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

упоров для футеровки и насадки воздухонагревателей зависит от температуры, до которой необходимо подо­ гревать воздух для дутья. Кроме того, огнеупоры долж­ ны обладать стойкостью против разъедающего действия пыли и различных химических соединений, находящих­ ся в доменных газах, образующихся при высоких темпе-

30

ратурах горения. Жидкий расплав, образующийся при контакте пыли с огнеупорами, вызывает их постепенное разъедание.

В воздухонагревателях обычной конструкции воздух можно подогревать до 800—900° С, а в высокотемпера­ турных— до 1100—1200° С. Футеровка высокотемпера­ турного нагревателя показана на рис. 13. Для достиже­ ния высоких температур подогрева верхняя часть возду­ хонагревателя изолирована легковесным шамотным кир­ пичом и диатомитовым теплоизоляционным кирпичом, причем насадка в высокотемпературной зоне выполнена из высокоглиноземистого кирпича.

С повышением температуры горячего дутья обычно резко ухудшается стойкость огнеупорной футеровки воз­ духонагревателей и тракта дутья доменных печей. При­ менение высокоустойчивых материалов, даже высокогли­ ноземистого кирпича, дает лишь некоторое повышение стойкости футеровки.

Исследование ряда отработавших шамотных и высо­ коглиноземистых насадок воздухонагревателей домен­ ных печей показало, что через два-три года работы их со­ стояние становится неудовлетворительным: наблюдается сильная деформация кладки в верхних рядах насадки и прочие признаки ее разрушения.

Сроки службы огнеупоров в насадке воздухонагрева­ телей снижаются при наличии в кирпиче и в доменных газах щелочных соединений. Причины этого явления можно объяснить тем, что во время работы доменной пе­ чи ее останавливают на кратковременные ремонты. Оста­ новленная печь подключается к тяге для удаления горно­ вого газа, который, пройдя через фурменные отверстия, на­ правляется по тракту горячего дутья через воздухонагрева­ тель в дымовую трубу. Выделяющийся газ обычно сгорает в воздухонагревателях и непосредственно в фурменном рукаве. Горновой газ содержит цианиды, которые могут при температуре верха насадки воздухонагревателя, рав­

31

Известно, что окись калия интенсивно взаимодейст­ вует с огнеупорным материалом, образуя при этом лег­ коплавкий шлак, который при 900—1000° С стекает по кирпичу и постепенно его разъедает. При этом обычно образуется легкоплавкий лейцит КгОAl203 -4Si02, сте­ кающий по насадке вниз и закрывающий потоками шла­ ка каналы верха насадки на глубине 3,5—6,5 м от купо­ ла воздухонагревателя.

Хорошим материалом для насадки воздухонагревате­ лей доменных печей является шамотный кирпич с повы­ шенным содержанием глинозема, потому что такой кир­ пич сохраняет достаточную термическую стойкость после длительного срока службы в насадке воздухонагрева­ телей.

Полукислый кирпич в этих же условиях дает худшие результаты, так как постепенно разбухает, а его перво­ начальная термическая стойкость довольно быстро сни­

На заводе им. Петровского верхние 60 рядов насадки воздухо­ нагревателей были заменены динасом. При средней температуре дутья 990° С стойкость дипасовой насадки оказалась хорошей. За четыре года эксплуатации воздухонагревателей динас практически сохранил свою огнеупорность и прочность; флюсующие вещества, попадающие в воздухонагреватели с пылью доменного газа и воз­ духа для горения, а также с влагой доменного газа снижали ог­ неупорность измененных зон динаса лишь на 30—40 град.

Износ огнеупоров воздухонагревателей представляет собой сложный процесс. В качестве примера ниже при­ ведена характеристика износа футеровки купола, каме­ ры горения и 20 верхних рядов насадки, выложенных из алюмосиликатного кирпича, имеющего следующий хи­ мический состав: 44% ( А 1 2 0 3 + Т Ю 2 ) ; 1,03% Fe2 03 . Этот кирпич характеризуется следующими свойствами: кажу­ щейся пористостью 15,8%; объемной плотностью

32

но периодически повышалась до 1250—1270 град. Уста­ новлено, что после 4,5—5 лет службы верхние 16 рядов насадки оплавились, причем толщина кирпичей умень­ шилась а ; на '/з-

В отработавшем кирпиче верхних рядов насадки по толщине можно было различить три резко очерченные

огнеупора количество щелочей в 2,8—3,8 раза и окислов железа в 1,5—3,5 раза больше, чем в неизменной зоне. Огнеупорность материала, образующего измененную зо­

Врезультате воздействия флюсующих материалов,

содержащих К 2 О , Na2 0, CaO, MgO и окислы железа, на огнеупорную футеровку и насадку воздухонагревателей образуются легкоплавкие соединения и возникает повы­ шенный износ футеровки и насадки. Флюсующие вещест­ ва могут попадать в воздухонагреватели с вентилятор­ ным воздухом и доменным газом.

Вконденсатах доменного газа содержится от 35 до 525 мг/л щелочей различного химического состава в пе­ ресчете на Na-f К.

Для предотвращения попадания флюсующих веществ в воздухонагреватели доменных печей целесообразно тщательно очищать вентиляторный воздух и отапливать воздухонагреватели газом, не содержащим флюсующих окислов.

Применение блочного щелевидного кирпича для клад­ ки насадки воздухонагревателей доменных печей позво­ ляет значительно увеличить поверхность нагрева и умень­ шить гидравлическое сопротивление насадки.

Одним из наиболее эффективных является блочный кирпич со щелевыми отверстиями с горизонтальными проходами и блочный кирпич со щелевидными ячейками (рис. 14), а также шамотный и высокоглиноземистый ребристый насадочный кирпич (рис. 15).

Насадки воздухонагревателей делят на следующие типы: одноярусные, двухъярусные и трехъярусные. Ха­ рактеристика одноярусной насадки конструкции Гипромеза приведена в табл. 4.

Чугуновозные ковши в зависимости от объема домен­ ной печи имеют емкость 80, 100 и 140 т. Футеруют ковши шамотным кирпичом. Потребность в огнеупорных изде­ лиях на ремонт футеровки чугуновозных ковшей емко­ стью 100 г исчисляют из расчета ее замены после пере­ возки 40 000 г чугуна. Расход огнеупоров зависит от ем­ кости ковша и для 100 и 80 г ковшей соответственно ра­ вен 0,45 и 0,60 кг/т.

За последние годы в связи с увеличением производи­ тельности и вводом в действие новых мощных доменных печей используют чугуновозные ковши миксерного типа.

34

На одном из металлургических заводов для футеров­ ки чугуновозных ковшей миксерного типа применен по­ лукислый, шамотный и высокоглиноземистый кирпич, состав которого приведен в табл. 5.

а на рис. 16 показаны линии, высота которых характе­ ризует их среднюю стойкость в футеровке чугуновозных ковшей миксерного типа и позволяет сделать наиболее правильный выбор огнеупоров из имеющихся на завод­ ском складе.

Стойкость огнеупорной футеровки характеризуется в данном случае количеством перевезенного чугуна.

При увеличейии в кирпиче содержания А12 03 , умень­ шении содержания стекловидной фазы и кремнезема и повышении плотности наблюдается довольно отчетливо выраженная тенденция увеличения его стойкости, кото­ рая примерно соответствует возрастанию содержания в огнеупорном материале муллита (см. рис. 16 и табл. 5).

Т а б л и ц а 6

Физические и рабочие свойства огнеупоров, применяемых для футеровки чугуновозных ковшей миксерного типа

В службе футеровки чугуновозных ковшей есть два противоположных принципа: 1) огнеупорная футеровка должна обладать малой теплопроводностью, чтобы за-

медлить остывание чугуна; 2) огнеупорная футеровка должна быть термостойкой, что требует при всех прочих равных условиях хорошей теплопроводности огнеупоров.

36

Этим условиям примерно удовлетворяет высокоглинозе­ мистый кирпич марки «Н» (см. табл. 6), содержащий 76% муллита и характеризуемый объемной плотностью; равной 2530 кг/м2. Однако высокая стоимость этого кир­ пича ограничивает его применение для футеровки чугуновозных ковшей.

ранках плавят также цветные металлы, шлаки и мине­ ралы для изготовления из них шлаковой и минеральной

Рис. 17. Вагранка с копильником:

плита; /3—откидное днище;

37

ваты. Условия службы огнеупорной футеровки в различ­ ных зонах вагранки не одинаковы. Лещадь и горн ваг­ ранки испытывают воздействие высокой температуры (до 1450—1500°С), механической нагрузки жидкого чу­ гуна и шихты, разъедающих их ваграночных шлаков, в большинстве случаев являющихся основными, а также резких температурных колебаний при задувке и выдув­ ке. В особенно трудных условиях службы находится ог­ неупорная кладка в зоне горения и плавления. Здесь на нее воздействуют высокая температура (1600—1650°С), образующиеся шлаки и резкие колебания температуры. Следовательно, для футеровки вагранок необходимо при­ менять огнеупорные изделия, отличающиеся высокими термостойкостью, плотностью и прочностью, хорошей шлакоустойчивостью и невысокой стоимостью. Подобрать огнеупоры, удовлетворяющие всем этим требованиям одновременно, весьма трудно. Обычно футеровку вагра­ нок выполняют из шамотного или полукислого, а также нормального шамотного и доменного кирпича, или же из кварцеглинистой огнеупорной набивной массы. •

Тонкую огнеупорную футеровку толщиной 115 мм применяют лишь в вагранках малой производительности. Целесообразнее в этих случаях использовать футеровку толщиной 175 мм. Наибольшая толщина футеровки ваг­ ранок равна ~275 мм. Применение для укладки футе­ ровки вагранок большого количества фасонов штучных огнеупорных изделий различных размеров удорожает кладку, но позволяет резко сократить тёску и повысить срок службы футеровки. При высоких температурах в вагранке происходит размягчение огнеупорной кладки, снижение ее механической прочности и повышение шлакоразъедания. Ваграночные шлаки образуются в резуль­ тате взаимодействия между составными частями шихты, загружаемой в вагранку. К ним относятся известь, зола кокса, песок, различные примеси, находящиеся в загру­ жаемой шихте, а также постепенно образующиеся окис­ лы железа. Благодаря тому, что существует много ва­ риантов условий плавки в вагранках, и различию в со­ ставе загружаемых исходных материалов, химический состав ваграночных шлаков меняется в широких преде­ лах, %: кремнезема 40—50; окиси кальция 15—40; глино­ зема 10—18; окиси железа 1 —10; окиси магния 0—15; окиси марганца 1—5.

38

Следовательно, шлаки, образующиеся при эксплуа­ тации вагранок, могут быть кислыми или основными. При наличии кислых шлаков возможно осуществление

доломит, причем количество доломита должно быть ми­ нимальным во избежание образования чрезмерно вязких шлаков. К доломиту следует добавлять одно-двукратное количество песка.

При основных шлаках можно применять набивную футеровку из намертво обожженного спекшегося доломи­ та оптимального гранулометрического состава на связ­ ке из смолы, а в качестве флюсов следует применять до­ ломит или известняк. Кроме извести и доломита, в состав флюсов иногда вводят плавиковый шпат и т. п. При этом сильно снижается температура плавления образующихся шлаков и их вязкость и резко увеличивается их разъеда­ ющее действие на огнеупорную кладку.

Опускающаяся шихта оказывает истирающее дейст­ вие на огнеупорную футеровку вагранки, находящуюся в пиропластическом состоянии и вследствие температур­ ных колебаний может происходить ее растрескивание.

Для футеровки зоны плавления обычно применяют высококачественный шамотный кирпич, а для ремонта футеровки рядовой шамотный кирпич. Специально обож­ женный шамотный кирпич отличается повышенным со­ противлением истиранию и лучшей шлакоустойчивостью, но из-за более высокой стоимости его применяют реже. По этой же причине ограничена возможность применения высокоустойчивых муллитовых изделий для кладки фу­ теровки вагранок.

Повышенную стойкость при службе в вагранках име­ ют шамотные изделия, полученные по способу полусу­ хого прессования, вследствие их большей плотности, по­ вышенной стойкости к истиранию, большей точности раз­ меров и правильности формы, а также повышенной

39