книги из ГПНТБ / Плотников Л.А. Огнеупоры в черной металлургии учеб. пособие для учащихся техникумов

Т а б л и ц а 20

Влияние эксплуатации однострунных и трехструнных

шийся ранее при продувке металла через односопловые фурмы, что позволило сократить толщину огнеупорной футеровки горловины и отказаться от торкретирования. Эти положения характеризуются данными табл. 20.

Наиболее уязвимым участком футеровки конвертера является область шлакового пояса или участок, распо­ ложенный несколько выше его, а также место сочлене­ ния цилиндрической части с горловиной со стороны за­ грузки конвертера.

По центральной трубе фурмы подается кислород, по концентрическому зазору — охлаждающая вода, кото­ рая отводится вдоль внешней стенки фурмы. Высота фурмы над уровнем спокойной ванны 1,83 м. Макси­ мальная стойкость огнеупорной футеровки при этом до­

бранной конфигурацией конвертера обеспечивает про­ дувку без выноса капель металла из конвертера; вслед­ ствие этого отпадает необходимость в чистке горловины.

Для футеровки конвертеров можно применять маг­ незитовый кирпич на смоляной связке. При этом, по ме­ ре освоения технологии выплавки стали, стойкость фу­ теровки возрастает, а расход огнеупоров снижается. Повышению стойкости футеровки конвертеров способст­ вует сокращение длительности горячих простоев, сниже­ ние температуры выпускаемой из конвертеров стали до 1600°С, уменьшение расхода плавикового шпата и соб-

110

людение разработанной системы торкретирования фу­ теровки.

Для достижения равностойкости различных участков футеровки конвертера приходится применять огнеупор­ ные материалы различных видов. Очень важным участ­ ком футеровки является выпускное отверстие, которое представляет собой набитый магнезитохромитовой мас­ сой монолитный блок, который предварительно обжига­ ют в печи в течение ^ 7 2 ч примерно при 1600° С. Стой­ кость выпускного отверстия при этом составляет 50—60 плавок, при увеличении диаметра отверстия его периоди­ чески ремонтируют торкретированием, что продлевает срок службы на 25—30 плавок.

Торкретирование повышает сроки службы огнеупор­ ной футеровки кислородных конвертеров. Сильно изно­ шенные участки торкретируют не реже двух раз в сутки, применяя для этой цели смесь с высоким содержанием MgO на силикатной связке. Расход торкрет-массы со­ ставляет 0,5 кг/т стали.

Интенсификация конвертерного метода выплавки стали требует увеличения стойкости огнеупоров, приме­ няемых для футеровки кислородных конвертеров.

Износ огнеупорной футеровки в высоконапряженных конвертерах с кислородным дутьем можно значительно уменьшить, применив обожженные основные углеродсодержащие огнеупорные материалы, поры которых запол­ нены углеродом вследствие пропитывания специальными смолами и пеками.

Благодаря достаточной и равномерной пропитке ма­ гнезитовых и доломитовых огнеупоров, при температу­ рах службы внутри огнеупорного черепка возникает сложный процесс термического разложения смол и пеков. В результате происходит отложение в порах огнеу­ порных изделий углеродистого слоя, который благодаря большому углу смачивания по отношению к окисным расплавам задерживает силикатные расплавы в наруж­ ных слоях огнеупорного материала.

Весьма перспективным материалом для футеровки сталеплавильных конвертеров является доломит, кото­ рого в природе больше, чем магнезита. Стойкость безоб­ жигового смолодоломитового кирпича в футеровке кон­ вертеров часто не уступает стойкости магнезитовой фу­ теровки.

111

В смолодоломитовых огнеупорах содержится свобод­ ная окись кальция и остаточный кокс, что способствует повышению стойкости этих огнеупоров в службе, во вре­ мя которой окись кальция реагирует с силикатами шла­ кового расплава, причем реакция сопровождается об­ разованием двух- и трехкальциевого силиката в шлаке. В результате на поверхности футеровки образуется вы­ сокоогнеупорная настыль, защищающая смолодоломитовые кирпичи от непосредственного контакта со шла­ ком, что повышает общую устойчивость футеровки во время выплавки стали в кислородном конвертере.

Рассмотрим подробнее значение факторов, влияющих, на продолжительность кампании кислородных конверте­ ров, зависящей в первую очередь от стойкости огнеупор­ ной футеровки. Главные из этих факторов: химическое разъедание окислами, проникающими в огнеупорную кладку; резкие колебания температуры, вызывающие растрескивание футеровки; отслаивание, вследствие разложения минералов, входящих в состав огнеупоров; механическое воздействие на огнеупорную кладку при загрузке лома и заливке чугуна.

На износ огнеупорной футеровки конвертеров суще­ ственно влияет количество подаваемого кислорода, с увеличением которого повышается скорость образования шлаков и выделение дыма, содержащего много окислов железа. Это вызывает усиленный износ огнеупорных из­ делий в шлаковой зоне и в горловине конвертера.

Выбор наиболее устойчивых огнеупорных изделий для перечисленных выше условий службы позволяет по­ высить продолжительность службы футеровки кислород­ ных конвертеров, определяемую технико-экономически­ ми факторами, характеризующими процесс выплавки конвертерной стали: отношением числа работающих кон­ вертеров к установленным, потребностью в обеспечении сталепрокатных цехов слитками, стоимостью огнеупор­ ных изделий и торкрет-масс, расходуемых на 1 т выплав­ ленной стали.

Футеровка конвертеров обычно состоит из постоян­ ного и рабочего слоев, причем иногда применяют проме­ жуточный набивной слой из магнезитовой или доломи­ товой массы на связке из смолы.

Постоянный слой футеровки можно выполнять из обожженного магнезитового или доломитового кирпича,

112.

а рабочий слой—из безобжигового доломитового, доломитомагнезитового или магнезитового кирпича на связке из смолы. Рабочий слой футеровки кислородных конвертеров можно выкладывать из обожженного кир­ пича, предварительно пропитанного смолой или пеком.

Для повышения стойкости футеровки безобжиговые огнеупорные изделия подвергают предварительной теп­ ловой обработке примерно при 200—500° С в условиях, исключающих окисление смолы или пека. При этом из смолы удаляются легкие фракции, происходит упрочне­ ние пековой составляющей смолы с одновременным про­ никновением части ее в зерна огнеупорного материала.

Предварительная термическая обработка и возника­ ющее при этом удаление летучих составных частей смо­ лы уменьшает величину оседания кладки при обжиге футеровки непосредственно в конвертере. Стойкость фу­ теровки кислородных конвертеров можно повысить тор­ кретированием.

Свойства смолы и пека влияют на стойкость огнеупо­ ров, применяемых для футеровки кислородных конвер­ теров. Углерод смолы и пека, заполняя поры и уплотняя огнеупорный материал, препятствует проникновению внутрь кладки жидких шлаков и окислов железа. Содер­ жащаяся в огнеупорном материале или проникшая в не­ го окись железа образует с окисью кальция легкоплавкие двухкальциевые и однокальциевые ферриты, способст­ вующие спеканию и усадке изделий. Одновременно, при высокой температуре службы футеровки кислородного конвертера, происходит взаимодействие окиси железа с углеродом. При этом образуется закись железа, не да­ ющая с окисью кальция легкоплавких соединений.

Во время плавки стали в кладке кислородного кон­ вертера углерод постепенно выгорает. Необходимо, что­ бы к концу этого процесса произошло достаточное спекание зерен огнеупорного материала, придающее футе­ ровке конвертера плотность, противодействующую раз­ мыванию огнеупорного материала жидким шлаком

ирасплавленным металлом.

Врезультате потери углерода износ конвертерного кирпича ускоряется, так как происходит довольно зна­ чительное разрыхление черепка. Поэтому пек, находя­ щийся в огнеупорной футеровке, следует быстро подвер­ гать коксованию и упрочнению. При этом глубина

выплавки и потеря углеродистой связи сводится к мини­ муму.

Магнезитовые зерна плохо спекаются при обычных температурах конвертерной плавки. Установлено практи­ чески, что при добавке окиси кальция до стехиометрического соотношения C a O : S i C > 2 = l : l можно повысить в несколько раз степень спекания магнезита и его стой­

кость после выгорания уг­ лерода.

содержащих минимальное количество примесей, напри­ мер кремнезема, так как изделия с малой пористостью меньше подвержены шлакоразъеданию, особенно, когда осевший углерод в виде коксового остатка противодей­ ствует смачиванию огнеупора шлаком и металлом.

Углерод в массе, находящейся между зернами огне­ упора, препятствует проникновению в рабочий слой фу­ теровки одного из наиболее агрессивных компонентов шлака —• окислов железа.

в результате чего увеличивается проникновение в огне­ упорный черепок шлака и ускоряется его износ.

На рис. 34 приведена характеристика износа смоло­ доломитовых и смоломагнезитовых огнеупоров в зависц-

1Ц

мости от содержания в них остаточного углерода при действии на огнеупорный материал шлаков, содержа­ щих: 40—55% СаО; 10—30% Fe2 03 +FeO; 10—30% Si02 ; 2—17% МпО; 1— 8%'А12 03 .

Из рис. 34 видно, что повышение содержания углеро­ да до 6% между зернами доломита или магнезита в мас­ се практически не изменяет скорость их растворения в шлаках, содержащих ~25% FeO. При дальнейшем увеличении содержания углерода пористость огнеупор­ ного материала возрастает, а следовательно, увеличива­ ется поверхность контакта между шлаковым расплавом и поверхностью огнеупора. Поэтому, несмотря на защит­ ное действие углерода, скорость растворения огнеупора в шлаке начинает возрастать.

Если увеличить содержание углерода в массе между зернами доломита или магнезита до 9%: добавлением аморфного графита, то скорость растворения огнеупора в шлаках несколько понизится.

Существуют так называемые «мягкие» смолы, харак­ теризуемые повышенным коксовым остатком. Примене­ ние этих смол для связки при изготовлении доломитовых изделий несколько повышает их стойкость вследствие Малой смачиваемости кальциоферритно - силикатными расплавами и меньшего проникновения шлакового расп­ лава внутрь огнеупорного черепка.

При высоких температурах восстанавливаются угле­ родом окислы железа, находящиеся в шлаке в зоне кон­ такта с огнеупорным материалом. Это препятствует об­ разованию легкоплавких ферритов на значительном рас­ стоянии от рабочей поверхности кирпича. Давление га­ зов и паров, образующихся при термическом разложении связки и взаимодействии остаточного углерода со шла­ ком, противодействует проникновению шлакового рас­ плава в поры огнеупорного материала.

Эти преимущества огнеупоров, изготовленных на смо­ ляной связке с повышенным содержанием углерода, до­ стигаются при условии равномерного распределения уг­ лерода по объему изделий.

Количество остаточного углерода в огнеупорах зави­ сит от его содержания в смоляной связке.

Поэтому при изготовлении смолодоломитовых огне­ упоров часто стремятся применить смоляную связку с повышенным коксовым остатком.

Для обеспечения равномерного покрытия зерен доло­ мита смолой ее «размягчают» добавкой антраценового или иного масла, придающего системе подвижную конси­ стенцию.

Стойкость смолодоломитовых огнеупоров, получен­ ных на мягкой смоле с повышенным коксовым остатком, при службе в футеровке конвертеров существенно увели­ чивается.

Одним из перспективных способов увеличения сроков службы огнеупоров на смоляной связке в рабочем слое футеровки конвертеров является термическая обработка изделий при сравнительно невысоких температурах (200—600° С) перед укладкой их в футеровку. После тер­ мической обработки изделий в них образуется коксовый остаток, а также возрастает прочность и устойчивость к разъедающему действию конвертерных шлаков. При этом понижается склонность огнеупоров к деформации под действием гравитационных сил, а также к разрых­ лению и скалыванию во время разогрева футеровки конвертера. Кроме того, после термической обработки существенно возрастает допустимый срок хранения огне­ упоров на смоляной связке без заметных признаков гид­ ратации.

При ускоренном разогреве футеровки конвертера на­ грев ее до температуры коксования смолы происходит на незначительную глубину, а в более глубоко расположен­ ных слоях кладки из смолы интенсивно выделяются летучие вещества, что при недостаточной пористости ог­ неупоров и отсутствии надежного контроля за содержа­ нием кислорода в продуктах сгорания может привести к обрушению футеровки на первых плавках. Максималь­ ная стойкость 100-т кислородного конвертера, полученная при его ускоренном разогреве, может достигать примерно 200—220 плавок и более.

Если выполнять термическую обработку в защитной газовой сре­ де, состоящей из азота, при 250—400° С, то смола после начальной стадии плавления будет равномерно распределяться по всему объему изделий, а затем подвергаться пиролизу, молекулярной ассоциации

иполимеризации.

Врезультате пиролиза смолы происходит отложение некоторого количества пиролитического углерода на поверхности пор, образую­ щих каналы, что способствует повышению стойкости смолодоломи­ товых огнеупоров при их службе в футеровке кислородных конвер­ теров.

Оптимальный режим термообработки новой смолодоломитовой

116

футеровки следует проводить с учетом скорости разложения смоль! в зависимости от температуры, температурного интервала разупроч­ нения смолодоломитовых изделий, а также необходимости обеспече­ ния минимального содержания кислорода в продуктах сгорания кок­ са в кислороде.

На Ждановском металлургическом заводе им. Ильича разрабо­ тан оптимальный метод и режим разогрева смолодоломитомагнезитовой футеровки 100-г кислородных конвертеров.

Повышение температуры контролируют при помощи термопар, заделываемых в футеровку.

В качестве топлива для разогрева футеровки конвертера при­ меняют кокс, сжигаемый в струе кислорода, который подают через обычную кислородную фурму. Можно рекомендовать следующий

опускают кислородную фурму на расстояние 2,5 м от днища и на­ чинают подавать кислород.

щего коксового скелета смолодоломитомагнезитовой фу­ теровки ее разогрев следует вести в два этапа: на пер­

более глубокого коксования смолодоломитовых огнеупоров, так как образующаяся в полости конвертера восстановительная атмосфера содействует образованию футеровки с рабочим слоем, характеризуе­ мым прочным сцеплением с остальной частью футеровки.

Максимальная стойкость 100-т кислородного конвер­ тера, полученная при двухэтапном графике ее разогрева, может достигать 240 плавок.

В процессе термической обработки футеровки конвер­ тера получаются газообразные продукты разложения смол, но, так как в корпусе конвертера нет специальных отверстий для отвода газообразных продуктов разложе-

117

ния смолы, следует во избежание ослабления футеровки

вершенствовать технологию конвертерной плавки. Например, применение активной извести в виде зерен

размером 7—50 мм (вместо часто применяющейся изве­

заливкой чугуна, позволяют улучшить режим шлакооб­ разования, быстрее повышать основность шлака в ходе плавки и существенно снижать число плавок с основно­ стью шлака менее 3,0. При этом срок службы смолодоломитовой футеровки кислородных конвертеров значи­ тельно возрастает, так как скорость их разрушения при эксплуатации определяется в первую очередь химиче­ ским воздействием шлака, агрессивность которого по от­ ношению к основной футеровке резко падает с повыше­ нием его основности.

Совершенствование конструкции футеровки конвер­ теров также позволяет продлить сроки ее службы, на­ пример, подбором соответствующего внутреннего профи­ ля, исключающего нависание кладки. Для этого следует утолщать кладку в местах ее наибольшего износа. Такую измененную конструкцию футеровки конвертеров при­ меняют, например, на Ново-Липецком металлургическом заводе.

Для повышения стойкости футеровки толщина рабо­ чего слоя под уровнем шлак — металл увеличена с 600 до

118

цилиндрической части конвертера выполнена «в перевяз­ ку» из кирпичей длиной 300 и 450 мм.

На стойкость смолодоломитовой футеровки кисло­ родных конвертеров существенно влияют продолжитель­ ность и число перерывов между плавками.

Прерывистая эксплуатация конвертеров весьма отри­ цательно сказывается на общем сроке службы смолодоломитомагнезитовых огнеупоров вследствие окисления углеродистой связки в поверхностном слое футеровки в нерабочие периоды эксплуатации конвертера.

5 ч можно уменьшить окисление углеродистой связки на

туру внутренней поверхности конвертера в период про­ стоев не обязательно.

Ниже приведены усредненные характеристики смолодоломитовых огнеупоров, широко применяемых на Ждановском ордена Ленина металлургическом заводе для футеровки кислородных конвертеров.

Характеристика смолодоломитовых огнеупоров

Кроме смолодоломитовых огнеупоров, для футеровки кислородных конвертеров существуют попытки примене­ ния периклазошпинелидных изделий на связке из смолы. Стойкость этих изделий может несколько различаться, так как она определяется не только свойствами и качест-

119