книги из ГПНТБ / Новое в изготовлении и службе подин

Т а б л и ц а 36

Глубина погружения шаров, падающих в слой магнезитового порошка

При уменьшении количества зерен размером менее 0,1 мм в порошке до 12% при содержании фракции 3— 8 мм 11—14% глубина погружения в слой порошка ша­ ров одного размера уменьшается с уменьшением массы шаров.

С точки зрения механической прочности слоя магне­ зитового порошка и предотвращения попадания шихто­ вых материалов, вызывающих разрушение подины, не­ обходимо нормировать как содержание фракций менее 0,1 мм, так и фракций 3—8 мм. Содержание этих фрак­ ций в порошках по результатам проведенных исследо­ ваний должно в среднем составлять соответственно 20 (с учетом процесса спекания) и 15%.

С точки зрения состава шихтовых материалов наи­ большее влияние на стойкость подин оказывают химиче­ ский и зерновой состав окислителей (руды, агломерата) и химический состав чугуна. При содержании SiCVe ру-

Ш

де 10—12% стойкость подин уменьшается в связи с об­ разованием агрессивных силикатных расплавов. Умень­ шение размеров кусков руды или агломерата также от­ рицательно влияет на стойкость подин. С уменьшением кусков руды и агромерата нарушается нормальное те­ чение процесса плавления — возникают взрывы, выбро­ сы металла и др. При этом значительную роль играют процессы оплавления кусков руды или агломерата. Практически при завалке агломерата в печь при тепло­ вом напряжении 30 млн. ккал/ч избежать оплавления агломерата невозможно. Оплавление же агломерата вызывает чрезмерно бурные реакции с чугуном, приво­ дящие к разрушению поверхности футеровки подины. Большое влияние содержание SiCb в руде или агломе­ рате и их зерновой состав оказывают на стойкость по­ дин косвенным образом —увеличивая длительность плав­ ления, затягивая доводку.

Заваливаемый на сыпучие материалы скрап содер­ жит на поверхности кусков окислы железа, марганца, идущие на образование высокоокисленных расплавов, разрушающих футеровку подин, стен и откосов.

Воздействие руды, агломерата, скрапа на футеровку подин проявляется исключительно через расплав — шлак. Образование шлакового расплава в периоды за­ валки и прогрева материалов нежелательно с точки зре­ ния правильности ведения технологических процессов плавки. Поэтому в эти периоды необходимо создать ус­ ловия, препятствующие образованию шлакового распла­ ва из материалов шихты. Основное требование — не до­ пустить перегрева и оплавления шихтовых материалов. В связи с разной тепловосприимчивостью шихтовых материалов эта задача крайне сложна и требует тща­ тельного наблюдения за материалами в печи. В ряде случаев даже длительность завалки в 1—2 мин является достаточной для оплавления материалов. Вероятность оплавления увеличивается при использовании кислоро­ да, что объясняется увеличением температуры факела на 200—300° С. Поэтому при использовании кисло­ рода для интенсификации плавки специальный про­ грев шихты в процессе завалки должен быть ис­ ключен.

В процессе завалки материалов в печь подина долж­ на быть полностью закрыта. Это важно с точки зрения развития во всех участках подин определенных, одних

112

и затем стабилизировалась, несмотря на вынужденный прогрев печи. Следовательно, химическое взаимодейст­ вие материалов, контактирующих в этот период с поди­ ной, вряд ли возможно.

В верхних районах, находящихся под непосредствен­ ным воздействием факела, развивается температура, равная 1400—1450° С (рис. 43). Эти температуры значи­ тельно превосходят температуру плавления системы

FeO—Fe20 3—-Si02 (при 10—15% Si02, что соответству­ ет составу руды), равную 1200° С [ИЗ]. Таким образом,

время, ч

Время, мин

в верхнем районе слоя сыпучих материалов образуется расплав железисто-кремнисто-известкового состава. К нему добавляется железисто-марганцовистый расплав от оплавленных кромок скрапа. Образующийся расплав при определенных условиях (большое количество рас­ плава, неравномерность завалки и др.) может проник­ нуть к подине и принять участие в ее формировании (по­ сле засыпки порошка) или разрушении (в течение экс­ плуатации подины). Однако наибольшее агрессивное влияние этот расплав оказывает на футеровку стен и откосов печи.

При завалке чугуна образуется масса шлака желези­ сто-кремнистого состава. Этот шлак агрессивен к магне­ зитовой футеровке подины, стен и откосов.

При сливе поток жидкого чугуна вызывает механи­ ческое разрушение подины. Это особенно ощутимо при ремонте подин без формирования слоя магнезитового

114

порошка до начала завалки. Именно поэтому важно по­ крыть всю подину шихтой, преградив дорогу жидкому чугуну к подине печи. В связи с этим целесообразно за­ ливать чугун попеременно в разные окна рабочего про­ странства печи.

Плавление

Период плавления является первым периодом плав­ ки, интенсивно влияющим на формирование слоя магне­ зитового порошка при изготовлении подин по новой тех­ нологии. Температурные условия в этот период (1350— 1490° С) мало способствуют спеканию магнезита. Одна­ ко в этот период в большей степени сказывается фактор времени, действие ферростатического давления, метал­ лической фазы и неметаллических расплавов, образую­ щихся на контакте подины с сыпучими материалами — рудой, агломератом, известняком. Дело в том, что плав­ ление руды затягивается на 2,0—2,5 ч. Очевидно, в этот период в контакте с жидким чугуном образуются неме­ таллические расплавы, способствующие формированию подины печи.

Агрессивное воздействие на подину оказывает бар­ ботаж ванны в результате взаимодействия чугуна с ру­ дой, известняком и скрапом. При использовании кисло­ рода в ряде случаев взаимодействие чугуна и руды бы­ вает настолько интенсивным, что возникает опасность аварийного ухода металла из печи через ложные поро­ ги. В этот период происходит интенсивное разрушение рабочего слоя подины (этот процесс не изучен в доста­ точной степени). Химический состав чугуна имеет боль­ шое значение для стойкости подины. Так, по данным До­ нецкого завода, увеличение содержания серы в чугуне на 0,01% вызывает увеличение ее содержания в металле на 0,004%, что приводит к увеличению длительности довод­ ки плавки в среднем на 15 мин. Еще большее косвенное влияние на стойкость подины оказывает содержание кремния в чугуне. В данном случае имеется в виду не­ посредственное химическое воздействие чугуна на футе­ ровку подины. На пути к подине чугун встречает окис­ лители— руду, агломерат; в основном химическое взаи­ модействие происходит с этими материалами, а не с подиной. Однако частичное взаимодействие углерода и кремния чугуна с окислами железа и марганца подины,

бесспорно, имеется, Если завалить непосредственно на подину твердый чугун, то на этом участке будет наблю­ даться интенсивное разрушение футеровки подины.

Доводка плавки

Период доводки является наиболее активным перио­ дом плавки с точки зрения процессов формирования и разрушения футеровки подины. В этот период действует ряд основных формирующих и разрушающих футеровку

подины факторов.

В связи с формированием подии под действием ферростатического давления металла в термопластическом состоянии проведение первой доводки металла не вызы­ вает каких-либо опасений. Влияние длительности первой после ремонта доводки и температуры металла на фор­ мирование подин, изготовленных по новой технологии, несколько отлично от влияния этих же факторов на фор­ мирование подин, изготовленных по старым технологи­ ям. Если раньше длительность доводки и температуру металла первой после ремонта или изготовления подины плавки строго лимитировали, то при7 новой технологии эти ограничения не нужны. По мере насыщения верхних районов подины шлаком влияние длительности доводки и температуры металла меняется: для глубинных райо­ нов (40—70 мм) это формирующие наварку факторы, а для районов поверхностных (до 40 мм) — это разруша­

ющие факторы.

В период доводки плавки и особенно в период чисто­ го кипения создаются особенно благоприятные условия для реакции жидкой стали с окислами подины, а также развиваются чисто диффузионные процессы обмена; это особенно относится к окислам железа и хрома. Процес­ сы интенсивного взаимодействия подины и металличес­ кой ванны ведут к разрушению огнеупорной футеровки.

Важно, чтобы максимальная температура металла была достигнута в последний период чистого кипения; следует избегать присадки руды в ванну при температу­ ре металла 1600°С и более. В этот период поверхность подины находится в размягченном состоянии и энер­

ченного поверхностного слоя подины должно быть обра­

116

щено на доводку металла, раскисляемого при содержа­ нии углерода до 0,1%. Хорошо известно, что достаточный нагрев металла может быть обеспечен при опреде­ ленном количестве углерода (до 0,12—0,15%); ниже это­ го содержания углерода затихает кипение ванны и на­ грев металла усложняется. Поэтому нагрев металла с низким содержанием углерода должен быть осуществлен на 15—30 мин раньше, чем при выплавке средне- и высо­ коуглеродистых сталей. В противном случае приходится увеличивать содержание углерода в металле присадкой твердого или дополнительной заливкой жидкого чугуна, что при значительном переокислении металла в этот пе­ риод вызывает энергичный барботаж ванны и разруше­

ние подины.

Разнообразие сортамента выплавляемой стали усло­ жняет эксплуатацию подины [114]. При этом меняется метод раскисления и длительность доводки металла, температура металла перед выпуском. Введение значи­ тельного количества раскислителей в печь резко увели­ чивает агрессивное влияние контактирующего с поди­ ной шлака, так как в шлаке увеличивается содержание

SiC>2.

Раскисление и выпуск металла из печи

В период раскисления металла происходит наруше­ ние обменных процессов между жидкой ванной и огне­ упорной футеровкой подины. Эти процессы также следу­ ет рассматривать как процессы разрушения подины.

От того, как проведен период раскисления, во многом зависит нормальная эксплуатация подины. В период раскисления неизбежно происходит изменение состава шлака. Шлак становится более агрессивным к огнеупор­ ной футеровке с точки зрения содержания окислов крем­ ния. Загустевание шлака приводит к неполному удале­ нию его и, следовательно, к местному износу подины.

Именно поэтому раскислители лучше применять в до­ статочно крупных кусках, которые не могли бы запу­ таться в объеме шлака, успели раствориться в м'еталле и не остаться на подине после выпуска плавки.

Раскислители нужно предварительно прокаливать и задавать в печь малыми порциями по всей поверхности ванны. Наиболее рациональным с точки зрения эксплу­ атации подин является раскисление металла в ковше.

117

После подачи раскислителей в ванну необходимо осмот­ реть зеркало шлака и в случае необходимости разбить ошлакованные куски раскислителей.

К концу выпуска металла из печи могут быть приня­ ты меры к исправлению шлака. Для полного его удале­ ния на шлак забрасывают окалину и песок. Однако эту операцию нужно проводить крайне осторожно, чтобы не вызвать местного изменения состава шлака, которое, как правило, ведет к износу подины.

Следует также учитывать, что за время выпуска ме­ талла из печи растворить крупные куски извести в шла­ ке невозможно.

Г Л А В А I I I

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОДИН МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧЕЙ

Металлическая арматура подины

Огнеупорная футеровка подины, даже выполненная кладкой из кирпича вперевязку, не может противостоять значительному давлению находящейся в ней жидкой ста­ ли. В связи с этим футеровка подины, как и всего рабо­ чего пространства печи, заключается в металлический каркас (арматуру), способный выдерживать создавае­ мые напряжения.

В сороковых годах металлическую арматуру подин всех новых и реконструируемых мартеновских печей вы­ полняли из клепаных металлических конструкций. Опо­ рой для металлической арматуры подин служат специ­ альные бетонные стенки («быки»), на которые опирается конструкция из продольных и поперечных балок, несу­ щих мостовой настил, на котором выкладывают огнеу­ порную футеровку.

Таким образом, в настоящее время огнеупорная фу­ теровка подин, на которой покоится вся масса выплав­ ляемого металла, в строительном отношении испытывает нагрузку типа балки, лежащей на двух опорах. Причем величина нагрузки, приходящейся на опорные «быки», несущие подину, колеблется на печах разной садки от

1200 до 2000 т.

118

Следует отметить, что расчет подовых балок в от­ дельности и всей арматуры в целом затруднен. В ряде случаев число балок в подовом настиле определялось величиной свободного зазора между регенератором и верхним строением печи (рабочим пространством печи).

Рис. 44. Развитие конструкции арматуры откосов мартеновских печей:

ра откосов современных марте­ новских печей; в — новая арма­ тура откосов современных мар­ теновских печей

Значительные конструктивные изменения по сравне­ нию со старыми печами претерпели узлы сопряжения по­ довой арматуры и кладки стен вертикальных каналов и сводов регенераторов и шлаковиков. Массив кирпичной кладки убран с этого участка и заменен решетчатой ар­ матурой. Это значительно улучшает охлаждение подины в этом месте и, как следствие, уменьшает разрушение ее кладки.

На рис. 44 показана эволюция развития арматуры по­ дины около откосов печи. Совершенствование конструк­ ции арматуры этого узла привело к улучшению условий эксплуатации огнеупорной кладки откосов ванны и рез­ ко сократило число случаев прорыва металла через от­ косы.

119

Основными недостатками клапанной металлической арматуры подин является сложность изготовления, зна­ чительный вес и имеющая место деформация (на срез) заклепок в процессе службы.

Увеличение производительности мартеновских печей в результате переделки их на двойную садку требовало изыскания соответствующих конструктивных решений.

Одним из таких решений было увеличение глубины

ванны печи в результате утонения огнеупорной футеров­ ки подины и уменьшения высоты металлической армату­ ры ее с сохранением всех эксплуатационных качеств.

Прежде всего значительному изменению подвергся верхний поперечный настил арматуры. Высота попереч­ ных балок (настила) арматуры была уменьшена в два раза (печи садкой до 450 т). При этом строительная прочность балок снизилась в 3—4 раза, однако, как по­ казала дальнейшая практика эксплуатации, такое кон­ структивное изменение на стойкость арматуры и подины в целом не повлияло.

Кроме увеличения садки, такая конструкция попе­ речных балок (настила) обеспечила резкое уменьшение массы арматуры подины и облегчила демонтаж и монтаж металлических конструкций при ремонте и строительст­ ве печей (рис. 45).

Уменьшению масс металлоконструкций (на 8%) спо­

120