книги из ГПНТБ / Гермаидзе Г.Е. Уход за мартеновскими печами

Глава II

УХОД ЗА МАРТЕНОВСКИМИ ПЕЧАМИ

1. Служба подин

Многочисленными исследованиями установлен ряд факторов,, определяющих степень и скорость износа наварки. Все эти фак­

время службы (оплавление, разрушение из-за кристаллических превращений и т. п.).

Деление на группы носит условный характер, так как в дей­ ствительности все факторы взаимосвязаны и изменение, предпо­ ложим, химического состава наварки часто вызывает понижение

ееогнеупорности, увеличивая физический и механический износ..

Вобщих чертах механизм износа наварки заключается в сле­ дующем.

Подина, наваренная с ошлакованием магнезитового порошка окалиной, имеет в своем составе такие высокоогнеупорные со­ ставляющие, как периклаз, магнезиоферрит, соединения типа

шпинелей и т. п., сцементированные между собой легкоплавким монтичеллитом СаО • MgO • SiCh (7ПЛ = 1498°), дикальциевым си­ ликатом 2СаО • SiC>2, мервинитом ЗСаО • MgO • 25Юг и другими соединениями.

Лучшей связкой является дикальциевый силикат, обладаю­ щий сравнительно высокой огнеупорностью, однако на него от­ рицательно действует магнезиоферрит, переводя его в легкоплав­ кие соединения. В условиях мартеновской плавки шлак, воздей­ ствующий на наварку, растворяет в себе связку из дикальциевого силиката, а также насыщает поверхностные слои наварки легкоплавкими соединениями, в результате чего химический со­ став верхнего слоя наварки приближается к составу шлака, об­ ладающего невысокой огнеупорностью. В процессе плавки эти соединения всплывают, увеличивая пористость наварки (до 40— 50%). Размер пор достигает 1—2 мм. В порах скапливается

&

металл, образующийся в результате восстановления магнезиофер­ рита углеродом, проникающего в поры расплавленного металла. При этом в наварке возможно образование пузырей. При омыва­ нии обнаженной подины газами металл в порах вновь окисляет­ ся. В дальнейшем окисленный металл взаимодействует с углеро­ дом, в результате чего в порах зарождаются пузырьки СО, спо­ собствующие механическому износу подины.

На стойкость наварки в значительной степени влияют техно­ логические условия выплавки, обусловленные маркой стали. При плавке высокоуглеродистого металла стойкость подины ухуд­ шается за счет большего восстановления окислов. Для разливки высокоуглеродистого металла не требуется высокая температура перегрева, поэтому при неправильной наводке шлак получается менее жидкоподвижным и при выпуске плавки оседает на поди­ не, приводя к ее износу или зарастанию.

Зарастание подины отрицательно сказывается на ее стойко­ сти, так как образующиеся в заросших участках ферриты каль­ ция обладают незначительной огнеупорностью и во время плавки выщелачиваются, способствуя образованию «ложных» ям. После выпуска плавки подина как бы изрыта многочисленными ямами, которые в действительности расположены не в магнезитовой на­ варке, а в заросших участках. Поскольку глубина таких ям мо­ жет быть весьма большой (при сильной зарощенности подины), то они вводят в заблуждение сталевара об истинном износе навар­ ки, что зачастую приводит к преждевременной остановке печей на ремонт подины. Следует отметить, что образование «ложных» ям неизбежно влечет за собой и увеличение износа магнезито­ вой наварки за счет местных перенасыщений ее окислами и силикатами.

При выплавке малоуглеродистых плавок (08 кп, трансформа­ торной и др.) с содержаниемуглерода ниже 0,1% стойкость на­ варки ухудшается за счет сильного насыщения ее окислами при высокой температуре перегрева стали. При этом в результате на­ сыщения периклаза окислами огнеупорность периклаза и твер­ дых растворов магнезиоферрита и магнезиовюстита понижается настолько, что они размягчаются и наварка смывается метал­ лом. После длительной доводки низкоуглеродистой перегретой плавки подина нередко оказывается «распаренной», мягкой, в виде густого шлака.

Значительное разрушающее воздействие на наварку оказыва­ ют печные газы, омывающие ее в период простоев незагружен­ ных печей или заправки. Исследование, проведенное В. А. Стар­ цевым на печах Чусовского завода (табл. 1), подтверждает зна­ чительное изменение химического состава наварки в период за­ правки в сторону увеличения содержания окислов железа (до 44% и более) и общего понижения огнеупорности [1].

Проф. П. С. Мамыкин отмечает два отрицательных свойства магнезиоферрита: 1) способность вызывать внутренние напряже-

10

Таблица

Изменение химического состава поверхностного слоя подины по ходу плавки

вусловиях восстановительной атмосферы.

Впроцессе плавок в зернах периклаза образуются многочис­ ленные радиально направленные трещины, что связано с нали­ чием в зернах периклаза неравномерной концентрации магнезиовюстита и магнезиоферрита. В процессе плавки в трещины про­ никают легкоплавкие расплавы и окислы, которые, вступая в

твердые растворы, увеличиваются в объеме, расширяя трещины. В период доводки плавки, а также при взаимодействии с поди­ ной расплавленного чугуна происходит восстановление магнезио­ феррита и магнезиовюстита с уменьшением объема, что способ­ ствует «открыванию» трещин для новых порций расплавов и жидкого металла. Такие чередующиеся восстановительные и окислительные процессы вызывают постепенное раздробление и расшатывание зерен периклаза, что, в конечном счете, ослабляет их взаимную связь и вызывает отрыв от монолита и всплывание в шлак.

Особо следует отметить влияние на износ наварки образую­ щихся на подине застоев металла.

Во время завалки шихты оставшийся на подине металл за­ стывает. В конце периода плавления и часто во время доводки застывший металл расплавляется. Сильное бурление, возникаю­ щее при этом, вызывает интенсивное механическое размывание подины жидкой сталью.

На стойкость подин влияет также качество заправочных ма­ териалов, способ и качество заправки и ремонта подин, качество шихты и способ ее завалки, способы раскисления и т. п.

н

2. Материалы для заправки печей

Магнезитовый порошок. В зависимости от химиче­ ского состава магнезитовый порошок подразделяется на два класса: I и II. В порошке I класса нижний предел содержания MgO равен 88%. Содержание примесей, понижающих огнеупор­

подразделяется на марки: «Экстра» — МПЭ, крупный—МПК, мелкий—МПМ и др. Лучшим считается магнезитовый порошок МПЭ, однако ввиду дефицитности применение его ограничено. Более широко применяются порошки МПК, МПМ.

Доломит металлургический (сырой). Доломит — горная порода, основу которой составляет двойное соединение СаСОз. MgCO3. Кроме того, в доломите содержится значитель­ ное количество примесей (кремнезема, окислов железа и др.).

Важнейшим компонентом доломита является магнезия (MgO), в зависимости от содержания которой, а также от сум­ мы примесей (SiO2, AI2O3, Fe2O3, Мп О4), понижающих темпе­ ратуру плавления доломита, последний делится на три класса. Содержание магнезии в доломите должно быть не менее: в до­ ломите I класса — 19%, II класса — 17%, III класса — 10% и кремнезема, соответственно классам, не более 5, 6, 7%*.

Крупным недостатком доломита как заправочного материала следует считать высокое содержание СаО, которая, взаимодейст­ вуя с окислами железа, образует легкоплавкие соединения — ферриты кальция, выщелачивающиеся из наварки и приводящие к ускоренному переходу доломитовой наварки в шлак.

Предприятия Свердловского совнархоза снабжаются доломи­

12

Хромит. Руда хромистый железняк, или хромит, в чистом виде представляет соединение FeO ■ СГ2О3, обладающее доста­ точно высокой огнеупорностью (температура плавления 1780°). Основное свойство хромитовой руды — способность противо­ стоять действию шлаков и термостойкость — обусловливает ши­ рокое применение этого огнеупорного материала для ухода за печами.

3. Заправка

Заправка представляет собой комплекс операций, необходи­ мых для поддержания рабочего пространства печей в состоянии, обеспечивающем безаварийную работу, высокую стойкость и не­ обходимое качество выплавляемой стали. Продолжительность заправки должна быть по возможности сокращена, для чего многие ее операции совмещают с различными технологическими периодами плавки. Заправка проводится;

1)в период от начала выпуска металла из печи до начала завалки шихты (собственно заправка, учитываемая как простой­ ное время);

2)в период завалки и прогрева шихты;

3)в период плавления;

4)в период.доводки металла.

Сокращение длительности заправки может быть полезно лишь до определенного предела. Минимальная продолжительность за­ правки определяется прежде всего длительностью выхода метал­ ла и шлака из печи, степенью износа наварки и организацией процесса заправки, принятой на данном предприятии. Чрезмерно быстрая заправка, не обеспеченная соответствующей организаци­ ей и механизацией, неизбежно ведет к увеличению износа печей и простоев их на ремонтах подин.

Успех проведения заправки обеспечивается, в первую оче­ редь, заблаговременной подготовкой к ней. Наличие необходимо­ го количества заправочных материалов, инструмента, правильная расстановка людей перед началом заправки определяют продол­ жительность и качество заправки печей. Подготовка к заправке на различных предприятиях производится по-разному, исходя из условий работы каждого цеха.

На НТМК заправочные материалы грузят в бункер заправоч­ ной машины, которую строго по графику подают к печи. Зара­ нее готовится необходимый инструмент, проверяется исправность заправочной машины. К патрубкам кислородопровода при помо­ щи шлангов подсоединяют трубы для возможной очистки поди­ ны от остатков шлака и металла.

На заводах, где заправка производится вручную, подготовка к ней имеет свои особенности. К моменту расплавления подают и высыпают на рабочую плоЩадку заправочные материалы, го­ товят 2—3 деревянных гребка, смачивают водой хромитовый по­ рошок, предназначенный для закрытия сталевыпускного отвер-

13

стия. За 5—7 мин. до выпуска плавки на заправку печи посыла­

дольные и поперечные откосы, соприкасающиеся на протяжении почти всей плавки со шлаком. В результате растворения и пе­ рехода в шлак магнезитовой наварки и кладки на уровне шла­ ка образуется борозда или «шлаковый пояс». Заправка шлако­ вого пояса и стен выше уровня шлака производится магнези­ товым порошком или дробленым доломитом и обычно совме­ щается с доводкой плавки.

На НТМК, где стойкость печей наилучшая, заправка задней стенки производится во время периода чистого кипения при по-

Рис. 1. Конструкция скошенной передней стенки печей МК им. Серова (пунктиром показана обычная конфигурация передней стенки).

мощи заправочной машины. К этому времени шлак перестает пениться и оседает, обнажая изношенные участки стенки и от­ косов. Заправка продольных и поперечных откосов производится во время выпуска плавки, по мере понижения уровня шлака.

При образовании в передних углах поперечных откосов ям последние весьма тяжело поддаются очистке. Для облегчения очистки и заправки, а также для удобства осмотра этих трудно­ доступных участков на некоторых заводах переднюю стенку де­ лают скошенной (рис. 1).

Внимательный уход необходим за верхней частью переднего откоса и нижней частью столбиков передней стенки, так как их служба связана с резкими колебаниями температуры за счет подсоса холодного воздуха через завалочные окна. Кроме того, эти элементы ванны нелегко осматривать и неудобно заправ­ лять. На НТМК откос и основания столбиков заправляют магне­ зитовым порошком с помощью заправочной машины и отража-

14

тельной ложки, на остальных заводах — вручную сырым доло­ митом или смесью доломита и магнезитового порошка. На ВИЗе, Ревдинском, СМ3 и других заводах для заправки переднего от­ коса доломит, обожженный на порогах завалочных окон, при по­ мощи завалочной машины сталкивают в печь.

На НТМК сталкивание насыпных порогов в печь не произво­ дится. Доломит с порогов сгребают завалочной машиной на спе­ циальные, подвешиваемые длинными цепями к крюку крана, лотки или на рабочую площадку, в противном случае передняя стенка неизбежно зарастает.

При заправке большое внимание уделяется поддержанию профиля ванны, обеспечивающего быстрый и полный сход ме­ талла и шлака из печи и возможность работы с полновесной садкой. В случае образования застоев на откосах (продольных и поперечных) остатки шлака и металла удаляют с помощью кислорода или сжатого воздуха, а очищенное от застоя обнижение подсыпают магнезитовым порошком и ошлаковывают окали­ ной. На операцию подварки требуется 20—30 мин., поэтому обыч­ но ее совмещают с завалкой. Шихту на подвариваемые места за­ валивают в последнюю очередь. Такой способ заправки весьма целесообразен, так как без заметного увеличения длительности ее ванна поддерживается в хорошем состоянии. Если величина застоя, образовавшегося на подине, незначительна, очистку не про­ изводят. Удаление шлака облегчается принятым порядком завал­ ки руды. При завалке руды в 1-е и 5-е окна шлак и отчасти ос­ татки металла отжимают к центру печи. Затем руду заваливают во 2-е и 4-е окна, чем еще больше оттесняют остатки шлака к отверстию, способствуя более полному очищению подины и, на­ конец, последние порции руды дают в среднее окно на отвер­ стие. Только после этого приступают к закрыванию отверстия.

На МК им. Серова удаляют даже мелкие застои. Ввиду не­ достаточного давления сжатого воздуха (3,5—3,7 ати) на очи­ стку обнижений от застоев металла и шлака тратится 30— 40 мин., т. е. все время, отводимое на заправку. Таким образом, на подварку очищенных мест времени не остается и при заправ­ ке печи на следующей плавке операцию очистки обнижений по­ вторяют снова. Этим объясняются значительные простои печей комбината на заправках печей.

В процессе службы подины, наряду с износом, имеет место зарастание наварки по всей поверхности или в отдельных местах, с образованием бугров, ложных ям, перевалов и т. п. Зараста­ ние наварки приводит к искажению формы ванны, потерям ме­ талла, увеличению износа отдельных участков основной наварки, нарушению технологии плавки и другим последствиям. Поэтому при обнаружении на подине бугров и перевалов, препятствую­ щих нормальному сходу металла и шлака из печи, их срезают кислородом или травят окалиной. От применения для этой цели песка сталеплавильщики НТМК отказались, так как стекающие

15

с бугра легкоплавкие соединения, насыщенные окислами крем­ ния, травят наварку, образуя углубления, борозды и участки наварки, обогащенные легкоплавкими силикатами, понижающи­ ми стойкость подины.

Весьма ответственной операцией является заправка порогов. Перед заправкой пороги должны быть тщательно очищены от остатков металла, так как последний может явиться причиной аварийного ухода плавки. На НТМК заправка порогов произво­ дится дробленым сырым доломитом из специального бункера с лотком, на край порогов предварительно вручную наносят слой магнезита — «гребешки». Расход доломита составляет 22—26 кг/т. На СМ3, ВИЗе, и других заводах заправка порогов ведется вручную. Перед подсыпкой очищенный порог слегка просушива­ ют магнезитовым порошком, после чего подсыпают вперемежку доломитом и магнезитом. Иногда для подсыпки применяют из­ вестняк.

Тепловой режим заправки

В настоящее время всеми сталеплавильщиками признано бес­ спорным значительное влияние теплового режима периода за­ правки на производительность и другие показатели работы пе­ чей. Этому вопросу посвящены многочисленные исследования. В частности М. И. Панфилов, анализируя скоростные плавки, указывает на необходимость иметь во время заправки печи теп­ ловую нагрузку, равную или даже большую, чем тепловая на­ грузка периода доводки [2]. Однако заправка при ' чрезмерно высокой тепловой нагрузке имеет ряд недостатков.

В случае заправки печей при высоких тепловых нагрузках с отходящими газами уносится значительное количество пылевид­ ных фракций, содержание которых в порошке достигает иногда 30—50%. Это ведет к заносу насадок и преждевременному ухуд­ шению работы печей (старению).

Для уменьшения пылеуноса решением Всесоюзного совеща­ ния сталеплавильщиков, состоявшегося в 1957 г. в г. Свердлов­ ске, рекомендуется заправку проводить при полностью отключен­ ных газе и воздухе, несмотря на то, что при этом неизбежно должно происходить остывание печи и связанное с этим повыше­ ние расхода топлива и продолжительности плавки. Как показы­ вает практика передовых заводов, такую рекомендацию следует признать ошибочной.

При выплавке стали в печах с основными сводами к концу плавки кладка печи, как правило, бывает очень сильно разогре­ та. Температура свода достигает 1730—1750°. После выпуска металла факел смещается, приближаясь к подине. Излучение теп­ ла на наварку подины резко возрастает, приводя к перегреву ее, размягчению, насыщению газами и понижению стойкости. Кроме того, чрезмерно высокая температура в печи приводит к ухуд-

16

тению условий труда при заправке, что, в свою очередь, неблаоприятно отражается на качестве заправки.

Пониженная тепловая нагрузка в период заправки не ком­ пенсирует больших потерь тепла, вызываемых подсосами холод­ ного воздуха через открытые окна и охлаждением стен рабоче­ го пространства заправочными материалами. Потерянное во вре­ мя заправки тепло в процессе завалки восстанавливается мед­ ленно, поэтому длительность плавок и расход топлива несколько увеличиваются. Это особенно справедливо для печей малого тоннажа. Кроме того, резко ухудшается приваривание заправоч­ ных материалов к заправляемым участкам.

Исходя из вышеизложенного, заправка при чрезмерно высо­ ких тепловых нагрузках, как и при пониженных, не может обес­ печить необходимой стойкости печей. Практически тепловая на­ грузка в период заправки незначительно снижается или остается на уровне периода доводки (табл. 3).

Таблица 3

Тепловые нагрузки периода заправки (ХЮ’ ккал!ча()

.показатели по стойкости подин, показывает, что тепловая нагруз­ ка в период заправки должна составлять 0,82—0,94 нагрузки в

| ГОО. ПУБЛИЧНАЯ I A ( I ХЕ

период доводки (рис. 2). При этом обеспечивается поддержание температуры рабочего пространства на достигнутом во время до­ водки уровне. Наблюдение за состоянием подины и качеством

б.О

д и Л Среднегодовые простои большегрузны! пеней на ремонта! подин

Q w О То же для пеней средней ёмкости

■ и • То же дпа пеней папой ёмкости

Рис. 2. Зависимость стойкости подины от тепловой нагрузки в период заправки.

заправки осуществляется во время перекидок клапанов или пу­ тем кратковременного снижения расхода топлива.

4. Уход за столбиками

Износ столбиков обусловлен тяжелыми условиями их служ­ бы. Основными факторами, вызывающими износ, являются:

1)размывающее действие шлака и факела;

2)резкое колебание температуры за счет подсоса холодного

воздуха, особенно в период завалки; 3) повреждение кладки столбиков во время работы завалоч­

ной машины или завалочного крана; 4) попадание влаги на кладку столбиков при повреждении

или прогаре рам завалочных окон.

Факел несет с собой значительное количество плавильной пы­ ли, основной составляющей которой являются окислы железа. Внедряясь в поры магнезитового кирпича, окислы железа насы­ щают его, понижая огнеупорность. Кроме того, под действием кинетической энергии удара мелких частичек пыли магнезито-

18