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

Чом, стойкость которого в таких условиях мало отлича­ ется от стойкости других огнеупорных изделий, применя­ емых для футеровки этой зоны. Ввиду того, что высоко­ глиноземистый кирпич значительно дороже многошамот­ ного кирпича, существенного положительного эффекта в результате применения его для футеровки шахты домен­ ной печи ожидать нельзя.

На основе каолина можно изготовлять плотные огне­ упоры для кладки шахт доменных печей. Для этого из шихты, состоящей из каолина и шамота, прессуют кирпи­ чи и после сушки обжигают их при 1450° С. Полученные огнеупорные изделия содержат >40°/о А1 2 0 3 и характе­ ризуются следующими свойствами: огнеупорностью до 1750—1770° С, температурой начала деформации под на­

стойкости огнеупорной футеровки в зоне распара и за­ плечиков следует применять водяные холодильники.

Кладка заплечиков и распара бывает толстостенной (рис. 6) и тонкостенной (рис. 7). Охлаждение толстостен­ ных заплечиков осуществляют обычно применением го­ ризонтальных несменяемых водяных холодильников, а тонкостенных — при помощи ребристых плитовых холо­ дильников. Износ огнеупорного материала в заплечиках происходит за счет воздействия щелочных соединений и шлакового расплава.

Поэтому в заплечиках и лещади целесообразно при­ менять углеродистые огнеупоры, отличающиеся рядом преимуществ: высокими огнеупорностью и температурой деформации под нагрузкой, повышенной шлакоустойчивостью и металлоустойчивостыо и постоянством объема при высоких температурах.

20

Износ огнеупорного материала в горне происходит вследствие химического взаимодействия со шлаком. При этом образуется анор­ тит (СаАЬВігОв), стекловидная фаза и некоторое количество пла­ гиоклаза и нефелина, а шлаковый расплав обогащается силикатами.

Одновременно происходит частичная миграция легкоплавкого расплава приблизительно на 10—50 мм в глубь огнеупорного мате­ риала с образованием рабочей зоны. Глубина миграции ограничена вследствие интенсивного охлаждения наружной поверхности кладки.

эксплуатации доменной печи, величина которого за кам­

через лещадь.

Выбор конструкции лещади может быть оптималь­ ным, если исходить из правильных представлений о службе огнеупоров и механизме разрушения кладки ле­ щади.

21

Основной причиной разрушения лещади принято считать всплывание кирпичей и блоков, из которых состо­

щадь, должны иметь клиновидную форму, что обеспечи­ вает их полное взаимное скрепление, препятствующее всплыванию отдельных блоков на поверхность чугуна, даже при его проникновении под нижнюю грань блоков.

2. Лещади следует выкладывать из большемерных углеродистых или шамотных огнеупоров, устанавливае­ мых вертикально, охлаждая низ лещади воздухом. При этом изотерма 1150° С, соответствующая границе проник­ новения жидкого чугуна в швы лещади, будет проходить выше нижней грани блоков и их всплывание предотвратится.

Примерная рациональная толщина такой лещади со­ ставляет 2500—2800 мм. Однако набрать ее из целых блоков такой длины пока нельзя, так как прессовое обо­ рудование огнеупорных заводов позволяет изготавливать блоки, длина которых не превышает 550—1000 мм.

22

Однако в принципе изготовить неразрезные блоки длиной до 2800 мм можно, и применение таких блоков для выкладывания лещадей доменных печей позволит придать им высокую надежность. Подлещадное охлаж­ дение уменьшает глубину проникновения жидкого чугуна с 1300 до 760 мм ( в доменных печах объемом 2000 ж3 ), что повышает стойкость лещади.

Большое значение для повышения стойкости лещади имеет взаимное расположение слоев огнеупорных изделий. По-видимому, при устройстве двухслойных лещадей верхний слой можно выкла­

можно объяснить меньшей теплопроводностью шамот­ ных огнеупоров по сравнению с углеродистыми.

По мере увеличения разгара лещади и образования настыли металла скорость разгара должна несколько уменьшаться за счет удаления от рабочего пространства и естественного снижения температуры металла. Эту особенность износа лещади можно установить методом радиоактивных индикаторов и температурными измене­ ниями в различных точках лещади и фундамента.

Кроме разрушения лещади вследствие всплывания кирпичей, существует ее износ из-за химического взаимо­ действия между огнеупорным материалом и металлом. При этом марганец и углерод, содержащиеся в металле,

23

вступают в химические реакции с Si0 2 огнеупорного ма­ териала, кремний улетучивается, окись марганца входит в состав стекловидной фазы огнеупора, что понижает его строительную прочность при высоких температурах и ог­ неупорность. Это сопровождается изменением соотноше­ ния А12 0з : Si0 2 в огнеупорном кирпиче лещади: для чет­

Во время службы в лещади кирпич уплотняется вслед­ ствие дополнительной усадки и пропитывания его чугу­ ном. Пористость рабочей зоны кирпича колеблется при­ близительно от 2 до 5% и выше, а его объемная плот­ ность вследствие насыщения металлом достигает 2900—

3030 кг/м3.

Количество металлического железа в образцах отра­ ботавшего огнеупора лещади в отдельных случаях до­ стигает 15—25%- Щелочные и щелочноземельные соеди­ нения не проникают внутрь этого огнеупора, так как со­ прикосновение огнеупора лещади со шлаком происходит в течение короткого времени лишь в период выдувки до­ менной печи.

Во время службы огнеупорный материал лещади частично насыщается углеродом в форме графита и, кро­ ме криптокристаллической структуры, образуются отчет­ ливо выраженные кристаллы муллита (3Al2 03-2Si02 ), способствующие повышению важного рабочего свойства доменного кирпича — температуры деформации под на­ грузкой, несмотря на некоторое понижение огнеупор­ ности.

Для кладки лещади доменной печи следует употреб­ лять огнеупорные материалы, обладающие высокой плот­ ностью и постоянством объема при высоких температу­ рах службы, что предупреждает возникновение усадки.

24

имеет конструкция кладки, форма и размеры огнеупорных блокоь, предотвращающие всплывание кладки.

Одним из путей повышения стойкости футеровки гор­ на и лещади, кроме соответствующих конструктивных решений, является применение для этих зон углероди­ стых огнеупорных материалов (блоков). Углеродистые

Приведенные данные свидетельствуют о положитель­ ных свойствах углеродистых блоков, предназначенных для кладки лещади и стен горна доменных печей.

Высокая термическая стойкость огнеупорных углеро­ дистых блоков позволяет избежать образования в них трещин во время службы, а практически полное постоян­ ство объема исключает возможность раскрытия швов кладки, что делает вероятность прорыва чугуна весьма малой. Следует заметить, что дополнительная усадка до­ менных шамотных огнеупоров после обжига при 1500° С может достигать 0,8% •

25

Шамотные и шамотно-каолиновые огнеупоры под на­ грузкой 0,2 Мн/м2 (2 кгс/см2) при 1400—1500° С дефор­ мируются в течение 8 ч на 2—13%. В этих же условиях углеродистые блоки практически не изменяются.

Теплопроводность углеродистых блоков приблизитель­ но в шесть раз превышает теплопроводность шамотного кирпича, что способствует повышению эффективности охлаждения футеровки и созданию большей надежности в эксплуатации.

Если жидкий чугун насыщен углеродом, то угле­ родистые огнеупорные изделия в нем не растворяются и, следовательно, стойкость углеродистых блоков окажется высокой.

При недостаточном насыщении чугуна углеродом в жидкий чугун может перейти некоторое количество уг­ лерода из огнеупорного материала.

Углеродистые огнеупоры, в отличие от шамотных, не образуют со шлаком легкоплавких соединений и слабо взаимодействуют с большинством его компонентов. Од­

Углеродистая футеровка горна может в некоторой степени подвергаться окислению, которое можно замед­ лить, интенсифицируя охлаждение футеровки.

Углерод может также взаимодействовать с парами воды по реакциям:

С + 2На О С 0 2 + 2Н2 ; С + На О -> СО -|- Н а .

Взаимодействие футеровки доменной печи с парами воды возможно, во-первых, вблизи летки для чугуна, так как в этой зоне происходит выделение паров воды из леточной массы, во-вторых, в верхней части шахты, так как из загружаемой шихты выделяются водяные пары и, на­ конец, в лещади, в результате выделения паров при суш­ ке ее шамотной кладки.

Реакция между углеродистым огнеупорным материа­ лом и углекислым газом происходит при температуре свыше 700° С:

С + СО, Ч- 2СО,

26

причем с повышением температуры скорость образова­ ния СО возрастает. Это свидетельствует о возможности окисления углеродистых огнеупоров в шахте доменных

27

в лещади в два слоя, а в стенках горна также в два слоя, но с забивкой промежутка между ними углеродистой на­ бойкой толщиной 50 мм.

На рис. 12 показан иногда применяемый комбинированный спо­ соб кладки горна и лещади углеродистыми блоками в один слой с целью экономии дорогостоящих углеродистых огнеупоров за счет частичного применения шамотных изделий. Согласно этому способу, промежутки между углеродистыми блоками лещади забивают угле­ родистой пастой, а стеновые углеродистые блоки толщиной 300— 375 мм отделяют от шамотной кладки стен горна также слоем уг­ леродистой пасты толщиной 50 мм. Толщина подовых углеродистых блоков составляет 750—1150 мм, а ниже этих блоков помещают шамотную кладку. Углеродистую набойку изнутри предохраняют

дующие основные требования:

а) постоянство объема при высоких температурах, способность переносить быстрый разогрев без вспучива­ ния и образования трещин;

б) хорошее спекание, обеспечивающее достаточную прочность футеровки в результате термического воздей­

28

обожженный углеродистый материал, например термо­ антрацит. Такая масса имеет следующий примерный со­ став: 87% термоантрацита (зерна < 2 мм); 13% смолы каменноугольной. Обычный же металлургический кокс без предварительного прокаливания применять для изго­ товления набивных углеродистых масс не следует, так как это может повлечь за собой появление в набивной футеровке лещади усадочных трещин.

Существует большое разнообразие конструктивных решений при кладке лещади с целью предотвращения всплывания блоков. На­ пример, можно укладывать углеродистые блоки в виде системы из нескольких десятков скрепленных полос-балок. Лещадь и горн од­ ной из доменных печей объемом 1086 м3 при этом имеют следую­ щую конструкцию. Три верхних ряда лещади состоят из 262 углеро­

Остальные блоки прижаты крайними блоками. Общий расход угле­ родистых огнеупорных материалов при этом составляет 281,5 т. Длина блоков 900—3000 мм при массе соответственно 78—103 кг.

Механическая прочность блоков 25,0—28,4 Мн/м2 (255—392 кгс/см2), пористость 15,8—20,5%, плотность 1900—1950 кг/м3. Всю углеродистую футеровку покры­ вают шамотной кладкой толщиной 150—230 мм, во избе­ жание ее выгорания при пуске доменной печи.

Массы для забивки леток доменных печей могут иметь следующий примерный состав, % :

Огнеупорная глина . . 37—100 Дробленый шамот . . . 0—55 Коксовая мелочь . . . 0—17 Вода (сверх 100%) . . 12

Для увеличения надежности в работе и уменьшения вероятности прорывов чугуна огнеупорность леточных масс должна быть в пределах 1590—1610° С, а предел прочности на изгиб обожженных образцов из этих масс при 1100—1425° С должен составлять 5—10 Мн/м2 (~50—100 кгс/см2).

§ 2. О Г Н Е У П О Р Ы ДЛ Я В С П О М О Г А Т Е Л Ь Н Ы Х УСТРОЙСТВ

Д О М Е Н Н Ы Х ПЕЧЕЙ

Работа воздухонагревателей доменных печей основа­ на на регенеративном способе теплообмена. Выбор огне-

29