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

уменьшились на 30%, а после повышения температуры они резко возросли. «Пучок свода» при этом переместился на 2—3 мм, после чего примерно через сутки было отмечено начало сколов сводового кирпича.

Кратковременные (5—10 мин) изменения температу­ ры рабочей поверхности кирпича, связанные с периодич­ ностью работы мартеновской печи (перекидка клапа­ нов), не влияют на изменение распорных усилий и, оче­ видно, не приводят к снижению стойкости свода. Дока­ зательством этого служит высокая стойкость участков над головками печи, где колебания температуры в про­ цессе перекидки клапанов максимальные.

При регулировании положения винтовой подвески главного свода можно снизить на 30—50% распорные усилия, измеряемые месдозами, что позволяет уменьшить износ свода.

Замеры толщины свода во время очередных ремон­ тов показали, что при равномерной и нежесткой наборке кирпича главного свода мартеновских печей и система­ тическом регулировании натяжения винтовой подвески свода, позволяющей снизить распорные усилия, средний износ кладки свода на одну плавку уменьшился на 30%.

Многолетняя практика показывает, что выход сводов из строя происходит в большинстве случаев не из-за чрезмерного давления на кирпич, а вследствие потери сводом статической устойчивости. Асимметричная де­ формация с просадкой одних и выпучиванием других участков свода наблюдается обычно при неравномерном профиле износа, что присуще сводам мартеновских пе­ чей. Применение более надежной системы подвесок и упоров, а также правильное регулирование их по мере износа кирпича приобретает в этих случаях особое зна­ чение и приводит обычно к увеличению срока службы свода за счет более полного использования остаточной толщины кирпичной кладки. Если взять обычную 400-г мартеновскую печь, то конструктивно печи этого типа можно разделить на две группы: с объемом нижнего строения, соответствующим верхнему объему (нормаль­ ные печи), и с малыми объемами нижнего строения, т. е. фактически работающие с двойной садкой.

В условиях интенсифицированного кислородом мар­ теновского производства стали конструктивно усовер­ шенствованные своды выкладывают из магнезитохроми-

70

тового кирпича с применением распорно-подвесной кон­ струкции. При этом целесообразно применять усиленную конструкцию свода с продольными ребрами из кирпича длиной 520 мм. Толщина подвесной пластины в этом слу­ чае может достигать 5—8 мм.

Различные методы крепления сводов мартеновских печей вызывают различную деформацию.

Наиболее равномерный рост свода мартеновских пе­ чей можно обеспечить при условии первоначального же­ сткого закрепления до снятия опалубки. Если же своды закреплять после проведения некоторого числа плавок или при горячем ремонте в процессе эксплуатации мар­ теновских печей, то они начинают деформироваться не­ равномерно.

На величину деформации в сводовых кирпичах суще­ ственно влияет число замковых кирпичей. Применение в каждом кольце одного замкового кирпича вместо трех способствует снижению напряжения в кирпиче.

Метод жесткого крепления свода в сочетании с уси­ ленной подвеской кирпича увеличивает надежность в работе сводов вплоть до небольшой остаточной толщи­ ны. Кроме того, метод крепления свода до снятия опа­ лубки менее трудоемок, чем обычно применяемое креп­ ление при горячем ремонте, так как его осуществляют на охлажденной печи.

Некоторое увеличение продолжительности кампании 400-т мартеновских печей происходит при условии крепления сводов с усиленной подвеской. В этом случае продолжительность кампании мартеновских печей мо­ жет возрасти на несколько плавок (примерно на 6—8).

Существует ряд других вариантов применения ребри­ стых распорно-подвесных главных сводов мартеновских печей, позволяющих увеличить их стойкость.

Большой интерес представляет опыт эксплуатации 650- и 900-т сверхмощных мартеновских печей, высокоинтенсифицированных кислородом, снабженных распор­ но-подвесными сводами из магнезитохромитового кирпи­ ча толщиной 460 мм, а по передней и задней стенкам — толщиной 520 мм.

Опыт эксплуатации этих печей на Ждановском ме-

71

i s 2 *31

Рис. 27. Кривые деформации сводов мартеновских печей при различных методах крепления:

стояние свода при горячем ре­ монте; 3—состояние свода при холодном ремонте

72

таллургическом заводе им. Ильича показал, что утол­ щенные участки свода скалываются более интенсивно.

Для устранения скалывания можно применять реб­ ристые своды с увеличением их толщины в местах под­ весок до 520 мм. При этом целесообразно осуществить следующее конструктивное решение, способствующее по­ вышению стойкости свода.

Через каждые 3250 мм угольники размером 140Х Х190 мм стягивают болтами, и в этих местах устанавли­ вают тяги из полосы сечением 60ХЮ мм. Для ограни­ чения перемещений свода на тяги надевают трубки, вы­ соту подъема которых регулируют при помощи прокла­ док. К ригелям вертикальные тяги крепят клиньями. Бла­ годаря такой системе подвески осадка свода при снятии опалубки составляет лишь 30—50 мм, а подъем свода после разогрева равен ^10 0 мм. Кроме магнезитохромитового кирпича, для возведения ребристых сводов можно применять периклазошпинелидный кирпич.

Вышеупомянутые изменения конструкции сводов мар­ теновских печей способствуют повышению их стойкости. Расчеты распорных усилий для сводов с различными центральными углами показывают, что оптимальный центральный угол для свода 650-г мартеновской печи ра­ вен 98°, а для 900-т печи он составляет 94°54'. При этом весьма существенно возрастают распорные усилия, рав­ ные ~35 % для горячего свода, увеличивается подъем стрелки свода примерно на 500 мм, что приводит к умень­ шению эрозия сводового кирпича факелом пламени,

Одновременно с выполнением конструктивных реше­ ний, способствующих удлинению сроков службы свода, следует осуществлять систему общих мероприятий, спо­ собствующих достижению этой цели. Например, слой скапливающейся пыли на наружной поверхности свода является теплоизолирующим материалом, а потому для повышения стойкости сводов целесообразно раз в сутки выполнять их обдувку перегретым паром давлением 1,2—1,4 Мн/м2. Недостаточно тщательная обдувка внеш­ ней поверхности свода для удаления теплоизолирующего слоя пыли, как правило, способствует ускоренному оки­ слению пластин. Поэтому отрыв их может происходить

73

в гладких основных сводах при сравнительно большой остаточной толщине, порядка 200 мм и более.

Существует много вариантов конструкций распорноподвесных сводов. Например, магнезитохромитовый свод с подвесной системой УНИИО работает как распорная

ний и подъемов свода, вследствие высокой температуры его нагрева, что приводит к сокращению сроков службы главного свода мартенов­ ской печи.

Для ликвидации последствий динамической нагрузки на свод можно применить конструкцию распорно-подвес­ ного свода с упругими подвесками. Подвесная тяга с предварительно нагруженной пружиной составляет уп­ ругую подвеску (амортизатор), снижающую динамичес­ кие нагрузки, возникающие при перемещении свода. Схе­ ма такого свода представлена на рис. 29. При кладке но­ вого свода между кирпичами необходимо -предусматри­ вать температурные зазоры, которые при разогреве бу­ дут закрываться, образуя плотный свод с равномерным распределением распорной нагрузки по всей поверхности кирпича в арке.

Одним из конструктивных решений, позволяющих увеличить стойкость сводов мартеновских печей, являет­ ся применение подвесных систем.

Применение плоского подвесного свода из основных кирпичей в стальных кассетах обходится дешевле ароч­ ного подвесного свода, облегчает ремонт, сокращает простой печи. При этом уменьшается растрескивание

74

кирпича, повышается термическая устойчивость, компен­ сируется тепловое расширение. Конструкции подвесных основных сводов мартеновских печей имеют особенности:

1)все кирпичи свода являются подвесными;

2)свод имеет форму радиальной арки;

3)в направлении арки температурные швы не дела­ ют; по длине свода общая ширина отдельных частых тем­ пературных швов достигает 1 % длины свода;

4)сверху свод закрепляют во избежание

местного вспучивания при износе; 5) задняя пята свода опирается на пру­

жины, допускающие ее смещение в танген­ циальном направлении и создающие давле­ ние на свободный кирпич, находящийся в

Рассмотрим теперь условия службы и износ огне­ упоров в других элементах конструкций верхнего строе­ ния мартеновских печей. Износ торцовых стен мартенов­ ских печей усиливается при изменении направления потока отходящих газов с температурой 1650° С и при уве­ личении выноса пыли из рабочего пространства. Особен­ но интенсивно происходит износ торцовой стенки газо­ вого вертикального канала при отоплении смесью коксо­ вого и доменного газов, вследствие более глубокого про­ никновения легкоплавких соединений закиси железа

75

в огнеупорную футеровку, находящуюся в восстанови­ тельной атмосфере.

Огнеупоры в кладке передней стены и в простенках между завалочными окнами мартеновских печей, так называемые столбики, подвергаются воздействию метал­ ла, шлака и шихтовой пыли, резким и частым темпера­ турным колебаниям, а также действию резкой механи­ ческой, главным образом ударной, нагрузки при завал­ ках шихты в печь. Поэтому нижнюю часть стен рабочего пространства можно выкладывать из магнезитового кир­ пича, а верхнюю — из хромомагнезитового.

При эксплуатации мартеновской печи износ столби­ ков происходит весьма интенсивно. Поэтому обычно при каждом промежуточном ремонте производят частичную или полную замену их кладки. Существуют различные методы для повышения стойкости в службе передних стен мартеновских печей, например установка в их клад­ ке различных водоохлаждаемых элементов. На заводе «Запорожсталь» применяют шштовые холодильники, об­ кладывая их магнезитовым кирпичом со стороны зава­ лочных окон. Внутреннюю стену выше шлакового пояса

Существуют другие конструктивные и технологи­ ческие решения охлаждения столбиков мартеновских пе­ чей. Например, на ММК столбики снабжены горизон­ тальными змеевиками или тремя вертикальными труба­ ми, при помощи которых осуществляется охлаждение ог­ неупорной кладки методом испарительного охлаждения.

Интенсификация процесса выплавки стали, связанная с применением кислорода для продувки ванны, увеличе­ нием садки, повышением уровня шлака и снижением ос­ новности первичных шлаков, существенно увеличивает износ задней стенки мартеновских печей.

Задняя стенка мартеновской печи, по сравнению с пе­ редней, подвергается меньшим температурным колеба­ ниям и механическим воздействиям. Больше всего изно­ су подвергаются задние стенки в шлаковом поясе, на участках сопряжения со сводом и в зоне сталевыпускного отверстия. Поэтому при каждом промежуточном ре­ монте мартеновской печи приходится проводить частич­ ный ремонт кладки задней стенки.

76

В шлаковом поясе кладка задней стенки изнашивает­ ся в 2—3 раза быстрее, чем в верхней ее части.

В принципе для кладки передних и задних стенок мартеновских печей можно применять блоки из огнеупорного бетона. Состав этих бетонов может быть весьма разнообразным, причем используют раз­ личные огнеупорные наполнители и связки. Однако широкое приме­ нение огнеупорных бетонных блоков в данном случае несколько огра­ ничено необходимостью создания специального централизованного производства, а также трудностями, возникающими при их уста­ новке.

Для производства хромомагнезитового кирпича необходима де­ фицитная хромовая руда. Заменить хромомагнезитовый кирпич при кладке вертикальных каналов мартеновских печей можно безобжи­ говым форстеритовым кирпичом, характеризуемым следующими свой­

В кладке торцовой стены вертикального канала большегрузной интенсифицированной кислородом мар­ теновской печи после 156 плавок толщина этого кирпича по сравнению с применяемым хромомагнезитовый кир­ пичом обычно не изменяется.

Условия службы подин мартеновских печей весьма тяжелы, и в процессе плавки они быстро изнашиваются.

прикасающимися частицами увеличивается и подина ста­ новится рыхлой. При оптимальном гранулометрическом составе магнезитового порошка тонкие частицы заполня­ ют промежутки между более крупными. При этом поди­ на становится более плотной и стойкой, так как все по­ следующие физико-химические процессы, определяющие формирование подины, в ней протекают полнее.

Подины мартеновских печей, заправленные при вы­ полнении скоростных ремонтов магнезитовым порошком,

77

должны отличаться высокой стойкостью в службе, так как во время проведения плавки они испытывают интен­ сивное разрушающее воздействие металла и шлака. При этом происходит растворение зерен магнезита и увеличе­ ние содержания силикатных расплавов в подине, что снижает ее механические свойства при высоких темпе­ ратурах.

В результате первоначальный профиль подины нару­ шается, в ней образуются ямы, в которых застаивается металл, а также и шлак, что приводит к ее дальнейшему разрушению.

Ранее наварку подин осуществляли по многослойно­ му методу и это требовало большой затраты времени. Для создания подины, обладающей необходимой плот­ ностью и монолитностью, магнезитовый порошок и шла­ кующие добавки, в качестве которых обычно применяли дробленый мартеновский шлак, наносили на подину слоями в 10—15 мм, проваривали каждый слой с мар­ теновским шлаком 5—8 ч, после чего наносили новый слой металлургического порошка. Общая продолжитель­ ность наварки подин составляла 5—7 суток. Механизм образования подины при взаимодействии магнезита с мартеновским шлаком состоит в том, что в результате диффузионных процессов окислы железа и марганца проникают в кристаллы периклаза, причем вследствие растворения MgO в жидком расплаве образуются магнезиоферрит, а также высокоогнеупорные ортосиликаты

СССР стали применять ускоренный метод наварки по­ дин мартеновских печей с малым числом слоев.

Этот метод основан на осуществлении более интен­ сивного роста кристаллов периклаза вследствие рекри­ сталлизации в твердой фазе. Такому процессу способст­ вует насыщение периклаза окислами железа. В резуль­ тате увеличивается число контактов между отдельными зернами периклаза, образуется хороший кристалли­ ческий сросток, а механическая прочность подины при температурах службы возрастает.

Для ускорения процесса рекристаллизации периклаза

78

П р и м е ч а н и е . В числителе приведены данные, полученные при осу­ ществлении наварки по старой технологии, а в знаменателе — после примене­ ния новой технологии.

начали во время выполнения процесса наварки частично или полностью заменять мартеновский шлак окалиной. По этому способу новую подину достаточно хорошего ка­ чества можно наварить за 10—30 ч вместо 150—180 ч.

Значительно сокращается длительность наварки при те­ кущих ремонтах подин.

При использовании новых усовершенствованных ме­ тодов изготовления подин мартеновских печей особое значение приобретает рациональный гранулометрический состав магнезитового порошка, обеспечивающий плотную укладку, в результате чего наваренная подина становится менее проницаемой для металла. Постепенно наварен­ ный слой приобретает высокую огнеупорность, изнаши­ вается медленно и равномерно. Установлено, что нор­ мальное ведение мартеновской плавки и изготовление рабочего слоя для 250—900-г печей без специального прогрева и ошлакования окалиной возможно при приме­ нении магнезитового порошка оптимального грануло­

гических заводах СССР, видно, что для увеличения стой­ кости подин существенное значение имеет гранулометри­ ческий состав навариваемого слоя. Технология прогрева слоя подины и пропитки его окалиной играет менее важ­ ную роль.

79