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

пых материалов, применяемых для набивки тиглей и изо­

применяют кварциты и кварцевые пески различных ме­ сторождений и, следовательно, различного химического и гранулометрического составов. Целесообразно исполь­ зовать наименее разрыхляющиеся кварциты с увеличени­ ем объема при инверсии кварца не более 5%.

Количество борной кислоты, добавляемой к кварцитным массам, равно 1,1—2,5%, а количество глины — до 5%.

Различное количество добавок, вводимых в кварцитные массы, зависит от физико-химических свойств квар­ цитов. При этом стремятся обеспечить достаточное спе­ кание рабочего слоя тигля без существенного снижения огнеупорности материала. Добавка 1,1—2,5% борной кислоты обеспечивает спекание кварцитной массы, а рост зерен кварцита почти компенсирует усадку при спекании огнеупорного черепка тигля.

Гранулометрический состав применяемых шихт не­ стабилен и определяется исходным сырьем, условиями подготовки материалов и эксплуатации тиглей. Приме­ няют шихты прерывного и непрерывного гранулометри­ ческого состава. Верхний предел размера зерна при этом колеблется от 2,5 до 6,0 мм, между которым и толщиной стенки тигля, а также емкостью печей не существует за­ кономерной зависимости. Содержание тонкомолотой со­

а высокоглиноземистые массы применяют для выполне­ ния монолитных футеровок различных металлургических печей, при температурах службы до 1600° С.

Эти массы, называемые алюмосиликатными, можно изготавливать на фосфатной связке. В состав шихты для их изготовления входят в разных соотношениях высоко­ глиноземистый шамот, корунд, кварц, глина и т. п. со­ ставляющие. К полученной сухой шихте добавляют ~ 5 % ортофосфорной кислоты, и после перемешивания из по­ лученной массы можно выполнять соответствующие кон­ структивные элементы печей. После термической обра­ ботки при 800° С пористость алюмосиликатных масс со-

220

Высокоглиноземистые массы на фосфатной связке, со­ держащие 66% высокоглиноземистого шамота, 20% ко­ рунда и 14% часов-ярской глины, характеризуются по­

при эксплуатации котельных топок, а также используе­ мые для футеровки подин нагревательных печей и ма­ лых сталеразливочных ковшей ( ~ д о 100 г), отличаются

тически полным отсутствием кристаллического сростка между зернами хромита, входящего в состав набивной массы. При высоких температурах связка размягчается и механическая прочность изделий из этих набивных масс значительно снижается.

Основная область использования углеродистых на­ бивных масс — это забивка толстых вертикальных швов между углеродистыми блоками, зазора между холодиль­ никами и кладкой лещади доменной печи для футеровки стен электропечей и в некоторых других случаях.

Углеродистым -набивным массам, изготовленным на основе кокса, термоантрацита и т. д., присущ ряд поло­ жительных свойств: высокая огнеупорность, постоянство объема в службе, хорошая шлакоустойчивость и высо­ кая теплопроводность.

Существенным недостатком углеродистых набивных масс является их малая стойкость к окислительному действию кислорода, что вызывает необходимость их при­ менения лишь в восстановительной или нейтральной га­ зовой среде

1 Подробные данные о составе, свойствах и применении огне­ упорных набивных масс можно найти в справочнике «Огнеупорное производство», т. I , с. 559—569. (Изд-во «Металлургия», М., 1965, под ред. Д. И. Гавриша).

221

§ 3. О Г Н Е У П О Р Н Ы Е ПОКРЫТИЯ

(ТОРКРЕТ - МАССЫ И О Б М А З К И )

ИИХ П Р И М Е Н Е Н И Е В МЕТАЛЛУРГИИ

Во время службы в металлургических печах огне­ упорная футеровка подвергается действию шлаков, пе­ ременных температур, и пр. В результате происходит по­ степенное разрушение футеровки, которое можно значи­ тельно замедлить, если на ее поверхность нанести защитный огнеупорный слой (покрытие), способствую­ щий удлинению сроков службы футеровки.

Между покрытием и огнеупорной футеровкой долж­ но существовать хорошее сцепление, причем масса, на­ носимая на поверхность футеровки, может быть в пла­ стичном состоянии или же в виде влажного порошка, что зависит от химического состава применяемого покрытия. Пластичная масса сразу прилипает к поверхности футе­

мыми методами трудно. В настоящее время Украинским научно-исследовательским институтом огнеупоров разра­ ботана методика, позволяющая определить величину усилий сдвига, необходимых для среза покрытия по гра­ нице с подложкой (огнеупорным материалом).

Прочность сцепления покрытия, изготовленного из магнезитового и хромомагнезитового составов на связке из водного раствора жидкого стекла, с футеровкой мар­ теновских печей при 1620° С равна 0,2—0,25 Мн/м2 (~2—2,5 кгс/см2). Существуют другие, более прочные связки, позволяющие увеличить прочность сцепления по­

222

жать меньшее количество пластичных добавок, например глины. Это объясняется тем, что частицы торкрет-масс вместе со струей сжатого воздуха, либо при помощи соп­ ла специальной конструкции с большой скоростью ударя­ ются о поверхность огнеупорной футеровки и хорошо при­ липают к ней.

Особое значение имеет торкретирование основными массами футеровок печей, выполненных из штучных огне­ упоров.

За последнее время для футеровки печей были разра­ ботаны высокостойкие основные огнеупорные изделия но­ вых видов: синтетические шпинельные, обожженные при высокой температуре, с прямой связью, обожженные и пропитанные смолой и из плавлено-литых зернистых масс. Кроме того, для защиты рабочей поверхности кир­ пичной кладки были усовершенствованы составы основ­ ных масс и аппаратура для торкретирования.

Торкретирование основными массами выполняют дву­ мя способами: водными суспензиями и сухими смесями. Обычные водные суспензии составляют из хромита на связке из силиката натрия с добавкой глины или других пластификаторов. Толщина защитного покрытия нахо­ дится в пределах 1,5—13 мм. Для торкретирования эти взвеси распыливают воздушной струей. Недостатком таких масс является трудность равномерного смешения и распределения силикатной связки при высокой темпе­ ратуре по общему объему массы. Повышение стойкости торкрет-масс было достигнуто при замене силикатных связок фосфатнатриевыми. Фосфаты легко растворяются в холодной воде и сохраняют устойчивость при высоких температурах. Хорошая растворимость фосфатов упро­ щает конструкцию торкрет-машин. Отпадает также необ­ ходимость в воздушном распылении. Применение сопла специальной конструкции обеспечивает нанесение равно­ мерного покрытия.

Практика показала, что наименьшие потери массы достигаются при направлении сопла перпендикулярно к торкретируемой поверхности. Для этой цели были скон­ струированы соответствующие приспособления (рис. 53). Для ремонта футеровки доменных печей методом торкре­ тирования применяют разнообразные торкрет-массы, ха­ рактеризуемые высокой прочностью по всему диапазону рабочих температур и стойкостью к истиранию. В табл. 41

223

приведены химический состав и свойства гидравлически твердеющих быстросхватывающихся высокоглиноземи­ стых торкрет-масс, характеризуемых огнеупорностью

>1650° С.

Многие доменные печи с футеровкой, отремонтирован­ ной торкретированием, работают три года и более.

Для торкретирования шахты доменной печи можно применять также массу, состоящую по объему из 65% шамотного порошка фракции менее 3 мм, 22% глинозе­ мистого цемента марки 500 и —13% воды.

При эксплуатации доменной печи торкрет-бетон, по составу примерно соответствующий шамотным огнеупо­ рам, проявляет хорошую стойкость.

224

Магнитогорский металлургический комбинат имеет широкий опыт по торкретированию верхней части шахты и других конструктивных элементов доменной печи. Наи­ более типичная торкрет-масса характеризуется следую­ щим химическим составом: 30,90% SiÖ2 ; 37,40% А12 0з; 2,25% Fe2 03 ; 15,40% СаО; 1,75% MgO.

При этом влажность торкрет-массы составляет 12,3%,

элементов мартеновских печей применяют торкрет-массы различного состава, которые перед выходом из сопла торкрет-машины обычно увлажняют раствором жидкого стекла.

Наибольшей стойкостью, согласно опыту завода «Запорожсталь», отличается торкрет-масса, полученная по­ молом боя хромомагнезитового кирпича, до следующего гранулометрического состава: 5—7%>1 мм; 19—23% < <0,07 мм. Стойкость хромомагнезитовой торкрет-массы по крайней мере вдвое выше стойкости хромитовых масс.

Слишком тонкий помол огнеупорных порошков не це­ лесообразен, так как при этом сильно возрастает их унос с отходящими дымовыми газами.

Для удовлетворительного прилипания массы к кладке и спекания в порошке должно содержаться не менее 20—

(до 2%), считая на сухую массу порошка (плотность жидкого стекла 1300—1400 кг/м3). Торкретирование об­ щей продолжительностью 5—6 мин (5 окон) осущест­ вляют через каждые 48 ч работы мартеновской печи.

рования стойкость кладки задней стенки мартеновских печей средней емкости возрастает до 500 и более плавок, считая от холодного до холодного ремонта. Системати­ ческое торкретирование футеровки мартеновских печей позволяет в ряде случаев увеличить продолжительность кампании 180-г печей с 300 до 777 плавок, а 360-г с 247 до 502 плавок.

Готовые сухие смеси проталкивают сжатым воздухом до сопла, где их увлажняют подогретой водой, а затем наносят на поверхность огнеупорной кладки. Хромитовая связка отличается высокой огнеупорностью и не размяг­ чается при относительно невысоких температурах. Поэто­ му такие массы имеют плохое сцепление с кладкой и их можно применять только в условиях службы при высоких температурах для торкретирования подин, откосов и ста­ левыпускных отверстий. Массы на силикатной связке (жидком стекле) характеризуются отличной прилипаемостью, однако их использование ограничено вследствие невысокой огнеупорности силикатной связки.

Фосфатнатриевым связкам свойственны отличная смачиваемость и хорошее диспергирование. Многие фос­ фаты натрия дают расплав примерно при 600° С и обра­ зуют стекловидную фазу, которая обеспечивает хорошую прилипаемость основной торкрет-массы и наименьшие потери в результате отслаивания торкрет-слоя. При вы­ соких температурах фосфаты натрия взаимодействуют с основной огнеупорной массой и образуют стойкие хими­ ческие соединения типа MgO-Si02 -CaO-P2 05 и MgO- •Si02 -CaO-P2 CvNa2 0.

Разработаны также торкрет-массы с комбинирован­ ной связкой, состоящей из расплавленного пека и хими­ катов (например, силиката натрия). При горячем торкре­ тировании силикат натрия обеспечивает хорошую прили­ паемость, а из пека образуется прочный коксовый оста­ ток, оседающий в порах огнеупора и, препятствующий проникновению расплавленного шлака или металла. Мас­ сы такого состава применяют для торкретирования кис­ лородных конвертеров. Благодаря внедрению системы за­ щитных покрытий и горячего торкретирования массами на фосфатной связке можно повысить в несколько раз стойкость футеровки 225-г кислородных конвертеров.

При сопоставительных испытаниях установлено, что стойкость футеровки стен 80-т дуговой печи при приме­ нении торкретирования повысилась с 50 до 92 плавок, а стоимость огнеупоров снизилась примерно в 2,3 раза.

На рис. 54 изображена торкрет-машина конструкции завода «Запорожсталь», с помощью которой выполняют торкретирование футеровки 480-т мартеновской печи.

На рис. 55 приведены наиболее характерные случаи торкретирования большегрузной мартеновской печи при

226

помощи торкрет-машины. Струя торкрет-массы выходит с большой скоростью из сопла и, попадая на огнеупорную футеровку печи, образует торкрет-покрытие.

Большой интерес представляет факельное торкретиро­ вание основных огнеупоров, заключающееся в пульвери­ зации сухого огнеупорного порошка на поверхность футе­ ровки с большой скоростью (несколько сот метров в се­ кунду) с помощью высокотемпературного факела.

Тонкозернистый порошок пневматическим транспор­ том подается в водоохлаждаемую трубку, из которой вы­ брасывается в направлении ремонтируемого участка сжатым кислородом или воздухом, смешанным с топли­ вом. В горячем факеле находится быстро нагревающийся и плавящийся порошок огнеупорного материала, который при ударе о прогретую поверхность огнеупорной кладки сцепляется с ней, образуя при этом слой, обеспечивающий непрерывное наращивание огнеупорной футеровки. При этом происходит факельная наварка огнеупорного мате­ риала. Таким способом можно получать прочно сцеплен­ ный слой с огнеупорной магнезитовой и магнезитохромитовой кладкой вследствие факельного торкретирования на нее магнезитохромитовых и магнезитовых порошков.

Свойства и составы различных масс для покрытий (обмазок) и торкрет-масс весьма разнообразны. Однако можно, исходя из условий их службы, предъявить к ним следующие основные требования:

а) хорошая схватываемость и сцепляемость с поверх­ ностью огнеупорной футеровки или кладки и сохранение этих свойств во время работы печи;

б) хорошее постоянство объема, либо, в крайнем слу­ чае, минимальная усушка и огневая усадка;

в) хорошая сопротивляемость механическим, термиче­ ским и химическим (например, шлакоразъеданию) воз­ действиям.

Достаточно подробное описание составов и свойств торкрет-масс, применяемых при защите и ремонте огне­ упорной футеровки и кладки металлургических печей, приведено в справочнике «Огнеупорное производство»1 .

Метод торкретирования позволяет осуществлять ре­

228

Т а б л и ц а 42

Химический состав и свойства торкрет-масс, применяемых для ремонта футеровки нагревательных колодцев

В табл. 42 приведены примерные составы торкретмасс, применяемых при этих ремонтах.

Повышенное содержание в торкрет-массах СггОз или А12 0з придает им высокую огнеупорность и повышенную строительную прочность при высоких температурах службы.

§4. О Г Н Е У П О Р Н Ы Е МЕРТЕЛИ

ИРАСТВОРЫ И ИХ П Р И М Е Н Е Н И Е В МЕТАЛЛУРГИИ

Огнеупорными мертелями называют смеси дисперсных отощающих огнеупорных материалов и связующих, кото­ рые после затворения с водой применяют при кладке для связывания кирпичей и заполнения швов.

Состав мертелей разнообразен и зависит от свойств штучных огнеупоров, используемых для кладки.

Так как дисперсные огнеупорные материалы (за ис­ ключением огнеупорных глин) обычно не обладают за-

229