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

лученные по способу полусухого прессования, для клад­

б) используя монолитную футеровку из пластичных огнеупорных масс, изготовленных на основе шамота, су­ харных глин и огнеупорной глины и воды.

40

В вагранке условия службы кладки горна менее жест­ ки по сравнению с зоной плавления. Здесь огнеупорная кладка подвергается действию более низких температур и главным разрушающим фактором является агрессия расплавленного металла и шлака вследствие их проник­ новения внутрь огнеупорной кладки. В зоне горна для кладки футеровки целесообразно применять плотные, высокообожженные изделия, характеризуемые хорошим постоянством объема в эксплуатации, точностью разме­ ров и правильностью формы, хорошей шлакоустойчивостью.

В зоне загрузки огнеупорная футеровка не подверга­ ется действию расплавленных шлаков. Главными при­ чинами разрушения огнеупоров в этой зоне являются термические напряжения вследствие колебания темпе­ ратуры, а также истирающее и ударное действие загру­ жаемой шихты. В этой зоне целесообразно для кладки футеровки применять высококачественные плотные и ме­ ханически прочные шамотные огнеупоры, полученные по способу полусухого прессования.

В зоне шахты (над загрузочным окном) условия службы огнеупоров достаточно мягкие. Огнеупорная фу­ теровка в этой зоне снабжена защитным металлическим кожухом.

В зоне летки условия службы огнеупоров очень тя­ желы. Здесь можно либо применять фасонные блоки из высокостойких огнеупорных материалов (например, из муллита), либо использовать набивные пластичные огне­ упорные массы, полученные на основе шамота. Возмож­ но применение углеродистых блоков.

Существует положительный опыт футеровки вагранок песчано-

сушке. Прочность полученного кирпича-сырца достаточна для вы­ кладки футеровки, а в процессе плавки его рабочая часть подвер­ гается обжигу, и кирпич приобретает достаточную механическую прочность.

Песчано-глинистый кирпич можно применять для выкладки как наружных, так и внутренних рядов футеровки, причем ряды клад­ ки, прилегающие к кожуху вагранки, можно выкладывать по всей высоте шахты, а внутренние — только в плавильной зоне. Стойкость песчано-глинистых кирпичей воздушной сушки достаточна для не­ прерывной работы вагранки в течение 16—20 ч, после чего выполня­ ют текущий ремонт футеровки. Цеховая стоимость кирпича воздуш-

41

ной сушки для текущего ремонта трехтонной вагранки, работающей

вильной зоне, а также обеспечив более интенсивную десульфурацию металла, достигаемую применением основ­ ной футеровки, так как при этом уменьшается общая продолжительность плавки.

Существует опыт применения футеровки вагранок производительностью 2 т/ч из доломитовых кирпичей, имеющих внутренний диаметр ~700, а наружный 900 мм. При этом наружный слой футеровки, прилегающий к ко­ жуху вагранки, выкладывают из доломитового кирпича 230X113X25 мм, а в зоне фурм футеровку выполняют из набивной массы, состоящей из обожженного доломита, смешанного с 6% воды и 1% силиката натрия. Футеров­ ку сушат в течение 10 ч, постепенно поднимая температу­ ру до 400° С.

После каждой плавки в плавильной зоне выполняют ремонт разгаров, заделывая их массой, состоящей из молотого стабилизированного (водоустойчивого) доло­ митового клинкера с 12%-ной добавкой воды, в котором окись кальция связана преимущественно в 3CaO-Si02, а присутствующий 2CaOSi0 2 стабилизирован фосфори­ том. Полученную массу следует применять для ремонта немедленно, так как она может схватываться.

Установлено, что при плавке серого чугуна, содержа­ щего 0,12% S, в вагранке, плавильная зона которой име­ ет доломитовую футеровку, происходит десульфурация металла и количество серы в нем снижается до 0,056%. Это объясняется десульфурирующим действием образую­ щегося шлака. Основная футеровка плавильной зоны и горна вагранки более устойчива по сравнению с обыч­ ной шамотной футеровкой при условии образования до­ статочно основных шлаков и при расходе до 5—6% из­ вестняка от массы металла.

По сравнению с доломитом и магнезитом, хромомаг-

42

незит имеет лучшие рабочие свойства: высокую огнеупор­ ность (до ~ 1900° С) и достаточно высокую термическую стойкость.

При выкладке основной футеровки плавильного поя­ са и горна следует заделывать швы и заправлять вагран­ ки массой на основе хромистого железняка, которая пос­ ле измельчения и увлажнения раствором силиката нат­ рия приобретает связующие свойства. При применении хромомагнезитовой футеровки вагранки ее разгар сво­ дится к минимуму и ежедневные текущие ремонты за­ меняют одним ремонтом в неделю. Применение основ­ ной футеровки позволяет осуществлять дефосфорацию и десульфурацию доменного чугуна. Например, в чугу-

в шихте было увеличено с 3 до 5%, считая на металли­ ческую завалку, с целью получения слабоосновных шлаков.

Образующийся шлак в результате применения доло­ митовой и магнезитовой футеровок вагранок, быстро вы­ водит из строя литейные ковши, обмазанные шамотнокварцевой массой. В этом случае следует применять графито-шамотную массу. На заводе им. Петровского для выкладки вагранок вместо шамотного кирпича ис­ пользовали хромомагнезитовый кирпич с пределом проч­

вызывавший необходимость ремонта вагранки. При этом разгар огнеупорного материала происходил главным

43

ния. Срок службы основной футеровки вагранки в зоне

чугуна. Швы футеровки вагранки являются ее наиболее слабым местом и быстрее подвергаются шлаковой кор­ розии, так как затвердевший огнеупорный мертель ха­ рактеризуется большей пористостью, чем штучные ог­ неупорные изделия, из которых выложена футеровка вагранки. Следовательно, при кладке футеровки вагран­ ки необходимо соблюдать следующие условия:

глазури, предохраняющим его от агрессивного действия расплавленного шлака и металла.

Имеются данные, что полукислый радиальный кирпич является наиболее стойким в копильнике и в поясе плав­

на одном известняке принять за единицу, то при плавке на мартеновском шлаке он составит 1,4, а при плавке на смеси мартеновского шлака и плавикового шпата 1,64. Можно выполнять набивную футеровку вагранок, состо­ ящую, например, из 75—78% кварцевого песка и 22— 25% сухой глины. К этой массе добавляют необходимое количество раствора жидкого стекла. На Челябинском тракторном заводе вагранки с набивной кварце-глинис- той футеровкой работали по две смены.

Водяное охлаждение кожуха вагранки повышает продолжительность ее кампании.

44

Футеровка стационарных копилышков для вагранок находится в трудных условиях службы, так как в копильниках при 1350—1400° С сосредоточено большое ко­ личество жидкого металла. Создается сочетание интен­ сивного теплового и размывающего воздействия жидко­ го металла на огнеупорную кладку, уменьшить которое трудно, потому что копильник служит для накопления жидкого металла и уровень в нем не может быть посто­ янным.

в кладке стен и сводов рабочего пространства, подин, го­ ловок мартеновских печей, а также в регенераторах и шлаковиках, отличаются большим разнообразием и тре­ буют индивидуального и тщательного исследования. Рас­ смотрим сначала условия службы главного свода марте­ новских печей. Огнеупорный материал здесь подвергается воздействию высокой температуры (1800° С и выше), рез­ ким температурным колебаниям, химическому воздейст­ вию брызг шлака и плавильной пыли, истирающему воз­ действию пыли, образующейся при завалке шихты, а также действию неравномерного нагрева по длине сводо­ вого кирпича. При интенсификации мартеновского про­ цесса повышение температуры плавильного пространства, увеличение амплитуды и частоты термических колебаний, значительное увеличение скорости газов, их насыщенно­ сти окислами железа, забрызгивание свода всплесками металла и шлака, повышение давления газов у свода, а также переменное образование окислительной и вос­ становительной атмосферы в печи значительно усложня­ ют условия службы огнеупоров в мартеновской печи, особенно в своде.

45

Поэтому улучшение качества существующих огнеупо­ ров и применение новых, более стойких, позволяет значи­ тельно увеличить продолжительность кампании марте­ новских печей в условиях интенсифицированного процес­ са выплавки стали.

Создание защитных покрытий (торкретирование) и охлаждение сводов обдувкой также способствуют увели­ чению продолжительности кампании мартеновских печей.

Этими эксплуатационными условиями определяются требования, предъявляемые к огнеупорам:

1)высокие огнеупорность и температура начала де­ формации под нагрузкой;

2)хорошая термическая стойкость;

3)шлакоустойчивость;

4)стойкость против механического износа;

5)постоянство объема в службе, заключающееся в отсутствии дополнительной усадки;

6)точность размеров и правильность формы, что поз­ воляет выполнять кладку с тонкими швами.

Подыскать огнеупорные изделия, одновременно об­ ладающие всеми этими свойствами, вряд ли возможно.

Ранее, до начала интенсификации мартеновских печей кисло­ родом, для кладки сводов этих печей применяли почти исключи­ тельно динас, но в настоящее время его не используют для этой цели. Характеристика металлургического динаса приведена ниже:

ских печей, работавших без применения кислорода, обычно не пре­ вышала 1700° С. Поэтому, несмотря на плохую шлакоустойчивость против действия основных шлаков, плавильной пыли и окислов же­ леза, динас являлся исключительно ценным сводовым огнеупорным

46

материалом, так как сохранял в полной мере строительную проч­ ность при температурах, близких к температуре его огнеупорности.

Это ценное свойство динаса объясняется наличием в нем хоро­

колебаний температуры обычно происходит лишь в результате пе­ реходов а-кварца в ß-кварц, а-тридимита в ß- и Y-тридимит и а-кри- стобалита в ß-кристобалит, вызывающих резкие объемные измене­ ния динаса. Температуры этих переходов невысоки и находятся в пределах 117—573° С. При более высоких температурах в динасе наблюдаются медленные переходы модификаций кремнезема и, сле­ довательно, температурные колебания уже не оказывают сущест­ венного разрушающего влияния на динасовый кирпич. Поэтому в своде мартеновской печи динас вследствие температурных колеба­

Применение основных сводов в верхнем строении мар­ теновских печей позволило повысить температуры рабо­ чей поверхности главного свода до 1800°С и интенси­ фицировать производство стали применением кислорода.

Для кладки главных сводов мартеновских печей обыч­ но используют магнезиальные хромсодержащие изде­ лия, которые в зависимости от содержания в них окиси магния можно разделить на две группы: 1) хромомагнезитовые, характеризуемые относительно меньшим содер­ жанием окиси магния (42—50%) и высоким содержани­ ем окиси хрома (15—35%) и 2) магнезитохромитовые, характеризуемые, наоборот, относительно более высоким

47

содержанием окиси магния ( ^ 6 0 % ) и меньшим содер­ жанием окиси хрома (8—18%). В настоящее время для кладки сводов мартеновских печей обычно применяют магнезитохромитовые изделия.

Основные свойства магнезиальных хромсодержащих изделий, согласно ГОСТ 5381—50, приведены в табл. 7.

Магнезитохромитовые изделия повышенного качества содержат относительно мало хромита (~11—12%) и представляют высокостойкий сводовый кирпич, широко применяемый в настоящее время для кладки главных сводов мартеновских печей.

Рассмотрим подробнее свойства, службу и применение огнеупоров в главном своде мартеновской печи, интен­ сифицированной кислородом.

Характеристика сводовых огнеупоров, выпускаемых заводами СССР, приведена в табл. 8.

Повысить термическую устойчивость изделий ПШС можно, вводя в шихту для изготовления этих изделий часть хромита в крупнозернистом виде.

Обычно для получения изделий ПШС в производстве применяют смесь магнезита и хромита тонкого помола. Если же на поверхность крупных зерен шихты нанести смешением тонкоизмельченный хромит, а затем добавить тонкомолотый магнезит, то этим способом можно повы­ сить термическую устойчивость ПШС ~ в 1,30—1,45 ра­ за, равную в среднем 9,5 водяным теплосменам.

Испытание термически устойчивого ПШС в своде 400-г качаю­ щейся печи показало, что он изнашивается вследствие периодичес­ кого постепенного отслаивания рабочей зоны на небольшую глуби­ ну, равную ~ 15—20 мм.

При износе хромомагнезитовых и магпезитохромитовых сводов мартеновских печей в огнеупорном материале образуются зоны в результате воздействия высоких температур и плавильной пыли, ориентированные в направлении градиента температур.

В отработавшем хромомагнезитовом и магнезитохромитовом кирпиче можно установить следующие три главные зоны: 1) рабо­ чую, или блестящую, 2) плотную, или спекшуюся, и 3) неизменен­ ную, или малоизмененную.

Химический и фазовый составы этих зон различны, так как во время службы сводового кирпича образуются расплавы, проникаю­ щие в менее нагретые зоны. При этом окислы железа концентриру­ ются преимущественно в рабочей зоне, а силикаты — в спекшейся зоне.

В рабочей зоне сводового кирпича находится высокоогнеупор­ ный ортосиликат магния, с которым поглощенные окислы железа химически взаимодействуют, образуя магнезиоферрит и легкоплав­ кие силикаты.

48

Т а б л и ц а 8

Состав шихты и качественные показатели сводовых магнезитохромитовых огнеупоров

Окислы железа, поглощенные рабочей зоной, взаимодействуют также и с периклазом, образуя магнезиоферрит, и с хромистой шпи­ нелью с образованием непрерывного ряда твердых растворов.

Поглощение хромистыми шпинелями окислов железа с образо­ ванием твердого раствора сопровождается увеличением объема и разбуханием зерен хромита.