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

В результате в рабочей зоне сводового кирпича происходит насыщение ее окислами железа и одновременно протекают следую­ щие процессы: 1) спекание окиси магния с образованием периклаза; 2) разбухание хромитовых зерен.

Существуют некоторые различия в службе сводовых основных кирпичей различных типов.

В магнезитохромитовом кирпиче, в шихте которого преобладает магнезит, в зависимости от его структуры, пористости, температурных, а также других условий службы возможно либо спекание, либо некоторое разбу­ хание его рабочей части.

Рабочая зона хромомагнезитового кирпича при насы­ щении ее окислами железа разбухает в меньшей степени, чем магнезитохромитового кирпича.

В результате объемных изменений отдельных зон сво­ довых кирпичей, особенно в рабочей зоне, возникают на­ пряжения, приводящие к образованию трещин, а затем сколов. Этот процесс постепенно усиливается вследствие различия коэффициентов термического расширения огне­ упорного материала различных зон и колебаний темпе­ ратуры. Ориентировочная температурная граница между рабочей и плотной зоной составляет 1630—1650° С, а между плотной и переходной зоной 1350—1400° С. Тол­ щина зон в сводовом кирпиче, различная для МХС и ПШС, зависит от температурного градиента, определяе­ мого наибольшей температурой рабочей поверхности свода, остаточной длиной кирпича и наличием или отсут­ ствием теплоизоляции свода (обычно своды не изолиру­ ют, причем слой пыли, скапливающийся на внешней по­ верхности свода, характеризуется теплоизоляционными свойствами).

Следовательно, воздействие железистых окислов на огнеупорный материал сводового кирпича при темпера­ турах службы обусловливает возникновение главных фак­ торов износа.

Зоны в сводовом кирпиче образуются с различной скоростью, что существенно влияет на износ кирпича. Скорость образования зон в сводовом кирпиче в первую очередь зависит от интенсивности всасывания железисто­ го расплава и поглощения окислов железа. При большей способности сводового кирпича к капиллярному всасыва­ нию в нем быстрее образуется рабочая зона увеличенной толщины. При меньшем капиллярном всасывании и мень-

50

туры расплава вызовет уменьшение его вязкости и, следовательно, значение h возрастет, а стойкость огнеупоров снизится.

Глубина капиллярного всасывания зависит также от структуры огнеупорного материала, которая для пористого тела характери­ зуется в значительной степени общим содержанием открытых пор (кажущейся пористостью), имеющих средний определенный радиус. Практически применяемые огнеупорные изделия характеризуются пористостью, представляющей собой сложную систему каналов раз­ личной формы, длины и размеров.

Поэтому величина среднего эффективного радиуса пор, опреде­ ляемого по формуле (2), позволяет ориентировочно оценить пори­ стость огнеупоров как некоторую среднюю величину.

Исследование условий эксплуатации основных огне­ упоров в сводах мартеновских печей позволяет сделать следующие выводы:

а) при повышении содержания хромита в шихте, слу­ жащей для изготовления сводовых огнеупоров, резко воз­ растает величина поглощения окислов железа огнеупор­ ным сводовым материалом;

б) при обычной пористости сводовых огнеупоров (20— 24%) происходит набухание изделий вследствие поглоще­ ния ими окислов железа, причем этот процесс зависит от степени дисперсности зерен хромита. Чем выше степень дисперсности хромита, тем больше его удельная поверх­ ность и, следовательно, тем интенсивнее разбухают сво­ довые огнеупоры;

в) более плотные изделия отличаются меньшей пори­ стостью, что приводит к снижению поглощения желези­ стых окислов сводовым огнеупорным материалом.

На рис. 19 по данным А. С. Френкеля представлена закономерность, характеризующая процесс поглощения железистых окислов Af и величину разбухания сводовых основных огнеупоров Аѵ в зависимости от содержания хромита в шихте.

Ранее было отмечено, что величина дополнительной усадки основных сводовых огнеупоров определяет их по­ стоянство объема в службе, существенно влияющее на сроки службы свода мартеновских печей. Поэтому одним из способов придания стойкости в службе магнезитохромитовым и хромомагнезитовым изделиям является при­ менение высокотемпературного обжига этих изделий. При этом вывод части мелких фракций хромита из ших­ ты может способствовать уменьшению дополнительной усадки обжигаемых основных огнеупорных изделий.

Эта зависимость показана на рис. 20, из которого

52

видно, что особенно эффективным является обжиг при

але, еще не будут полностью закончены. Поэтому в усло­

температурах (1700—1750° С) физико-химические про­ цессы будут продолжаться, вызывая, кроме различных других явлений, дополнительную усадку. А так как при увеличении удельной поверхности дисперсных тел эти процессы, при всех прочих равных условиях, протекают интенсивнее, то изделия, содержащие тонкие фракции хромита <0,5 мм, дадут при высоких температурах боль­ шую усадку по сравнению с изделиями, не содержащими таких фракций (см. рис. 20, соответственно, кривые /, 2

и3,4).

На величину строительной прочности основных сводо­ вых огнеупоров и на возникновение в них дополнитель­ ной усадки может существенно повлиять химический со­ став огнеупорного материала и наличие в нем различных

53

примесей. Например, при содержании в основных сводо­ вых огнеупорах форстерита 2MgO-Si02 во время службы в огнеупорном материале может возникнуть следующая реакция:

ствие образования легкоплавких эвтектик, что содейству­ ет переходу периклаза и других магнезитовых составля­ ющих огнеупора в жидкую фазу.

В службе основного сводового кирпича, обладающего постоянством объема, хорошей устойчивости против дей­ ствия железистых окислов можно достичь применением для их изготовления шихты, содержащей магнезит и хро­ мит в оптимальных соотношениях, высокого прессового давления до 196 Мн/м2 (до 2000 кгс/см2), высокотемпера­ турного обжига и наиболее рационального гранулометри­ ческого состава шихты. Все эти факторы подробно рас­ смотрены в соответствующих главах курса «Технология огнеупоров» (Мамыкин П. С , Стрелов К- К. Изд-во «Ме­ таллургия, 1970 г.).

В условиях интенсифицированной мартеновской плав­ ки следует повышать требовательность, предъявляемую к качеству огнеупоров. Обнадеживающие результаты при службе в своде мартеновских печей, работающих в усло­ виях интенсифицированного процесса, дает применение периклазошпинелидного кирпича, изготовленного с при­ менением в шихте рапной окиси магния.

Существуют различные высокоустойчивые сводовые огнеупоры других типов, широкое применение которых, однако, ограничивается их высокой стоимостью. В табл. 9 приведены свойства некоторых основных сводовых огне­ упоров.

Благодаря непрерывно возрастающей интенсифика­ ции мартеновского производства стали особый интерес вызывают высокоустойчивые огнеупорные изделия новых типов, например так называемые огнеупоры с прямыми

54

ющая зерна хромита, в той или иной степени заменена прямыми связями периклаз — шпинель и периклаз — периклаз. Количество прямых связей в этих огнеупорах возрастает при высоких температурах обжига, а их меха­ нические свойства становятся очень высокими по срав­ нению со свойствами обычных огнеупоров. Практика металлургических заводов показала, что срок службы этих огнеупоров, по сравнению с обычными, в кладке мартеновских печей весьма значителен (~15—25%).

Однако, при применении новых высокоустойчивых сво­ довых огнеупоров всегда следует принимать во внимание и учитывать экономические факторы. Установлено, на­ пример, что стоимость огнеупоров с прямыми связями

В металлургической практике иногда применяют сво­ ды мартеновских печей, выполненные из безобжиговых огнеупорных материалов, которые, однако, как правило, обеспечивают меньшую устойчивость в службе по срав­ нению с основными штучными высокообожженными огне­ упорами, так как проникновение Fe2 03 и СаО в необож­ женные огнеупорные изделия происходит на большую глубину, чем в огнеупоры с прямыми связями.

55

Одним из способов повышения стойкости необожжен­ ных магнезитохромитовых огнеупоров в сводах марте­ новских печей, работающих с применением кислорода, является снижение их пористости. В этом случае умень­ шается величина капиллярного всасывания железистого расплава в огнеупорный черепок, что приводит к умень­ шению толщины рабочей зоны, сопровождающемуся об­ щим повышением сроков службы безобжиговых сводовых огнеупоров.

мартеновских печей безобжиговый кирпич дает больше трещин, чем обожженный кирпич, являющийся менее чувствительным к воздействию температуры и атмосферы мартеновских печей и характеризуемый повышенной шлакоустойчивостью.

Применение необожженных магнезитохромитовых огнеупоров для кладки и ремонта сводов мартеновских печей по сравнению с применявшимися ранее огнеупора­ ми обычно приводит к сокращению сроков службы свода. Более обнадеживающие результаты применения необож­ женных магнезитохромитовых огнеупоров в главном сво­ де мартеновских печей, можно получить применением огнеупорных изделий в специальных стальных обоймах.

Исходными материалами для изготовления такого кирпича могут служить магнезитовый порошок и хромитовая руда.

Конструкция стальных ребристых обойм показана на рис. 21.

Характеристика армированных магнезитохромитовых изделий дана ниже:

56

Служба главных сводов мартеновских печей, выло­ женных из безобжиговых магнезитохромитовых армиро­ ванных и обожженных кирпичей, характеризуется дан­ ными, приведенными в табл. 10.

Из данных табл. 10 видно, что стойкость сводов из безобжигового и обожженного магнезитохромитового

57

кирпича приблизительно одинакова. Дальнейшее усовер­ шенствование безобжиговых армированных изделий поз­

Украинского научно-исследовательского института огнеупоров (по­

технологии Днепропетровского металлургического института (из

работающих мартеновских печей показали, что его износ на 14—17% меньше, чем износ обычных периклазошпинелидных изделий;

4) периклазошпинелидный кирпич с повышенной термостой­ костью, изготовленный по технологии с раздельным вводом хромита, дает примерно на 25—40% меньший износ по сравнению с обычными периклазошпинелиднымн огнеупорами;

5) периклазошпинелидные сводовые изделия, изготовленные с применением магнезитового порошка и титаномагнезитовой добав­ ки, дают повышенную стойкость при службе в сводах мартеновских печей. Испытание этих изделий в своде 400-г качающейся печи пока­

ются в своде на значительную глубину (~60—70 мм), причем за это время происходит периодическое скалывание и отслаивание кирпича.

Существует тенденция к применению в качестве сво­ довых огнеупоров для мартеновских печей изделий с по­ вышенным содержанием окиси магния. В результате их применения получены данные, согласно которым уста­ новлено, что при кислородной выплавке стали увеличение в огнеупорах содержания MgO и повышение чистоты ис­ ходного магнезитового клинкера уменьшают усадку огне­ упоров, увеличивают сроки их службы и повышают стой­ кость сводов мартеновских печей.

Все же существующие в настоящее время данные о ре­ зультатах применения сводовых огнеупоров из магнезита высокой чистоты противоречивы, и какие-либо определен­ ные рекомендации по этому вопросу пока преждевремен-

58

ны, хотя известны исследования, давшие некоторые поло­ жительные результаты при применении чистого огнеупор­ ного сырья с целью изготовления сводовых изделий для мартеновских печей. Износ сводовых огнеупоров в стале­ плавильных печах представляет собой очень сложное яв­ ление, не всегда поддающееся точной количественной ха­ рактеристике.

Одна из причин разрушения хромитсодержащих огне­ упоров — разбухание под действием железистых окислов. Обычно хромомагнезитовые изделия разбухают больше, чем хромитовые, что можно объяснить взаимодейст­ вием хромита с магнезитом, при котором образуется MgCr2 04, отличающийся наибольшей склонностью к раз­ буханию. Образование шпинелей также сопровождается увеличением объема. При снижении содержания хромитовой руды в огнеупорных изделиях разбухание хромомагнезитовых образцов уменьшается.

В других случаях разбухание может происходить за счет увеличения объема твердой фазы, вследствие погло­ щения окислов железа и превращения их в магнетит.

Разбухание хромитсодержащих огнеупоров обуслов­ лено ростом зерен хромита при образовании твердых рас­ творов магнетит—хромит, которое происходит вследст­ вие неравномерной диффузии, проявляющейся в том, что зерно хромита растет не только в направлении контакта с расплавом окислов железа, но и в других направле­ ниях. В результате давления одного растущего зерна на другое происходит их перемещение, что приводит к уве­ личению объема огнеупорных изделий и некоторому по­ вышению их пористости. При большой скорости роста зе­ рен могут даже образоваться трещины.

Периклазошпинелидные сводовые огнеупоры (ПШС) не всегда отличаются повышенной стойкостью при служ­ бе в сводах мартеновских печей. Эту стойкость можно по­ высить, если для изготовления ПШС применять плотные порошки из каустического магнезита с добавкой титаноглиноземистого шлака или титано-магнезитового концен­ трата. В этом случае в огнеупорном черепке ПШС обра­ зуются твердые растворы Ті4 +, А13+ и Fe3 + , входящие в кристаллическую решетку периклаза и шпинели, что способствует увеличению плотности обожженного магне­ зитового порошка и получаемых на его основе ПШС.

Эти изделия имеют температуру начала деформации

5ft