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

3)хорошую термическую стойкость;

4)высокую шлакоустойчивость и химическую стой­

кость.

На подину воздействуют удары загружаемой шихты й расплавленного металла. Поэтому огнеупорный мате­ риал подины должен отличаться высокой механической

Свод дуговой печи делают съемным, что создает возможность его отдельной кладки с последующей уста­ новкой на печи.

Долгое время почти единственным сводовым мате­ риалом для электропечей был динас, несмотря на очень тяжелые условия службы свода. Кладка свода подвер­ жена перегреву энергией излучения электрических дуг, отраженной от стен и поверхности расплавленного шлака.

В большинстве случаев электропечи работают по ос­ новному процессу. При этом на свод попадают извест­ ковая пыль и окислы железа, которые интенсивно взаи­ модействуют с кремнеземом при высоких температурах службы, что приводит к быстрому износу динасового свода.

Кроме того, в условиях восстановительной атмо­ сферы Si02 динаса иногда восстанавливается до легко летучей SiO, что также способствует интенсивному из­ носу динасового свода.

В состав завалки периодически вводят фтористый кальций, который с кремнеземом динаса образует лету­ чий SiF4 .

Все эти факторы усиливают износ динасовых сво­ дов, достигающий особенно большой интенсивности при основном процессе электроплавки стали.

В кислых электропечах стойкость динасовых сводов выше, так как эти печи обычно имеют небольшую ем­ кость. В них выплавляют несложные по составу стали для фасонного литья; известь применяют в малом коли­ честве, плавиковый шпат не вводят и продолжительность каждой плавки не велика.

Ниже приведены сравнительные данные, характеризу­ ющие износ динасовых сводов в кислых и основных электродуговых печах.

150

Средняя стойкость динасовых сводов электропечей

Из этих данных видно, что стойкость динасовых сво­ дов в основных электропечах гораздо меньше, чем в кислых, что послужило (в связи с развитием основного процесса выплавки стали) причиной применения других огнеупорных изделий для возведения сводов в этих печах.

В настоящее время динасовые своды при проведении основного процесса в электропечах применяют редко. Лишь отдельные заводы используют их при выплавке в основных печах стали некоторых сортов.

В зависимости от емкости электродуговых печей сво­ ды выкладывают из кирпича длиной 230 или 300 мм. На электродуговых печах малой емкости более продол­

в центральных частях.

Во многих случаях увеличение толщины свода с 230 до 300 мм удлиняет продолжительность кампании печи на 30—60%, но эта зависимость соблюдается далеко не всегда.

Служба динаса в сводах электропечей характеризу­ ется своими особенностями. Фазовая зональность (при горячем ходе печи) часто совсем не образуется.

Если же износ динаса не очень интенсивен, то воз­ никают рабочие кристобалитовая и тридимитовая зоны. При очень горячей работе электропечи быстро образует­ ся плотная кристобалитовая зона молочно-белого цвета, за которой нет тридимитовой зоны.

15.1

Более стойким, чем динас, является динасоцирконовый огнеупор, изготавливаемый из кварцита и цирконового концентрата, который можно применять для клад­

динасоциркон изнашивается несколько меньше по срав­ нению с динасом. В некоторых случаях при применении динасоциркона продолжительность кампании свода электропечей по сравнению с динасом возрастает при­ мерно в 1,5 раза.

Уже давно на металлургических заводах СССР при­ меняют в электропечах более стойкие огнеупорные из­ делия, чем динас. Еще в 1943—1944 гг. на заводе «Элек­ тросталь» своды 15-т электропечей, выполненные из термостойкого хромомагнезита, выдержали 39—57 пла­

в период его отвода при завалках и подвалках и подъе­ мом при поворотах ванны (период плавления). В резуль­ тате происходит 5—6 теплосмен, что приводит к сниже­ нию прочности кладки сводов, увеличению неравномер­ ности Износа сводового кирпича, деформации кладки и преждевременной остановке печей, несмотря на значи­ тельную остаточную толщину кладки.

Наибольший износ свода электропечей (1,2—1,5 мм за плавку) наблюдается позади электродов второй и третьей фаз. Поэтому в этих зонах целесообразно при­ менять водоохлаждаемые экономайзеры.

152

электродуговых печей ухудшаются, так как начинается сильное разбрызгивание металла и шлака.

Кладку основных сводов распорного типа чаще вы­ полняют секторно-арочным способом насухо (с примене­ нием металлических пластин и штырей) из магнезито­ хромитовых или периклаз'ошпинелидных огнеупорных изделий, так как они характеризуются большей стой­ костью против воздействия окислов железа, чем хромомагнезитовые огнеупоры.

Обычно в своде электропечи оставляют три отверстия для электродов, одно для отсоса газов и одно для кис­ лородной фурмы. Вокруг отверстий для электродов вы­ кладывают выравнивающие площадки из магнезитохромитового кирпича для установки уплотнительных элек­ тродных колец, футерованные хромомагнезитовым кир* пичом на мертеле, в состав которого входит высокоогнеупорный цемент, содержащий глинозем.

Применение магнезитохромитового кирпича с повы­ шенным содержанием MgO иногда приводит к более интенсивному скалыванию рабочей поверхности свода.

Скалывание и шелушение магнезитохромитовых сво­ дов электропечей представляет основной вид их износа. Обычно толщина отдельных сколов находится в преде­ лах 30—70 мм, а толщина отслаивающихся чешуек — 5—15 мм.

В результате насыщения рабочей зоны окислами же­ леза происходит спекание магнезитовой составляющей магнезитохромитового кирпича и разбухание хромитовой составляющей этого кирпича.

Магнезитохромитовые огнеупоры скалываются вслед­ ствие возникновения механических напряжений на гра­ ницах зон огнеупорного материала, насыщенность кото­ рых окислами железа различна.

Большой интерес представляет возможность приме­ нения в сводах электропечей корундовых огнеупоров, содержащих — 100 % А12 03 . Эти высококачественные ог­ неупорные изделия характеризуются высокой шлакоустойчивостью и химической стойкостью, высокой механи­ ческой прочностью, малой ползучестью, высокой тепло­ проводностью и другими положительными свойствами.

Корундовые изделия (~98% корунда) изготавлива-

153

Т а б л и ц а 27

Термомеханические свойства корундовых огнеупоров

ют из технического глинозема, они практически одно­ фазны и не содержат сколько-нибудь существенного ко­ личества стекловидной фазы.

Пористость этих изделий может изменяться в широ­ ких пределах примерно от 20 до 3% и менее. Химичес­ кая чистота изделий обеспечивает их высокую огнеупор­ ность и температуру начала деформации под нагрузкой (табл. 27). Благоприятное сочетание свойств корундо­ вых кристаллов, малое содержание примесей, а также макро- и микроструктура определяют достаточную тер­ мическую устойчивость и значительное сопротивление ползучести корундовых огнеупорных изделий.

Следует учитывать, что при взаимодействии с основ­ ными металлургическими шлаками АЬОз проявляет кис­ лотные свойства. Это может несколько понизить стой­ кость корундовых сводов электропечей по сравнению со сводами, выполненными из основных (магнезиаль-

154

Т а б л и ц а 28

Размеры блоков для футеровки стен печей различной емкости

ных) огнеупоров. Здесь необходима тщательная опыт­ ная проверка стойкости корундовых огнеупоров в реаль­ ных производственных условиях, так как одно лишь химическое сродство между соединениями шлакового

кислородом, в настоящее время своды часто выкладыва­

но происходить достаточно быстрое и равномерное спе­ кание футеровки, что обеспечивает равномерное распре-

15S

деление внутренних механических напряжений, способ­ ствующее более высокой механической прочности футе­ ровки.

При футеровке стен электросталеплавильных печей применяют многие огнеупорные материалы и осуществляют различные методы выполнения футеровки.

Сущность этих методов состоит в следующем.

Сначала изготавливают трамбованием огнеупорные блоки из различных основных масс, например из обожженного молотого маг­ незита или из смеси его с обожженным доломитом.

Гранулометрический состав огнеупорных масс, применяемых для изготовления огнеупорных блоков, имеет очень существенное значе­ ние, так как при слишком крупных зернах магнезита или доломитаувеличивается шлакопроницаемость футеровки, а при чересчур боль­

хорошей шлакоустойчивостью. Обычно применяют обожженный маг­

смолы, тщательно перемешивают массу, а затем формуют из нее методом трамбования крупногабаритные блоки массой до 5—5,5 т. Эти блоки для придания им механической прочности обычно арми­ руют стальными стержнями толщиной 25—30 мм.

Футеровка стен электросталеплавильных печей крупногабарит­ ными блоками имеет очень существенные достоинства, так как малое число швов, всегда являющихся самым слабым местом кладки, пре­ пятствует протеканию интенсивного процесса шлакоразъедания. По­ этому такой тип футеровки стен электросталеплавильных печей ши­ роко распространен на предприятиях черной металлургии. Из крупно­ габаритных блоков удобно выполнять футеровку стен. При этом снижаются трудовые затраты по сравнению с некоторыми другими методами выполнения футеровки стен электросталеплавильных печей.

На стойкость кладки из огнеупорных набивных блоков сильно влияет качество набивки и физические свойства набивных масс. По­ этому, несмотря на меньшее число швов по сравнению с кладкой из штучных обжиговых огнеупоров, кладка из блоков при неудов­ летворительном качестве может проявить несколько меньшую стой­ кость.

Для повышения стойкости футеровки стен можно во время ремонта применять торкретирование ее наиболее изношенных -участков, которое дает положительный ре­ зультат.

Торкрет-массу для ремонта футеровки электропечей обычно изготавливают на основе доломита или магне­ зита, содержащего 90—95% MgO, на связках, обеспечи­ вающих быстрое затвердевание и хорошее сцепление с футеровкой. При торкретировании стойкость стен

156

электропечей увеличивается приблизительно в 2 раза. Вследствие того, что простои печей под ремонтом сокра­ щаются, их производительность возрастает. В ряде слу­ чаев производительность 50-г электропечей возрастает на 8—10%, что позволяет получить 400—500 т дополни­ тельной стали с каждой печи.

Футеровку стен электросталеплавильных печей мож­ но выполнять из магнезитового, хромомагнезитового и магнезитохромитового кирпича. При этом необходимо соблюдать тщательность кладки с тонкими и ровными швами.

На некоторых металлургических заводах применяют ступенчатую кладку стен электросталеплавильных печей, что повышает их стой­ кость в службе.

Для выполнения футеровки стен возможно применение штучных безобжиговых магнезитохромитовых изделий в кассетах; обычные размеры этих изделий составляют 430X150X95/85 и 320X150X85 мм.

При эксплуатации этих печей скорость износа футеровки по вы­ соте неравномерна. Нижние участки футеровки, выполненные из магнезитохромитового кирпича, изнашиваются примерно в 2—3 раза быстрее, чем верхние, чему способствует интенсивное разъедающее действие шлакового расплава при высоких температурах, а также часто применяемое в настоящее время электромагнитное перемеши­ вание стали. Для повышения стойкости футеровки в зоне шлакового пояса иногда применяют магнезитовый кирпич на шпинелидной связке.

При помощи рептгемоструктурного и минералогичес­ кого анализа отработавших хромшпинелидных огнеупо­ ров, взятых из футеровки стен электроплавильных пе­ чей, установлено наличие коррозии в зоне контакта огнеупора с силикатным расплавом.

Силикатные расплавы, обогащенные одним из мине­ ралов— монтичеллитом (CaO-MgO- Si0 2 ), флюоритом, куспидином (3CaO-CaF2 -2Si02 ), мервинитом (ЗСаО- •MgO-2Si02 ),— химически взаимодействуют с хромшпинелидом в температурном интервале 1400—1800° С. Поэтому безобжиговый, а также обожженный магнезитохромитовый кирпич в футеровке шлакового пояса электросталеплавильных печей очень быстро изнашива­ ется (в 100-г электроплавильных печах скорость износа составляет ~ 1 5 мм за плавку).

Применяют также комбинированную кладку стен электропечей малой емкости из магнезитового и хромомагнезитового кирпича.

157

Высокую стойкость (до 250 плавок) имеет кладка из периклазошпинелидного кирпича толщиной 460—380— 300 мм с применением для засыпки швов молотого маг­ незитового порошка, увлажненного разбавленным жид­ ким стеклом, приблизительно в соотношении 1 : 3.

Кислую футеровку стен можно выполнять из набив­ ных масс, применение которых взамен кирпича для стен кислых дуговых сталеплавильных печей позволяет по-

10550

Рис. 41. Футеровка стен и подины 80-т основной электропечи:

/ — магнезит; 2—шамот; 3 — магнезитовая набойка; 4 — за­ сыпка

высить стойкость футеровки и снизить ее стоимость (см. гл. V I , § 2).

Футеровка основной подины электропечей состоит из

Тепловые потери через подину электросталеплавиль­ ной печи могут достигать большой величины. Поэтому для термоизоляции подины обычно применяют легко­ весный шамотный кирпич (ГОСТ 5040—58).

Существует много способов набивки подин электро­ сталеплавильных печей. Обычно для этой цели приме­ няют магнезитовый порошок марки МПЭ-87 с диамет-

158

Применяют магнезитовые порошки прерывистого гра­ нулометрического состава, что способствует более плот­ ной укладке зерен и, следовательно, повышенной стой­ кости подин.

На некоторых металлургических заводах в состав магнезитового порошка вводят примерно 25% более крупных зерен (до 4 мм).

Существуют различные взгляды на оптимальную толщину набивного слоя подины электросталеплавиль­ ных печей. Иногда выполняют очень тонкий набивной слой (30—40 мм) из магнезитового порошка, но выкла­ дывают утолщенный (до 575 мм) слой кладки из магне­ зитового кирпича.

Во время службы подины происходит постепенное снижение огнеупорности материалов, составляющих ее верхний* слой, вследствие пропитывания его расплавами, состоящими из соединений БіОг, СаО, МпО и некоторых других окислов, что приводит к постепенному размяг­

ржавеющих сталей для заправки подины часто приме­ няют смесь магнезитового порошка и хромитовой руды, взятых в соотношении по массе 1:1.

§ 2. О Г Н Е У П О Р Н А Я К Л А Д К А

И Н Д У К Ц И О Н Н Ы Х ПЕЧЕЙ

Несмотря на трудности конструирования и примене­ ния большегрузных индукционных печей, в настоящее время существуют печи открытого типа, емкостью до

159