Служба огнеупоров в производстве чугуна
Применение огнеупоров в промышленных печах принято называть службой огнеупоров, которая включает:
Применение огнеупоров в промышленных печах принято называть службой огнеупоров, которая включает:
1) определение условий эксплуатации
(температура, время, состав газовой среды, механические напряжения, действие
различных интенсификаторов тепловых процессов и т. п.);
2) изучение
физико-механических и химико-минералогических процессов, происходящих в
огнеупорах под влиянием условий эксплуатации;
3) разработку мероприятий по
защите огнеупоров;
4) рекомендации по выбору и созданию новых огнеупоров,
свойства которых удовлетворяли бы условиям службы.
Доменная
печь.
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 выделяют
7 зон. Верхнюю часть называют колошником. Шахта
состоит из двух частей: верхней, неохлаждаемой, и нижней, водоохлаждаемой.
Затем идет распар — зона восстановления. В следующую зону — заплечики подается
дутье. Эта зона горения. Ниже находится цилиндрическая часть — горн, в верхней
части которого устроены шлаковые летки, а в нижней — чугунные. Дно печи —
лещадь. Максимальная температура зон: в верхней части шахты и в газопроводах
300—400 °С, в нижней части шахты 1200—1500, в заплечиках 1710—1750, в горне
1550—1600, лещади 1300, в желобе 1500°С.
Нижняя часть шихты и заплечики подвержены наибольшему
износу и эти участки печи определяют срок службы всей доменной печи. Основными
причинами износа здесь являются интенсивное воздействие шлаков, паров щелочей,
СО, цинка, колебания температур, абразивный износ шихтой и др. В этих условиях
даже муллитовые огнеупоры оказываются недостаточно стойкими. Поэтому применяют
огнеупоры с высоким содержанием глинозема: корундовые на муллитовой связке
(88—94 % А12O3, Потк= 15-13,5 %); корундовые на глиноземистой связке (88 %
А12O3, Потк= 13-16 %); корундохромитовые (92 % А1203,
7,5 % Сr2O3, Потк = 16-19%).
Пропитка огнеупоров парами цинка, образующимися при
800—1000°С в процессе восстановления оксида цинка, и отложение его в порах
огнеупора вызывают разрыхление огнеупора. Еще более сильное влияние оказывает
сажистый углерод, образующийся из газовой фазы, который с железом образует
цементит Fe3C. Образование
цементита идет с увеличением объема, чем и обусловливается разрыхление и потеря
изделиями прочности. Следовательно, пористость, размер пор, газопроницаемость и
прочность изделий для верха доменной печи имеют первостепенное значение. Здесь применяют
плотные шамотные и каолиновые огнеупоры.
Футеровку лещади и горна выполняют в основном из
углеродистых изделий. Лещадь в течение всей кампании докрыта жидким чугуном с
температурой 1450—1500 °С и подвергается значительному давлению — до 0,5 МПа.
Лещадь выкладывают гофрированными углеродистыми
блоками длиной до 1,5—3,5 м и сечением (0,5—0,65) * (0,5— 0,65) м. Стены верха
лещади выкладывают углеродистыми блоками, а верхние ряды центра лещади
выполняют из высокоглиноземистого гофрированного (для предупреждения
всплывания) кирпича. При плохой кладке отдельные изделия всплывают вследствие
меньшей сравнительно с чугуном плотности, и кладка разрушается. Поэтому для
кладки лещади применяют огнеупорные и плотные алюмосиликатные изделия с
минимальной дополнительной усадкой при температуре службы.
Горн выкладывают из углеродистых и алюмосиликатных
огнеупоров. Углеродистую кладку охлаждают с помощью холодильников или водяной
рубашкой.
Фурмы выполняют из высококачественного плотного огнеупора
и заменяют его по мере износа.
Основной износ желобов происходит в месте падения
струи чугуна на желоб, а также по всей длине желоба на боковых стенах и в
области ловушки. износ боковых стенок является определяющим для стойкости
желобов. Здесь футеровка подвержена высоким механическим и термическим
нагрузкам протекающего расплава. Для футеровки желобов применяют неформованные
высокоглиноземистые массы с добавкой карбида кремния и углерода.
Дальнейшим повышением эффективности доменных огнеупоров
является применение карбидкремниевых изделий, особенно для футеровки нижней
части шахты и заплечиков. Стойкость карбидкремниевых огнеупоров определяется составом
связки. Наибольшую Стойкость показывают «самосвязанный» карбид кремния, а
также изделия из нитридной Si3N4и оксинитридной Si2ON2 связках.
Воздухонагреватели
доменных печей.
Огнеупоры испытывают смену температур (переход с
газового режима на воздушный) и давление массы насадки (высота 40—30 м) 0,4—2,0
МПа на нижние слои. Насадка должна быстро прогреваться, аккумулировать тепло и
затем также быстро отдавать тепло воздуху. В верхней части насадки высокая
температура, а под куполом может достигать 1550—1700 °С при температуре
воздушного дутья 1400—1500 °С. В нижней части насадки температура невысокая.
Огнеупоры для насадок должны иметь низкую ползучесть.
Для купола, верхней четверти насадки и стен камеры горения стандартом
предусматривается применение шамотных изделий класса А. С подъемом температуры
дутья до 1400—1500°С рекомендуют применять каолиновые (до температуры 1100°С) и
динасовые или муллитокорундовые огнеупоры. изделия класса Б (шамотные и
полукислые) применяют для стен камеры горения и для 3/4
насадки снизу. Известно применение корунда как насадочного материала (99 % А12O3), а высокая Стойкость
корундовых огнеупоров к углероду, водороду и другим восстановителям делает их
перспективными для футеровок, предназначенных для высокотемпературного нагрева
восстановительных газов.
Миксеры и чугуновозные ковши.
Миксеры — емкости для накопления, хранения,
транспортирования, поддержания определенной температуры (1250—1300 °С) и
усреднения состава чугуна. износ футеровки миксера вызывается проникновением
чугуна в швы, трещины, а также всплывания и шлакоразъедания кирпичей и сколами.
Миксеры футеруют магнезитовыми, форстеритовыми или
алюмосиликатными изделиями с высоким содержанием глинозема. Стойкость
огнеупоров повышают пропиткой огнеупоров смолой. Футеровку миксерного ковша
обычно выполняют трехслойной: рабочей, защитной и теплоизоляционной.
Фильтрация
чугуна.
На заводах качественной металлургии чугун фильтруют,
пропуская через специальный огнеупорный (корундовый) фильтр. Фильтрация
особенно эффективна в производстве литейного чугуна.
Коксовые
печи.
Футеровка является наиболее ответственным элементом
коксовых печей. В наиболее сложных условиях работают простенки печи, которые с
машинной стороны имеют температуру ~1300°С, а с коксовой — она колеблется с
500—600 до 1200—1250°С. К огнеупорам для простенок предъявляют высокие требования:
высокую газоплотность и теплопроводность. Наиболее полно этим условиям
отвечает динас. Рассматривается возможность замены динаса на периклазовые
огнеупоры.
Общий расход огнеупоров на 1 т чугуна, включая
термическую подготовку руд для плавки, доменную печь и воздухонагреватель с
газо-, воздухотрубопроводами, чугунными желобами и чугуновозными ковшами, а
также коксовыми печами, составляет около 2,4—2,5 кг.