде қолданылатын отқа төзгіш материалдар кең көлемде орын алады. Династы отқа төзгіш материалдар үрдіс кезінде қышқыл қождар түзілуімен температураның кенеттен ауытқуынан басқа жоқары отқа төзімділік жағдайын қолдану маңызды.

Алюмосиликатты отқа төзгіштердің (шамотты, жоғары глиноземді) технологиялық қасиеттері құрамындағы AlO мөлшеріне тікелей байланысты. AlO мөлшерінің жоғарылауымен пропорционалды түрде, отқа төзгіштік, қожға тұрақтылық артады.

Магнезиялды отқа төзгіштердің (периклазды, даломитті) басты артықшылықтары жоғарғы отқа төзгіштік пен негізгі қождардың химиялық әрекеттесуіне қарсы тұрақтылығы болып табылады.

Көміртекті отқа төзгіштердің оңтайлы сапасына жоғары термо тұрақтылық пен қожға тұрақтылықты (металл мен шлактың нашар жанасуы арқасында), жоғары жылу өткізгіштікті және 3500 С астам температурада жоғары отқа төзімділікті жатқызуға болады. Бұл отқа төзгіштердің басты кемшіліктері жоғары температураларда тек О₂ ғана емес сонымен бірге CO мен, газ фазасымен кейбір металл қождарының оксидтерімен әрекеттесуі нәтижесінде тез тұтанғыштығы болып табылады.

Цирконды отқа төзгіштердің артықшылығына тек қана жоғары от төзгіштігі ғана емес, сонымен бірге метал тазалығының жоғарлауы нәтижесінде металл мен қорытпалардың химиялық әрекетіне қарсы тұрақтылығы жатады.

Қалыптанбаған отқа төзгіш бетондар болып табылады. Олардың отқатөзімділігі толтырғыш полидисперсті династі, шамотты, периклазды ұнтақтар сияқты толтырғыштардың қозғалуына шартталған. Байланыстырғыш ретінде жие отқа төзгіш жоғары глиноземды цемент қолданылады. Қалыптанған отқа төзгіштердің орнына отқа төзгіш бетонды қолдану келесі артықшылықтарға ие:

• Монолитті бетонды футеровкада тігістер мүлде болмайды;

• Күйдірудің қажеттілігі болмайды;

• Фундамент футеровкасын енгізу кезінде жұмыстың еңбек өнімділігі төмендейді.

Отқа төзімді өндіріс ерекше отқа төзгіш материал жылу оқшауландырғыш материалдарды өндіреді. Бұл материалдардың басты функциясына пеш қабырғасы арқылы өтетін жылудың мқлшерін минимумға қысқарту немесе жылулық ағын кезінде отқа төзгіш массамен футеровка қалындығын минимумға қысқарту жатады.

Сурет 2.54 отқа төзгіш конструкцияның қабат қалыңдығы бойынша реттелуі:

1 – отқа төзгіш тығыз материал;

2- жеңіл;

3 – минералды мақта;

4 –каолинді мақта.

Суретте бағыт бойынша жылулық ағынының қозғалысы кқрсетілген. Көрініп тұрғандай А вариантын В вариантына ауысқанда футеровка массасы жуық шамамен 10 дейін және осындай мәнде жылудың аккумулицияланған қабырғасының мөлшерінің қысқаруына әкеледі. Жеңіл отқа төзімділерді қолдану үздіксіз жұмыс жасайтын пештерде отынның шығының 10-15 пайызға перидты жұмыс жасайтын пештерде 45% дейін үнемделеді. Жылу оқшаулағыш материалды отқа төзімділер жасалатын материалдардан дайындайды. Ең басты артықшылығы 40% пайызды жоғары үлпілділіктегі, осының арғасында жылу өткізу коэффиценті 2-7 ден 0,4-0,6 Вт/(м*К).

Әсіресе тиімді жылу оқшпулағыштар қатарына талшықты от төзімді материалдар жатады. Осылайша диаметрі 2-3 ал ұзындығы 250мкм болатын талшықтан жасалған коолинді мақтаның тығыздығы 100 кг/м³ ал жылу өткізгіштігі 0,05 тен 0,2 Вт/(м*К) тең. Материал 1250 С температурада қолданыла алады.

Металлургиялық пештерде аса тиімді жұмысты қамтамасыз ету үшін отқа төзімді футеровка әдетте сәйкестендіру мүмкін емес комплексті қасиеттерге ие отқа төзімді футеровкамен жабдықталуы қажет. Мысалы жоғары беріктілікке жету үшін материал ескіруге қарсы төменгі үлпілдектілікке ие болуы керек.

Осыған байланысты күрделі шарттарда жұмыс жасайтын металлургиялық агрегаттар үшін футеровка 2– 3 қабатты болады, әрбір қабатқа сәйкесінше отқа төзгіш материалдар қолданылады.

Негізгі әдебиет

1. Начала металлургии: Учебник для вузов. В.И.Коротич, С.С.Набойчснко, А.И. Сотников,С.С.Грачев, ЕЛ.Фурман, В.Б. Ляшков. Екатеринбург: УГТУ, 2000г. С.392.

2. В.А. Гладких, М.И. Гасик, А.Н. Овчарук, Ю.С. Пройдак. Ферросплавныеэлектр Днепропетровск: Системные технологии, 2007г. 259с.

3. Д.Я. Поволоцкий, В.Е. Рощин, Н.В. Мальков. «Электрометаллургия стали и феррсвов» М: «Металлургия» 1995 г. с.592.

Қосымша әдебиет

4. В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, A.M. Якушев. Общая металлургия. __М: ИКЦ «Академ-книга», 2002г. с.768.

5. Н.Д. Лукашкин, Л.С. Кохан, A.M. Якушев «Конструкция и расчет машин и агрегатов металлургических заводов», учебник для вузов. М: ИКЦ «Академкнига», 2003г. 456 с.

Дәріс 4