Теоретические основы процессов взаимодействия в системах металлургических огнеупоров. Учебное пособие

Следует отметить, что износ патрубков также связан с пропиткой футеровки шлаками с образованием легкоплавких силикатов типа монтичеллита, мервинита и шпинелидов герценитового ряда.

Повышение стойкости футеровки установок циркуляционного вакуумирования стали достигается применением высокоплотных магнезиальношпинелидных огнеупоров с очень низким содержанием кремнезема (до 0,5%) при правильно организованной их микроструктуре.

Наиболее эффективны огнеупоры, обладающие преимущественно непроницаемыми для шлака порами диаметром до 7 мкм, что уменьшает пропитку шлаком. Такие изделия могут быть изготовлены при тщательно выбранном гранулометрическом составе шихт на основе плавленого периклазового зерна или спеченных порошков. Для получения изделий из плавленых порошков пористостью 12-16% требуется обжиг при температуре

1900-1950°С. Температура обжига огнеупоров из спеченных порошков может быть несколько ниже (1750-1900°С). Благодаря согласованному дополнительному спеканию в присутствии минерализаторов (TiO2, Fe2O3 и др.)

может быть достигнута общая пористость огнеупоров из спеченных порошков

10-14%. При содержании в магнезиальном огнеупоре 0,5-1,0% ТiO2 и 6-15% Fe2O3

достигается уникально высокая термическая стойкость благодаря высокотемпературной пластичности смешанного шпинелида, образующего связь между зернами вюстита.

Большинство промышленных огнеупоров (исключая плавленые литые)

имеют поры значительно больше 7 мкм, в результате чего в огнеупор в условиях вакуума проникают агрессивные шлаки, преимущественно смешанные силикаты кальция и магния, такие как: монтичеллит CaMgSiO4,

мервинит 3СаО·МgО·SiO2, а также силикаты кальция.

Последние могут кристаллизоваться самостоятельно или также образуют легкоплавкие вышеназванные смешанные силикаты, кристаллизация которых в толще огнеупора связана с увеличением объема, что, в свою очередь, вызывает

51

и внутренние напряжения, и скалывания огнеупора при охлаждении футеровки

(рис. 7).

Аналогичные разрушения вызывает кристаллизация двухкальциевого силиката 2СаО·SiO2. При переходе -C2S → -C2S происходит уменьшение плотности и увеличение объема (11,4%). Для резкого увеличения стойкости успешно применяют нейтрализаторы шлака, увеличивающие его вязкость. Для стабилизации C2S рекомендованы комбинированные нейтрализаторы,

включающие 2% стабилизатора при содержании глинозема в корундовом нейтрализаторе КНШ 98% и в корундовомагнезиальном КМНШ 50%.

Эффективность применения нейтрализаторов шлака в установках циркуляционного вакуумирования заключается в снижении износа футеровки всасывающего патрубка, где скорость движения металло-шлако-газовой смеси наиболее высока вблизи входа металла в камеру. Выбор нейтрализаторов шлака осуществляется для каждого процесса индивидуально; он связан с рассмотрением диаграмм состояния систем шлак-тугоплавкий оксид (чаще всего Al2O3, Сr2О3, МgО или благородная шпинель). С целью выбора эффективного нейтрализатора изучают кривую плавкости системы и фазовый состав продуктов, образованных при кристаллизации расплава.

52

Рис. 7. Диаграмма состояния СаО-SiO2-MgO с нанесенными областями существования основных минералов в огнеупорах

В качестве иллюстрации сказанного может быть рассмотрена шлаковая система СаО-SiO2-МgО (см. рис. 7) и эта же система с добавкой 20% Аl2О3. При введении в шлак 20% Al2O3 вместо монтичеллита, имеющего температуру плавления 1430°С, кристаллизуется шпинель, температура плавления которой около 1600°С, т.е. выше температуры стали при вакуумировании. Шпинель образует на футеровке защитный слой, который следует возобновлять после каждой плавки, подавая на футеровку необходимое количество пористого нейтрализатора в виде гранул 1-10 мм.

53

ЗАДАНИЯ И ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Какие классы металлургических огнеупоров применяются в металлургических агрегатах?

2.Назовите главный компонент динасового кирпича.

3.Какие примеси снижают огнеупорность динасового кирпича?

4.Назовите два главных компонента алюмосиликатных огнеупоров.

5.Как влияют оксиды щелочных элементов на стойкость муллитокремнеземистых огнеупоров?

6.В чем причина расслаивания хромомагнезитового кирпича?

7.Каково соотношение хромовой руды и MgO в хромомагнезитовых и магнезитохромитовых огнеупорах?

8.Назовите три образующие фазы в хромомагнезитовых и магнезитохромитовых огнеупорах.

9.Напишите химическую формулу магнезиоферрита.

10.Напишите химическую формулу форстерита.

11.Какие примеси нежелательны в магнезиальных огнеупорах?

12.Почему CaO не является качественным огнеупорным материалом?

13.Как влияет глинозем на огнеупорность и склонность к разрушению форстеритовых огнеупоров?

14.При какой температуре кристобалит и муллит образуют эвтектику?

15.Каково содержание Al2O3 и SiO2 в шамоте высшего качества?

16.Что такое «периклаз»?

17.Какие процессы в агрегатах металлургического производства протекают в условиях низких давлений и высоких температур?

18.Каковы условия правильного выбора фазового состава огнеупоров для футеровки вакуумных агрегатов?

19.Перечислите огнеупоры в порядке уменьшения скорости их испарения в вакууме.

54

20.В каких случаях оправдано применение футеровки из ZrO2 при вакуумной обработке стали?

21.Почему становится возможным восстановление оксидов футеровки углеродом стали при её вакуумировании?

22.При соблюдении каких условий можно повысить срок службы огнеупоров в вакуумных установках?

23.Почему стационарный нагрев футеровки вакуум-камер графитовым нагревателем предпочтительнее газового обогрева?

24.При каких диаметрах пор огнеупоры становятся непроницаемыми для шлака в условиях низких давлений?

25.Почему циркониевые огнеупоры необходимо стабилизировать оксидом кальция? Почему циркониевые огнеупоры предпочтительнее цирконовых?

26.Какие фазы образуются в магнезиальных огнеупорах при их пропитке

шлаком?

27.Как зависит устойчивость футеровки от отношения Al2O3/SiO2?

28.С помощью каких добавок при производстве магнезиальных огнеупоров можно достичь общей пористости в 10-14%?

29.Какие нейтрализаторы шлака применяют для стабилизации ортосиликата кальция?

30.Напишите формулу монтичеллита. Во сколько раз снижается шлакоустойчивость огнеупоров при повышении температуры на 50ºС?

55

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Григорян, В.А. Теоретические основы электросталеплавильных процессов: учеб. для вузов / В.А. Григорян, Л.И. Белянчиков, А.Я. Стомахин. –

Москва: Металлургия, 1989. – 288 с.

2. Казачков, Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов: учеб.

пособие для вузов / Е.А. Казачков. – Москва: Металлургия, 1988. – 288 с.

3. Падерин, С.Н. Теория и расчеты металлургических систем и процессов:

учеб. пособие для вузов / С.Н. Падерин, В.В. Филиппов. – Москва: МИСИС,

2002. – 334 с.

4. Попель, С.И. Теория металлургических процессов: учеб. пособие для вузов / С.И. Попель, А.И. Сотников, В.И. Бороненков. – Москва: Металлургия,

1986. – 463 с.

5. Теория металлургических процессов: учебное пособие для вузов /

Д.И. Рыжонков, [и др.]. – Москва: Металлургия, 1989. – 392 с.

56

Учебное издание

Роготовский Александр Николаевич

Шипельников Алексей Александрович

Кравченко Татьяна Викторовна

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМАХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОГНЕУПОРОВ

Учебное пособие

Редактор М.Ю. Болгова

Подписано в печать 15.12.2014. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Объем 3,6 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №

Издательство Липецкого государственного технического университета. Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ.

398600 Липецк, ул. Московская, 30.

57