книги из ГПНТБ / Новое в изготовлении и службе подин

и минералогический состав (табл. 3). В магнезиальнодоломитовых подинах встречаются кристаллы трехкаль­ циевого силиката (рис. 8).

Т а б л и ц а 3

Химический состав рабочего слоя отремонтированной подины после ошлакования окалиной (размягченный слой)

Несмотря на это, некоторые изменения минералоги­ ческого состава магнезиально-доломитовых подин по сравнению с магнезиальными (выполненными с приме­ нением окалины) не влечет за собой различия в их стой­ кости. Подина из мелкозернистой магнезиально-доломи­ товой смеси также износоустойчива, как и из мелкозер­ нистых магнезитовых порошков типа МПП [32].

Процессы, протекающие в подинах во время эксплуатации

В процессе эксплуатации химический и минералоги­ ческий состав рабочего слоя подины претерпевает изме­ нения под действием металлических и неметаллических реагентов расплавленной ванны.

Характер изменения химического состава магнези­ альных и магнезиально-доломитовых подин в процессе проведения ремонта и при последующей эксплуатации показан на рис. 9 и 10 [28, 30]. Для определения хими­ ческого состава в этом случае использовали частицы размягченного рабочего слоя подины, отобранные в раз­ личные периоды ее работы при помощи трубчатого про­ боотборника [7].

21

Анализируя сведения о температуре кладки и рабо­ чего слоя подины в процессе ее эксплуатации, а также о температуре жидкой стали в различные моменты плав­ ки [33—36] (рис. 11), можно предположительно пред­ ставить характер 'изменения температуры рабочей по­ верхности подины в процессе эксплуатации (рис. 12).

Рис, 9. Содержание окислов в подинах, ремонтируемых металлургическим порошком МПК

Наиболее близкими к действительным следует считать температуры выше 1400 °С, рассчитанные по данным за­ меров температуры жидкой стали. Кривая свидетельст­ вует об относительно непродолжительном нагреве поди­ ны до высоких температур на протяжении одной плавки.

В процессе эксплуатации подина контактирует с сы­ пучими материалами, затем с жидкой сталью, с расплав­ ленным шлаком и с атмосферой печи.

Принятая в нашей стране большинством металлур­ гических предприятий последовательность загрузки не­ металлических составляющих шихты для большегруз­ ных печей почти полностью исключает возможность кон­ такта подины и извести.

22

ном ера лл а В о к

Рис. 10. Содержание окислов в подинах, ремонтируемых смесью из 75% порошка МПК и 25% обожженного доло­ мита:

а — открытая подина; б — подина под металлом; / — со­

став перед ремонтом; / / — состав отремонтированной

родины

23

Рис. 11. Изменение температуры в футеровке подины мартеновской печи:

/ — предположительная температура поверхности подины; 2 — температура под верхним рабочим слоем, замерена термопарой; 3 — то же, под первым рядом кирпичной кладки (230 мм), замерена термопарой

24

Последовательность контакта с реагентами сохраня­ ется в течение всего межремонтного периода, что спо­ собствует соответствующему изменению химического и минералогического состава подины.

Несмотря на невысокую температуру даже в конце плавления (1460—1500°С), вполне вероятно активное взаимодействие подины с не­ металлическим расплавом, образующимся в период за­ валки в результате оплавле­ ния руды и скрапа. В после­ дующий достаточно дли­ тельный период плавки (до­ водка) попавший в подину неметаллический расплав распространяется на некото­ рую глубину рабочего слоя

--------- —

и участвует в его формировании, чему способствует на­ личие ферростатического давления. Это подтверждается результатами исследования характера взаимодействия руды и подины, осуществленного при помощи радио­ активного изотопа Fe59. Радиоактивным железом была

новской печи. Результаты определения активности проб подины в зависимости от места и времени их отбора и расстояния от рабочей поверхности графиче­ ски изображены на рис. 13 [37]. Судя по актив­ ности металла, шлака и подины при расплавлении желе­ зо руды в основном переходит в жидкую ванну. Подина

25

также взаимодействует с рудой. Глубина проникновения радиоактивных атомов железа в подину невелика, о чем свидетельствует падение активности с удалением от ра­ бочей поверхности (см. рис. 13, кривая /). Железо из ванны мигрирует в подину в еще меньшей степени. Не­ смотря на относительно высокую активность металла, в районе подины, наиболее удаленном от места погруже­ ния радиоактивного изотопа железа (кривая 2). Лишь через 3 ч несколько возросла активность проб подины (кривая 3), взятых в районе пятого завалочного окна. Однако она осталась в 3—4 раза ниже, чем активность пробы, взятой в тот же период в месте засыпки радио­ активной руды (кривая 4).

Постоянная концентрация Fe59 по глубине подины против первого окна в конце плавки позволяет предпо­ ложить процесс перемещения ионов железа за время до­ водки как в глубинные участки подины, так и в ванну. Не подлежащее сомнению и еще раз подтвержденное преимущественное взаимодействие с периклазом окис­ ленного, а не металлического железа, дает основание счи­ тать руду значительно более активным реагентом по от­ ношению к подине, чем расплавленную сталь. Из этого же следует, что степень взаимодействия металлической ванны с подиной возрастает с увеличением содержания кислорода в жидкой стали. При контактировании поди­ ны с жидкой сталью первой (после ремонта подины) плавки возможны процессы взаимной миграции компо­ нентов подины и жидкой ванны, предопределяемые усло­ виями равновесного состояния на границе жидкий ме­ талл— магнезиально-железистая подина [38—51]. Зна­ чительное снижение содержания окислов железа в поди­ не после первой же плавки позволяет считать возмож­ ным экстрагирование жидкой ванной окислов железа из подины, если содержание их в ней превышает 30— 40%. Миграция в подину силикатов железа руды и экс­ трагирование ванной избытка (относительно равновес­ ного состояния) окислов железа из подины способству­ ют образованию связки, состав которой расположен в поле первичной кристаллизации первинита.

После выпуска металла рабочая поверхность подины в течение нескольких минут соприкасается со шлаком при температуре около 1600°С. Высокая температура и подвижность силикатов кальция способствуют быстро­ му их растворению в рабочем слое подины. Процессы

26

перераспределения окислов железа, кальция и кремния между подиной, жидкой сталью и шлаком протекают, по-видимому, с весьма высокой скоростью, поскольку химический состав рабочего слоя подины значительно меняется после первой плавки и стабилизируется в тече­ ние двух — трех плавок у магнезиальных подин и трех — пяти плавок —у магнезиально-доломитовых подин.

Изменение химического состава связки и первона­ чально (при ремонте) неравновесное состояние агрега­ тов периклаза с зональным размещением окислов желе­ за в них предопределяют изменение минералогического строения рабочего слоя подины в процессе ее эксплуа­ тации.

После проведения первой плавки все или большинст­ во пустот в отремонтированном рабочем слое подины за­ полняются шлаком. Окислы железа, не связанные с периклазом, мигрируют в агрегаты кристаллов периклаза, растворяют в себе часть MgO или экстрагируются жид­ кой ванной. В результате этого после первой плавки в рабочем слое свободные окислы железа не обнаружива­ ются. Существенно меняется структура крупных облом­ ков металлургического порошка. Периферийные, насы­ щенные окислами железа, участки обломков значитель­ но уплотняются, кристаллы периклаза в этом районе увеличиваются и образуют монолитную структуру. Цен­ тральная часть магнезитовых обломков сохраняет не­ которое количество кристаллов периклаза размером

0,025 мм.

Процессы уплотнения периферии магнезитовых об­ ломков связаны с усадкой, вследствие чего монолитный периферийный слой магнезиовюстита прорезан трещи­ нами, радиально направленными от периферии к центру обломка, трещины заполнены силикатным расплавом

(рис. 14).

Как свидетельствуют описанные выше исследования в области растворения магнезиальных материалов в си­ ликатных расплавах [13], такое заполнение трещин рас­ плавом сопровождается расклинивающим воздействи­ ем, если расплав не содержит окислы железа, что в свою очередь может способствовать увеличению поверхности растворения, подвижности магнезитовых частиц, а сле­ довательно, и интенсификации износа подины.

В дальнейшем, после нескольких плавок в крупных обломках магнезитового порошка исчезают границы пе-

27

рйклазовых кристаллов. Разрушение крупных магнезиовюститовых зерен происходит по периферийным, ради­ ально направленным трещинам. В результате такого «растрескивания» от крупных зерен отделяются мелкие обломки магнезиовюститовых кристаллов, растворяю­ щихся затем в известково-силикатном расплаве.

Процессы рекристаллизации кристаллов магнезиовюстита, принадлежащих двум соседним контактирую­ щим обломкам магнезита, наблюдаются редко. Чаще крупные обломки окружены отдельными мелкими кри­ сталлами магнезиовюстита, плавающими в известково­ силикатном расплаве (рис. 15). Вследствие этого периклазовая составляющая образует структуру более ост­ ровного, чем каркасного характера [7].

В процессе эксплуатации количество известково-же­ лезисто-силикатной связки в подине несколько возрас­ тает, что усиливает корродирование крупных зерен маг­ незиовюстита. Состав связки в зависимости от преиму­ щественного влияния силикатно-железистого расплава руды или известково-железистых силикатов шлака ме­ няется, переходя из поля первичной кристаллизации мервинита в поле первичной кристаллизации двухкаль­ циевого силиката.

Эксплуатация подины в течение нескольких плавок после ремонта приводит к полному изменению состава связки, цементирующей кристаллы периклаза или их аг­ регаты.

Высокожелезистая связка заменяется известковоси­ ликатной. Таким образом, магнезиально-железистая подина по составу связки в процессе эксплуатации при­ ближается к шлакомагнезиальной.

Однако наличие в магнезиально-железистой подине крупных магнезиовюститовых агрегатов, хотя и имею­ щих островное расположение, обеспечивает лучшую армируемость размягченного рабочего слоя и способству­ ет повышению ее износоустойчивости. Скорость износа, как и в шлакомагнезиальных подинах, определяется со­ ставом, количеством и характером распределения изве­ стково-силикатной связки.

Как в шлакомагнезиальных, так и в магнезиально­ железистых, с добавкой или без добавки доломита, по­ динах состав связки ограничивается определенной об­ ластью в многокомпонентной системе равновесного со­ стояния.

29