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

и кажущуюся пористость, составляющую 14—17%. Пре­ дел прочности при сжатии изделий ПШС равен 49,0— 73,5 Мн/м2 (500—750 кгс/см2).

На продолжительность службы основных сводов мар­ теновских печей существенно влияет химический состав

отработавшего кирпича содержится меньше включений MgO-Fe2 03 , они мельче, а окиси железа в хромистой шпинели больше, чем в хромитовой руде.

Установлено, что при 1615—1705° С количество обра­ зующихся в кирпиче расплавов, мигрирующих от рабочей поверхности, увеличивается с повышением температуры и по мере того, как атмосфера становится более восста­ новительной (рис. 22).

Присутствие в рабочей зоне кирпича небольших ко­ личеств огнеупорных окислов Cr 2 0 3 , MgO и А1 2 0 3 умень­

60

феры объясняется ростом и увеличением внутренних на­ пряжений, что происходит в результате минералогических превращений. Твердый раствор железистых шпинелей в хромитовой руде может окисляться, образуя при этом твердые растворы магнезиальных включений, содержа­ щих С г 2 0 3 , А1 2 0 3 и Fe2 03 . Процессы восстановления Fe203, преобразования железистых шпинелей, растворе­ ния магнезиальных шпинелей и превращения твердого раствора магнезиовюстита (MgO-FeO) в магнезиоферрит (MgO-Fe2 03 ) сопровождаются увеличением объема кир­ пича.

Температурные колебания во время службы магнезитохромитового кирпича нарушают равновесное давление кислорода в окиси железа, что ослабляет связи между ог­ неупорными окислами, расположенными непосредственно за рабочей поверхностью кирпича, и является одной из причин, способствующих его шелушению и износу.

Более высокую стойкость обожженного кирпича, по сравнению с необожженным, можно объяснить также наличием химических реакций, протекающих при обжи­ ге, в результате которых окиси магния и железа хроми­ товой руды образуют магнезиоферрит.

Окись железа в этой форме менее подвержена мине­ ралогическим преобразованиям под влиянием изменений характера атмосферы. Существует взгляд, что для служ­ бы в мартеновских печах целесообразно применять обож­ женный магнезитохромитовый кирпич с небольшим со­ держанием железа. Испытания такого кирпича при 955° С показали, что потери прочности после 25 циклов измене­ ния атмосферы воздух — СО для кирпича, содержащего 2,1 и 12,0% Fe2 03 , равнялись соответственно 16 и 42%, для высокообожженного кирпича 5 и 25% и для безоб­ жигового 30 и 100%.

Уменьшить содержание окиси железа можно, приме­ нив хромитовую руду с низким содержанием окиси же­ леза или сократив содержание хромитовой руды в шихте.

Износ основных огнеупоров в сводах большегрузных мартеновских печей имеет свои особенности.

Результаты испытаний этих огнеупорных изделий в своде одно-

61

В отработавших сводовых изделиях, независимо от исходного состава, происходит концентрация окислов железа и марганца в ра­ бочей зоне, а концентрация окиси кальция и кремнезема наблюдается в спекшейся зоне. При этом происходит соответствующее уменьшение содержания Сг 2 0з и MgO в огнеупорном материале.

Наибольшее количество силикатных соединений, пред­ ставленных обычно монтичеллитом и форстеритом, на­ блюдается в спекшейся зоне. На стойкость огнеупорной кладки мартеновских печей существенно влияет интенсив­ ность продувки ванны кислородом.

Это влияние характеризуется данными износа сводо­ вого кирпича ПШС (табл. 11) в зависимости от интен­ сивности продувки в 250-г мартеновской печи, отапли­ ваемой природным газом по способу самокарбюрации без применения мазута.

62

Средняя скорость износа кирпича в главном своде мар­ теновской печи незначительно увеличивается при пере­ ходе от подачи кислорода в факел к продувке ванны кис­ лородом с умеренной интенсивностью [7,5 м3/(т-ч)]. Дальнейшее повышение интенсивности продувки до 12—20 м3/(т-ч) при одновременном сокращении продол­ жительности прогрева приводит к заметному увеличению скорости износа кладки.

При умеренной интенсивности продувки существен­ ного увеличения неравномерности износа свода из ПШС не наблюдается.

Повышение скорости износа сводового кирпича при переходе на продувку ванны кислородом и с ростом ин­ тенсивности продувки объясняется повышением в пери­ оды плавления и доводки суммарной тепловой нагрузки от сжигания топлива и окиси углерода, увеличением объема дымовых газов и пенистости шлака, а также его уровня над порогами рабочих окон, ростом содержания пыли в дымовых газах, разбрызгиванием шлака, более резким снижением температуры свода в период завалки и прогрева вследствие повышения скорости загрузки. По­ этому результатом ускоренного износа сводового кирпича является снижение стойкости главного свода по средне­ годовым данным и по числу плавок.

Известно, что несмотря на несколько повышенный расход сводовых огнеупоров в условиях повышенной ин­ тенсивности продувки ванны кислородом, общий расход их на тонну стали снижается вследствие экономии расхо­ да огнеупоров на кладку всех остальных элементов печи (задняя стенка, стены головок и вертикальных каналов и др.).

Достижение высокой производительности мартенов­ ских печей, интенсифицированных кислородом, возможно лишь при условии эксплуатации рационально сконструи­ рованных сводов из устойчивых огнеупоров.

Износ сводовых хромитсодержащих огнеупоров в двухванной сталеплавильной печи отличается некоторыми особенностями. Двухванная сталеплавильная печь представляет собой агрегат с двумя ваннами, разделенными пережимом. В сводовой кладке между ван­ нами также существует пережим. Каждая ванна обычно снабжена сталевыпускным и шлаковым отверстиями в задней стене и тремя завалочными окнами в передней стене. Печь работает без регенера-

63

торов при наличии газокислородных фурм. Тепло отходящих газов, образующихся при продувке в одной ванне, используют для нагрева скрапа, находящегося в другой ванне. В конце продувки первой ван­

через сводовые фурмы, помимо высоких температур и значительных количеств плавильной пыли, па огнеупорный материал кладки не­

кампанию, считая по обеим ваннам, не превышает 300, при общей длительности кампании 30 дней. Удельный расход сводовых огнеупо­ ров примерно на 40% выше, тогда как общин расход — на 30—40% ниже, чем в большегрузных мартеновских печах. В отдельных слу­ чаях, например, на ММК, свод двухванной печи показал большую стойкость (до 800 плавок за кампанию).

Служба сводов мартеновских печей, выполненных из этих огнеупоров, имеет свои особенности. В нагретом

Механизм разрушения сводового кирпича можно представить в виде схемы, приведенной на рис. 23. Нижняя часть кирпича 2, непре­ рывно испытывая динамическую нагрузку, постепенно разрушается. По мере разрушения кирпича 2, на сосед­ ние кирпичи / и 3 от распорной силы Р начинает дейст­ вовать изгибающий момент М.

Изменение уровня свода мартеновской печи, выпол­ ненного из гладкого кирпича и подвешенного до снятия опалубки, если между кирпичами в арке заложены метзллические прокладки толщиной 0,5—2 мм, характери­ зуется восходящими участками роста свода от необра­ тимых расширений (разбухзние зрки) и нисходящими

64

участками вследствие потери связи в нижнем поясе арки в результате пластической деформации или разрушения кирпича.

При разогреве свода наблюдается рост арки на 30—35 мм, в результате чего швы по наружной дуге ар­ ки раскрываются, а распорная нагрузка сосредоточи­ вается на нижней части кирпичей. По мере службы про­ исходит насыщение рабочей части кирпича окислами же­ леза и ее постепенное разбухание, что вызывает допол­ нительный рост арки на несколько миллиметров.

В первые сутки службы кривая перемещения уровня арки последовательно отражает зависимость от темпера­ туры и находится в связи с технологическими периодами плавки. В период завалки уровень арки вследствие ох­ лаждения опускается, а в периоды прогрева — вновь поднимается.

При очень длительных завалках величина снижения арки свода 100-г мартеновской печи может доходить до 1 лш/100 град снижения температуры.

Во время дальнейшей эксплуатации мартеновской пе­ чи начинается скалывание сводовых кирпичей. При этом наблюдается одновременное существование оплавленных и сколотых частей свода. Затем, постепенно, рабочая поверхность свода становится гладкой и оплавленной. Через 50—60 суток свод изнашивается по толщине при­ мерно наполовину. На изменения температуры он реаги­ рует большими перемещениями арки (до 4 мм/100 град), чем в начале эксплуатации мартеновской печи. Это объясняется меньшим тепловым потенциалом свода вследствие его утончения.

Одновременно в магнезитохромитовом своде проис­ ходит непрерывный процесс разбухания, вызывающий

подвижности арки возрастает величина динамической составляющей распорной нагрузки, которая постепенно разрушает свод. Суточная удельная работа разрушения свода, осуществляемая распорной нагрузкой, обычно уве­ личивается при сокращении общей длительности плавки (интенсификации процесса), а также при различных на­ рушениях цикла плавки.

Механические нагрузки, возникающие в своде мар-

теновской печи, являются одной из причин, вызывающей

с добавкой 40% мазута, оказалось, что между изменени­ ем нагрузок, возникающих в своде, и его температурой существует определенная зависимость.

При разогреве от 1000 до 1100° С пучок свода подни­ мается на 10 мм, а давление в верхней и нижней частях пяты свода распределяется равномерно. Расширение нижних нагретых участков свода при дальнейшем нагре­ ве до 1500° С компенсируется пластической деформацией стальных прокладок.

При дальнейшем повышении температуры развивает­ ся пластическая деформация рабочей зоны свода на глу­

при нагреве они могут оказаться еще выше. В этих ус­ ловиях возникающие нагрузки могут превысить допу­ стимые величины для режима вязкого течения рабочих зон и деформация их будет сопровождаться образовани­ ем трещин.

Возникновению трещин способствует цикличность из­ менения величины нагрузок, связанная с колебанием температуры свода в различные периоды плавки. Про­ никновение трещин наиболее вероятно в месте сопри­ косновения рабочей и неизмененной зон, в которых наблю­ дается резкое повышение скорости и высокая степень релаксации напряжений. Это положение подтверждает­ ся наличием трещин в изделиях МХС и ПШС вблизи неизмененной зоны. Механические нагрузки в глубинных частях сводовых изделий, которые могут вызвать их раз­ рушение, возникают вследствие температурных измене-

66

ний, вызываемых внесением в рабочее пространство мар­ теновской печи большого количества холодных материа­ лов (завалка, ремонт пода) или при продолжительных отключениях подачи топлива, вследствие промежуточ­ ных ремонтов. Следовательно, при выполнении сводов мартеновских печей из основных огнеупоров нужно учи­ тывать их свойства и особенности.

Магнеэитохдомит

сводовый

Рис. 24. Схема конструкции основного распорно-подвесного свода системы Френкеля

Еще в 1940 г. А. С. Френкелем была разработана спе­ циальная конструкция распорно-подвесного хромомагнезитового свода с учетом свойств этих огнеупоров, сильно влияющих на продолжительность кампании мар­ теновской печи по своду.

В настоящее время практически все основные марте­ новские печи металлургических и машиностроительных заводов СССР оборудованы основными сводами из магнезитохромитового кирпича различных конструкций.

Наиболее распространен распорно-подвесной свод, схема которого показана на рис. 24.

Схема конструкции подвесного свода, принятая для типовых 250- и 500-т мартеновских печей, показана на рис. 25.

Необходимость подвешивать кирпичи в своде объяс­ няется высокой плотностью (>3000 кг/см3) и низкой температурой начала деформации магнезитохромитового

кирпича под нагрузкой, не превышающей 1520—1550° С. Свод выкладывают кольцами с поперечными, а иног­ да и с продольными ребрами, причем между кирпичами помещают стальные пластинки толщиной 0,8 мм, кото­ рые при нагреве свода окисляются до окиси железа, об­ разующей с окисью магния кирпича магнезиоферрит, соединяющий кирпичи свода в монолит.

Рис. 25. Схема конструкции основного подвесного свода, принятая для типовых 250- и 500-г печей:

а — магнезитохромит сводовый

Применение распорно-подвесных хромомагнезитовых сводов позволило в 2—3 раза увеличить их стойкость при службе в мартеновских печах. В 1966 г. стойкость таких сводов на 400-г печах составляла 289 плавок, а на 200-г печах при подаче кислорода в факел — 370 плавок. Для рационального конструирования и эксплуатации хромомагнезитовых и магнезитохромитовых сводов мартенов­ ских печей необходимо применять:

1) штыри из жаростойкого металла или из высокоог­ неупорных керамических материалов (высокоглинозе­ мистых и магнезиальных), что способствует увеличению стойкости сводов и позволяет в дальнейшем повысить температуру рабочего пространства мартеновской печи;

68

2) пятовые опоры с пружинными компенсационными устройствами. Это мероприятие может быть достаточно эффективным при условии систематического (на протя­ жении всей кампании печи) регулирования пружин для

и перемещении «пучка свода» происходят сколы сводо­ вого кирпича.

С целью определения распорных усилий в главном своде марте­ новской печи можно применять месдозы, снабженные тепловой за­ щитой. На рис. 26 показана схема установки месдоз на своде мар­ теновской печи для определения распорных усилий.

На Верх-Исетском металлургическом заводе с помощью месдоз удалось установить взаимосвязь между распорными усилиями, ре­ гистрируемыми месдозами, режимом разогрева печи и технологией ведения отдельных операций плавки.

При разогреве печи и повышении температуры нагрева свода распорные усилия, регистрируемые нижней месдозой, возросли, а ре­ гистрируемые верхней месдозой уменьшились, что сопровождалось ростом «пучка свода». Во время работы печи показания месдоз ме­ няются в зависимости от периода плавки; колебания показаний верх­ ней месдозы незначительны и показания часто приближаются к ну­ лю; нагрузки, измеряемые нижней месдозой, снижаются в период завалки и увеличиваются в периоды плавления и доводки с отста­

Наиболее отчетливо эта зависимость наблюдалась во время ремонта подины, когда температура рабочей поверхности свода сни­ зилась до 1200° С в течение 30 мин (период засыпки на ванну моло­ того магнезитового порошка). Через 1,5 ч показания нижней месдозы

69