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

Степень взаимодействия окалины с подом зависит от свойств применяемого огнеупорного материала для

вэтих условиях проявляют большую стойкость, поэтому

внастоящее время для футеровки верхнего слоя подин нагревательных печей обычно применяют хромомагнези-

товые огнеупорные изделия, продолжительность служ­

окалина имеет слоистое строение и может состоять из трех (FeO; Fe3 04 ; Fe2 03 ), двух (FeO; Fe3 04 или Fe2 03 ) или из одного (FeO или Fe3 04 ) окисла железа, причем наиболее интенсивное взаимодействие между огнеупор­ ным материалом и окалиной наблюдается в момент ее образования. При этом механизм износа огнеупорного материала можно представить в виде следующей схемы.

При 1200—1350°С металл интенсивно окисляется, и образующиеся железистые окислы активно взаимо­ действуют с большинством огнеупорных материалов. Лишь карборундовые огнеупорные изделия в этих усло­ виях практически не реагируют с окислами железа.

Затем железистые окислы проникают внутрь пор ог­ неупорного материала и вызывают интенсивное разбуха­ ние, приводящее к разрушению огнеупорного черепка. Это явление наблюдается при нагревании металла в окислительной среде, находящегося в контакте с корун­ довыми, высокоглиноземистыми, форстеритовыми, хромитовыми и хромомагнезитовыми огнеупорными изде­ лиями.

Глубина проникновения расплавленных железистых окислов внутрь огнеупорного черепка сильно зависит от величины пористости. Например, жидкий расплав желе­ зистых окислов не проникает внутрь плотных корундо­ вых огнеупорных изделий, характеризуемых очень малой пористостью (—0,1%)- В этом случае наблюдается лишь химическое взаимодействие между расплавом и поверх­ ностными слоями огнеупорных изделий.

130

При одном и том же химическом и минералогическом составах химическая стойкость огнеупоров увеличивает­ ся при уменьшении их пористости и удельной поверхно­ сти. Поэтому существуют попытки использования плот­ ных электроплавленных огнеупоров из корунда и бакора для футеровки подин методических печей. Применение таких огнеупорных материалов для направляющих бру­ сьев позволяет работать без их водяного охлаждения, являющегося причиной значительных тепловых потерь и вызывающего появление на поверхности слитков «чер­ ных полос».

Несмотря на высокую стоимость плавленых огнеупо­ ров, применение их для конструирования направляющих полос может быть экономически оправдано, так как эти огнеупоры отличаются очень высокой устойчивостью про­ тив коррозии и истирания.

Весьма устойчивы к воздействию окалины и окисляю­

химического сродства между ними и окалиной, объясня­ ется также плохой смачиваемостью расплавленной ока­ линой поверхности карборундовых огнеупоров. Сущест­ вуют данные, согласно которым, даже при 1600° С, окис­ лы железа незначительно взаимодействуют с карборун­ довыми огнеупорными изделиями. Однако в кислороде и воздухе, содержащем водяные пары, эти огнеупоры ин­ тенсивно окисляются уже при 900—1000° С. Поэтому су­ ществует опасность разрушения карборундовых огнеупо­ ров в нагревательных печах, если перед очисткой поди­

ны окалину поливать водой, так как при этом происходит окисление SiC до SiO и S1O2.

В окалине, образующейся в момент окисления метал­ ла и после того, как она поступает на под печи, продол­ жаются реакции окисления. В этот момент реакции взаи­ модействия окислов железа с алюмосиликатными и ос­ новными огнеупорами протекают наиболее интенсивно, что приводит к разбуханию изделий из-за проникновения жидкой фазы внутрь огнеупорного черепка.

Непосредственно в процессе образования вследствие окисления металла окалина активно взаимодействует с корундовыми, высокоглиноземистыми, хромитовыми, форстеритовыми и хромомагнезитовыми огнеупорами, прочно прилипая к ним.

Наиболее стойкими к действию окалины непосредст­ венно после ее образования в окислительных условиях являются корундовые огнеупоры с нулевой пористостью.

При кладке подин нагревательных печей возмож­ ны различные варианты применения огнеупорных из­ делий.

Например, нижний слой подины, служащий для теп­ ловой изоляции, выкладывают из шамотного легковесно­ го или из диатомитового кирпича; средний слой, а в ме­ тодической зоне и верхний, выкладывают из шамотного кирпича общего назначения класса В и Б; верхний слой подины в сварочной и томильной зонах можно выклады­ вать из хромомагнезитового кирпича или из других, ус­ тойчивых в данных условиях, огнеупорных изделий. По­ дины нагревательных печей можно изготавливать из жа­ ростойкого бетона на портландцементе с тонкомолотым хромитом и форстеритовым заполнителем. Из этого бе­ тона изготавливают плиты размерами 700X500X150 мм следующего примерного состава, считая на 1 мъ смеси:

Молотого портландцементного клинкера, кг . . 320 Тонкомолотого кимперсайского хромита, кг . . . 640

Срок службы подины из бетонных блоков в нагрева­ тельных печах для заготовок, имевших температуру ра­ бочего пространства 1300—1400° С, составляет 5—8 ме­ сяцев, а кирпичной подины — 4—5 месяцев.

В полуметодических печах с температурой рабочего пространства 1100—1300° С применение огнеупорного бе­ тона для подины не дает существенных преимуществ по сравнению с кирпичной подиной, вследствие сравнитель­ но тяжелых условий службы: в результате непрерывного продвижения заготовок может происходить взаимодей­ ствие размягченной окалины с подиной.

Если защитить огнеупорный бетон хромитовой под­ сыпкой, то подовые плиты в полуметодических нагрева­ тельных печах не уступают по стойкости хромомагнезитовому кирпичу. Хромитовая подсыпка защищает рабо­ чую поверхность блоков и препятствует свариванию окалины с бетоном.

132

Бетонные огнеупорные блоки с подсыпкой магнези­ товым или хромитовым порошком можно применять для кладки томильной зоны методических печей, температура

чи вследствие чистки подины от окалины и облегчаются условия труда обслуживающего персонала.

При эксплуатации крупногабаритных печей для на­ грева слитков стали очистка и защита подины от шлако­ вания связана с большими трудностями. Для успешного решения этой задачи необходимо определить условия работы печи, приводящие к минимальному шлакообра­ зованию, осуществить конструктивные изменения подины печи, позволяющие устранить возможность шлакообра­ зования и, наконец, создать монолитное защитное покры­ тие пода, устойчивое к шлакообразованию.

В качестве защитного покрытия подины методиче­ ских печей можно применять электроплавленые огне­ упорные .материалы. Например, если подину методиче­ ской печи выложить из плавленого глинозема толщиной 250—300 мм, то она может служить примерно год без промежуточного ремонта.

Возможно также применение для этой цели высоко­ глиноземистых, корундовых и других материалов на фос­ фатной связке.

133

вие шлакоразъедания, механического износа и при отно­ сительно невысоких температурах.

Стены методических печей толщиной 230—350 мм можно выкладывать из шамотного или каолинового кир­ пича, с изоляционным слоем из легковесного шамотного, диатомитового или трепельного кирпича. При этом сле­ дует выполнять сравнительный технико-экономический расчет себестоимости различных вариантов кладки.

Своды в методических печах бывают двух основных видов: арочные распорные (при пролете до 4,5 м) и пло­ ские подвесные (при пролетах более 4,5 м).

В табл. 24 приведены ориентировочные значения тол­ щины сводов нагревательных печей и применяемые огне­ упорные изделия.

При эксплуатации нагревательных и термических пе­ чей существенное значение имеет их экономичная тепло­ вая работа.

Снизить расход тепла на нагревание и термообработ­ ку изделий можно, применяя огнеупорные легковесные изделия с целью тепловой изоляции печей.

Легковесные огнеупоры целесообразно применять для промежуточной тепловой изоляции промышленных печей. Это особенно эффективно в кладке рабочей ,(огне-

135

ния легковесной кладки в различных промышленных пе­ чах, приведены в табл. 25.

§ 2. О Г Н Е У П О Р Н А Я К Л А Д К А РЕГЕНЕРАТИВНЫХ И РЕКУПЕРАТИВНЫХ К О Л О Д Ц Е В

На заводах черной металлургии для нагрева слитков перед прокаткой на блюмингах применяют нагреватель­ ные колодцы-печи, в которых слиток, стоящий верти­ кально, нагревается с четырех сторон.

Масса слитков, подвергаемых нагреву в нагреватель­ ных колодцах, составляет ~5—25 т. Поэтому нагрев

136

слитков с четырех сторон необходим для обеспечения его равномерности, а также для достижения заданной производительности колодцев.

В зависимости от метода подогрева воздуха нагрева­ тельные колодцы можно разделить на регенеративные и рекуперативные.

Нагревательные колодцы образуют комплекс, состоя­ щий из следующих элементов: наружных и внутренних боровов, рекуператоров или регенераторов, ячеек для по­ догрева слитков и крышек.

Если нагревательные колодцы снабжены рекупера­ торами, то подогрев газа осуществляют при помощи ме­ таллических трубчатых рекуператоров, устанавливае­ мых в боровах, а для подогрева воздуха применяют трубчатые элементы, выполненные из высокоустойчивых огнеупорных материалов.

Теперь уточним условия службы огнеупорных изде­ лий в различных частях кладки нагревательных ко­ лодцев.

Значительная нагрузка на огнеупорную кладку поди­ ны возникает при садке слитков вследствие возможных ударов.

Огнеупорная футеровка крышки нагревательных ко­ лодцев подвергается действию факела горящего газа, который ударяет в нее, воздействию достаточно высоких температур, достигающих 1400° С и выше, механическим сотрясениям при подъеме, передвижении и опускании, воздействию частых и резких температурных колебаний при загрузке и выгрузке слитков.

Вследствие разнообразных условий службы в различ­ ных зонах нагревательных колодцев для их кладки при­ меняют различные огнеупорные изделия.

Для кладки шанцев над боровами и их наружных стен допускается применение обычного глиняного кирпича, так как температура этих частей кладки нагревательных колодцев не превышает 750° С.

Для достижения наиболее экономичной тепловой ра­ боты нагревательных колодцев целесообразно применять для кладки наружных слоев стен, подин ячеек рекуператорных камер воздушного канала, а также для футеров-

137

ки газопроводов жароустойчивые изделия с пониженной объемной массой, например диатомовый кирпич.

Для футеровки боровов, кладки поднасадочных стен

что обеспечивает его удовлетворительную службу в сред­ них слоях вышеперечисленных элементов кладки нагре­ вательных колодцев.

Для кладки стен рекуператорных камер можно при­ менять шамотный кирпич общего назначения класса Б,

пользуются шамотным кирпичом общего назначения класса А.

Для футеровки воздушного канала служит шамот­ ный легковесный кирпич, резко сокращающий тепловые потери.

Для кладки верхней части стен ячеек и сводов над рекуператорными камерами обычно применяют металлур­

прочность огнеупорной кладки при температурах служ­ бы. При этом нужно избегать резких колебаний темпера­ тур вследствие низкой термостойкости динаса. Возмож­ но также применение основных сводов.

Для кладки верхней части стен ячеек и сводов над рекуператорными камерами не следует применять ша­ мотный кирпич вследствие его недостаточной строитель­

огнеупорные изделия с повышенной механической проч­ ностью при температурах службы нагревательных ко­ лодцев. Часто здесь применяют хромомагнезитовый кирпич.

1.38

кампании нагревательных колодцев. Однако в сочетании с примене­ нием новых огнеупорных материалов изменение конструкций элемен­ тов кладки может привести к сокращению продолжительности про­ межуточных ремонтов и к увеличению общей продолжительности кампании нагревательных колодцев. Вместо кирпичной кладки в дан­ ном случае можно применять различные огнеупорные бетоны, отли­ чающиеся пластичностью. Здесь очень в а ж н о , выбрать правильное конструктивное решение.

Отрицательным фактором, способствующим разру­ шению комбинированной футеровки нагревательных ко­ лодцев, является наличие различных величир усадки слоев из огнеупорного бетона и кирпича, в результате чего из центральной части стен бетонная масса начинает выпадать.

Выполнение монолитных боковых стен нагреватель­ ных колодцев полностью из огнеупорного бетона позво­ лило повысить срок службы футеровки до 44—45 ме­ сяцев.

На рис. 36 показана стена из бетонной огнеупорной массы и узел крепления анкерного кирпича, содержаще­

повышенной пористостью и, следовательно, большей зо­ ной контакта со шлаковым расплавом, чем обычный ог­ неупорный материал. Футеровка из огнеупорного бетона

139