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

Основной кирпич с прямыми связями характеризу­ ется повышенной механической прочностью при обыч­ ных и высоких температурах, а также хорошей устойчи­ востью к ползучести при высоких температурах, что объясняется жесткой структурой огнеупорного материа­ ла, вследствие наличия в нем прямых связей. Эти изде­ лия имеют низкую пористость, хорошую шлакоустойчивость и хорошее постоянство объема в службе при 1705° С.

Если для обычных основных огнеупоров предел проч­ ности при изгибе при 1260° С составляет 2,06—3,43 Мн/м2

наковый рост зерен хромита и периклаза, в результате чего внутри огнеупорных изделий с прямыми связями возникают внутренние напряжения, которые уменьшают прочность этих изделий.

Напряжения в сводовом кирпиче возникают также вследствие особенностей конструкции свода, действия шлакового расплава, рекристаллизации минералов, вхо­ дящих в состав огнеупорного материала, и резких ко­ лебаний температуры.

Все эти напряжения могут вызвать разрушение сво­ дового кирпича. Очень важно, чтобы напряжения, воз­

прочность. Поэтому, чем выше начальная прочность ог­ неупорного сводового кирпича, тем лучше он может про­ тивостоять возникающим в нем напряжениям, например напряжениям скалывания.

Существует физический показатель, позволяющий ус­ тановить влияние количества прямых связей в огне­ упорном материале на его механическую прочность. Из рис. 61 видно, что при повышении температуры обжига наблюдается уменьшение угла скручивания изделий, что объясняется увеличением количества прямых связей.

в огнеупорном материале этих огнеупорных изделий их строительная прочность при высоких температурах

250

уменьшается, что объясняется образованием тонких прослоек затвердевших расплавов в зоне контакта огне­ упорных зерен, а также и между ними.

Увеличение содержания окиси кальция в кирпиче незначительно влияет на предел прочности при изгибе при ~ 1260° С, но намного ухудшает показатели дефор­ мации под нагрузкой.

В табл. 46 приведены технико-экономические данные, характеризующие эксплуатацию основных огнеупоров в сводах мартеновских печей.

Т а б л и ц а 46

Сравнительные технико-экономические показатели службы огнеупорного кирпича

Из данных табл. 46 видно, что общая стоимость ог­ неупоров, расходуемых на выпуск 1 г стали, при равно-

251

стойкости всей футеровки, снижается на 24% при при­ менении кирпича с силикатными связями и на 30% при условии применения кирпича с прямыми связями.

Снижение стоимости футеровки может и не произой­ ти, если при высокой стойкости сводовых огнеупоров остальные элементы кладки мартеновских печей будут иметь недостаточную стойкость.

В настоящее время применение огнеупоров с прямы­ ми связями при эксплуатации мартеновских печей уве­ личивается, что связано с широким использованием кислорода при мартеновском производстве стали, уве­ личением рабочих температур, повышением производи­ тельности, интенсификацией процесса завалки и т. п.

Наибольшую стойкость огнеупоры с прямыми связя­ ми обычно проявляют при службе в сводах мартенов­ ских печей. При службе в кладке стенок мартеновских печей эти огнеупоры характеризуются примерно одина­ ковой стойкостью по сравнению с обычно применяемы­ ми магнезитохромитовыми, магнезитовыми и хромомагнезитовыми огнеупорными изделиями. Существует опыт применения кирпича на химической связке в сводах мартеновских печей.

В табл. 47 приведены сравнительные данные продол­ жительности кампании сводов мартеновских печей сред­

В ряде случаев — до 817 плавок.

При применении стальных прокладок между св.одовыми кирпичами из огнеупоров с прямыми связями или стальных кассет во время эксплуатации печи происходит

252

их окисление и последующее расширение, что не позво­ ляет полностью использовать большую строительную прочность огнеупоров с прямыми связями при высоких температурах службы. Применение асбестовых прокла­ док может устранить эти затруднения. Повысить стой­ кость сводов мартеновских печей можно, уменьшив тол­ щину стальных прокладок и применив более толстые сводовые кирпичи, так как при этом уменьшается влия­ ние термического расширения стальных прокладок.

Необходима тщательная кладка и рациональная экс­ плуатация свода, а также применение дополнительных подвесок.

В табл. 48 приведены сравнительные свойства лабо­ раторных и товарных огнеупоров с прямыми связями.

* В результате лабораторного обжига при 1705° С пористость во всех слу­ чаях составляла 16—17%.

Данные табл. 48 показывают, что довольно хорошо рабочие свойства огнеупоров с прямыми связями можно охарактеризовать лишь при помощи двух показателей — пористости и предела прочности при разрыве, так как они функционально связаны с термостойкостью, отно­ шением количества хромовой руды к магнезиту, грану­ лометрическим составом, минералогическим составом (включая CaO/SiCb) и т. п.

Средний расход различных огнеупоров на 1 г вы­ плавленной стали примерно следующий: огнеупоры на

253

При выборе и применении огнеупоров следует обяза­ тельно учитывать не только их удельный расход на вы­ плавку стали, но и стоимость, так как обычно более стойкие огнеупоры обладают повышенной стоимостью, часто перекрывающей их пониженный расход.

При использовании огнеупоров с прямыми связями для кладки металлургических печей следует учитывать, помимо экономических соображений, физические свойства огнеупоров с прямыми связями. Эти огнеупоры отличаются большим запасом прочности и могут выдерживать очень большие механические нагрузки и внутренние напряжения. Однако их величины не беспредельны и по достиже­ нии ими определенного предела может наступить быстрое растрес­ кивание огнеупоров с прямыми связями вследствие их жесткой структуры.

Природные сырьевые ресурсы СССР позволяют изготавливать высокосортные периклазошпинелидные огнеупорные изделия, напри­ мер, из кимперсайских хромитов и магнезитовых порошков.

В СССР из чистых магнезитовых и хромитовых порошков по­ лучены плотные периклазошпинелидные изделия, структура которых близка к прямой связи кристаллов периклаза и хромшпинелида. Эти изделия содержат небольшое количество силикатов и характе­

Эти огнеупоры отличаются очень высокой стабильностью при вакуумном раскислении стали.

§2. С В О Й С Т В А Н О В Ы Х В И Д О В

ВЫ С О К О У С Т О Й Ч И В Ы Х О Г Н Е У П О Р Н Ы Х И З Д Е Л И Й

ИИХ П Р И М Е Н Е Н И Е В Ч Е Р Н О Й МЕТАЛЛУРГИИ

За последние годы на мировой рынок поступают но­ вые многочисленные виды высокоустойчивых огнеупор­ ных изделий, которые можно применить для кладки раз­ личных элементов конструкций металлургических печей.

Однако, несмотря на отличную стойкость в службе, применение их в черной металлургии ограничено вслед­ ствие их высокой цены.

254

Большое значение для правильных оценок С В О Й С Т Ё и выбора огнеупоров для кладки конструкций металлур­ гических печей имеют статистические методы установ­

Существуют данные по исследованию стойкости сво­ дов на 200-т мартеновских печах, выложенных из высо­ копрочных основных кирпичей. При этом продолжитель­ ность кампании составляла 260—430 плавок.

На этих печах исследованию были подвергнуты кир­ пичи двух типов: 1) основной огнеупорный кирпич на химической связке; 2) высокопрочный основной кирпич на связке из рекристаллизованной хромистой шпинели.

Анализ этих данных показывает, что оба сравнивае­ мых типа огнеупорных изделий по своим физическим свойствам и химическому составу мало отличаются один от другого. Служба их также протекает в сравнительно одинаковых условиях.

255

Однако стойкость основных огнеупоров на химиче­ ской связке значительно ниже по сравнению со стойко­ стью основных огнеупоров на шпинелыюй рекристаллизованной связке. Следовательно, свойства связки очень сильно влияют на срок службы огнеупоров в металлур­ гических печах.

Определенный интерес представляет применение в своде мартеновской печи основных огнеупоров новых видов, получаемых с добавкой плавленой алюмомагнезиальной шпинели.

Основные магнезитохромитовые огнеупоры, получен­ ные из шихт, содержащих 30—60% шпинели, изготов­ ленной из смеси технического глинозема, спекшегося

При испытании этих огнеупоров в своде 600-т марте­ новской печи, работающей с продувкой ванны кислоро­ дом, установлено, что их стойкость приблизительно на 30% превышает стойкость обычных сводовых периклазошпинелидных огнеупоров.

Наиболее перспективными в отношении стойкости при службе в своде мартеновской печи являются основ­ ные огнеупоры, содержащие 30% алюмомагнезиальной шпинели.

Высокотемпературный обжиг огнеупоров, как прави­ ло, резко увеличивает стойкость связки и, следователь­ но, стойкость огнеупорных изделий в целом.

В качестве примера, подтверждающего это положе­ ние, можно привести опыт эксплуатации свода 150-т мартеновской печи, выложенного из высокообожженных огнеупоров, содержащих 70,2% MgO и 12,21% С г 2 0 3 . Эти огнеупоры отличались весьма улучшенной стойко­ стью по сравнению с необожженными огнеупорами со­ ответствующего состава. Например, после воздействия мартеновских шлаков при 1550° С и последующего опре­ деления деформации под нагрузкой 0,2 Мн/м2 (2 кгс/см2) разрушение высокообожженных огнеупоров наступает после выдержки в течение 72 мин, в то время как без­ обжиговые огнеупоры аналогичного состава разрушают­ ся после выдержки, протекающей всего 6 мин.

256

В зарубежной практике иногда пытаются применять своды мартеновских печей из безобжиговых огнеупор­ ных материалов. Однако эти своды дают, как правило, значительно меньшую устойчивость в службе по срав­ нению с основными штучными высокообожженными ог­ неупорами.

При изучении свойств и механизма износа обжиго­ вых и безобжиговых огнеупорных изделий при их служ­ бе в сводах мартеновских печей установлено, что в не­ обожженном кирпиче образуются более значительные трещины. Обожженный кирпич менее чувствителен к воздействию температуры и атмосферы печи и отличает­ ся повышенной шлакоустойчивостью.

Существует, однако, и положительный опыт приме­ нения безобжиговых сводовых огнеупоров. Например, безобжиговые магнезитохромитовые огнеупоры в кассе­ тах можно применять в сводах малотоннажных марте­ новских печей садкой до 100 г. Существуют данные, в соответствии с которыми стойкость такого свода не меньше, чем свода, выложенного из обычных обожжен­ ных магнезитохромитовых изделий.

На металлургическом комбинате «Новая Гута» (ПНР) проводили интересный опыт применения хими­ чески связанных необожженных огнеупоров в металли­ ческих кассетах, которые применяли для кладки сводов

При использовании этих огнеупоров рекомендуется ежедневно выполнять обдувку воздухом наружной по­ верхности сводов с целью удаления пыли, являющейся изолятором тепла и поэтому способствующей повыше­ нию рабочей температуры свода.

Рекомендуется эти своды охлаждать воздухом и не допускать повышения температуры рабочей поверхности свода сверх 1800°С. При этом горячий ремонт таких сво­ дов можно осуществлять при ^ 1 4 0 0 ° . Кладку сводов из

безобжигового кирпича можно выполнять по обычной распорно-подвесной системе.

Одним из способов создания высококачественных огнеупорных изделий и повышения их устойчивости яв­ ляется уменьшение количества примесей в исходном сырье. Например, снижение в глиноземе главных при­ родных примесей от 1,0 до 0,3% позволяет значительно увеличить срок службы приготовленных из них изделий.

В последнее время выполнены лабораторные и про­ изводственные исследования по повышению стойкости периклазошпинелидных изделий в сводах мартеновских печей путем применения плазменного покрытия из ZrÛ2 . Установлено, что такое покрытие не влияет на износоус­ тойчивость сводовых периклазошпинелидных изделий.

Повысить стойкость основных и нейтральных огнеу­ поров к шлаковой агрессии можно рациональным подбо­ ром гранулометрического состава шихты. Например, огнеупоры, характеризуемые очень высокой шлакоустойчивостью к основным шлакам, можно получить из шихты, содержащей 42% периклаза (размер частиц 1,17—4,7 мм); 23% периклаза (0,15—1,17 мм); 20,53% периклаза (<0,15 мм); 13,10% глинозема (<0,15 мм);

вновь перемешивают. Штучные изделия формуют под

ся плотным спекшимся черепком на шпинелевой связке

ных высокоглиноземистых масс, армированные для прочности ребристым кирпичом. Стойкость таких сводов составляет в среднем 84 плавки и в отдельных случаях достигает 128 плавок. Расход огнеупоров для выполне-

258

ния набивных сводов составляет 7,83 кг/т стали. Для динасовых сводов электропечей эта величина равна

— 9,9 кг/т. Характеристика набивных высокоглиноземи­ стых масс приведена ниже.

Весьма перспективно применение в черной метал* лургии периклазофорстеритовых изделий, в которых, кроме форстерита, содержится периклаз и другие мине­ ралы.

Высококачественные термостойкие периклазофорстеритовые изделия изготавливают из шихты, состоящей из 30% дунита (размер зерен 3—0,8 мм) и 70% металлур­ гического магнезита (размер зерен ^ 2 мм).

Изделия, изготовленные из такой шихты по режиму, принятому для производства магнезитовых изделий, имеют следующие свойства:

Стойкость этих изделий в сводах злектросталеплавильных печей в три раза больше по сравнению со стой­ костью динасовых сводов. Периклазофорстеритовые из­ делия отличаются хорошей стойкостью в сводах и в на­ садке воздушных регенераторов мартеновских печей.

Восточным институтом огнеупоров разработана тех­ нология получения термостойких хромофорстеритовых