книги из ГПНТБ / Новое в изготовлении и службе подин

продолжительности ремонтов, производство и примене­ ние магнезито-доломитовой смеси следует считать эко­ номически целесообразным.

При этом следует учитывать, что положительный эф­ фект использования доломита получают лишь при его высокой плотности (высокотемпературный обжиг).

Поэтому применение для ремонта подин доломитизированных порошков, особенно после их длительного хранения, возможно лишь при высокотемпературном об­ жиге доломитизированных магнезитов. В противном слу­ чае высокая активность слабо спеченного доломита к гидратации и взаимодействию с реагентами плавки мо­ жет существенно снизить стойкость подин.

Г Л А В А II

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СТОЙКОСТЬ ПОДИН МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧЕЙ

Стойкость подин мартеновских печей предопределя­ ется влиянием различных факторов, которые можно разделить на две группы:

1)факторы, предопределяемые конструкцией подины

икачеством материалов, используемых для ее изготов­ ления;

2)факторы, предопределяемые процессами плавки металла.

Факторы, предопределяемые конструкцией подины и качеством используемых материалов

Площадь подин и глубина ванны

Площадь подин печей садкой 100—900 т колеблется от 40 до 160 м2 при изменении глубины ванны от 700 до 1400 мм. Таким образом, очевидно, что увеличение сад­ ки печей в 9 раз привело к увеличению площади подин в 4 раза и глубины ванны в 2 раза.

Увеличение площади подины при сравнительно мел­ кой ванне и мощном факеле приводит к ускорению про­ цессов выплавки металла и сокращению длительности

101

плавки, что косвенно облегчает эксплуатацию подины и увеличивает ее стойкость.

Увеличение глубины ванны усложняет процесс вы­ плавки стали и таким образом отрицательно влияет на стойкость подин. Однако увеличение глубины ванны уменьшает механическое воздействие на размягченную часть подины жидкого металла в периоды, когда в печь вводят руду, что облегчает условия ее эксплуатации.

Следует отметить, что с развитием кислородного ста­ леварения отрицательное влияние увеличения глубины ванны на стойкость подин вследствие затягивания плав­ ки значительно уменьшилось (глубину ванны специаль­ но увеличивают на печах, на которых интенсивно ис­ пользуют кислород). Однако при этом возросло меха­ ническое влияние движущегося металла на подину печи.

Сувеличением глубины ванны растет ферростатическое давление металла, что благоприятно влияет на про­ цессы формирования подин по новой технологии.

Сувеличением глубины ванны резко усложняется

операция очистки подины.

Следовательно, глубину ванны следует выбирать, учитывая различные требования.

Профиль подины (угол наклона)

Проектный профиль подины печи предопределяет длительность и полноту выпуска металла и шлака, ос­ тавление которых на подине резко снижает ее стойкость. В процессе работы печи профиль подины в значитель­ ной степени меняется, в основном по поперечной оси пе­ чи — увеличивается угол наклона к сталевыпускному отверстию. На рис. 39 показан профиль подины 900-т печи после эксплуатации в течение 150—180 плавок Как видно из рисунка, профиль подины претерпевает следующие изменения: увеличивается толщина переднего откоса и уменьшается угол наклона его в сторону стале­ выпускного отверстия; уменьшается толщина задней стены и резко уменьшается угол наклона ее к вертикали вплоть до 80—90°.

Движение металла и шлака по подине печи, верхний рабочий слой которой находится в размягченном состоя­ нии в период выпуска, вызывает износ истиранием. К со­ жалению, несмотря на очевидность этого факта, он до сих пор не изучен. Увеличение угла наклона подины

102

приводит к увеличению скорости истечения и, следова* тельно, к увеличению износа подины. Таким образом, с точки зрения стойкости подины печи угол наклона ее должен иметь определенное оптимальное значение. В на­ стоящее время это значение угла наклона подины с точ­ ки зрения ее стойкости не определено. Угол наклона подины делается равным углу наклона лещади сталевыиускного отверстия. В свою очередь этот угол определя­ ется технологическими требованиями — недопустимо­ стью смешения шлака и металла, а также выхода шла­ ка ранее металла [48]. Угол наклона подины делают равным 6—10°.

Футеровка подины и способы ее изготовления

Длительное время в СССР верхний рабочий слой по­ дин изготовляли наваркой, нижний рабочий слой выпол­ няли кирпичной кладкой с определенным углом накло­ на по продольной и поперечной оси печи, создаваемым уступами кладки.

Уступы кладки с пустотами, хотя и заполняемыми массой, отрицательно влияют на строительную проч­ ность подины. Однако создание уступов при наварива­ нии верхнего рабочего слоя неизбежно, так как создать угол наклона верхним слоем подины в период наварива­ ния очень трудно. Разработка новой технологии изготов­ ления подин позволила создавать уклон подины измене­ нием верхнего рабочего слоя, изготовляемого в холод­ ном состоянии с большой точностью. В связи с этим нижний рабочий слой стали изготовлять в виде горизон­ тальной плиты без уступов, что увеличило строительную прочность подины и положительно повлияло на увеличе­ ние ее стойкости. Изготовление нижнего рабочего слоя подины в виде горизонтальной плиты позволило также исключить теску кирпичей при кладке стен и откосов; это ликвидировало образование швов толщиной 2 мм, что способствовало увеличению стойкости кладки стен, откосов и подины печи. Уменьшение размеров швов и полная их ликвидация во многом предопределяют стой­ кость подины. Предложенный Магнитогорским метал­ лургическим комбинатом способ выполнения подин без оставления температурных швов в монолите кладки поз­ волил обеспечить толщину швов не более 1 мм.

Оценивая влияние методов кладки на стойкость по­

104

дин, следует особо остановиться на ее теплоизо­ ляции.

В работе В. А. Дементьева [108] показано отрицатель­ ное влияние теплоизоляции на стойкость подины в свя­ зи с увеличением количества тепла в объеме кладки. В настоящее время в связи с резким увеличением теп­ лового напряжения в рабочем пространстве печи при­ менение теплоизоляции кладки подин должно быть све­ дено к минимуму.

Значительное влияние на стойкость подины оказыва­ ет химический и зерновой состав материалов, применяе­ мых для ее изготовления.

При этом влияние химического состава магнезитовых порошков несравненно меньше, чем влияние их зерново­ го состава [70]. Химический состав мелко- и крупнозер­ нистых порошков почти одинаков, несмотря на резкое различие в стойкости подин при использовании этих по­ рошков.

Однако, несмотря на сравнительно меньшее влияние химического состава магнезитовых порошков, концент­ рация огневых свойств в единице объема слоя подины имеет большое значение. Применение различных форми­ рующих материалов и особенно шлака понижало кон­ центрацию в единице объема, в связи с чем стойкость рабочего слоя таких подин была в 2—4 раза меньше. Сказанное относится к колебанию химического состава порошков в пределах от 75 до 90% MgO. Дальнейшее увеличение содержания MgO резко меняет процессы спекания порошка [99, 100]. Однако поведение порош­ ков с содержанием MgO 90—95% в подинах мартенов­ ских печей, к сожалению, недостаточно изучено.

В ряде случаев для изготовления и ремонта подин ис­ пользуются хромомагнезитовые порошки с содержанием Сг20 3 до 25—30%.

Как правило, Сг20з вносится в магнезитовые порош­ ки в виде хромистой руды, содержащей значительное ко­ личество Si02, которая вызывает эрозию зерен хромшпинелидов и вымывание их из подины. Переход окиси хрома в шлак предопределяет дальнейшие восстанови­ тельные процессы, усиливающиеся действием высокой температуры. При высоких температурах доводки Сг20з легко восстанавливается до Сг, переходящего в металл. Содержание хрома в металле за счет подины может уве­ личиться в несколько раз и превышать допустимое.

105

Проведенные исследования [32] показали, что коли­ чество введенного в порошок для подин хромистого ма­ териала должно предопределять содержание в нем не более 5—10% Сг20з.

В связи с этим следует сделать вывод, что использо­ вание хромсодержащих материалов (особенно хромис­ той руды) для изготовления и ремонта подин должно быть ограничено как с точки зрения стойкости подин, так и с точки зрения качества выплавляемого металла.

Факторы, предопределяемые процессами плавки металла

Заправка печи

Период заправки является единственным, когда тем­ пература, развиваемая в печи, газовая среда и шлаки действуют непосредственно на футеровку подины. Насы­ щение шлаком подины увеличивается с ростом темпера­ туры. Действие этих факторов в период заправки пони­ жает стойкость подины, тем более что ее футеровка, как правило, не восстанавливается в период ежеплавочной заправки.

Уменьшение действия этих факторов, а следователь­ но, и увеличение стойкости подины может быть достиг­ нуто уменьшением длительности заправки печи.

До начала выпуска металла целесообразно сформи­ ровать в печи основной (основность не менее 1,5) и вы­ сокоподвижный шлак. Важную роль в быстрейшем осво­ бождении подины от шлака играет положение канала сталевыпускного отверстия. Сразу же после снятия сталевыпускного желоба должны быть приняты меры к очищению канала отверстия и срезанию бугров, препят­ ствующих сходу шлака из печи. В ряде случаев необхо­ димо принимать особые меры для удаления локальных скоплений шлака, особо опасных с точки зрения стой­ кости футеровки подины.

Все эти меры способствуют уменьшению агрессивно­ го воздействия на подину шлакового расплава и тем са­ мым увеличивают ее стойкость.

В период заправки тепло, выделяемое факелом, по­ глощается футеровкой ванны. И если для заправочного материала, заброшенного на стены и откосы печи, это тепло в определенной мере необходимо, то для футеров-

106

кй подины и главного свода это тепло вредно и способвует увеличению шлакопоглощения и понижению их стойкости. Поэтому в период начала заправки тепловая нагрузка в печи должна быть снижена [88]. Между тем вопрос о величине тепловой нагрузки в период заправ­ ки по-разному трактуется в литературе. Так, М. И. Пан­ филов [103] рекомендует для периода заправки тепло­ вую нагрузку, такую же или даже более высокую, чем в период доводки плавки. Всесоюзное совещание стале­ плавильщиков (1957 г., г. Свердловск) рекомендовало проводить заправку вообще без тепловой нагрузки, что­ бы максимально уменьшить унос пыли заправочных ма­ териалов в насадки. Последнее, как показала практика использования мелкозернистых порошков, для главного свода печи и подины вредно, так как понижает их стой­ кость из-за термических напряжений, возникающих при резком снижении температуры. Сохранение тепловой на­ грузки, равной нагрузке периода доводки, и тем более ее увеличение также нерационально. Дело в том, что к выпуску металла футеровка главного свода нагревается до 1850—1800° С. Подина печи к выпуску металла в большинстве случаев имеет температуру жидкой стали (1590—1640° С). Таким образом, после выпуска метал­ ла и шлака и оголения подины она начинает поглощать мощный тепловой поток от свода печи. Это приводит к дополнительному размягчению футеровки и снижению стойкости подины. Сохранение тепловой нагрузки и тем более увеличение ее только усилит разрушение футеров­ ки подины. Наилучшие результаты с точки зрения стой­ кости подин [88] дает снижение тепловой нагрузки в пе­ риод заправки в среднем по печам разной садки до 0,82—0,94 нагрузки периода доводки.

Аккумулированное кладкой тепло может быть сохра­ нено при увеличении в определенной степени давления в печи. Такой тепловой режим заправки позволяет мак­ симально уменьшить резкий перепад температуры фу­ теровки подины, вызываемый завалкой на нее холодных материалов.

Снижение тепловой нагрузки в период заправки на печах разной садки должно быть разным. Так, на печах малой садки (до 200 т) тепловую нагрузку периода за­ правки практически не следует уменьшать по отношению к нагрузке периода доводки; на печах же емкостью 600—900 т, где уровень аккумулированного кладкой теп­

107

ла высок, тепловая нагрузка периода заправки долж­ на составлять в среднем 65% нагрузки периода доводки.

В период заправки определенное влияние па футе­ ровку пода оказывает атмосфера печи. Имеются данные [45], свидетельствующие о том, что поглощенные из ат­ мосферы печи окислы вызывают объемные изменения в футеровке подины. Однако как указывалось выше, в по­ дине не определяются минералы, которые могли бы вы­ звать объемные напряжения футеровки. Поверхностный слой подины находится в размягченном (пиропластичном) состоянии, поэтому, по-видимому, если превраще­ ние минералов и произошло в результате поглощения кислорода, то ощутимые напряжения в футеровке поди­ ны вряд ли могут быть вызваны.

Существующее в практике эксплуатации положение, что подина печи не должна оставаться длительное вре­ мя открытой, по-видимому, определяется потребностью уменьшения степени размягчения ее поверхности и по­ глощения шлака, стекающего со стен и откосов.

Завалка шихтовых материалов

Состав шихтовых материалов и порядок их завалки значительно влияет на стойкость подины. К- К. Прохо­ ренко [104] приводит следующие типы завалки материа­ лов на подину мартеновских печей, применяющихся в

СССР и за рубежом: тип I — руда, известняк, жидкий чугун; тип II — известняк, руда, лом, жидкий чугун; тип III —мелкий лом, известняк, руда, лом, жидкий чу­ гун; тип IV —руда, известняк, руда, лом, жидкий чугун.

Порядок завалки материалов па подину печи опреде­ ляется прежде всего технологическими и организацион­ ными требованиями. Наибольшее распространение полу­ чили на заводах страны I и IV типы завалки. Причем в связи с использованием агломерата все большее при­ менение находит I тип. Завалку известняка непосредст­ венно на подину печи на заводах СССР почти не приме­ няют, что связано со взрывами и выбросами металла из печи в период плавления.

Однако с точки зрения стойкости подины завалка известняка на подины печей оправдана.

Такой метод завалки известняка непосредственно на подину применяют на заводах США [105]. Причем тип завалки материалов выбирают, с учетом состояния поди­

108

ны печи — в места износа заваливают известняк, на ос­ тальные участки — лом.

Целесообразность завалки руды на подину печи бы­ ла определена еще в 30 гг. При этом считалось, что за­ валка руды на подину ускоряет ведение плавки. Прове­

формируется более основной активный шлак и сокраща­ ется длительность доводки. Поэтому завалка непосред­ ственно на подину части известняка в случае ее износа, по-видимому, целесообразна. Во всяком случае, завалка известняка на изношенные участки подины позволяет сократить простои на ремонте ее (рис. 40).

Завалку материалов первой плавки (после ремонта подины, ремонта печи или ее строительства) из-за отсут­ ствия до завалки каких-либо процессов монолитизации подины при работе по новой технологии следует прово­ дить осторожно. Вначале необходимо заваливать на по­ дину материалы с небольшой плотностью (агломерат) малыми порциями.

Магнезитовые порошки, используемые в настоящее время для формирования безжелезистых подин, долж­

1 «Исследование процесса шлакообразования при помощи радио­ активных изотопов». Отчет ЦЗЛ Макеевского металлургического завода, Макеевка, 1962.

109

ны обеспечивать создание слоя материала, который, с одной стороны, должен хорошо спекаться, а, с другой стороны, при свободном насыпании должен обладать достаточной механической прочностью, чтобы препятст­ вовать проникновению кусков руды и скрапа.

Отказ от предварительного спекания и, следовательно, упрочнения магнезитовых материалов под воздейст­ вием железистых расплавов предопределил необходи­ мость исследования механической прочности слоя магне­ зитовых порошков как грунта, подверженного воздейст­ вию засыпаемых на него кусковых материалов [101, 106, 107]. Изучение этих процессов проводилось по следую­ щей методике [109]. В цилиндр высотой 120 и диамет­ ром 60 мм засыпали исследуемый магнезитовый поро­ шок. В порошок с высоты 300 мм сбрасывались сталь­ ные шары различных размеров и массы. Перед каждым экспериментом порошок засыпали в цилиндр заново, чтобы устранить уплотняющее воздействие на него па­ дения шара в предыдущем эксперименте. О механиче­ ской прочности слоя порошков судили по глубине про­ никновения в них шаров. Исследовали порошки, зерно­ вой состав которых отличался разным содержанием фракции менее 0,1 мм при максимальном размере зерен 5 мм. В эти порошки сбрасывали один и тот же стальной шар. Полученные результаты приведены на рис. 41.

Таким образом, с увеличением содержания фракции менее 0,1 мм (в 1,2—1,5 раза) глубина проникновения шара в слой увеличивается (в 2,0—2,5 раза), т.е. меха­ ническая прочность слоя порошка значительно умень­ шается. Полученные данные подтверждают результаты работ, в которых сделан вывод о необходимости ограни­ чения содержания дисперсных фракций в порошках, подвергаемых уплотнению [ПО, 111]. Было исследовано погружение шаров различной массы и размеров в маг­ незитовые порошки как одного и того же, так и разных зерновых составов (табл. 36).

Данные, помещенные в табл. 36, позволяют сделать следующие заключения. При использовании шаров раз­ ной массы, имеющих одинаковую поверхность встречи, глубина погружения их в слой порошка того же зерно­ вого состава возрастает более чем в 2 раза при увеличе­ нии массы в 4 раза (опыт 2). Аналогичный результат был получен в опытах 3, 4 с использованием порошков, содержащих зерна размером 3—8 мм.

ПО