ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИМЕНЕНИИ ШАМОТНЫХ, ПОЛУКИСЛЫХ И КАОЛИНОВЫХ ИЗДЕЛИИ И ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ИХ КАЧЕСТВА

Шамотные, полукислые и каолиновые огнеупоры ши­роко применяются в соответствующих температурных зонах почти всех наиболее распространенных тепловых агрегатов. В процессе эксплуатации на поверхности кон­такта шамотных огнеупоров с агрессивной средой обра­зуется слой переменного состава из продуктов взаимо­действия реагентов среды (корродиентов) с огнеупорным материалом. Под таким слоем обычно находится дру­гой— уплотненный, фарфоровидный, толщиной в нес-- колько миллиметров. Шамотные, каолиновые и полукис­лые огнеупоры изнашиваются без скалывания, равно­мерно, путем оплавления, растворения и эрозии шлаком.

Служба в производстве чугуна. Доменные печи подразделяют на следующие конструктивные части: лещадь, горн с чугунной и шлаковой летками, зону воз­душных фурм, заплечики, распар, шахту и колошник.

По условиям работы огнеупоров в доменной печи обычно выделяют две зоны: 1) нижнюю — горн, район фурм, заплечики; условия службы огнеупоров в этой зоне характеризуются высокой температурой (1300—1800° С жидкого чугуна и шлаков, воздействующих на кладку длительная работа огнеупоров возможна лишь при водя ном охлаждении кладки печи;

2) верхнюю — распар, шахту и колошник; здесь нет особенно высоких температур (200—1300°С); в этой части огнеупоры подвергаются механическому износу и химической коррозии в результате воздействия газов и паров.

Лещадь в течение всей кампании покрыта жидким чугуном с температурой 1450—1500° С и подвергается значительному давлению — до 5-Ю2 кПа. При плохой кладке отдельные изделия вследствие меньшей сравни­тельно с чугуном плотности всплывают, и кладка разру­шается. Поэтому для кладки лещади требуются наиболее огнеупорные и плотные шамотные изделия с мини­мальной дополнительной усадкой при температуре службы.

В результате физико-химического взаимодействия шлаков с шамотной кладкой, охлаждаемой снаружи, на внутренней (рабочей) поверхности стенок распара, за­плечиков и горна образуется защитный слой из продук­тов взаимодействия шлаков с огнеупором, называемый' гарниссажем. В установившемся режиме при соответству­ющем охлаждении наступает равновесие между ско­ростью нарастания гарниссажа и скоростью его износа. Это позволяет работать при незначительной толщине кладки и способствует удлинению сроков службы футе­ровки.

В шахте доменной печи огнеупоры пропитываются па­рами цинка, образующимися при 800—1000°С в процессе восстановления оксида цинка, часто присутствующего в железных рудах. Отложение цинка в порах изделий и затем его окисление при 500°С приводит к разрыхлению структуры огнеупоров. Более сильное разрушение клад­ки шахты происходит при отложении в порах изделий сажистого углерода из газовой фазы.

Сажистый углерод с железом образует цементит Fe3C. • Образование цементита идет со значительным увеличени-: ем объема, чем и обусловливаются разрыхление и поте- ■ ря изделиями прочности, Следовательно, пористость, раз­мер пор, газопроницаемость и прочность изделий для верха доменной печи имеют первостепенное значение.

В нижней части доменной печи применяют плотные каолиновые изделия, в верхней — тоже каолиновые и плотные шамотные. Шамотные и каолиновые изделия подвергаются алмазной шлифовке для обеспечения до­пусков по размерам ±1 мм. (Расход алмаза составля­ет 24 карата на тонну изделий, карат=0,2 г.)

В воздухонагревателях доменных печей относительно быстрый износ и разрушение шамотной футеровки и на­садки возникают в верхней части. Внутренний слой ку­пола под влиянием высокой температуры в течение дли­тельного времени размягчается, и изделия вытягиваются в свисающие сталактиты, которые затем оплавляются и падают на насадку. Для купола верхней четверти насад­ки и стен камеры горения стандартом предусматривается применение изделий класса А (шамотных). Изделия класса Б (шамотные и полукислые) применяют для стен камеры горения и для 3/4 насадки снизу.

Продолжительность службы огнеупоров в доменной печи и воздухонагревателях составляет 10—16 лет.

Служба при разливке стали. Применяется три спосо­ба разливки стали: разливка сверху непосредственно из ковша в каждую изложницу (10—30 т), разливка сни­зу сифонным способом сразу в группу изложниц и неп­рерывное литье. При разливке сверху работают огнеупо­ры: ковшовые изделия, которыми футерован сталераз - ливочный ковш, стопорные трубки, пробка и стакан. При разливке снизу к этим изделиям добавляются воронка, литниковые трубки, звездочка, сифонные изделия.

Из всех изделий только ковшовая футеровка работа­ет более 10—15 плавок, обеспечивая многократно раз­ливку стали, остальные виды огнеупоров независимо от их качества служат лишь в течение одной разливки. Поэтому высокое качество этих изделий необходимо для предупреждений аварий при разливке стали и возможно меньшего попадания в нее неметаллических включений.

Сталь из мартеновской печи поступает в ковш при 1550—1600° С, поэтому все огнеупоры в ковше — футе­ровка, стопорные трубки, пробки, стаканы — в момент заливки подвергаются резкому термическому, удару. Следовательно, они должны быть термостойкими, при­чем наибольшие требования в этом отношении предъяв­ляют к пробкам и стопорным трубкам,

16-298 ?41

Разливка металла из ковша продолжается от 20 мин до 2 ч. Футеровка дна и нижней трети стен ковша наи­более длительное время находится в контакте с жидким металлом и работает в самых тяжелых условиях. Поэто­му футеровку делают по высоте ступенчатой, утолщен­ной в нижней трети.

На стойкость футеровки влияет количество вертикаль­ных швов, для сокращения которых применяют изде­лия специальной трапециевидной формы. С повышением кажущейся плотности шамотных огнеупоров уменьша­ется их шлакоразъедание. Высокую стойкость при служ­бе в ковше имеют каолиновые многошамотные огнеупо­ры. С успехом применяют также полукислые изделия, особенно расширяющиеся в службе. Наиболее перспек­тивной футеровкой ковшей является набивная или нане­сенная массометом кварцитовая футеровка.

Главное назначение стопорных трубок — предохра­нять металлический стержень, на который навинчивает­ся пробка, от чрезмерного разогрева жидким металлом, способным расплавить его. Очевидно, этому будет содей­ствовать малая теплопроводность, высокая термическая стойкость и огнеупорность стопорных трубок.

Пробка и стакан работают совместно в примерно одинаковых условиях. В ковше они должны образовывать плотный затвор, который получается плотнее, если проб­ка размягчается несколько больше, чем стакан. Специ­фическое требование, предъявляемое к стакану, заклю­чается в том, что он должен выпускать металл ровной струей в одинаковом по времени количестве, т. е. размы­ваться пропорционально уменьшению ферростатического напора стали в ковше.

В ковшах большой емкости применяют обычно маг4 незитовые стаканы и два стопорных устройства. ;

Использование сифонного припаса (воронок, литни­ковых трубок, звездочек, пролетного и концевого сифо­нов) не только однократно, но и кратковременно и про­исходит в течение 5—7 мин. Все сифонные изделия кон­тактируют только с расплавленным металлом, подвер­гаясь в момент заливки стали резкому нагреванию с внутренней стороны. Износ их заключается в растрес­кивании и шелушении при недостаточной термостой­кости и в размывании жидкой сталью. С целью повы­шения термостойкости сифонных трубок их обжигают при более низкой температуре (1200°С), чтобы избежать
образования большого количества нетермостойкой стей - лофазы. Качество, а следовательно, и степень размыва - емости рабочего канала литниковой системы зависят от химического состава и структуры изделий, температуры стали и длительности цикла разливки.

В СССР созданы машины для непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Принцип действия машин заклю­чается в том, что расплавленная сталь поступает в кри­сталлизатор, где благодаря интенсивному охлаждению кристаллизуется и образуется слиток, сечение которого равно сечению кристаллизатора (0,ЗХ1>5 м). Слиток не­прерывно вытягивается из кристаллизатора со скоро­стью, равной скорости кристаллизации. Слитки, получае­мые в этих машинах, более однородны по химическому составу и структуре, чем слитки, отливаемые в изложни­цы. Надежность работы МНЛЗ зависит рт стойкости применяемых огнеупоров.

Сталь из разливного ковша сначала поступает через обычное стопорное устройство (стопор—пробка—ста­кан) или через шиберное устройство (без стопора и пробки, см. рис. IX. 13) в промежуточный ковш, в кото­ром поддерживается необходимый и постоянный уровень металла. Из промежуточного ковша сталь через стакан - дозатор и шиберное устройство (или обычные стопор­ные устройства) поступает в кристаллизатор.

Дозирующее устройство должно подводить сталь в кристаллизатор компактной и стабильной струей посто­янного сечения без разбрызгивания; не допускается разъедание и затягивание стакана. Размывание или за­тягивание канала стакана зависит от физико-химичес­ких процессов в контактном слое огнеупор—сталь, от вязкости контактного слоя, и соотношения сил адгезии между контактным слоем, огнеупором и сталью. Соот­ношение этих факторов может создать четыре крайние случая: 1) образуется жидкотекучий контактный слой, который непрерывно смывается струей стали; 2) образу­ется вязкий контактный слой, адгезия которого к стали больше, чем к огнеупору, и поэтому слой будет увлекать­ся сталью; 3) образуется вязкий контактный слой, адге­зия которого к огнеупору больше, чем к стали — канал стакана в этом случае будет медленно затягиваться и 4) то же, что и третий случай, но при значительной ад­гезии контактного слоя к огнеупору — канал при этом будет сильно затягиваться.

6 зависимости от состава стали применяют разлпч ные стаканы: шамотные (трансформаторная сталь, спо койная), цирконовые (марганцовистые, кипящие углеро­дистые и стали с повышенным содержанием алюминия) корундовые и корундомуллитовые с 82% AI2O3 (особо агрессивные низкоуглеродистые кипящие стали). В слу чае использования циркона или корунда из этих матери­алов изготовляются вставки, а стакан делают шамотным

Из стакана-дозатора сталь поступает в стакан «под уровень». Этот стакан защищает сталь от окисления в контакте с воздухом и погружается несколько ниже уровня стали в кристаллизаторе. Сталь из этого стакана) выходит или вертикально вниз или в стороны под неко­торым углом.

Стаканы «под уровень» изготовляют графитошамот - ными, графитовысокоглиноземистыми, корундографито - выми или из кварцевого стекла.

В последнее время стакан-дозатор изготовляют как одно целое со стаканом, погруженным под уровень в кристаллизатор. В этом случае укрытие струи стали по­лучается более надежным. Такие стаканы имеют длину 950 мм, и их изготовление возможно только на установ­ках гидростатического прессования.

»