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

р о ш е й с т о й к о с т ь ю в у с л о в и я х н е п р е р ы в н о й р а з л и в к и и н ­

г л и н о з е м и с т ы х и ц и р к о н о в ы х у д л и н е н н ы х с т а к а н о в - д о з а ­ т о р о в ( р и с . 50) р а з р а б о т а н ы к о н с т р у к ц и и , у д о в л е т в о р я ю ­ щ и е т р е б о в а н и я м , п р е д ъ я в л я е м ы м п р и о д н о с т р у й н о й н е ­ п р е р ы в н о й р а з л и в к е с т а л и с о з н а ч и т е л ь н ы м и л и м а л ы м е е р а с х о д о м , а т а к ж е п р и м н о г о с т р у й н о й р а з л и в к е с н е ­ з н а ч и т е л ь н ы м р а с х о д о м м е т а л л а ( д о 150 кг/мин).

200

ковую стойкость по сравнению с цирконовыми вставками, изготовлен­ ными по обычной технологии, и вдвое меньший износ, чем износ ша­ мотных вставок.

Вставки-дозаторы можно изготавливать из масс на основе элек­ трокорунда.

Составное дозирующее устройство конструкции Всесоюзного ин­ ститута огнеупоров состоит из высокоглиноземистого стакана, содер­ жащего 80—82% глинозема с пористостью —18—23%, и корундовой вставки, содержащей 97% глинозема с пористостью <18%, удов­ летворяющей требованиям непрерывной разливки низкоуглеродистой кипящей стали.

В табл. 36 приведены сравнительные данные, характеризующие стойкость стаканов из шамотных огнеупорных материалов без вста­

Из данных табл. 36 видно, что применение вставокдозаторов, изготовленных из высокоустойчивых огне-

201

упорных материалов, позволяет резко снизить износ ог­ неупорного черепка и, следовательно, улучшить стабиль­ ность процесса непрерывной разливки стали.

Разливка двух и более плавок подряд через один промежуточный ковш УНРС продолжается 3,5—4 ч. При этом больше всего изнашиваются пробки и стаканы. От стойкости этого узла промежуточного ковша зависит нормальная разливка стали при лимитированной скоро­ сти вытягивания слитка.

Важно, чтобы при УНРС пробка стопора сохраняла термостойкость и не меняла формы, так как при этом расход металла практически не будет изменяться и за­ данная скорость вытягивания слитка останется постоян­ ной. Обычно используемые при УНРС шамотные пробки не дают достаточной стойкости. Высокоглиноземистые пробки, изготовленные на основе положского каолина, содержащие 52—55% А12 03 , а также пробки из электро­ корунда и латненской глины, содержащие 70—72% А12 03 ,

стойкости иногда может оказаться эффективным произ­

* В числителе приведены данные но высоте, в знаменателе — но диаметру.

202

зы обладают эластичностью, придающей изделиям по­ вышенную термическую устойчивость. В различных стра­ нах известен положительный опыт применения низкообожженных стопорных трубок.

В последнее время на некоторых металлургических заводах стали испытывать стопорные трубки из основ­ ных огнеупорных материалов, которые, в отличие от ша­ мотных, в реакционной зоне на границе металл—шлак разъедаются незначительно, и этим способствуют надеж­ ной работе стопорного устройства.

Испытания магнезитохромитовых стопорных трубок в ковшах для непрерывной разливки стали дали поло­ жительные результаты. Недостатком этих стопорных трубок является их несколько пониженная термическая устойчивость (3—6 водяных теплосмен). Зато магнезито­ хромитовые стопорные трубки имеют значительно мень­ шую стоимость по сравнению со стопорными трубками из высокоглиноземистых огнеупорных материалов.

Необходимость применения высокоустойчивых и до­ рогостоящих огнеупорных материалов для стопорных устройств, а также связанные с этим неудобства приве­ ли к осуществлению непрерывной разливки стали через бесстопорное промежуточное пространство.

На одном из машиностроительных заводов в процессе освоения и усовершенствования технологии непрерывной разливки углеродистой и легированной сталей на плос­ кие заготовки с целью улучшения их качества был опро­ бован вариант подачи металла ниже уровня металла в кристаллизаторе из сталеразливочного ковша через бесстопорное промежуточное устройство в виде воронки. При этом применяли стандартные огнеупоры, а также глинисто-графитовые стаканы и цирконовые дозаторы.

Углеродистую и легированную сталь, выплавленную в 70-г мар­ теновских печах, выпускали в сталеразливочный ковш, в котором бы­ ли установлены шамотные стаканы с магнезитовым вкладышем. При отливке получали плоские заготовки 175 -ь 200ХЮ20 1500 мм и 280X280 мм. Диаметры выходного отверстия стаканов составляли 35 и 60 мм, а продолжительность разливки была 70—130 мин.

Промежуточное устройство показано на рис. 51.

Кожух и фланец изготавливают из листового железа. Фланец служит для установки промежуточного устройства на кристаллиза­ тор. Патрубок — глинисто-графитовый диаметром 35—60 мм.

Воронка была выполнена из набивной магнезитовой массы, со­ стоящей из 75—80% магнезитового порошка и 25—20% жидкого стекла.

203

Г л а в а VI

ЖАРОСТОЙКИЕ БЕТОНЫ, НАБИВНЫЕ МАССЫ, ПОКРЫТИЯ И МЕРТЕЛИ

§ 1. Ж А Р О С Т О Й К И Е БЕТОНЫ

ИИХ П Р И М Е Н Е Н И Е В МЕТАЛЛУРГИИ

щих веществ, воды и жаростойких заполнителей, способ­ ная затвердевать в камневидное тело, а после термиче­ ской обработки сохранять в определенных пределах ме­ ханическую прочность и другие физические свойства. Для воздушнотвердеющих жароупорных бетонов применяют для связки жидкое стекло и периклазовый цемент, а для гидравлических — портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый и высокоглиноземистый цемент. Глиноземистым цементом называется продукт тонкого помола сплавленной или спекшейся шихты, состоящей из смеси высокоглиноземистых материалов и известняка.

Глиноземистый цемент представляет собой нормаль­ но схватывающееся, но быстро твердеющее гидравличе­ ское вяжущее вещество, отличающееся от других вяжу­ щих материалов высокой прочностью, достигаемой в те­ чение суток. Это свойство особенно важно при

Глиноземистый цемент правильнее называть алюминатным вследствие того, что в его состав свободный гли­ нозем не входит, а преобладающей составной частью (~70% ) являются низкоосновные алюминаты кальция

5СаО-ЗА12 03 ; СаО - А1 2 0 3 и СаО-2А12 03 .

Глиноземистый цемент — жаростойкое вяжущее ве­ щество. Одной из причин, обусловливающих это свойст­ во, является отсутствие С а ( О Н ) 2 в продуктах гидрата­ ции, образующихся при твердении такого цемента.

В смеси с шамотом, хромитом, магнезитом или боем магнезитового кирпича, различными дроблеными или гранулированными шлаками и горными породами (ба­ зальтом, диабазом, андезитом и т. п.) глиноземистый це-

205

мент применяют для получения жаростойких и огнеупор­ ных бетонов и мертелей.

Высокоглиноземистый цемент является разновидно­ стью глиноземистого цемента, содержит в химически свя­

огнеупорностью до 1570° С.

Схватывание огнеупорного бетона на глиноземистом цементе происходит в течение 2—4 ч, после чего его проч­ ность быстро нарастает. Через сутки она достигает почти 70% прочности, которую приобретает бетонное изделие через 28 суток твердения. При вводе в эксплуатацию кон­ струкций, изготовленных из жаростойкого бетона на гли­ ноземистом цементе, дающем экзотермический эффект при твердении, во избежание растрескивания бетонных конструкций температуру следует повышать медленно вплоть до полного высушивания.

Основное преимущество бетона на глиноземистом це­ менте состоит в малой чувствительности к резким изме­ нениям температуры, постоянстве объема и возможно­ сти изготовления больших по размеру и сложных по фор­ ме изделий.

Жаростойкий бетон на основе высокоглиноземистого цемента можно изготовить трамбованием, литьем, а так­ же методом вибрации.

Портландцемент — это гидравлическое вяжущее вещество, полу­ ченное обжигом до спекания точно дозированной тесной тонкоди­ сперсной смеси глинистых и известковых материалов, с последующим тонким помолом продукта обжига (клинкера), с различными до­ бавками.

териалы, хотя и в разной степени, способны к гидратации, в резуль­ тате чего происходит затвердевание цемента в камневидное тело. Обычный портландцемент твердеет довольно медленно. Это является недостатком при изготовлении на его основе деталей и элементов

206

В состав исходной смеси для приготовления жаро­ стойких бетонов входит некоторое количество воды, вза­ имодействующей с клинкерными минералами и обра­ зующей при этом продукты гидратации. Например, при взаимодействии трехкальциевого силиката с водой про­ исходит следующая химическая реакция:

3CaO-Si02 + aq - хСа (ОН), + #CaO.Si02 • aq,

где

X + У ~ 3.

Гидратация однокальциевого алюмината, являющего­ ся главной минеральной составляющей глиноземистого цемента, происходит по реакции

2 (СаО .А12 03 ) - f 11Н,0 -» 2СаО • A l 3 0 3 -8Н2 0 +

+ А1А-ЗНА

При нагревании агрегатов, изготовленных из жаро­ прочных бетонов, происходит выделение воды из продук­ тов гидратации клинкерных минералов и связь между частицами инертного заполнителя ослабевает, что приво­ дит к некоторому снижению строительной прочности бе­ тонных конструкций. Учесть величину изменения преде­ ла прочности при сжатии изделий из жаростойкого бето­ на в зависимости от его состава и действия высоких тем­ ператур можно по эмпирической формуле

где Ra— значения величин начального предела проч­ ности при сжатии бетона, высушенного при 100—110° С;

Rat — значения величин предела прочности при сжатии бетона во время нагревания.

В зависимости от температуры нагревания бетона (100—1300° С) и вида исходного сырья для приготовле­ ния исходной бетонной смеси, коэффициент у 6 находит-

207

митовым или шамотным заполнителем после нагревания при 1300° С имеют^уо =0,6, т. е. сравнительно хорошо со­ храняют механическую прочность.

Изделия и агрегаты, изготовленные на портландце­ менте с тонкомолотой добавкой из шамота, лёсса, лёссо­ видного суглинка и с заполнителем из шамота, уже при

та, боя глиняного кирпича и т. п., а наибольшей — бето­ ны, изготовленные с применением дробленого хромита.

При повышении температуры величина модуля упру­ гости жаростойкого бетона уменьшается.

ки при высоких температурах.

В обычных жаростойких бетонах связкой служит рас­ творимое стекло и гидравлически твердеющие цементы, снижающие огнеупорность бетонных масс. Во избежание этого нежелательного явления в последнее время стали применять бетоны на фосфатных связках. Например, фосфорную кислоту можно использовать в качестве связ­ ки для глиноземистых и алюмосиликатных масс. С маг­ незиальными массами фосфорная кислота реагирует ин­ тенсивно и химическая реакция заканчивается очень быстро.

Хорошие результаты дает использование связки из сложного раствора фосфатов алюминия, представляю­ щего смесь орто-, пиро-, и полиаммонийных фосфатов с высоким содержанием Р2О5, которая медленнее реаги­ рует с магнезитом; при этом процесс твердения заканчи­ вается через несколько минут.

На скорость схватывания влияет гранулометрический состав и степень обжига применяемого заполнителя для составления бетонных масс. Таким заполнителем может быть электроплавленный зернистый материал, содержа-

208

щий 60% MgO; при этом срок твердения составляет 7— 8 мин. Применение добавок ортофосфорной соли натрия обеспечивает твердение и набирание прочности бетоном при пониженных температурах, например при ведении работ в зимнее время.

Огнеупорные бетоны, изготовленные на ортофосфор­ ной кислоте, имеют следующую температуру начала де­ формации под нагрузкой 0,2 Мн/м2 (2 кгс/см2): высоко­ глиноземистый бетон 1200—1320° С; кварцеглинистый бе­ тон 1520—1560° С.

Производство и применение огнеупорных бетонов на фосфатных связках ограничено, вследствие высокой стоимости ортофосфорной кислоты, затраты на которую составляют 30—50% стоимости бетон­ ных блоков.

Термическая ортофосфорная кислота, обычно применяемая для изготовления огнеупорных бетонов, стоит дороже, чем экстракцион­ ная фосфорная кислота.

Поэтому стоимость огнеупорных бетонных блоков можно сущест­ венно снизить, применяя экстракционную фосфорную кислоту.

Марка ортофосфорной кислоты в некоторой степени влияет на свойства и качества изготовленных бетонных блоков. Например, в большинстве случаев при применении экстракционной ортофосфор­ ной кислоты (вместо термической) для изготовления корундовых бетонов, их предел прочности при сжатии возрастает, кажущаяся пористость остается прежней, термическая стойкость в отдельных случаях (при пониженной концентрации кислоты) снижается. После обжига при 1600° С термическая стойкость бетона, изготовленного на кислоте всех видов (термической, экстракционной и химически чис­ той), уменьшается по сравнению с термической стойкостью, получен­ ной после обжига изделий при 800° С.

Марка примененной ортофосфорной кислоты оказывает наиболь­ шее влияние на свойства корундовых бетонов, меньшее — на высоко­ глиноземистые бетоны и практически не влияет на кварцеглинистые бетоны. Поэтому целесообразно использовать для огнеупорных бето­ нов более дешевую экстракционную ортофосфорную кислоту. Хоро­ шие рабочие свойства бетонов системы А Ь 0 3 — S i 0 2 , изготовленных с применением в качестве связки этой кислоты, и низкая отпускная цена позволяют рекомендовать ее для изготовления огнеупорных бетонов и их применения в виде различных конструктивных элемен­ тов (блоков) металлургических печей.

Низкие значения температуры деформации под на­ грузкой высокоглиноземистого бетона объясняются усадкой их безобжиговых образцов.

Применение связки, состоящей из тонкомолотого вы­ сокоглиноземистого шамота и извести, в условиях авто­ клавного твердения позволяет получить огнеупорные бе­ тонные изделия на основе шамота с добавкой извести.

Для этого берут высокоглиноземистый шамот (содер-