ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПРИ СЛУЖБЕ ДИНАСОВЫХ ОГНЕУПОРОВ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧАХ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА

Из динаса выполняют кладку коксовых печей, стены и своды нижнего строения мартеновских печей, своды малых мартеновских и электросталеплавильных печей, печей цветной металлургии (отражательных), стеклова­ренных и некоторых других.

Широкое применение динаса в качестве сводового материала объясняется прежде всего тем, что динас в службе не дает усадки, а при температурах выше 600° С его термическое расширение ничтожно. Поэтому тепло­вое расширение по внутреннему и наружному радиусам свода почти одинаково, что повышает устойчивость сво­да. Но сравнительно невысокая огнеупорность динаса не позволяет интенсифицировать работу металлургиче­ских печей путем увеличения температуры в них.

При службе динаса в печах в нем происходят слож­ные процессы: полиморфные превращения минералов кремнезема, рост кристаллов, образование расплава и пе­ремещение его из горячих зон в холодные с одновремен­ной кристаллизацией разных силикатов. Эти явления ос­ложняются воздействием на динас шлаков плавильного, пространства печей, паров железа, плавильной пыли и газов и существенно зависят от перепада температур между горячим и холодным концами изделия.

Наличие температурного градиента приводит к тому, что в службе динас приобретает зональное строение. Ди­насовые изделия, служившие в своде мартеновской печи, имеют четыре зоны: 1) неперерожденную светло-желтую, 2) переходную светло-бурую, 3) тридимитовую черную и 4) кристобалитовую светло-серую.

Неперерожденной зона называется потому, что она;

Не подвергается в службе каким-либо заметным допол­нительным изменениям и имеет химический и фазовый состав исходного динаса.

Переходная зона по микроструктуре и минералоги­ческому составу примыкает к неперерожденной; она от­личается от нее лучшей, более крупной кристаллизацией тридимита и псевдоволластонита, большой метакристо - балитизацией обломков кварца и некоторой его триди- митизацией, большим количеством стекловидной фазы и частичной ее кристаллизацией.

Для тридимитовой зоны характерно наличие большо­го количества хорошо развитых кристаллов тридимита, бурого сильно железистого стекла, силикатов железа и ортосиликатов других металлов и скелетных кристаллов магнетита. Метасиликатов и псевдоволластонита нет.

Самая горячая кристобалитовая зона имеет равно - мернозернистую плотную структуру; тридимит исходного динаса здесь почти полностью перекристаллизовался в стабильный, устойчивый выше 1470° С кристобалит. В заметных количествах содержится также магнетит.

Химический анализ отдельных зон динаса из свода основной мартеновской печи показывает, что Ті02, А12Оз и СаО собираются преимущественно в переходной зоне, a Fe203, FeO и МпО в большом количестве концентри­руются в тридимитовой. В самой горячей кристобалито - вой зоне сумма плавней обычно меньше, чем в переход-, ной и тридимитовой. Иногда их меньше, чем в исходном динасе, поэтому кристобалитовая зона оказывается впол­не огнеупорной.

Динас с плотной структурой зон изнашивается в сво­дах печей обычно путем постепенного оплавления. Ди­нас с рыхлой структурой зон и слабо развитой кристоба - литовой зоной изнашивается путем обрывов больших кусков горячей зоны либо путем местного выплавления, что приводит к образованию в горячей зоне каверн диа­метром 15—25 и глубиной 25—30 мм. Структура зон за­висит в основном от свойств изделий, их минералогичес­кого и химического составов и плотности. * Динасовые изделия широко используют в воздухона­гревателях доменных печей при подогреве воздуха до 1400° С. Основные преимущества динаса в условиях воз­духонагревателей: устойчивость к деформации при по­вышенных температурах, отсутствие дополнительной усадки при высоких температурах и низкий коэффици-

Ент термического расширения от 600° С и выше. Недо­статками динаса как насадочного материала являются его низкая объемная плотность и невысокий коэффищн ент теплопроводности.

В настоящее время установлено, что для увеличени стойкости динаса при воздействии на него железистых шлаков необходимо: 1) значительно повысить в нем со­держание кремнезема и, что особенно важно, снизит^ содержание А120з; 2) резко уменьшить пористость и раз­меры пор;

3) устранить разрыхление при высоких температурах.

Высококачественный динас должен обладать всеми этими свойствами одновременно, т. е. динас должен быть высокоплотным и высококремнеземистым. Повышение содержания Si02 в динасе достигается применением чи­стых кварцитов с весьма малым содержанием примесей при одновременном уменьшении количества добавляемых минерализаторов.

Снизить пористость динаса можно, применяя при его изготовлении более высокое прессовое давление, вибро­уплотнение или прессотрамбование до получения сырца с объемной плотностью, например 2,4 г/см3, и кажущейся пористостью 12—13%. Режим обжига подбирают так, чтобы разрыхления в обжиге совсем не было или не пре­вышало 0,5%. Высокоплотный и высококремнеземистый динас производства Первоуральского динасового завода является преимущественно кристобалитовым (непере­рожденного кварца около 10%), содержит более 97% Si02, прочность при комнатной температуре более 60 МПа и при 1600° С 17 МПа, газопроницаемость почти на два порядка ниже, чем у обычного динаса, теплопроводность 1, 86 Вт/(м-К)[15].

Динас для воздухонагревателей доменных печей дол­жен содержать неперерожденного кварца не более 5%.

Дальнейшее повышение динаса для высокотемпера­турных воздухонагревателей возможно за счет использо­вания масс крупностью ниже 2 мм (вместо применяемы ниже 3 мм) и минерализатора с Fe203: СаО= (2—4) : (вместо используемого 1:1) ив меньшем количест (3 вместо 4—4,5%). Эти технологические мероприяти
повысят содержание кремнезема, облегчат перерождение кварца, обеспечат неразрыхляемость динаса при высоких температурах. Для повышения качества коксового дина­са необходимо исключать из шихты бой динаса, увели^ чивать содержание фракции <0,55 мм и особенно ча­стиц <0,088 мм.

Добавки, способствующие хорошему спеканию дина­са и его тридимитизации, также повышают его сопротив­ление истиранию; с увеличением содержания кристоба - лита сопротивление истиранию понижается. Следова­тельно, улучшенный динас для коксовых печей должен быть высокоплотным тридимитовым динасом (ВПТ) с плотностью <2,34[16].

Динас для простенков должен обладать высокой теп­лопроводностью, низкой газопроницаемостью и обеспе­чивать строительную прочность стен камеры высотой до 8 м.

Теплопроводность динаса повышается до 2,3 Вт/(мХ ХК) благодаря снижению пористости до 10%. и введе­нию добавок, способствующих тридимитизации и образо­ванию прямых связей кристаллов.

Дальнейшая интенсификация коксования идет по пу­ти повышения температур. Для этого необходимо сни­зить испаряемость диоксида кремния в динасе или заме­нить динас в простенках печей на более устойчивые и более теплопроводные огнеупоры —корундовые или магнезитовые.

На динасовых заводах освоено производство изделий для кладки коксовых батарей с камерами коксования объемом более 41 м3 и суммарной мощности свыше 1 млн. т кокса в год. Для кладки третьей и четвертой зон камер коксования выпускается динас с плотностью не более 2,34 и 2,35 г/см3, дополнительным ростом при выдержке 2 ч и температуре 1450° С не более 0,2%. и ка­жущейся пористостью не более 19%.