1.1.3 Желоб доменной печи

Желоб - канал для выпуска жидких металлов и шлака из плавильных агрегатов. Желоба для выпуска шлака и чугуна отливают из чугуна, в зависимости от места установки изготавливают различной формы и длины. Их сечение зависит от максимального количества чугуна и шлака, проходящего через них в единицу времени в период выпуска. По назначению желоба подразделяют на шлаковые и чугунные. Они различаются тем, что чугунные желоба футерованы специально приготовленными углеродистыми блоками, огнеупорным кирпичом и другими термостойкими огнеупорными материалами. Желоба заправляют желобной массой, изготовляемой по определенной рецептуре и технологии.

В зарубежной практике применяют желоба, изготовленные на бетонной основе, футерованной кирпичом и заправленной слоем углеродистой массы толщиной 100 мм. Масса предохраняется от окисления глиноземистым песком и просушивается газовыми горелками. Смолосодержащие компоненты при этом прококсовываются и придают массе необходимую прочность. Применяют также футеровки по бетону, состоящие из коксовой мелочи и цемента. Уклон желобов принимается равным для чугунных (5-6) %, для шлаковых (6-7) % [5]. Желоб, соединяющий чугунную летку с так называемым "скиммером" - чугунной плитой (сифоном), установленным для разделения чугуна и шлака, называется главным желобом, или "горновой канавой". Сечение и длина главного желоба значительно больше остальных желобов. Он является наиболее ответственным участком в общей схеме желобов. Наиболее распространенной конструкцией его является Г-образный желоб, рассчитанный на более полное отделение чугуна от шлака во время выпуска за счет увеличения его емкости.

Скиммер горновой канавы не доходит до ее дна на (200-300) мм. Шлак, имеющий меньший удельный вес, чем чугун, задерживается им и отводится через шлаковые желоба в ковши или грануляционную установку. Чугун, проходящий под скиммером, попадает в распределительную коробку и, переливаясь через так называемый перевал, создаваемый конфигурацией установленного за горновой канавой желоба, поступает в чугунные желоба. Шлаковые желоба не футеруют и не заправляют, их подсыпают мелким сухим шлаком для предупреждения приварки к ним чугуна, который может попасть в желоба вместе со шлаком. Поэтому на магистралях шлаковых желобов делают специальные копильники — ловушки для улавливания чугуна и его отстоя [5].

Желоба по своей конструкции и принципу действия разделяют на передвижные, поворотные с роликовой дорожкой внизу и вверху, качающиеся и с вращающимися распределителями-копильниками, оборудованными двумя носками [5].

Передвижные желоба в связи с повышенной потерей чугуна во время передвижки так же, как и желоба с копильниками, в которых наблюдался большой износ футеровки, распространения не получили.

1.2 Огнеупорные материалы, применяемые для футеровки желоба доменной печи

1.2.1 Огнеупорные бетонные смеси для футеровки желоба доменной печи (патентный поиск)

До недавнего времени футеровка желобов доменных печей выполнялась исключительно набивными массами. В последнее время благодаря техническому развитию в огнеупорной отрасли, а также реконструкции литейных дворов стало возможным и целесообразным применение огнеупорных наливных низкоцементных масс нового поколения, позволяющих снизить потери чугуна, улучшить условия труда и экологическую ситуацию, снизить удельные расходы на огнеупорные материалы.

Рассмотрим некоторые бетонные смеси и их характеристики. Огнеупорная бетонная смесь содержит: зернистого электрокорунда фр. (6­-3) мм (15­-22) % маcс., фр. (3-­1) мм (8­-20) % маcс., фр. (1-­0) мм или смеси фр. (0,5­-0) мм и фр. (1­-0,5) мм (13-­27) % маcс., карбида кремния (13­-27) % маcс., тонкодисперсного корунда (14-­24) % маcс., высокоглиноземистого цемента (7­-16) % маcс. и пластифицирующей добавки (0,03-­0,55) % маcс. Во втором варианте смесь содержит: зернистого электрокорунда фр. (3-­1) мм (28­-42) % маcс. или смеси фр. (6­-3) мм в количестве (17­-25) % маcс. и фр. (3­-1) мм в количестве (27­-33) % маcс., фр. (1­-0) мм (18-­42) % маcс., тонкодисперсного шлама электрокорунда фр. ­<50 мкм (5-­10) % маcс., табулярного корунда фр. ­<20 мкм (14­-17) % маcс., высокоглиноземистого цемента (6­-8) % маcс. и пластифицирующей добавки (0,03­0,55) % маcс. В третьем варианте смесь содержит: зернистого электрокорунда фр. (3­-1) мм (18­-40) % маcс. или смеси фр. (6-­3) мм в количестве (18-­25) % маcс. и фр. (3-­1) мм количестве (18­-32) % маcс., фр. (1­-0,5) мм (9-­42) % маcс., тонкодисперсного электрокорунда фр. <63 мкм (30-35) % маcс., высокоглиноземистого цемента (7-9) % маcс. и пластифицирующей добавки (0,2-0,3) % маcс. В качестве пластифицирующей добавки могут быть использованы: смесь лигносульфоната натрия и кальцинированной соды, триполифосфат натрия, смесь борной кислоты, карбоната лития и кальцинированной соды, лимонной кислоты, смесь лимонной кислоты, кальцинированной соды и оксида лития, или органическое волокно [6]. Полученные из данной смеси огнеупоры обладают высокими характеристиками предела прочности при сжатии и шлакоустойчивости. С полученными характеристиками огнеупорных бетонов и их составом можно ознакомиться в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Состав бетонных смесей [6]
Компоненты и их массовая доля в образце смеси, % масс.	№1	№2	№3	№4	№5
Электрокорунд фр. (6-3) мм Электрокорунд фр. (3-1) мм Электрокорунд фр. (1-0) мм Электрокорунд фр. (1-0,5) мм Тонкодисперсный электрокорунд фр. <63 мкм Шлам электрокорунда фр. <50мкм Карбид кремния фр. (1,6-1,25) мм Табулярный корунд фр. <20 мкм Высокоглиноземистый цемент Пластифицирующая добавка (сверх 100%) Вода затворения (сверх 100%)	15 15 15 - - 6 25 17 7 0,46 4,6	20 30 20 - - 5 - 17 8 0,055 4,6	- 40 30 - - 5 - 17 8 0,25 4,6	22 28 - 10 31,5 - - - 8,5 0,25 7	25 20 - 15 31 - - - 9 0,3 7,5

Таблица 2 - Физико-механические показания опытных образцов огнеупоров [6]
Физико-механические показатели опытных образцов огнеупоров	№1	№2	№3	№4	№5
Кажущаяся плотность, сырца на третьи сутки: После сушки при 105 24 часа После обжига при 1000 3 часа После обжига при 1600 3 часа	3,01 3,10 3,05 3,09	3,27 3,30 3,28 3,28	3,34 3,33 3,26 3,27	3,04 3,02 2,93 2,81	3,02 3,02 2,98 3,00
Открытая пористость, %: После сушки при 105 24 часа После обжига при 1000 3 часа После обжига при 1600 3 часа	13,5 18,6 12,5	11,0 15,5 12,5	11,0 13,6 12,0	16,0 22,5 20,0	19,4 18,1 18,3
Предел прочности при сжатии, После сушки при 105 24 часа После обжига при 1000 3 часа После обжига при 1600 3 часа	24,1 34,0 34,0	90,0 72,5 135	36,0 31,0 90,0	50,8 34,8 100,0	54,0 31,4 80,0
Изменение линейных размеров, % После сушки при 105 24 часа После обжига при 1000 3 часа После обжига при 1600 3 часа	0 +0,1 +0,8	0 0 +0,6	0 0 +0,6	+0,2 +0,4 +0,3	-0,1 +0,3 +0,6
Температура деформации под нагрузкой, Температура начала размягчения Температура 4%-го сжатия	>1700 >1700	1695 >1700	>1700 >1700	1575 1700	1570 1690
Шлакоустойчивость, мм	1,8	1,9	1,9	2,8	2,7

Анализ результатов испытаний образцов огнеупоров показал, что полученные из вариантов предлагаемой огнеупорной смеси огнеупоры обладают шлакоустойчивостью в пределах (1,8-2,7) мм [6]. Предел прочности при сжатии после сушки у всех опытных образцов огнеупоров лежит в пределах от 24,1 до 90 , после обжига при 1000 в пределах от 31 до 72,5 , а после обжига при 1600 в пределах от 34 до 135 .

Испытания на термостойкость в режиме нагрева до 1300°С и последующего охлаждения водой показали, что огнеупорные футеровки, полученные на основе предлагаемой огнеупорной бетонной смеси, выдерживают (13­-17) теплосмен до появления первой трещины и (38-­42) теплосмены до разрушения футеровки [6].

Отечественный и зарубежный опыт показал, что в условиях увеличения объема доменной печи и интенсификации ее работы наиболее стойкими являются футеровки желобов, выполненные из наливных низкоцементных тиксотропных масс корундо-карбид-кремниевого состава. Бетоны на основе данного состава имеют достаточную прочность, химическую, термическую и эрозионную устойчивость [7].

Рассмотрим огнеупорный бетон в системе со следующим химическим составом: 82% , 12% , 5% , 2% , 0,5% CaO и 0,1% . Кажущаяся плотность для данного бетона после сушки при 110°С в течение 24 ч составила 3,25 , открытая пористость - 9 %, а предел прочности при сжатии - 47,8 . Предел прочности после обжига при 1100 в течение 5 ч составила 77,3 [8].

Анализируя данные результаты, можно сделать вывод, что данные бетоны имеют высокую механическую прочность и шлакоустойчивость, необходимые для использования их в качестве огнеупорной футеровки желоба доменной печи [9].