книги из ГПНТБ / Новое в изготовлении и службе подин

было уделено увеличению стойкости верхнего рабочего слоя подины против агрессивного воздействия жидкого металла и шлака.

Для изготовления верхнего рабочего слоя используют магнезитовые (содержащие не менее 88% MgO) или магнезитохромитовые (75—80% MgO, 18—20% Сг20з) порошки, представляющие собой в воздушно-сухом со­ стоянии обычные несвязанные сыпучие материалы. Та­ ким образом, задача уплотнения магнезитовых порошков в холодном состоянии (в период строительства и ремон­ та металлургических печей) аналогична задаче уплотне­ ния несвязанных материалов, решаемой механикой грун­ тов. Правомочность такой аналогии показана в работе [203]. В настоящее время нет единого взгляда на приро­ ду связи частиц грунтов и их структурообразование [204—209]. Для уплотнения грунтов необходимо преодо­ леть силы сцепления частиц и силы трения между ними [206]. Эта задача решалась путем увлажнения грунта до 6—8% и создания подвижного слоя между частица­ ми. При этом образуется коагуляционная тиксотропная структура материала [220]. Уплотнение грунта в этом случае достигается пневмотрамбованием и поверхност­ ным вибрированием [208, 221, 222]. Уплотнение увлаж­ ненных до 20% масс осуществляли глубинным вибри­ рованием. При этом образуется конденсационно-кристал­ лизационная структура материала [220]. Это позволяет получить высокую плотность слоя [223], но в условиях мартеновских печей оказалось неэффективным из-за трудностей, возникающих при сушке высоковлажной фу­ теровки. В условиях металлургических печей наиболее перспективным является использование для изготовле­ ния верхнего рабочего слоя порошков в воздушно-сухом состоянии (влажность менее 3%).

По данным работ [224—228], уменьшение или лик­ видация сил связи между частицами порошков несвя­ занного грунта и перевод его в псевдоожижженное со­ стояние может быть наиболее полно достигнуто глубин­ ным вибрированием. При этом достигается общее перемещение сыпучей среды и снижение коэффициентов трения между частицами [229]. Эффективность вибраци­ онного уплотнения зернистых материалов может быть повышена путем одновременного использования стати­ ческой нагрузки [206, 207, 230] и правильного выбора зернового состава материалов [206, 208, 210, 219, 221].

151

Оценку степени уплотнения материала путем вибрации чаще всего производят по конечным результатам — ка­ жущейся плотности [232, 233], осадке и т. д., а проекти­ рование вибромашин осуществляют по конструктивным признакам [205, 234]. Наиболее эффективным является метод глубинного уплотнения дисперсных материалов пространственно-стержневой установкой [212,235—237], создающей объемное возбуждение слоя. Целесообраз­ ность применения вибрации для уплотнения зернистых огнеупорных материалов показана в ряде работ [231, 238—242].

Исследования режимов виброуплотнения магнезито­ вых порошков проводили по следующей методике.

Поскольку собственные колебания частиц несвязан­ ного грунта составляют 900—3000 в минуту [206, 210, 242] в качестве источников вибрации были выбраны се­ рийные вибраторы, имеющие такую же частоту колеба­ ний— дебалансный электровибратор С-414 (эллиптиче­ ские круговые колебания, 2800 в минуту) и электромаг­ нитный вибратор С-378-А-А (направленные колебания, 3000 в минуту) [243]. Вибраторы жестко прикреплялись к площадке, к которой также жестко крепились стальные штыри. При помощи штырей вибрация передавалась в глубь слоя магнезитового порошка. Вес штыря диа­ метром 16 мм составляет 0,44 кг, диаметром 30 мм 1,26 кг. Статическая нагрузка на слой порошка создава­ лась пригрузочными плитами, вес одной пригрузочной плиты 22 кг. В исследованиях использовали четыре пригрузочные плиты, укладываемые на слой порошка от­ дельно. Общий вес плит составлял 88 кг, удельная на­ грузка на слой от 0,031 до 0,124 кгс/см2.

Рациональные параметры режимов уплотнения маг­ незитовых порошков определяли в ящике с разборными стенками, представляющем собой геометрическое подо­ бие футеровки подины.

Кажущуюся плотность слоя порошка определяли следующим образом.

Магнезитовый порошок взвешивали и засыпали вро­ вень с краями ящика. С учетом объема ящика определя­ ли кажущуюся плотность слоя порошка в свободно на­ сыпанном состоянии. После этого порошок подвергали вибрации, заново определяли объем, занимаемый по­ рошком в ящике, и кажущуюся плотность слоя порошка. Определение свойств магнезитовых порошков, характе­

152

ризующих их подвижность, осуществляли по методикам, изложенным в работе [244] (определение угла растека­ ния) и в работах [206, 214, 225] (определение усилия сдвига).

Были измерены частота и амплитуда колебаний ос­ нования и нижнего конца штырей в воздухе и магнезито­ вом порошке в зависимости от вертикальной и горизон­ тальной установки вибратора С-417, различной весовой нагрузки на него и статической нагрузки на уплотняемый слой порошка. Весовую нагрузку на вибратор изменяли путем применения штырей разной массы (32 и 16 штук); нагрузку на порошок изменяли, меняя число пригрузочных 'плит — от одной до четырех. Было установлено, что частота вибрирования порошка во всех случаях остается равной частоте источника колебаний. Для измерения амплитуды колебаний штырей в воздухе виброустановка подвешивалась на резиновых тросах. Для измерения амп­ литуды колебания штырей в магнезитовом порошке на­ садочное устройство вибрографа подводилось к штырю через отверстия в стенке разборного ящика. Для иссле­ дований был использован порошок в зернах размером 0—5 мм с содержанием фракции менее 0,1 мм 21,7%. Амплитуда колебаний меняется в пределах 1,0—2,2 мм, при этом значения амплитуды колебания конца штырей во всех случаях были в 1,5 раза больше амплитуды коле­ бания его основания. Это позволяет сделать вывод о большей степени уплотнения слоя порошка в районе концов штырей и о необходимости их перемещения по высоте слоя. Для определения сил связи между зернами выделены восемь порошков, размер зерен которых коле­ бался в следующих пределах: 5—3; 3—2; 2—1; 1—0,5; 0,5—0,25; 0,25—0,16; 0,16—0,088; менее 0,088 мм. Для этих порошков были определены углы растекания и уси­ лия сдвига (рис. 55, 56). Проведенные исследования по­ зволяют заключить, что наименьшей силой связи, т. е. наибольшей подвижностью обладают порошки с зернами размером 1,0—0,25 мм.

Были проведены исследования по установлению за­ висимости виброуплотнения магнезитовых порошков марки МПП от их влажности (рис. 57). Увеличение влажности порошков марки МПП до 3-—4% резко сни­ жает степень их вибро.уплотнения; дальнейшее увеличе­ ние влажности до 9—10% практически не влияет на из­ менение степени виброуплотнения порошка. При

153

увеличений влажности свыше 12—15% степень вибро­ уплотнения порошка резко возрастает. С учетом трудно­ сти сушки высоковлажных масс в условиях мартенов­ ских печей был сделан вывод о целесообразности ис-

, Размер франций порошна,мм

154

х5— содержание фракций менее 0,1 мм в магнезитовом порошке (0; 20; 30%).

Полученные данные были обработаны графически (рис. 58), а также на электронно-вычислительных маши­ нах [245].

Вначале были определены коэффициенты парной кор­

Рис. 58. Зависимость кажущейся плотности слоя магнезитовых порошков от параметров вибрации и нагружения:

с этим было составлено линейное уравнение множест­ венной связи между кажущейся плотностью и изменяе­ мыми параметрами, а также рассчитаны численные зна­ чения коэффициентов, входящих в него:

Расчет по уравнению (1) теоретических значений ка­ жущейся плотности слоя и сравнение их с эмпирически­ ми показал, что отклонения составляют менее 0,1%, что позволяет сделать вывод о достаточной точности уравне­ ния (1). С учетом степенной зависимости кажущейся плотности порошка от статической нагрузки, получен­ ной графическим методом, было рассчитано уравнение второй степени:

155

Отклонения рассчитанных по уравнению (2) значе­ ний кажущейся плотности слоя от эмпирических состав­ ляют 0,01%, что позволяет сделать вывод о более высо­ кой точности уравнения (2).

Проведенные исследования показали, что максималь­ ное уплотнение слоя магнезитового порошка, равное 2,8 г/см3 (удельный вес магнезита 3,66 г/см3), достигает­ ся при статической нагрузке 0,06 г/см3, длительности од­ ного цикла вибрирования 90 с и трехкратном погруже­ нии штырей в слой. Передачу вибрации в глубь слоя необходимо осуществлять штырями диаметром 16 мм из расчета уплотнения одним штырем 100 см2 площади слоя. Для достижения максимального виброуплотнения порошки должны содержать фракции 1,0—0,25 мм при минимальном содержании фракций более 5 и менее

0,1 мм.

На основе проведенных исследований был разработан способ и установка для уплотнения зернистых материа­ лов, защищенные авторскими свидетельствами СССР

[170, 171].

При проектировании промышленной установки для виброуплотнения магнезитовых порошков учитывали следующие условия:

— виброустановка используется в ограниченном про­ странстве мартеновских печей;

— масса установки не должна превышать макси­ мально допустимых норм переноса груза двумя рабо­ чими.

С учетом этих условий была изготовлена установка, изображенная на рис. 59. Установка состоит из: элект­ ровибратора 1, плиты 2 со штырями 3 и иригрузочной плиты 4. Вибрация от источника колебаний через жест­ ко скрепленные с источником штыри и плиту передает­ ся слою магнезитовых порошков. На слой уплотняемого порошка укладывается пригрузочная плита, которая свободно соединена с плитой крепления вибратора при помощи двух стержней 5 диаметром 28 мм. Вся уста­ новка переносится при помощи ручек, выполненных из стального троса, одетого в резиновый шланг. После включения вибратора штыри 3 погружаются в слой, а

156

стержни 5 проходят сквозь плиту 2 через отверстия’ диаметром 35 мм. Во время переноса установки пригрузочная плита 4 зависает на стержнях 5.

Основой установки и источником виброколебаний яв­ ляется дебалансный вибратор С433А; может быть ис­ пользован любой другой дебалансный вибратор. Ниже

Рис. 59. Установка для виброуилотнения магнезитовых порошков под статиче­ ской нагрузкой:

I — электровибратор; 2 — плита; 3 — штыри; 4—пригрузочная плита; 5—стержни

157

Предложенный метод уплотнения магнезитовых по­ рошков качественно отличается от описанных ранее ме­ тодов пневмотрамбования и вибротрамбования. Если ранее уплотнение слоя порошка происходиило сверху ■вниз и не во всем объеме слоя, то при уплотнении вибрационой установкой со штырями и пригрузочной пли­ той уплотнение происходит снизу вверх во всем объеме слоя. Тем самым ликвидирован один из самых серьез­ ных недостатков пневмоили вибротрамбования. Кро­ ме того, установка позволяет при соответствующих ре­ жимах уплотнения получить одинаковую максималь­ ную кажущуюся плотность во всем объеме слоя без перепрессовки в верхнем районе, как это наблюдалось при пневмоили вибротрамбовании.

Вибрационная установка позволяет уплотнять со­ вершенно сухие несвязанные материалы; этим метод от­ личается от изготовления футеровки подины по типу 2, когда используют массы с влажностью 5—8%.

При использовании сухих магнезитовых порошков не снижаются их огневые свойства из-за каких-либо доба­ вок и исключаются проблемы, связанные с сушкой влаж­ ных масс.

На практике особое внимание следует уделять воп­ росам техники безопасности и соблюдение санитарнотехнических норм при изготовлении футеровки подин этим методом.

В табл. 42 приведены допустимые для человеческого (Организма параметры вибрации [246].

Однако если вибрация и не превышает допустимых пределов, должны быть приняты все меры для предотвра­ щения или уменьшения действия вибраций на организм

158

человека. В частности, в разработанной вибрационной установке ручки для ее переноса должны быть выпол­ нены из тросов, одетых в резиновый шланг, что почти полностью исключает передачу вибрации на руки рабо­ чего.

Вибрационная установка должна работать от сети с напряжением не более 36 В.

Описанный способ изготовления верхнего рабочего слоя подин позволяет получить достаточно высокую плотность, в связи с чем надобность в специальной об­ работке слоя окислами железа с целью уплотнения его отпадает.

При разработке этого способа особое внимание бы­ ло обращено на создание плотной и надежной в строи­ тельном отношении подины. Кирпичную кладку подины (опыт ММК) было решено производить с созданием температурных зазоров по периферии кладки, а не тем­ пературных швов внутри ее. Это в значительной степе­ ни уменьшило опасность образования больших швов.

С каждой стороны кладки подины оставляют темпе­ ратурный зазор, в зависимости от садки печи имеющей следующие размеры:

В кладке наружного ряда стен и откосов следует со­ здавать температурные швы толщиной 20 мм через каж­ дые 5—7 рядов кирпичей. В связи с изготовлением верх­ него рабочего слоя в холодном состоянии появилась возможность создания уклона подины к сталевыпускно­ му отверстию за счет верхнего, а не нижнего рабочего слоя (кирпичной кладки), как это было до сих пор. В связи с этим была принята симметричная относитель­ но оси печи в плоскости поперечного сечения кладка по­ дины (рис. 60). Это позволило полностью исключить какую-либо теску кирпича при кладке подины и сокра­ тить сроки ее изготовления (табл. 43).

Применение симметричной кладки нижнего рабочего слоя подины позволило исключить создание уступов в кладке, что значительно повысило строительную проч­ ность подины.

159

Т а б л и ц а 43

Объемы кладки нижнего рабочего слоя подины, стен и откосов 400-т мартеновских печей ММК, м3

В связи с изготовлением верхнего рабочего слоя в холодном состоянии исключается необходимость обра­ ботки кирпичной кладки окислами железа окалины.

Первоначально верхний рабочий слой уплотняли только под действием вибрации без приложения стати­ ческой нагрузки (максимальная кажущаяся плотность слоя порошка 2—2,5 г/см3). Впервые верхний рабочий слой новой подины изготовили этим методом на метал­ лургическом заводе имени А. К- Серова в октябре 1962 г. на печи садкой 185 т.

Кирпичная кладка подины была выполнена без тем­ пературных швов с температурными зазорами, засыпан­ ными сухими опилками (рис. 61).

160