книги из ГПНТБ / Новое в изготовлении и службе подин

Т а б л и ц а 17

Пористость порошков после их механической и температурной обработки, %

*' Принято условно по аналогии с соседними графами. 42 Рассчитано по величине кажущейся вязкости. *3 Пористость (кажущаяся) подины после первой плавки.

пористости.

Данные табл. 17 и рис. 37 свидетельствуют о том, что при изготовлении рабочего слоя подин из свободно на­ сыпанных порошков или порошков, уплотненных встря­

хиванием, решающее значение для получения плотного черепка при нагревании под давлением металла оказы­ вает присутствие небольшого количества плавней (око­ ло 10%).

Аналогичное заключение можно сделать также на основании результатов.определения степени уплотнения порошка, нагретого под нагрузкой в присутствии рас­ плава, зная соответствующую кажущуюся вязкость смеси.

Из рис. 34 следует, что введение в порошок 10% мартеновского шлака, монтичеллита или ферромонтичеллита снижает вязкость смесей при температуре

1450—1500° С соответственно с 1400 до 20—40 или 2— 20-10б пз.

В среднем вязкость смесей, содержащих 10% желе­ зисто-известковых силикатов, составляет при темпера­

минимально возможной пористости. Расчеты производи­ ли для смесей из порошков с относительно крупными зернами (0,5—1 мм).

Уплотнение зернового состава исходных материалов или гомогенизация минералогического состава и микро­

7 -1010 Н-с/м2), для смесей с ферромонтичеллитом в ана­ логичном случае вязкость возрастает также в 2—3 раза, а для порошков без добавок — более чем в 10 раз.

Об увеличении вязкости при более равномерном рас­ пределении твердой и жидкой фаз свидетельствует так­ же относительно высокая вязкость подины из мелкозер­ нистого порошка, отремонтированной без ошлакования (8,8-108 Н-с/м2). Следовательно, уплотнение подины в процессе эксплуатации сопровождается увеличением вязкости уплотняемого слоя.

Учитывая результаты исследования, следует считать, что для получения плотной подины в процессе первой плавки после ремонта необходимо предварительное су­

82

дающего в спекающуюся часть слоя при плавлении не­ металлической составляющей шихты первой после ре­ монта плавки. Если же в этот период в спекаемом слое свободно насыпанного порошка не окажется достаточ­ ного количества расплава, высокая пористость подины может привести к интенсивному насыщению ее конечны­ ми шлаками при выпуске плавки и снижению ее изно­ соустойчивости в процессе последующей эксплуатации. При работе печей по скрап-рудному процессу источни­ ком такого расплава являются руда, агломерат, извест­ няк. При ремонте подин без ошлакования в печах, рабо­ тающих по скрап-процессу, некоторое количество сили­ катов попадает в порошок от плохо очищенной подины или натекает с откосов.

Описанный метод определения кажущейся вязкости смесей или отработавших огнеупоров позволяет полу­ чать показатели свойств материалов, характеризующие склонность их к формированию плотного черепка в про­ цессе эксплуатации и прочность по отношению к экс­ плуатационным нагрузкам. Однако обязательным усло­ вием при изготовлении и ремонте Подин по новой техно­ логии является использование магнезитового металлур­ гического порошка такого рационального зернового со­ става, который должен обеспечивать не только необхо­ димую скорость процесса формирования, но и быть тех­ нологичным при доведении подины до ее проектного профиля во время ремонтов.

Чтобы обеспечить высокую скорость формирования рабочего слоя подины под действием силикатного рас­ плава руды или агломерата и ферростатического давле­ ния необходимо предельно сократить величину пустот между зернами. Это может быть достигнуто соответст­ вующим утонением зернового состава и выбором соот­ ношения величины зерен, обеспечивающего их плотней­ шую укладку. В то же время необходимо стремиться, чтобы число пустот было минимальным, поскольку неза­ висимо от их начальной величины, расстояние между зернами при заполнении расплавом увеличивается в соответствии с развивающимся капиллярным давлени­ ем. Увеличение же количества силикатного расплава между зернами нежелательно, поскольку это снижает механическую прочность подин при температурах экс­ плуатации и увеличивает проницаемость в нее реаген­ тов. В связи с этим при выборе зернового состава по­

рошков нельзя руководствоваться только плотностью укладки его зерен, а следует учитывать склонность к насыщению силикатами.

Кроме того, порошок должен иметь минимальный угол естественного откоса и обладать максимальными прочностными свойствами в свободно насыпанном со-

•стоянии, чтобы соответственно облегчить возможное раз­ равнивание его при нанесении на подину и предотвра­ тить деформирование рабочей поверхности во время завалки шихты. Каждому из приведенных требований могут удовлетворять порошки определенного зернового 'состава; каждый из них существенно отличается содер­ жанием дисперсных фракций и предельным размером крупных зерен. Рациональным является зерновой со­ став, оптимальный с точки зрения требований быстрей­ шего перераспределения кристаллов периклаза, мини­ мального насыщения порошка расплавом в процессе формирования рабочего слоя, а также достаточной прочности в свободно насыпанном состоянии.

Расчетное решение такой задачи весьма сложно, поэтому в настоящее время рациональный зерновой со­ став порошков определен на основании большого опыта изготовления и ремонтов подин на печах различной ем­ кости, в которых выплавляют сталь по различной тех­ нологии. Типовой инструкцией по изготовлению и ремон­ ту подин предусмотрено применение магнезитовых по­

между зернами, поэтому в присутствии металлургичес­ ких расплавов и под действием ферростатического дав­ ления перераспределение кристаллов периклаза между обломками и пустотами заканчивается в течение 2—3 ч. В то же время наличие 10—15% зерен размером 5—6 мм обеспечивает создание прочного каркаса в свободно на­ сыпанном состоянии и способствует сокращению коли­ чества силикатных прослоек, превышающих по толщине прослойки между кристаллами периклаза в исходном материале.

Порошки, содержащие одновременно крупные и мел­ кие фракции, хорошо противостоят деформирующему воздействию шихтовых материалов.

В процессе первой плавки при расплавлении первой

84

порции шихтовых материалов в месте контакта с поди* ной образуется небольшое количество железисто-сили­ катного расплава, который проникает между обломками верхнего слоя порошка. Одновременно, как и в шлако­ магнезиальных подинах, расплав распространяется от периферии обломков к их центру.

Количество расплава, проникающее в подину в пери- . од плавления, не может обеспечить подвижность кри­ сталлов периклаза, необходимую для их перераспреде­ ления между обломками и норами только под действием капиллярных сил. Этому способствует ферростатическое давление. Наличие такого давления обеспечивает пере­ распределение кристаллов периклаза в уплотняющемся объеме, причем здесь играет роль не только ограничен­ ное количество железисто-силикатного расплава, обра­ зующегося при плавлении руды или агломерата, но и силикаты, попадавшие в порошок в процессе изготовле­ ния вместе с исходным магнезитом.

В результате образуется монолитная структура с равномерно распределенными во всем объеме кристал­ лами периклаза.

Таким образом, оказалось возможным исключить пе­ риод формирования износоустойчивого слоя подины, обязательный во всех ранее известных технологиях из­ готовления подин, и совместить с периодом плавления и доводки первой плавки после ремонта.

Т а б л и ц а 18

Химический состав подины, отремонтированной по технологии

ссовмещением процессов формирования рабочего слоя

спирометаллургическими процессами плавки (по зонам)

8S

В табл. 18 приведен химический состав подины пос­ ле первой плавки. Там же приведен химический состав подины, изготовленной по новой технологии (без приме­ нения окалины) и проработавшей три плавки. Характер изменения микроструктуры и химического состава по­ дин, изготовленных с совмещением процессов формиро­ вания подины с пирометаллургическимп процессами пер­ вой плавки, сравнительно с аналогичными изменениями в магнезиально-железистых подинах, свидетельствуют о более высокой износоустойчивости рабочего слоя по­ дины, выполненной по новой технологии.

Имея некоторое сходство по микроструктуре со шла­ комагнезиальными подинами и магнезиально-желези­ стыми подинами после 5—10 плавок, подины новой тех­ нологии отличаются равномерным распределением кри­ сталлов периклаза и более тонкими цементирующими их силикатными прослойками.

Кроме того, отказ от использования окалины для предварительного формирования подин привел к образо­ ванию более гомогенной структуры периклаза без сни­ жения огнеупорности материала (табл. 19, 20).

Процессы взаимодействия жидкой стали с футеров­ кой безжелезистых подин из мелкозернистых порошков аналогичны протекающим в шлакомагнезиальных и маг­ незиально-железистых подинах, но протекают они смень-

расплавления.

86

Т а б л и ц а 20

расплавления.

шей скоростью в связи с более равномерным взаимным распределением кристаллов периклаза и жидкой фазы.

Последнее, по-видимому, является решающим фак­ тором, способствующим повышению устойчивости подин, изготовляемых по новой технологии, против механиче­ ского воздействия металла и против пропитывания слоя шлаком.

Огнеупорные материалы для подин мартеновских печей

Наиболее распространенным материалом для изго­ товления рабочего слоя подин мартеновских печей яв­ ляется обожженный магнезитовой порошок. Сырьем для его производства служит карбонатная соль магния, встречающаяся в природе в виде минерала магнезита. Применение для ремонта подин магнезита в необожжен­ ном состоянии значительно снижает эксплуатационные свойства подин вследствие значительного снижения плотности слоя порошка при его декарбонизации в про­ цессе плавки. Поэтому магнезит предварительно обжи­ гают во вращающихся или шахтных печах.

Зерна обожженного порошка состоят из кристаллов периклаза, сцементированых силикатами. При обжиге

87

во вращающихся печах основная часть материалов полу­ чается в виде окатышей.

Магнезит, обожженный в шахтных печах, сохраняет структуру исходного сырья, образуя псевдоморфозы по сырому магнезиту. Пористость таких порошков, как пра­ вило, выше, чем при обжиге во вращающихся печах.

При производстве обожженного магнезитового порош­ ка во вращающихся печах вследствие непрерывного пе­ ресыпания материала и высоких скоростей движения га­ за в печи происходит сепарация частиц: крупные попа­ дают из печи в холодильник, мелкие — размером менее 0,2 мм — уносятся с продуктами горения и задерживают­ ся пылеулавливающими устройствами.

Технические условия на порошки предусматривают относительно широкую вариацию их зернового состава.

В табл. 21 и 22 приведены химический и зерновой со­ ставы порошков из спеченного магнезита, применяющих­ ся для изготовления, ремонта и заправки ванн сталепла­

88

Широко варьируется не только зерновой, но и хими­ ческий состав порошков, главным образом содержание

СаО и MgO.

Известны случаи использования для исправления по­ дин магнезито-хромитовых порошкообразных смесей следующего зернового состава, %:

MgO, 8—18% Сг20 3, 5^3,5% СаО.

Кроме магнезитовых порошков, при изготовлении по­ дин применяют обожженный доломит в смеси с магне­

зитом или самостоятельно.

Как и магнезит, доломит представляет карбонатную соль кальция и магния (CaMg [С 03]2). Декарбонизация и спекание его осуществляют во вращающихся, шахтных печах и в вагранках.

Для текущих ремонтов подин обожженный доломит в смеси-с магнезитом в СССР применяли на Кузнецком металлургическом комбинате. Широкое промышленное опробование применения обожженного доломита для из­ готовления новых подин было успешно осуществлено Златоустовским металлургическим заводом. Известен опыт применения доломита для изготовления и ремонта подин в Италии, ПНР, ГДР и других странах.

Известно применение для подин необожженного до­ ломита, однако это не получило широкого распростране­ ния. В табл. 23 и 24 приведены требования технических условий к обожженному и необожженному доломиту.

Т а б л и ц а 23

Доломит обожженный металлургический дробленый (ЧМТУ 100018—54), размер кусков и зерен

89

Для изготовления подин чугуноплавильных дуговых электропечей применяют доломитовую смесь прерыви­ стого зернового состава из намертво обожженного доло­ мита. Смесь состоит из зерен размером 8—25 мм, 3— 5 мм и менее 1 мм (табл. 25).

Т а б л и ц а 24

Химический состав доломита (по ЧМТУ 10018—54)

Мелкозернистые металлургические порошки для по­ дин изготовляют из высококачественных магнезитов; вы­ сокотемпературный обжиг, измельчение и классифика­ ция материала обеспечивают равномерность свойств по­ рошков, их химического и зернового состава.

Мелкозернистые порошки для подин мартеновских печей изготовляют завод «Магнезит», а также Никитовский доломитовый комбинат по следующим техническим условиям: 15—25% зерен размером менее 0,1 мм, 10— 30% зерен размером 6—3 мм и не более 3% зерен круп­ нее 6 мм.

Порошки не должны содержать более 5% БЮг, более 8% СаО, более 1% потерь при прокаливании.

Некоторые металлургические предприятия, не полу­ чая металлургических порошков рационального зерно­ вого состава от заводов поставщиков, сами доизмельчают магнезитовые порошки стандартных марок или отра-

90