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

Для сравнения можно указать, что стойкость моно­ литной футеровки из углеродистой шамотно-глинистой массы составляет всего 10—45 плавок.

Возможно применение заранее приготовленных ша­ мотных и магнезиальных блоков, из которых затем вы­ кладывают сталевыпускные желоба. Восточный инсти­ тут огнеупоров разработал технологию футеровки же­ лобов из шамотного кирпича с применением защитного покрытия из воздушнотвердеющего магнезитохромито­ вого бетона, представляющего магнезиально-хромито- вую смесь, содержащую периклазовый цемент, затворяе­ мый раствором сернокислого магния. Покрытие не растрескивается при высыхании, отличается весьма зна­ чительной прочностью и устойчивостью к размывающему действию струи расплавленного металла.

Высокий экономический эффект дает применение магнезиально-хромитовых или хромомагнезитовых по­ крытий на раздвоенных желобах средних и большегруз­ ных печей. Например, на 200-г мартеновских печах же­ лоба обычной конструкции из рядового шамотного кир­ пича выдерживают не более одной плавки, причем расход кирпича достигает 4,7 кг/т стали. В результате использования магнезиально-хромитовых покрытий же­ лобов удельный расход огнеупорного кирпича на их фу­ теровку можно снизить до 0,5—0,7 кг/т стали, причем непосредственно на футеровку расходуется только 0,3— 0,4 кг/т стали, а срок службы желобов увеличивается до

Хромомагнезитовый бетон, используемый для покры­ тий сталевыпускных желобов мартеновских печей, име­ ет следующий примерный состав, % :

Существуют многочисленные варианты состава бе­ тонов, применяемых для покрытия сталевыпускных же­ лобов.

170

Имеется опыт использования графито-шамотного кирпича, содержащего 15 и 25% графита, для футеров­ ки желобов мартеновских и электросталеплавильных

подвергается влиянию следующих разрушающих фак­ торов:

го металла и шлака, возникающему при заполнении ковша;

г) химическому воздействию жидкого металла и шлака.

Поэтому ковшевой кирпич должен отличаться доста­ точной огнеупорностью, высокой термической устойчи­ востью, высокой начальной плотностью, малой газопро­ ницаемостью, достаточной механической прочностью, постоянством объема в службе или наличием дополни­ тельного роста, в результате которого уплотняются швы футеровки сталеразливочного ковша. Между огнеупор­ ным черепком футеровки и расплавленным шлаком дол­ жно существовать лишь минимальное химическое срод­ ство, во избежание чрезмерного шлакоразъедания футе­ ровки; очень высокая температура начала деформации

кирпича способствует уплотнению швов футеровки при разливке стали.

Однако низкая температура деформации под нагруз­ кой вредна, так как она может вызвать деформацию кладки.

171

Футеровка стен и днища ковшей состоит из вырав­ нивающего слоя, выполненного из огнеупорной массы, из арматурного слоя, прилегающего к кожуху по вырав­ нивающему слою, и из рабочей футеровки. В зависимо­ сти от емкости ковша в его футеровке может быть 2—3 ступени по толщине.

При изменении емкости ковшей от 5 до 270 т тол­ щина выравнивающего слоя находится в пределах 3—40

го слоя — соответственно 32—130 и 195—346 мм. Футеровка различных типов сталеразливочных ков­

шей показана на рис. 44. Кладка их может быть вы­ полнена несколькими способами, обычно из высококаче­ ственного шамотного кирпича полученного методом полусухого прессования.

Жидкий шлак, находящийся в ковше, взаимодейст­ вует с шамотной футеровкой; в результате, шлаковый

1 Так называемый многошамотный кирпич.

172

расплав постепенно насыщается кремнеземом и основ­ ность шлака CaO/SiCb при этом понижается примерно от 2,2—3,80 до 0,9—1,6 соответственно для начала и кон­ ца разливки стали. Это свидетельствует о значительном

дения кольца футеровки, считая по высоте и толщине слоя расплавленного металла и шлака.

Например, в 100-г ковшах, в зоне первого кольца футеровки, находящегося у дна, средняя продолжитель­ ность действия металла и шлака соответственно равна 60 и 1—2 мин, в верхних зонах футеровки — 11 и 7 мин.

падает. При снижении температуры вязкость шлака уве­ личивается и износ огнеупорной футеровки становится менее интенсивным. Следовательно, верхние кольца фу­ теровки сталеразливочных ковшей подвергаются более интенсивному износу. Согласно практическим данным,

На скорость износа шамотной футеровки существен­ но влияет марка разливаемой стали. Однако точную за­ висимость в данном случае установить трудно.

Процесс износа шамотной футеровки сталеразливоч­ ных ковшей можно представить в виде следующей схемы.

миграции шлакового расплава в каналы, образуемые порами огнеупорного черепка.

Изложенная зависимость между высотой футеровки (считая от дна ковша) и ее разъеданием справедлива лишь для непродолжительных периодов разливки стали.

173

При наиболее длительном взаимодействии металла и шлака с нижними рядами футеровки рабочая поверх­ ность кирпича размягчается. В результате, несмотря на снижение температуры металла и шлака и увеличение их вязкости, нижние ряды футеровки в течение разлив­ ки изнашиваются больше верхних. В среднем при раз­ ливке кипящей углеродистой стали износ кирпича за одну плавку для верха и низа ковша соответственно ра­ вен —3,7—6,4 и —6,5—13,1 мм.

При сокращении времени разливки стойкость футе­ ровки возрастает, так как сокращается время взаимо­ действия между шлаковым расплавом, металлом и фу­ теровкой. Например, при сокращении времени разливки стали из 200-г ковша с 75 до 52 мин стойкость футеров­ ки возрастает примерно на 25%.

Толщина шлакового слоя, находящегося в ковше во время разливки стали, значительно влияет на стойкость футеровки, которая уменьшается при увеличении тол­ щины слоя шлака. Это объясняется тем, что при боль­ шом объеме шлака, находящегося во взаимодействии с шамотной футеровкой ковша, его химическая актив­ ность сохраняется дольше, насыщение кремнеземом про­ исходит медленнее и для достижения химического рав­ новесия реакций, происходящих при шлакоразъедании, требуется большее количество шамотного черепка, реа­ гирующего с шлаковым расплавом.

Имеется положительный опыт изготовления и приме­ нения штучных высокоглиноземистых огнеупоров, со­ держащих 50—55% А12 0з. Для этого в состав формо­ вочной массы, служащей для изготовления ковшовых огнеупорных изделий, вводят технический глинозем. Стойкость этих огнеупоров на 30—-50% выше, чем ша­ мотных, а при пониженной пористости ( < 1 4 % ) — п о ч ­ ти в два раза.

Недостатком высокоглиноземистых ковшовых изде­ лий является прилипание к их поверхности расплавлен­ ного шлака, объясняемое присутствием в огнеупорном черепке, наряду с муллитом, корунда, а также значи­ тельным содержанием глинозема в стекловидной фазе.

Более перспективно изготовление ковшовых огне­ упорных изделий из высокоглиноземистых материалов; при этом связующую фазу формовочных масс следует обогащать глиноземом или природными высокоглинозе-

174

мистыми породами, что улучшает стойкость слагающей структуры изделий (связки), наиболее поддающейся шлакоразъеданию.

Возможно также применение набивной футеровки сталеразливочных ковшей. В этом случае общая стои­ мость расходов на набивную футеровку сталеразливоч­ ных ковшей, считая на 1 т разлитой стали, составляет обычно —70% стоимости футеровки из штучных огне­ упоров, несмотря на более высокие трудовые затраты.

Стоимость материалов для набивной футеровки ков­ шей значительно ниже, загрязнения стали при этом меньше, а для изготовления огнеупорного бетона можно частично использовать бой шамотного кирпича и раз­ личные отходы огнеупорной глины.

Кроме шамотных изделий, для футеровки сталераз­ ливочных ковшей можно использовать кварцеглинистые огнеупоры, полученные прессованием стандартных кир­

в кварцеглинистом кирпиче содержится больше непревращенного кварца, что придает ему повышенную шлакоустойчивость. В табл. 32 приведены химический со­

в 9-г сталеразливочном ковше, продолжительность разливки состав­ ляла ~30 мин, толщина слоя шлака в ковше —-100 мм. Шлак имел следующий химический состав: 51—56% Si02 ; 3—11% СаО; 3—7% Fe2 03 ; 18—20% МпО; 5—8% А12 03 ; 8—12% FeO. Температура стали при наполнении ковша равнялась 1680—1690° С.

При разливке стали возможно применение комбинированной фу­ теровки сталеразливочного ковша на мертеле, состоящем из 93% кварцевого песка и 7% часов-ярской глины.

Установлено, что кварцеглинистая кладка мало разъедается по швам и изнашивается по всем рядам равномерно. Растрескивание и скалывание рабочей поверхности кирпича не наблюдается.

Стойкость опытной футеровки из кварцеглинистых изделий со­ ставила 23 плавки при остаточной толщине 45—50 мм и среднем износе 0,65—0,85 мм за одну плавку. Различий в величине износа футеровки из безобжиговых и обожженных кварцеглинистых изделий не наблюдалось.

Защитный слой футеровки можно выполнять из обычного ша­ мотного кирпича. При использовании безобжиговой кварцеглинистой

175

футеровки слабоспеченная нерабочая часть кирпича является как бы буфером, воспринимающим температурные напряжения, возникаю­ щие со стороны рабочей поверхности.

Дополнительный рост кварцеглинистых огнеупоров способствует

На некоторых металлургических заводах для футеровки сталеразливочных ковшей вместо шамотного кирпича применяют кислую „ набивную массу. Использование такой футеровки при основности конвертерного шлака, равной 2,5—2,8, позволило повысить стойкость 25-г ковшей с 13—15 до 31 плавки и выше.

В сталеразливочных ковшах большей емкости существенного различия в сроках службы шамотной и кислой набивной футеровок обычно не наблюдается. Это объясняется технологическими условия­ ми разливки стали в ковшах большой емкости.

Д ля футеровки сталеразливочных ковшей иногда применяют полукислый кирпич, который обычно дает несколько большую стойкость по сравнению с шамотны­ ми огнеупорами.

176

На Запорожском огнеупорном заводе изготавливают полукислый ковшовый кирпич (4-1 ПК) из шихты, в со­ став которой входит 60—70% шамота и 30—40% полу­ кислой глины. Шамот содержит следующие фракции, % :

(>- 300 кгс/см2) из формовочной массы влажностью 8%. * В табл. 33 приведены сравнительные данные, харак­ теризующие химический состав и свойства многошамот­ ного и полукислого ковшового кирпича.

Стойкость футеровки сталеразливочных ковшей из полукислого кирпича достигает 14 плавок, а средняя стойкость футеровки из многошамотного ковшового кир­ пича за этот же период составила 10,3 плавки.

Степень износа кирпича за одну плавку в футеровке обоих типов характеризуется следующими данными, мм:

из полукислого кирпича отличается несколько повышен­ ной стойкостью в службе по сравнению с футеровкой, выполненной из многошамотного кирпича.

Анализ данных табл. 33 позволяет уяснить причины этого явления.

Полукислый огнеупорный кирпич содержит больше кремнезема, чем многошамотный; поэтому модификаци-

(см. табл. 33). Это способствует уплотнению швов фу­ теровки сталеразливочного ковша при заливке в него стали, которое облегчается меньшей огнеупорностью и более низкой температурой деформации под нагруз­ кой полукислых огнеупоров по сравнению с многоша­ мотными изделиями. Однако свойства изделий обоих типов различаются не столь сильно, чтобы чрезмерно повлиять на стойкость огнеупорной футеровки сталераз­ ливочных ковшей.

Повышенная стойкость полукислого кирпича объяс­ няется также меньшим содержанием в нем муллита, чем в многошамотном кирпиче и большим содержанием кварца и кристобалита, которые растворяются в рас­ плавленном шлаке медленнее, чем муллит.

Главным фактором, повышающим стойкость ковшо­ вой футеровки, является пониженная пористость, а так­ же однородная структура огнеупорного черепка.

При уменьшении величины пористости и размера по­ перечника пор сокращается скорость проникновения

Неравномерная структура огнеупорного черепка способ­ ствует возникновению местной усиленной шлаковой кор­ розии.

Наиболее слабым местом футеровки сталеразливоч­ ных ковшей, работающей в условиях интенсивного изно-

178

са, являются швы, усиленный износ которых возникает вследствие их значительной толщины. Следовательно, для уменьшения износа футеровки сталеразливочных ковшей при всех прочих равных условиях следует вы­ полнять тщательную кладку с минимальной толщиной швов.

Одной из причин усиленного износа швов может быть неудовлетворительное качество мертеля. Если ог­ неупорный материал футеровки характеризуется допол­

ет применять плотный ковшовый кирпич с минимальной дополнительной усадкой (или дающей дополнительный рост) и стойкий мертель для заполнения швов. Кладку футеровки сталеразливочных ковшей следует выпол­ нять с минимальным числом швов, так как они отлича­ ются повышенной пористостью и большей деформацией при высоких температурах, чем огнеупорный кирпич, из которого выполнена футеровка. Поэтому разрушение огнеупорного материала, происходящее при разливке стали, начинается со слабого места — швов футеровки.

Это послужило причиной возникновения ряда по­ пыток применить огнеупорную футеровку сталеразли­ вочных ковшей, совсем не имеющую швов, выполненную из огнеупорных набивных масс.

В настоящее время установлена возможность футе­ ровки сталеразливочных ковшей большой емкости ме­ тодами торкретирования, причем стойкость такой футе­ ровки не меньше стойкости футеровки, выполненной из штучных огнеупоров.

При помощи торкретирования можно также осущест­ влять ремонт футеровки ковшей. На одном из метал­ лургических заводов Англии бригада из четырех чело­ век, используя торкрет-машину производительностью 5 т/ч, выполняет промежуточный ремонт футеровки ков­ ша примерно за час, причем продолжительность сушки после торкретирования составляет ~ 4 ч. Применение торкретирования для ремонта изношенной набивной или кирпичной футеровки значительно увеличивает продол­ жительность кампании сталеразливочных ковшей.