книги из ГПНТБ / Сосненко М.Н. Мартеновское производство стали учебник для сред. проф.-техн. училищ

Различают основную, кислую и нейтральную футеровки. Главную часть основной футеровки составляют окись магния (MgO) и иногда окись кальция (СаО), проявляющие при высоких температурах ста­ леплавильных процессов свойства основных окислов, в том числе спо­ собность вступать в химические соединения с кислотными окислами.

В кислой футеровке главной составляющей является окись крем­ ния (Si02), представляющая собой ярко выраженный кислотный окисел. При взаимодействии основных и кислотных окислов, как правило, образуются легкоплавкие соединения. По этой причине не следует в соприкасающихся зо­

действия шлака с футеровкой печи, вызывающего ее оплавление, химический состав шлака должен соот­ ветствовать составу футеровки. Это значит, что в печах с основной футеровкой плавку стали следует проводить под основными шла­ ками, а в печах с кислой футеровкой — под кислыми шлаками.

В печах с нейтральной футеровкой плавку можно вести как под основным, так и под кислым шлаками, но нейтральные огнеупорные материалы применяют редко вследствие их дороговизны.

В процессе плавки футеровка мартеновской печи испытывает не только химическое и тепловое воздействие расплавленных металла и шлака, но и разрушающее действие горячих газов (рис. 9) и пла­ вильной пыли. Такие трудные условия службы футеровки обуслов­ ливают высокие требования к материалам для сооружения и ремонта мартеновских печей. Основные из этих требований следующие:

1)высокая огнеупорность (отсутствие размягчения и оплавления);

2)сопротивляемость деформации под нагрузкой при высоких температурах;

3)достаточная термостойкость (устойчивость при резких коле­ баниях температуры);

20

§7. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Вмартеновском производстве огнеупорные материалы, или огне­ упоры, применяют для кладки и ремонта печей, а также миксеров, для футеровки ковшей и желобов, через которые сталь и шлак вы­ даются из печи. В зависимости от степени огнеупорности разли­ чают материалы огнеупорные (1580— 1770° С), высокоогнеупорные

(1700—2000° С) и высшей огнеупорности (> 2000° С).

/7

/

а

Рис. ; 10. Разновидности огнеупорных кирпичей, применяемых при сооружении мар­ теновских печей:

а — прямой; б — клин торцовый; в — клин ребровый; г — поднасадочный пятовый; д — поднасадочный распорный; е — брус поднасадочный; ж — пятовый

Все виды огнеупоров по форме и размерам подразделяются на кирпичные (рис. 10), простые, сложные, особо сложные и крупно­ блочные фасонные изделия, порошки, а также сифонный припас (рис. 11), используемый при разливке стали на слитки. Для стале­ разливочных ковшей применяют ковшовый кирпич 3 (рис. 12). Сырьем для изготовления огнеупоров служат кварцевый песок, глина, квар­ циты, магнезит, доломит, хромистый железняк, графит и другие

материалы минерального происхождения. Огнеупоры изготовляют формовкой из пластичных масс методами полусухого прессования из увлажненных порошков с добавкой связующих материалов (глины, бентонита, извести) и сухого прессования непластичных масс, со­ стоящих из сухих или слабоувлажненных порошков. Различают огне­ упоры безобжиговые, обжиговые и плавленые, т. е. изготовленные электроплавкой сырья с последующей отливкой их в формы.

В зависимости от химического состава огнеупоры делятся на кислые, основные, найтральные и углеродистые.

21

Кислые огнеупоры, динас, кварцит и др. содержат в качестве основ­ ного материала кремнезем (Si02).

Основные огнеупоры, магнезит, доломит составлены из окислов

которые могут привести к растрескиванию кирпича при неосторож­

Магнезитовый кирпич (см. табл. 2) применяют для кладки пода, откосов и стен рабочего пространства основной мартеновской печи. При использовании магнезита необходимо учитывать его небольшую термическую стойкость (4—9 теплосмен).

22

Хромистый железняк, или хромит (см. табл. 2), в размолотом виде употребляют для заделки выпускных отверстий мартеновских печей, заправки лещади газовых пролетов, засыпки нейтральных прослоек между магнезитовой и динасовой кладками мартеновской печи. В смеси с огнеупорной глиной хромит используют в качестве свя­ зующего водного раствора при кладке из хромитового или хромо­ магнезитового кирпича. В огнеупорной промышленности хромит при­ меняют для изготовления хромитового и хромомагне­ зитового кирпича.

Хромитовый кирпич применяют в качестве ней­ тральной прослойки между магнезитовой кладкой стен рабочего пространства и динасовой кладкой свода мартеновских печей. Сле­ дует учесть, что сопри­ косновение хромитового кирпича с расплавленными чугуном или сталью недо­ пустимо, так как содержа­ щаяся в нем окись хрома восстанавливается углеро­ дом сплава до металличе­ ского хрома.

Хромомагнезитовый кирпич применяют в клад­ ке стен вертикальных ка­ налов, в головках (рис. 13), в защитных стенах шлаковиков, а также в ка­ честве прослоек между динасовой и магнезитовой кладками основных марте­ новских печей. В послед­

ние годы получен термостойкий магнезитохромитовый кирпич, огне­ упорность которого составляет 2250—2330° С. Выложенный из него свод выдерживает в 3—4 раза больше плавок, чем свод из динасо­ вого кирпича.

Форстеритовый кирпич изготавливают из магнезиально-сили­ катных пород, главным образом из дунита с добавкой обожжен­ ного магнезита; он обладает высокой огнеупорностью и шлако­ устойчивостью, хорошо сопротивляется разрушающему действию основных шлаков и плавильной пыли основных мартеновских пе­ чей. При использовании форстеритового кирпича нагрев верхней части насадок регенераторов может быть доведен до 1400— 1500° С, в то время как динасовые насадки нельзя нагревать выше

1300° С.

23

Шамотный кирпич изготавливают из смеси сырой огнеупорной глины и предварительно обожженной огнеупорной глины (шамота). Шамотный кирпич применяют для кладки нижнего строения печи, стен и насадки в нижней части регенераторов, боровов и футеровки дымовой трубы, где температура значительно ниже, чем в рабочем пространстве печи. Из шамотного материала изготавливают стале­ разливочный сифонный припас (см. рис. 11) и ковшовый кирпич

{см. рис. 12).

Огнеупорные порошки, растворы и массы

Кладку из магнезитового кирпича всегда ведут насухо — швы заполняют сухим магнезитовым порошком тонкого помола, в который для облегчения сваривания кирпичей добавляют 20—30% железной окалины. Своды мартеновских печей и первые скаты сводов над ре­

§ 8. ЗАПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Для наварки подин основных мартеновских печей применяют магнезитовый порошок или смесь магнезитового порошка с обожжен­ ным доломитом. Магнезитовый порошок или металлургический маг­ незит получают из природного магнезита, состоящего из углекислого

24

Получающийся при этом обожженный магнезит в виде MgO под­ вергается размолу и рассеву на фракции с размером зерен: 0,8; 0,8—8 и 8— 10 мм (марка МПЭ); до 2, 2— 15 и > 15 мм (марки МПК и МПМ). В последние годы начали использовать молотый магнезитовый поро­ шок, содержащий 60—70% фракций размером < 1 мм.

Природный доломит состоит из углекислого кальция и углекислого магния (СаС03-MgC03). Обожженный доломит, содержащий 32— 36% MgO и 50—58% СаО, используют в качестве материала для на­ варки подин (в смеси с магнезитовым порошком), а сырой (природ­ ный) — для заправки порогов завалочных окон мартеновских печей.

Для наварки подин кислых печей применяют смеси кварцевого песка, огнеупорной глины и кислого шлака. В нижнем слое наварки используют смесь из 90% песка, 6% огнеупорной глины и 4% кис­ лого шлака. В последующих слоях наварки количество глины и кис­ лого шлака постепенно уменьшают, а последний (верхний) слой на­ варивают песком, содержащим 95—96% SiOa.

§ 9. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

При работе мартеновской печи теряется (уходит через кладку) 15—35% тепла. Для снижения потерь тепла печь снабжают защитной изоляцией, которую выполняют из специальных теплоизоляционных материалов. Теплоизоляция может быть штучной, порошковой и пластической. Штучная изоляция делается из кирпича, плит и бло­ ков, порошковая представляет собой засыпку между огнеупорной кладкой и металлическим каркасом, охватывающим кладку, а пла­ стическая — полугустую массу, наносимую на поверхность кладки.

В качестве теплоизоляционных материалов для мартеновских пе­ чей применяют легковесный шамотный кирпич, асбест, а также диатомитовые, инфузорные и трепельные изделия.

Легковесный шамотный кирпич изготавливают из огнеупорной глины и шамотного порошка с добавками мелких древесных опилок, после выгорания которых в кирпиче образуются поры. Пористый кирпич менее прочен, чем обыкновенный, но более легок и менее теплопроводен. Его огнеупорность составляет 1610— 1750° С. Легко­ весный шамотный кирпич применяют для теплоизоляции пода, от­ косов, стен и лещади регенераторов, а также шлаковиков, для изо­ ляции стен вертикальных каналов, боровов. Он также используется в качестве теплоизолирующей прокладки между хромомагнезито­ вой футеровкой и металлической рубашкой газовых кессонов.

Асбест (см. табл. 2) — минерал, силикат волокнистого строения. Как теплоизоляционный материал асбест используется в виде крошки, являющейся основной составляющей пластической обмазки. Картонный асбест применяют для выстилки ванны мартеновских печей или в качестве прокладки между хромомагнезитовой футеров­ кой и металлической рубашкой газовых кессонов.

25

Диатомит, инфузорная земля (кизильгур) и трепел — это рыхлые и сильно пористые горные породы, которые не являются огнеупор­ ными, поэтому могут использоваться при температурах не более 900° С. В молотом виде их применяют для теплоизоляции кладки печей. Диатомитовый кирпич применяют для тепловой изоляции кладки стен и сводов нижнего строения, вертикальных каналов и стен рабочего пространства мартеновских печей. Диатомитовый (трепельный) раствор (см. табл. 3) применяют при кладке тепловой изоляции из диатомитового кирпича.

Контрольные вопросы

1.Перечислите требования, предъявляемые к материалам для сооружения и ремонта мартеновских печей.

2.Перечислите основные виды огнеупоров, дайте их краткую характеристику

суказанием области применения.

3.Укажите назначение огнеупорных растворов. Приведите отдельные их со­

ставы.

4.Какие материалы применяют для наварки подин и заправки мартеновских

печей?

5.Перечислите теплоизоляционные материалы и укажите область их приме­ нения при сооружении мартеновских печей.

ГЛАВА III

КОНСТРУКЦИИ И УСТРОЙСТВО МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧЕЙ

Современная мартеновская печь (рис. 14) представляет собой круп­ ное техническое сооружение, оборудованное большим числом меха­ низмов, сетью электрических, воздушных, паровых и газовых ком­ муникаций, сложнейшими приборами контроля и автоматического регулирования хода (работы) печи. Чтобы правильно использовать печь и рационально осуществлять технологические процессы вы­ плавки в ней стали, необходимо знать устройство печи, а также прин­ ципы работы ее оборудования и приборов. Это поможет быстро рас­ познавать и устранять неисправности, нарушающие требуемый теп­ ловой режим печи, обеспечить эффективность ее работы и необхо­ димые условия для получения стали требуемого качества.

§10. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

ИОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПЕЧЕЙ

В металлургическом производстве используются стационарные и качающиеся мартеновские печи. Стационарные мартеновские печи строят емкостью от 30 до 900 т. В современных мартеновских цехах

26

Рис. 15. Схема уст­ ройства газовой мар­ теновской печи (при питании рабочего пространства газом и

воздухом через левую сторону):

1 — газовые тарель­ чатые клапаны; 2 — газовые борова; 3 —

газовые регенерато­ ры; 4 — газовые шла­

ковики; 5 — верти­ кальные газовые ка­ налы; 6 — наклонные газовые пролеты; 7 — рабочее пространст­ во; 8 — вентилятор; 9 — воздушные та­ рельчатые клапаны; 10 — воздушные бо­

18, 19 — шиберные регулирующие клапаны

27

наибольшее распространение получили крупные печи емкостью 185, 200, 220, 250, 370, 400, 500 и 600 т.

Качающиеся мартеновские печи снабжены специальными меха­ низмами, которые осуществляют наклон рабочего пространства в сто­ рону разливочного пролета или в сторону рабочей площадки, что позволяет выдавать сталь из печи малыми порциями. Качающиеся печи дороже стационарных, поэтому их применяют редко: при ис­ пользовании в качестве шихтового материала фосфористого передель­ ного чугуна, переработка которого на сталь связана с удалением большого количества фосфористого шлака.

С учетом вида используемого топлива мартеновские печи делят на газовые и мазутные.

Газовая мартеновская печь (рис. 15) состоит из двух основных частей: а) верхнего строения, включающего плавильное (рабочее пространство) и головки; б) нижнего строения, состоящего из шлаковиков, регенераторов, боровов, регулирующих устройств и газопро­ водов. К вспомогательным элементам газовой мартеновской печи относятся дутьевые вентиляторы, дымовые трубы и дымососы, котлы-утилизаторы, а также устройства для охлаждения элемен­ тов печи.

Мазутная мартеновская печь имеет упрощенную конструкцию, так как отсутствует система введения в рабочее пространство печи подогретого газа. Вместо газовых пролетов 6 (см. рис. 15) устанав­ ливают форсунки для распыления жидкого топлива, вводимого в ра­ бочее пространство печи.

Наряду с отмеченными выше типами газовых и мазутных марте­ новских печей в практике металлургических цехов также применяют комбинированные газомазутные печи, работающие на смешанном топливе (природном газе и мазуте).

§11. РАБОЧЕЕ ПРОСТРАНСТВО ПЕЧИ

Врабочем пространстве мартеновской печи (рис. 16, а) проис­ ходят процессы сжигания топлива и сталеварения. Основанием ра­ бочего пространства является под или подина 2. Сверху рабочее про­

странство ограничено главным сводом 4, с торцов — головками 8, а с продольных сторон — передней 13 й задней 22 стенами (рис. 16, б). Поскольку кладка рабочего пространства печи испытывает значи­ тельное давление расплава, она снаружи снабжена каркасом из стальной арматуры.

Под печи 2 вместе с поперечными 1 ,5 и продольными 14, 23 от­ косами образует ванну, предназначенную для накапливания рас­ плава и шлака. Основанием пода служит система перекрывающихся рядов стальных балок 18 и листовой стали. На такое мощное основа­ ние кладется кирпичная кладка, на верхней (рабочей) поверхности которой оформляется под из магнезитового порошка (для основных печей) или кварцевого песка (для кислых печей). Площадь пода (табл. 4) определяется как произведение длины ванны на ее ширину на уровне порогов рабочих — завалочных окон (см. рис. 16, б).

28

* Над уровнем порогов рабочих окон в середине печи.

Глубину ванны (см. табл. 4) можно определить (при заданной площади пода) по формуле

где Ѵв — объем ванны, м3;

Ѵв = 0,145Г + aS;

0,145— удельный объем стали, м3/т;

Т— масса металлической садки, т;

а— толщина слоя шлака, вмещающегося в пространство подины, расположенное ниже порогов рабочих окон

(обычно а = 35и-50 мм);

пролета— рабочей площадки, с которой проводят все операции, свя­ занные с процессом сталеварения. Для введения в рабочее простран­ ство исходных материалов и ухода за печью в передней стене преду­ смотрены три (на печах емкостью < 90 т) или пять (на печах ем­ костью > 9 0 т) окон 3 (рис. 16, а), которые называют завалочными, садочными или рабочими. Для ускорения завалки скрапа на отдель­ ных металлургических заводах («Амурсталь» и др.) используют мар­ теновские печи без передней стенки, которая заменена сплошным рядом садочных окон.

Для снижения окисления расплава, предупреждения ухода тепла и выхода топочных газов рабочие окна закрывают заслонками, на­ вешиваемыми с небольшим наклоном в сторону печи, что обеспечи­ вает их плотное прилегание к проему печи. У основания передней стены предусмотрено одно-два отверстия для спуска по ходу плавки шлака по желобам 15 в чаши 16. Наполненные шлаком чаши транс-

29