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

15 т и более, работающие на токах промышленной ча­ стоты.

На рис. 42 представлен разрез однофазной индук­ ционной бессердечниковой печи, которую применяют в литейном производстве, для получения металла, харак­ теризуемого точным химическим составом. Наличие вы­

онных печей приведены в табл. 29.

На большинстве заводов набивку тиглей осущест­

160

Т а б л и ц а 29

Размеры тиглей для индукционных печей

печи и сортаментом выплавляемого металла. На боль­ шинстве заводов процесс ведут с кислыми шлаками, что и определяет выбор кислой футеровки.

Стойкость кислых тиглей обусловлена в основном температурой выплавляемого металла и продолжитель­ ностью плавки (табл. 30). Основная причина выхода тиглей из строя — износ футеровки оплавлением, осо­ бенно ее нижней части.

Кварциты и другое высококремнеземистое сырье в результате инверсии кварца не дают усадки при обжиге, поэтому в футеровках, изготовленных на их основе, не образуется усадочных трещин.

Высокая температура расплавляемого металла (до 1700° С) может вызвать достаточно интенсивное пере­ рождение кварцитов, связанное с большим изменением объема, что приводит к разрыхлению огнеупорного че­ репка тигля и, следовательно, к его насыщению жидким расплавом, образующимся при проведении плавки. При этом снижается огнеупорность черепка тигля и его ус­ тойчивость в службе.

Эксплуатация индукционных печей большой емкос­ ти имеет свои особенности.

Подтверждается правильность намечающейся тен­ денции применения для футеровки печей большой емко­ сти более чистого высококремнеземистого сырья. Одна­ ко для изготовления футеровки, работающей в особо сложных условиях эксплуатации, необходимо предусмот­ реть применение материалов с содержанием до 99% кремнезема при ограниченном содержании AI2O3 (до 0,5%). Высокая степень чистоты обеспечивает однород­ ность свойств материала и позволяет резко сократить существующие колебания в стойкости футеровки, что особенно важно при эксплуатации печей большой емко­ сти.

Поэтому нежелательно введение в состав кварцитных набивных масс значительных количеств глины (особен­ но совместно с борной кислотой), так как образующие­ ся при этом сравнительно легкоплавкие эвтектические смеси существенно снижают стойкость футеровки тиг­ лей.

Кроме кислых материалов, для футеровки индукци­ онных печей постепенно начинают применять основные и высокоглиноземистые материалы. Возможно также применение цирконовых масс на глинистой и химичес­ кой связках. В тиглях индукционных печей, изготовлен­ ных на основе цирконовых высокоглиноземистых, муллитовых и магнезиальных масс, можно осуществлять плавку чугуна и стали различных марок.

ОДНШЙ из преимуществ чистого циркона является его сравнительно низкий коэффициент термического рас­ ширения, составляющий для тонкозернистых образцов в пределах 25—1300° С примерно 5,8• 10- 6 1/°С, что по­ зволяет применять его в качестве основы для набивных масс при изготовлении тиглей индукционных печей.

В индукционных сталеплавильных печах, работаю­ щих при температурах выше 1700° С, можно применять для футеровки тиглей корундовую набивную массу, в состав которой входит—-85% электрокорунда. Химиче­ ский состав этой массы следующий: 95,80% А12Оѵ, 0,70% Si02 ; 0,20% CaO; 3,10% ТЮ2 ; 0,15% Fe2 03 ; 0,2% Na2 0.

Массу набивают способом пневмотрамбования по­ слойно (толщина слоя— 60 мм) или непрерывно, насы­ пая и одновременно ее уплотняя.

Термическое расширение (относительное удлинение А///о-100% ) корундовой набивной массы при нагревании ее от 0 до 1400°С равно—1,5%, а коэффициент тепло­ проводности составляет приблизительно 1,98—2,32 вт/(м- •град) [1,7—2,0 ккал/м-ч-°С].

В последние годы, кроме набивной футеровки, широ­ ко применяют тигли из кирпича. Для этой цели можно использовать плотный корундовый кирпич объемной плотностью ~2600 кг/м3. Кладку выполняют на корун­ довом мертеле с фосфатной связкой. Для большей на­ дежности применяют двухслойную кладку (с перекры­ тием швов), что при правильном режиме разогрева и эксплуатации тигля препятствует проникновению метал­ ла в швы футеровки.

Вследствие наличия высококачественного арматурно­ го слоя и незначительной тепловой изоляции темпера­ турный градиент в кладке тигля достаточно велик. По­ этому металл, проникший в кладку, застывает, не дости­ гая арматурного слоя.

Известно, что во время службы тиглей их можно ре­ монтировать, обжигая в пламени ацетиленовой горелки изношенные места футеровки, на которые предваритель­ но нанесены огнеупорные ремонтные массы.

На отдельных заводах футеровку тиглей индукцион­

164

вательным элементам. Тепло, выделяемое нагреватель­ ными элементами, передается нагреваемым изделиям излучением и конвективным теплообменом.

По температурному режиму печи косвенного дейст­ вия можно разделить на следующие группы:

1)низкотемпературные с температурой рабочего про­ странства до 600—700° С;

2)среднетемпературные с диапазоном рабочих тем­ ператур 700—1300° С;

3)высокотемпературные с рабочей температурой вы­ ше 1300°С.

Для изготовления нагревательных элементов печей косвенного действия применяют разнообразные материалы: железохромоникелевые и железохромоалюминиевые сплавы, а также карбид кремния, дисилицид молибдена, платину, молибден, вольфрам, графит, карбид ниобия и т. п.

Нагревательные элементы, представляющие собой один из наи­ более ответственных узлов печи, должны характеризоваться:

1)высокой стойкостью к действию окалины на воздухе и в за­ щитной атмосфере при высоких температурах;

2)отсутствием испаряемости при работе в вакууме с высокими температурами;

3)механической прочностью, достаточной для предупреждения возникновения деформаций под действием собственной массы нагре­ вателя при рабочих температурах;

4)высоким удельным сопротивлением;

5)малым электрическим температурным коэффициентом, при котором общее сопротивление нагревателя при повышении темпера­ туры существенно не изменяется.

Материал, из которого изготовляют нагреватели, должен иметь пластичные свойства, хорошую свариваемость и способность к меха­ нической обработке для придания ему необходимых размеров

иформы.

Втабл. 31 приведена характеристика некоторых ма­ териалов, применяемых для изготовления нагреватель­ ных элементов.

Внизко- и среднетемпературных печах кладку можно выполнять

из шамотных огнеупорных материалов.

Хромоникелевые сплавы хорошо свариваются и обладают пла­ стичными свойствами. Железохромоалюминиевые сплавы менее плас­ тичны, чем нихромы, а во время службы при высоких температурах удлиняются, деформируются и становятся хрупкими. Некоторые из них (например, ЭИ 626) при температурах выше 1000° С начинают взаимодействовать с кремнеземом огнеупорного материала. Поэтому в таких случаях целесообразно рабочую часть футеровки нагрева­ тельных печей выполнять из высокоглиноземистых изделий, содержа­ щих не менее 75% А12 03 .

Хромоникелевые и железохромоалюминиевые сплавы для нагре­ вательных элементов используют в виде холоднотянутой проволоки

1R5

Для изготовления нагревателей, работающих в вакууме или в ат­ мосфере водорода и аргона, можно использовать молибден и воль­ фрам. Однако эти металлы трудно поддаются механической обра­ ботке.

С целью уменьшения взаимодействия между парами молибдена и огнеупорной футеровкой, ее (при нагрева­ нии в вакууме) выполняют из высокоглиноземистых или корундовых изделий. Предельная температура работы молибденовых нагревателей в вакууме, равном 10~5 мм рт. ст. не превышает 1700° С, так как при более высоких температурах интенсивно испаряется молибден, что рез­ ко сокращает сроки службы нагревательных элементов.

166

Нагреватели из вольфрама, получаемые методами по­ рошковой металлургии, способны длительное время ра­

службы вольфрамовых нагревателей сокращается до не­ скольких часов.

Карборундовые нагреватели (силит, глобар, крусилит), обычно состоящие из карбида кремния, могут

разрушения огнеупорной футеровки печи, в которую за­ кладывают концы нагревательных стержней.

Промышленность выпускает составные карборундо­ вые так называемые глобаровые нагреватели, для кото-

167

рых предусмотрены рабочий стержень и два отдельных контактных вывода из пропитанных металлом карбо­ рундовых стержней, и силитовые нагреватели с утол­ щенными выводными концами (манжетами).

Несмотря на способность к некоторому окислению, карборундовые нагревательные стержни применяют для

существенным повышением (до 20—25%) их удельного сопротивления. Срок службы карборундовых нагревате­

срок службы этих нагревателей возрастает до 2000— 3500 ч.

Нагреватели из дисилицида молибдена для печей сопротивления изготавливают с добавками, повышаю­ щими его удельное сопротивление. Примером такой до­ бавки служит нитрид кремния. Эти нагреватели можно использовать для нагрева изделий в окислительных сре­ дах при температурах до 1700° С.

Нагреватели устойчивы против брызг металла, что позволяет применять их для нагрева рабочего простран­ ства промышленных металлургических печей. В присут­ ствии кислорода на поверхности нагревателей при 1000°С образуется прочная пленка кремнезема, предох­ раняющая их от окисления при более высоких темпе­ ратурах.

В атмосфере диссоциированного аммиака предвари­ тельно окисленный нагреватель из дисилицида может работать при температурах до 1400° С. Недостатком этих нагревателей является их хрупкость при невысоких

работе достигает 2000—2500 ч. Если же периодически останавливать и пускать нагревательную печь, то срок службы нагревателей сокращается примерно вдвое. Это объясняется недостаточной термической стойкостью на­ гревателей. При периодическом нагревании и охлажде­

168

Графитовые нагреватели широко применяют в ваку­ умных печах, а также при нагреве изделий в среде ар­ гона. Графит хорошо поддается механической обработ­ ке, имеет достаточную механическую прочность при вы­ соких температурах, сравнительно дешев и недефицитен. Нагреватели из графита изготавливают в виде стер­ жней, пластин и труб. Срок службы графитовых нагре­ вателей зависит от интенсивности сублимации графита в вакууме при рабочих температурах, верхний предел которых при 10~4 мм рт. ст. равен 2100—2200° С.

Г л а в а V

О Г Н Е У П О Р Ы ДЛЯ Р А З Л И В К И С Т А Л И

§ 1. О Г Н Е У П О Р Ы ДЛЯ Ф У Т Е Р О В К И

С Т А Л Е В Ы П У С К Н Ы Х Ж Е Л О Б О В , С Т А Л Е Р А З Л И В О Ч Н Ы Х К О В Ш Е Й И С Т О П О Р Н Ы Х УСТРОЙСТВ

Выплавленную сталь направляют в сталеразливочный ковш по желобу, футерованному огнеупорными ма­ териалами. При выпуске стали из большегрузных мар­ теновских печей осуществляют одновременный выпуск стали в два ковша, причем желоб, по которому проте­ кает сталь, имеет два разветвления.

Футеровку желобов обычно выполняют из нормаль­ ного шамотного кирпича, которая, по данным Гисогнеупора, выдерживает на мартеновских печах емкостью до 180 т не более 4—6 плавок, а на печах емкостью 250—400 т — не более 1—3 плавок. Удельный расход шамотного кирпича на футеровку желобов составляет 2—7 кг/т стали, или 6—12% общего расхода шамотных огнеупоров в мартеновских цехах.

Весьма эффективна футеровка сталевыпускных же­ лобов блоками из огнеупорного бетона или из набивных масс, причем особенно устойчивы магнезитохромитовые бетоны на периклазовой связке, затворенные раствором сернокислого магния. Такой желоб следует покрыть пластичной шамотно-глинистой массой, изготовленной на сульфитно-спиртовой барде. Эти желоба выдержива­ ют до 170—200 выпусков стали.

169