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

вом огнеупоров, но и рациональной организацией тепло­ вого, шлакового и дутьевого режимов плавки. Например, применение многосопловой фурмы при эксплуатации кислородного конвертера позволяет довести стойкость футеровки из этих изделий до 140 плавок.

В то же время имеются данные о повышенной стойкости смолодоломитомагнезитового кирпича при службе в футеровке 50-г кис­ лородных конвертеров. Например, такой кирпич, изготовленный на основе доломита Алексеевского месторождения, выдерживает в этих условиях до 240 плавок, тогда как периклазошпинелидные изделия в этих же условиях выдерживают в среднем 132 плавки.

При конструировании и выполнении огнеупорной фу­ теровки кислородных конвертеров следует обязательно учитывать технико-экономические факторы, так как пе­ риклазошпинелидные огнеупоры дефицитны и имеют вы­ сокую стоимость. Поэтому широкое применение смолодоломитовых огнеупоров в кислородно-конвертерном про­ изводстве стали повышает ее выплавку и дает экономию периклазошпинелидных огнеупоров. Ниже приведена сравнительная стойкость огнеупоров, применяемых при выплавке стали в кислородных конвертерах.

Характеристика стойкости периклазошпинелидных и безобжиговых огнеупоров на смоляной связке при их службе в футеровке 50-т конвертеров

Применением составной кладки рабочего слоя футе­ ровки различной толщины достигается сбалансирован­ ный (равномерный) износ и повышение стойкости огне­ упорной футеровки.

В настоящее время безобжиговый доломитовый кир­ пич на смоляной связке может обеспечить стойкость в течение 200—300 плавок. Упорядочение работы кон­ вертерных цехов и стабилизация процесса выплавки ста­ ли позволяет существенно увеличить стойкость футеров­ ки конвертеров примерно на 100—150 плавок,

120

Если на основании практических данных целесооб­ разно изменить технологический процесс, то можно су­ щественно снизить продолжительность плавки. Напри­ мер, в конвертерном цехе одного из металлургических заводов продолжительность плавки в 260-т кислородном

ках кирпичной кладки конвертера, на основании чего установлен профиль (толщина) и подобран кирпич для отдельных зон рабочего слоя футеровки, а также разра­

На этом же заводе для увеличения продолжительно­ сти кампании кислородных конвертеров в течение последних 10 суток применяли торкретирование и двух­ слойную составную кладку рабочего слоя футеровки. Равностойкость достигалась за счет высокой стойкости магнезитового кирпича, обожженного и пропитанного смолой, а также в результате защиты безобжигового кир­ пича слоем торкрет-массы. При такой составной кладке средняя стойкость рабочего слоя футеровки составляла 554 плавки.

За последнее время область применения конвертерного кисло­ родного процесса расширилась. В качестве примера можно привести передел ванадиевых чугунов, освоенный на Нижне-Тагильском ме­ таллургическом комбинате в 100-г конвертерах и характеризуемый по сравнению с выплавкой стали в конвертерах меньшей длитель­ ностью продувки, более низкой температурой металла (не превы­ шающей 1420°С), наличием кислых шлаков по ходу всей продувки.

смолодоломитовых и смолодоломитомагнезитовых огнеупоров недо­ пустимо, и конвертеры футеруют периклазошпинелидным кир­ пичом.

Износ огнеупорной кладки на различных участках различен вследствие неодинаковых условий службы. Верхние ряды горловины не изнашиваются, а, наоборот, зарастают шлаком и металлом, вы­ носимым из конвертера при продувке и образующими трудноудаляемые настыли. Поэтому стойкость конвертера определяется состояни­ ем футеровки в цилиндрической и нижней конической частях.

Ванадиевый шлак при температурах до 1450° С характеризуется значительной вязкостью, равной 10—13 пз. Поэтому расплав, содер­ жащий пятиокись ванадия, как правило, не проникает в глубь кирпи­ ча и не реагирует с ним.

121

В результате исследования передела ванадиевого чугуна изучен механизм износа кирпича MX в нижней конической части конвертера, состоящий в том, что при рабочих температурах 1380—1400° С нахо­ дящаяся в шлаковой корке силикатная фаза, цементировавшая кристаллы ванадиевой шпинели, расплавляется, разрушая тем самым

отдельными минеральными фазами и кристаллами внутри фаз. Мощ­ ные потоки бурлящего шлако-металлического расплава смывают не­ прочный слой с рабочей поверхности огнеупора. Второстепенным видом износа следует считать сколы кирпича по открытым трещи­ нам, проходящим параллельно рабочей поверхности.

Футеровка цилиндрической части находится в более тяжелых условиях, так как подвергается при продувке воздействию перемен­ ной атмосферы, высоких температур и резких термических ударов. Износ этого участка составляет 0,54 мм на одну плавку. В процессе продувки шлак нагревается до 1550—1600° С, что значительно пре­ вышает температуру плавления ванадиевого шлака (1440—1450° С), который при этом имеет низкую вязкость, равную 0,1—0,5 пз, и про­ никает в рабочую зону кладки.

Вследствие того, что катион Mg 2 + более прочно связан с ани­ оном Ѵ2 04~, чем катион Fe 2 + (являющийся основным катионом ва­ надиевой шпинели), в рабочей зоне огнеупора образуется магниевованадиевая шпинель (MgV 2 04), температура плавления которой ни­ же 1400° С, что приводит к интенсивному оплавлению рабочей зоны. Поэтому компоненты шлака не успевают глубоко проникать в кир­ пич. Резкие тепловые удары способствуют образованию на расстоя­ нии 10—20 мм от горячей поверхности термических трещин, по кото­ рым происходят обычно сколы кирпича.

На стойкость футеровки кислородных конвертеров оказывают решающее влияние следующие технологиче­ ские факторы:

а) снижение содержания фосфора в чугуне, увеличи­ вающее срок службы безобжиговой смолодоломитовой футеровки примерно на 30—60%;

б) добавка доломитов в шлак, повышающая стой­ кость магнезитохромитовых огнеупоров, пропитанных смолой, приблизительно на 20%.

На стойкость футеровки кислородных конвертеров в значительной степени влияют качество и свойства ог­ неупоров:

а) при замене в футеровке кислородных конвертеров безобжиговых смолодоломитовых огнеупоров на магнезитохромитовые изделия, пропитанные смолой, срок службы футеровки существенно возрастает;

б) утолщение слоя футеровки в некоторых зонах, осо­ бенно подверженных износу, позволяет увеличить срок

122

службы безобжиговой смолодоломитовой футеровки приблизительно на 20—30%;

в) наличие углерода в безобжиговых огнеупорных из­ делиях повышает их устойчивость к разъедающему дей­ ствию железистых шлаков.

ров, применяемых для футеровки кислородных конвер­ теров. Химический состав отдельных типов этих огне­ упоров довольно постоянен, а содержание смолы, пропи­ тывающей кирпич, колеблется в сравнительно небольших пределах.

Кажущаяся пористость, т. е. состоящая преимущест­ венно из открытых пор, для огнеупоров всех видов нахо­

ствуют сохранению футеровкой кислородных конверте­ ров монолитности и удлинению сроков службы.

В службе смолодоломитовые огнеупоры отличаются от других основных изделий практически полным отсут­ ствием внутренней миграции расплавов до момента достижения температуры плавления трехкальциевого алюмината или до выгорания всего углерода. Смолодо­ ломитовые огнеупоры в значительно большей степени изнашиваются в результате разъедания горячей поверх­ ности шлаком и меньше — вследствие шелушения или скалывания.

В обожженном при высокой температуре доломите силикаты присутствуют в виде соединения 3 СаО-БіОг, которое при длительном нагреве при температуре> > 1900° С может распадаться на двухкальциевый сили­ кат и окись кальция, но оба эти соединения отличаются рысокой огнеупорностью,

12Д

* После термообработки при 1000° С,

Расплав, образующийся в доломите, содержит боль­

•Fe2 03 восстанавливается до ЗСаО-А12 03 и FeO, которая образует твердый раствор с MgO.

Под действием конвертерного шлака (флюса) угле­ род окисляется, а окиси железа и кальция взаимодейст­ вуют, образуя низкоплавкие ферриты. Выгорание угле­ рода происходит также за счет окислительной атмосфе­ ры. Частые и длительные остановки конвертера, когда нагретая футеровка подвергается воздействию атмосфе­ ры, вызывают окисление углерода и снижают стойкость футеровки.

Испытания смолодоломитовых огнеупоров (прошед­ ших термообработку при 1000° С) на деформацию под нагрузкой показали, что при 1600° С возможна усадка на 8—10%. Смолодоломитовый кирпич в процессе таких же испытаний при 1600° С всегда разрушается и в нем ни­ когда не обнаруживается остаточный углерод. По-види­ мому, при отсутствии углерода магнезит имеет более высокую шлакоустойчивость, чем доломит, исключая ма­ териалы на смоляной связке, в которых шлакоустойчи­ вость понижена. Образование жидкой фазы в доломите при нагреве защищает углерод в огнеупоре от выго­ рания.

Кирпич из обожженного доломита, пропитанный смо­ лой на глубину 13—15 мм, устойчив к гидратации в тече­ ние 6—9 мес. Кирпич со смоляным покрытием служит примерно столько же, сколько обожженный, пропитан­ ный смолой.

Обожженный магнезитовый кирпич, пропитанный смолой, более стоек, чем доломитовый со смоляным по­ крытием.

Толщина изменившейся части пропитанных смолой образцов кирпичей находится в пределах 12—50 мм.

В отработавшем магнезитовом кирпиче имеются сле­ дующие зоны (табл. 22) :

а) белого цвета толщиной —50 мм с трещинами и по­ рами. В обожженных кирпичах эта зона совпадает с зо-

125

дающая с зоной пор и трещин; силикаты обычно присут­ ствуют в виде монтичеллита CaO-MgO-Si02 (глубину проникновения Fe2 03 определяют по наличию двухкальциевого силиката или по количеству образовывающего­ ся магнезиоферрита;

в) горячая поверхность, которая обычно состоит из окиси магния, а также магнезиоферрита, магнетита, силикофосфата (7 С а О - Р 2 0 5 - 2 Si02 ) и силикатов с высо­ ким отношением СаО : Si02 , таких как трехкальциевый силикат.

Проникновение Fe2 03 в пропитанный смолой магнези­ товый кирпич обычно очень невелико. Присутствие угле­ рода уменьшает пористость кирпича и вследствие сни­

CaO-Fe2 03 является главной причиной износа основных огнеупоров, необходимо поддерживать низкое соотноше­ ние СаО : Si02 . Это соотношение увеличивается в ре­ зультате того, что монтичеллит в условиях службы миг­

миграцией окислов железа, что ускоряет этот процесс, так как температура образования расплавов понижается.

127

Установлено, что стойкость магнезитовых огнеупоров зависит от типа силиката, содержащегося в кирпиче до службы.

Втабл. 23 огнеупоры приведены в порядке снижения срока их службы.

Иногда магнезитовые кирпичи на химической связке армируют металлическими пластинами, разделяющими кирпич на три части. Армирование повышает стойкость огнеупора к скалыванию. Кроме того, окисляясь, метал­ лические плиты свариваются и образуют монолитную футеровку. Однако следует заметить, что выламывание

еевесьма затруднительно.

Врезультате испытаний установлено, что наличие уг­ лерода в безобжиговых огнеупорах на смоляной связке препятствует их разрушению железистыми шлаками. Безобжиговые огнеупоры на смоляной связке, расширя­

ясь при нагревании, обеспечивают плотность футеровки и препятствуют проникновению металла и шлака в швы кладки. В магнезитовых огнеупорах после службы наб­ людается растрескивание в сочетании с миграцией сили­ катных расплавов.

Стойкость обожженных магнезитовых огнеупоров, пропитанных смолой, понижается с увеличением отноше­ ния СаО : Si02 .

Г л а в а III

О Г Н Е У П О Р Н Ы Е И З Д Е Л И Я ДЛЯ К Л А Д К И ПЕЧЕЙ, Р А Б О Т А Ю Щ И Х П О Р А Д И А Ц И О Н Н О М У Р Е Ж И М У

§ 1. О Г Н Е У П О Р Н А Я К Л А Д К А М Е Т О Д И Ч Е С К И Х

И ТЕРМИЧЕСКИХ П Е Ч Е Й

Условия службы огнеупоров в кладке нагревательных печей не слишком тяжелы. Наибольшая температура в томильной зоне нагревательных печей достигает 1280—1350° С, а в сварочных зонах она достигает 1350—1450°С. Газовая среда рабочего пространства на­ гревательных печей обычно бывает окислительной, либо слабо окислительной.

128

Пламенные печи, работающие по радиационному ре­ жиму, можно разделить на следующие наиболее распро­ страненные типы:

1)нагревательные;

2)термические.

Для нагрева крупных слитков применяют нагрева­ тельные колодцы, а заготовки малых и средних разме­ ров, имеющие удобную для проталкивания форму обыч­ но нагревают в методических печах.

Для нагрева заготовок неудобной для проталкивания формы и заготовок для трубопрокатного и колесопрокат­ ного производства применяют карусельные печи с коль­ цевыми или тарельчатыми подами.

В промышленности используют очень много различ­

ских печей требует дифференцированного подхода при выборе огнеупорных изделий для футеровки этих печей.

Методическая печь состоит из следующих элементов: рабочего пространства, керамического или металличе­ ского рекуператора для подогрева воздуха и боровов.

Рассмотрим устройство кладки рабочего пространст­ ва методических печей, условия службы и выбор соот­ ветствующих огнеупорных изделий. Наиболее интенсив­ ному износу подвержены подины нагревательных печей вследствие механического воздействия изделий из метал­ ла, действия переменных температур, достигающих 1400° С, и шлаковой коррозии.

Основной причиной износа подин нагревательных пе­ чей является коррозионное воздействие окислов железа, образующихся при окислении слитков железа. Скорость окисления Fe в температурном промежутке 800—1250° С возрастает примерно в 10 раз. При более высоких тем­ пературах окисление железа происходит весьма интен­ сивно, причем образующаяся окалина размягчается и стекает на под печи.