Магнезиальные огнеупоры
Хорошавин Л.Б. и др.
Интермет Инжиниринг, 2001 г.
Уровни технологии применения огнеупоров
Технология применения огнеупоров включает в себя следующие последовательные уровни:
1) расчет и проектирование конструкции магнезиальных футеровок нового поколения, имеющими высокие теплоизоляционные и износоустойчивые свойства с обязательной экологической оценкой.
Конструкции магнезиальных футеровок различны в зависимости от мест службы, например:
— однослойные из магнезиальных огнеупоров — своды сталеплавильных печей, футеровки вращающихся печей;
— двухслойные (один слой волокнистый из алюмосиликатных теплоизоляционных изделий, а рабочий — из магнезиальных огнеупоров) — печи цветной металлургии, нагревательные и туннельные печи;
— многослойные (один слой волокнистый, два слоя из алюмосиликатных теплоизоляционных изделий, а рабочий — из периклазоуглеродных, периклазошпинельных, периклазоизвестковых и других огнеупоров или из магнезиальных огнеупоров);
— сталеразливочные ковши, установки «печь-ковш» (из кованых магнезиальных огнеупоров);
— рабочий слой промежуточных ковшей целесообразно делать монолитным из литых магнезиальных бетонов.
Магнезиальные футеровки из безобжиговых и обожженных кованых изделий необходимо обязательно выкладывать на безводных мертелях обычного или экзотермического состава. Применение водных мертелей недопустимо ввиду образования брусита Mg(OH)2, сопровождающегося увеличением объема примерно в 2 раза и, следовательно, рассыпания магнезиальных изделий в процессе разогрева и службы.
Применение безводных мертелей (на органических связках) позволяет:
— уплотнить футеровку и исключить просасывание газов;
— ускорить разогрев футеровок ввиду того, что мертели являются компенсаторами термических напряжений;
— повысить износоустойчивость футеровок на 25—50 %. Особенно эффективно применение безводных экзотермических магнезиальных мертелей: температура экзотермической реакции в железном термите достигает 2400 °С, в швах образуется прочный сросток шпинели MgAl2О4, существенно повышающий износоустойчивость магнезиальных футеровок.
К мертелям нового поколения относятся также магнезиальные СВС-мертели.
В ряде случаев, когда периклаз защищен органическими связками, например в периклазоуглеродных изделиях, их кладку целесообразно проводить на высокоглиноземистых и корундовых мертелях марок ММК-62, ММК-72, ММК-82 и МК-90;
2) технологическая инструкция на кладку магнезиальных футеровок.Строгое соблюдение технологической инструкции по кладке футеровок, тщательное изготовление кладки, учет особенностей службы футеровок различных тепловых агрегатов является определяющим фактором их высокой износоустойчивости. Особо важное значение эти факторы приобретают для футеровок, работающих под металлом в сталеплавильных печах и сталеразливочных ковшах.
Общими требованиями, предъявляемыми к кладке из изделий, является максимальная перевязка изделий, отсутствие вертикальных швов и пустых швов без мертеля.
Величина швов определяет качество кладки. Она должна быть оптимальной в зависимости от условий службы участка футеровки, вида применяемых изделий и состава мертелей. Так, для кладки футеровок сталеразливочных ковшей толщина швов должна быть не более 1 мм, для сводов сталеплавильных печей — не более 3 мм, для стен сталеплавильных печей — не более 5 мм и т.д. )
В раде случаев для футеровок, не соприкасающихся с металлом, применяют кладки с утолщенными швами до 20 мм. Дальнейшее утолщение швов приводит к комбинированным футеровкам из обожженных изделий и литых магнезиальных бетонов;
3) технологическая инструкция по разогреву магнезиальных футеровок.Сушку и первый разогрев бетонных футеровок проводят с учетом вида магнезиального бетона, его предварительной сушки, вида блочных футеровок и режима работы тепловых агрегатов. При этом должен быть выдержан средний температурный режим сушки и разогрева магнезиальных бетонных футеровок — подъем температуры со скоростью 30°/ч до 150—200 °С за 5—7 ч, затем выдержка при 150—200 °С в течение 2 ч; подъем температуры со скоростью 30°/ч до 600 °С за 13—15 ч, выдержка 8 ч при 600 °С. Дальнейший подъем температуры осуществляют со скоростью 40°/ч. Общая продолжительность сушки и разогрева магнезиальных футеровок составляет 1—2 сут.
Особенности режимов сушки и разогрева футеровок в зависимости от вида бетона следующие:
— для магнезиальноизвестковых бетонных футеровок требуется более медленный подъем температуры, особенно до 150—200 °С (со скоростью 15—20 °С/ч), более длительная выдержка при этой температуре (10—16 ч). Бетоны не выдерживают запаривания, необходима сильная вентиляция;
— магнезиальношпинельные и магнезиальносиликатные бетоны менее чувствительны к режимам сушки, их сушат за 16—24 ч. Футеровки из предварительно высушенных прессованных изделий можно разогревать или быстро в стенах электросталеплавильных печей, или за 8—12 ч в сталеразли-вочных ковшах; из-за присутствия мертеля процесс идет ускоренно;
— магнезиальноуглеродные футеровки тепловых агрегатов требуют наиболее резкого подъема температуры для лучшего коксования органической связки и формирования коксового сростка. Эти футеровки сдают в эксплуатацию без сушки или разогрева (например, в электросталеплавильных печах) или после 4-часового периода коксования (например, в конвертерах). При медленном разогреве (например, в мартеновских печах) магнезиальноуглеродные футеровки рассыпаются.
При этом футеровки из литых магнезиальных блоков целесообразно разогревать по приведенному среднему режиму разогрева, а монолитные футеровки (из литых бетонов) по более плавному режиму: выдержка в течение суток в опалубке, подъем температуры до 150—200 °С со скоростью 15—20 °С/ч, снова выдержка при этой температуре 8—10 ч с сильной вентиляцией воздуха и затем подъем температур со скоростью 30—40 °С/ч до рабочих.
Магнезиальные футеровки из обожженных изделий обычно разогревают за 2 ч до 150—200 °С, выдерживают при этой температуре 3—4 ч, затем разогревают со скоростью примерно 100 °С/ч до рабочих температур.
Для сокращения продолжительности разогрева футеровок из обожженных изделий их кладку производят на мертелях, являющихся компенсаторами термических напряжений;
4) технологическая инструкция по первому периоду службы огнеупоров и особенностям их последующей эксплуатации.Первый период службы (первые плавки, разливка металла, обжиг цемента и другой продукции) является решающим для износоустойчивости огнеупорных футеровок. Особенности первого периода службы футеровок определяются условиями их эксплуатации и видом применяемых огнеупоров.
Так, первые 1—3 плавки в конвертерах и электросталеплавильных печах с периклазоуглеродными футеровками необходимо обязательно проводить со вспененным коксиком шлаком и минимальным расходом кислорода для полного ошлакования футеровок. Образующийся при этом шлаковый гар-ниссаж препятствует выгоранию углерода из периклазоуглеродных изделий и существенно повышает их износоустойчивость. Температура первых плавок должна быть по возможности наиболее низкой, а сами плавки необходимо считать промывочными.
Футеровки сталеразливочных ковшей из периклазоуглеродных изделий перед разогревом необходимо обязательно обмазывать (торкретировать) кладочным мертелем, что резко сократит выгорание углерода из изделий. Первые 1—3 плавки необходимо выпускать с наиболее высокой температурой, так как магнезиальные огнеупоры обладают повышенной теплоемкостью. Это исключит самое опасное для этих футеровок — их «закозление». При этом для ковшей обязательно необходимо иметь теплоизоляционные крышки.
При дальнейшей эксплуатации для периклазоуглеродных футеровок желательно иметь наименее активные и малоокисленные шлаки.
Футеровки вращающихся печей при применении в зонах спекания периклазошпинельных, периклазоизвестковых и периклазоциркониевых изделий необходимо разогревать на 50—100 °С выше обычной температуры и первые тонны цемента выпускать при этой температуре для лучшего образования обмазки. После формирования прочной обмазки, определяющей износоустойчивость футеровок, температуру снижают до рабочей. В процессе дальнейшей эксплуатации футеровок вращающихся печей не допускается работа без обмазок или их скола.
Так, для каждого теплового агрегата и вида огнеупоров определяются и включаются в технологическую инструкцию особенности их эксплуатации;
5) технологическая инструкция по полному использованию огнеупоров после службы— вторичных огнеупоров.Безотходная служба огнеупоров означает их полный износ. Поэтому все огнеупоры после службы вторично используют для кладки новых футеровок этих же тепловых агрегатов.
Вторичные огнеупоры для их 100 %-ного износа используют при: прямой кладке рабочих зон футеровок на магнезиальных мертелях; подварке футеровок, конвертеров или применение вторичных изделий в смеси с периклазовым порошком для заправки электросталеплавильных печей; дроблении и помоле вторичных огнеупоров до различных фракций:
1) 15—0 мм — заполнитель для магнезиальных бетонов;
2) 5—0 мм, 3—0 мм и 1—0 мм — заправочные массы, торкрет-массы, добавки до 25 % к шихтам для ковки и прессования изделий, изготовления бетонных монолитных футеровок, блоков и производства новых кованых изделий;
3) менее 0,063 мм — тонкомолотая смесь для экзотермических мертелей, обмазок, покрытий и цементов.
Такое комплексное использование вторичных огнеупоров является наиболее экономически выгодным
6) комплектная поставка огнеупоров различных марок и типоразмеров. Только после наличия полной технической документации приступают к комплектному получению огнеупоров необходимого высокого качества.
Поставляемые огнеупоры должны обязательно проходить входной контроль и в случае несоответствия качества изготовитель подвергается экономическим санкциям, предусмотренным контрактом. Это позволит прекратить применение потребителями бракованных огнеупоров;
7) компьютерный контроль за выполнением технической документации и за службой огнеупоров.Техническая документация заносится в компьютерную программу, параметры службы огнеупоров также постоянно заносятся в компьютер и систематически контролируются.
В итоге потребителям огнеупоров выдается полная техническая документация комплектной поставкой огнеупоров:
— расчет и проект магнезиальных футеровок с обязательной экологической оценкой;
— технологическая инструкция по кладке магнезиальных футеровок;
— технологическая инструкция по разогреву футеровок;
— технологическая инструкция по первому периоду службы огнеупоров и особенностям их последующей эксплуатации;
— технологическая инструкция по полному использованию огнеупоров после службы;
— комплектная поставка огнеупоров различных марок и типоразмеров;
— компьютерный контроль за выполнением технической документации и за службой огнеупоров.
По мере освоения производства огнеупоров нового поколения техническая документация периодически пересматривается в сторону повышения коэффициента оптимальности футеровок Копи ΔΚοп.
При этом обязательным является исследование механизма износа каждого вида огнеупоров с целью его дальнейшего совершенствования.
Преимущества компьютерной технологии применения огнеупоров по сравнению с существующим применением следующие:
— повышение экологической безопасности службы огнеупоров;
— высокая износоустойчивость и теплоизоляционность футеровок;
— безотходность применения огнеупоров, их полный 100%-ный износ в процессе службы;
— компьютерный контроль за службой огнеупоров;
— сокращение удельного расхода огнеупоров.
Таким образом, переход на компьютерную технологию производства и применение огнеупоров означает новый уровень развития огнеупоров.