книги из ГПНТБ / Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов

Доломит в виде обожженного порошка Используют наряду с магне­ зитовым порошком для межплавочного ремонта электропечей.

Динас — огнеупорный материал, изготовленный из кварцевых пород и содержащий более 96% S i02 и менее 2% СаО. Динасовые изделия характеризуются следующими свойствами: температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МН/м2 (2 кгс/см2) 1720° С; кажущаяся пористость 17—22%; предел прочности 28—72 МН/м2 (285—720 кгс/см2). Термостойкость динасовых изделий не превы­ шает трех водяных теплосмен.

Имеется семь различных модификаций кремнезема, отличаю­ щихся одна от другой строением кристаллической решетки, плот­ ностью и коэффициентом расширения. Для динаса особенно жела­ тельна модификация тридимита. Максимум тридимитизации его происходит при медленном нагреве в интервале температур 1300— 1430° С. Этим и определяется режим обжига сформованных динасо­ вых изделий. Исключительно ценным свойством динаса является близость температуры его деформации под нагрузкой к температуре огнеупорности, а также относительно небольшая объемная масса 1,8—2,1 г/см3 против 2,6 г/см3 у магнезигсодержащих изделий. По­ этому ранее динас широко применяли для кладки сводов как кислых, так и основных печей. Однако в последние годы в связи с интенсифи­ кацией сталеплавильных процессов динасовый кирпич на отечествен­ ных заводах практически полностью вытеснен магнезитсодержащим, так как стойкость динасового свода в 1,5—2,5 раза ниже.

Динасовые изделия применяют на зарубежных электропечах, что связано прежде всего с дефицитом магнезита. В СССР динасовые изделия применяют в ферросплавных печах для производства кремни­ стых сплавов для защиты угольной футеровки при разогреве печей, а также в кислых сталеплавильных электропечах.

Шамотные огнеупоры содержат 30—45% А120 3 и 55—70% S i0 2.

Сырьем для их изготовления являются огнеупорные глины. Шихта составляется из сырой и предварительно обожженной глины; основ­ ным физико-химическим процессом, протекающим при обжиге сфор­ мованного изделия, является процесс образования муллита (ЗА120 3- •2SiOa) из первоначально присутствующего в сырой глине соедине­ ния Al20 3-2Si02 при температуре 1300— 1400° С. Этот процесс протекает со значительным уменьшением объема, что и заставляет использовать частично предварительно обожженную глину, кото­ рая носит название шамота.

В зависимости от содержания в шихте шамота различают шамот­ ные изделия, изготавливаемые из 50% шамота и 50% огнеупорной глины, и многошамотные, в шихте которых содержится 80—90% шамота. Многошамотные изделия обладают лучшими свойствами, однако для их формования необходимо более высокое давление прес­ сования.

Огнеупорность шамотных изделий обычно колеблется в пределах 1740— 1850° С, однако они характеризуются весьма низкой темпера­ турой начала деформации под нагрузкой, не превышающей, как правило, 1450— 1520° С.

71

Шамотные изделия применяют для кладки нижних слоев подины, прилегающих к кожуху, футеровки стен электросталеплавильных и ферросплавных печей и вообще в тех местах, где температура не превышает 1000° С. Эти изделия также используют в качестве ков­ шевого и разливочного припаса. Широкому применению шамотных изделий способствует широкое распространение сырья (глины), возможность налаживания производства на металлургических за­ водах при относительно небольшой стоимости.

Расход шамотных изделий и шамотного порошка для изготовле­ ния огнеупорной массы составляет на 100-т электросталеплавиль­ ных печах 21—25 кг, на 35—60-т печах 26—42 кг и на 5— 12-т пе­ чах 34—52 кг на 1 т стали. На тонну ферросилиция расходуется 5—7 кг шамотного кирпича.

Кварцевый песок с содержанием кремнезема не менее 96—97%, небольшого количества окислов железа (Fe2Oa менее 1%) приме­ няют для набивки подины в кислых электропечах и для межплавочного ее ремонта, кроме того его используют для изготовления кислых тиглей индукционных печей. Размер зерен кварцевого песка не выше 3 мм, а количество пыли с размером частиц менее 0,07 мм не более 5%.

Углеродистые огнеупоры изготавливают трех видов: угольные блоки, графитовые изделия и углеродистые массы.

Угольные блоки, изготовленные из прокаленных каменноуголь­ ного кокса, термоантрацита и каменноугольного пека путем прес­ сования и последующего обжига при температуре 1200° С, обладают огнеупорностью свыше 2000° С. Температура начала их деформации под нагрузкой 0,2 МН/м2 (2 кгс/см2) более 1900° С, предел прочности при сжатии достигает 35 МН/м2 (350 кгс/см2).

Графитовые изделия изготавливают из прокаленных беззольных нефтяных и пековых коксов и каменноугольного пека путем прес­

Углеродистая масса представляет собой смесь прокаленных каменноугольного кокса, термоантрацита и смолопека.

Графитированные изделия обычно используют для изготовле­ ния тиглей, предназначенных для плавки металла в печах сопро­ тивления и индукционных печах. Углеродистые изделия в виде угольных блоков используют для футеровки ферросплавных печей, работающих на выплавке кремния и его сплавов, для изготовления сводов в электропечах сопротивления, а также для футеровки ду­ говых шлакоплавильных печей. Необходимо иметь в виду, что при температуре около 500° С угольные блоки начинают интенсивно окисляться на воздухе. Поэтому следует обращать внимание на хорошую герметичность кожуха.

Теплоизоляционные материалы, как следует из их названия,

применяют для уменьшения тепловых потерь основной кладкой печи. В качестве теплоизоляционных материалов широкое примене­

72

ние находят легковесные огнеупоры, которые изготавливают мето­ дом выгорающих добавок и методом пенообразования.

По способу выгорающих добавок изготавливают обычно легковес с объемной массой 1000—1300 кг/м3, а методом пенообразования — легковес с объемной массой не выше 800 кг/м3. При объемной массе 200—300 кг/м3 изделия называются ультралегковесными. Шамотный легковесный огнеупор обладает следующими свойствами: коэффи­ циент теплопроводности 0,4 — 1,3 кДж/(м -ч -°С) [0,1—0,3 ккал/(м X

0,2 МН/ма (2 кгс/см2) около 1100° С. Теплопроводность ультралегковесного огнеупора в 10 раз меньше обычного и в 5 раз меньше легко­ весного шамота.

В качестве теплоизоляционных материалов используют мине­ ральную вату, изонолит (вспученный при нагреве минерал верми­ кулит), асбест и т. д. в виде штучных изделий или в виде засыпки и набивки, а асбест в виде листов.

Огнеупорные бетоны используют для изготовления отдельных элементов печей, например футеровки водоохлаждаемого свода.

Огнеупорный бетон представляет собой наполнитель из щебенки огнеупорного материала (магнезита, магнезито-хромита и т. д.) и цемента, преимущественно глиноземистого с содержанием 46%

А120 3 + ТЮ2.

Для заполнения промежутков между кирпичами при кладке печи применяют полужидкие массы —■мертели, приготовленные на воде из огнеупорной глины и порошка того же огнеупора, из которого выполняется кладка. Например, шамотную кладку ведут на мертеле, состоящем из 65% просеянного шамотного порошка и 35% огне­ упорной глины. Чем тоньше должен быть шов, тем жиже мертель и мельче использованный для его приготовления порошок. Кладка из огнеупоров на магнезиальной основе ведется насухо с засыпкой швов магнезитовым порошком.

Для защиты поверхности огнеупорной футеровки от разрушения и продления срока ее службы в последнее время начинают исполь­ зовать торкретирование. Торкрет-массу изготавливают из порошка огнеупорного материала (магнезита, доломита, хромита и т. д.), связки (силиката натрия, фосфата и др.) и огнеупорной глины (до

СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

Подина, электропечей служит от капитального до капитального ремонта. Стойкость подины, как правило, не лимитирует работу печи и колеблется от 1500 до 5000 плавок. Обычно подину изготавливают в следующей последовательности. На подовый металлический лист

73

укладывают слой листового или молотого асбеста толщиной 10— 20 мм, на который для выравнивания поверхности засыпают шамот­ ный порошок (30—40 мм). Первый слой кладки выполняют шамот­ ным кирпичом толщиной 65 мм, а затем идет кладка из нескольких слоев магнезитового кирпича, уложенных на плашку и ребро. Тол­ щина магнезитовой кладки зависит от емкости печи и составляет 575 мм в печах емкостью свыше 100 т и 295—360 мм в печах емкостью 10—20 т. Для большей плотности всей кладки направление кладки каждого слоя изменяют на 45 или 90° так, чтобы швы нижнего ряда перекрывались кирпичами следующего ряда. Швы каждого ряда за­ сыпают мелким магнезитовым порошком.

Рабочий слой подины выполняют набивным из магнезитового порошка на смоле или жидком стекле, а в последнее время на ряде заводов — и всухую. В первом случае после окончания кладки подину печи нагревают дровами до 60—80° С, а затем проводят на­ бивку подины подогретым до 100° С магнезитовым порошком, сме­ шанным с 10—12% каменноугольного пека, слоями толщиной 30—■ 40 мм. Общая толщина рабочего слоя подины, например, на печах емкостью 12 т, составляет ПО—125 мм. Набивка пневматическими молотками продолжается 8—10 ч. Подобный способ изготовления рабочего слоя подины является весьма трудоемким. Поэтому заводы перешли на набивку рабочего слоя подины всухую из магнезитового порошка по составу, обеспечивающему максимальную плотность (3—4%) и минимальную усадку (до 1%). Состав порошка в этом слу­ чае следующий: 65—75% зерен размером 0,1—4 мм; 25—35% зерен менее 0,1 мм, в том числе частиц размером менее 0,06'мм содержится больше 15%. В смесь вводят титаномагнетитовый концентрат, что обеспечивает образование при высокой температуре 3—5% жидкой фазы, цементирующей зерна магнезита. При изготовлении рабочего слоя подины по этому методу сразу насыпают слой порошка толщи­ ной 50—100 мм, набивку производят пневматическими молотками до получения однородного звука.

На рис. 30 представлена кладка подины 100-т электропечи. На зарубежных заводах часто практикуют изготовление рабочего слоя подины из доломитового порошка с размером частиц до 5 мм с добав­ кой 10% тонкомолотого мартеновского или железистого электропечного шлака на связке из смолы (6—10%). Кирпичную кладку подины в этом случае изготавливают из доломитового кирпича.

При производстве высокохромистых сталей рабочий слой подины печи иногда изготавливают из хромита. Стойкость подобных подин выше, чем из доломита, а изготовление проще. Кроме того, подина из хромита отличается большой термостойкостью. Недостатком хро­ митовой подины является возможность восстановления хрома из нее, и трудность в связи с этим попадания в заданный анализ стали.

Стойкость подины в значительной степени определяется правиль­ ной организацией ремонта рабочего слоя в процессе службы.

Стены электропечей на отечественных заводах в последнее время выкладывают преимущественно из магнезитового, а также из периклазошпинелидного, магнезитохромитового и безобжигового кир­

74

пича в кассетах. Кладка стен опирается непосредственно на кирпич­ ную кладку откосов и подины. Чаще всего стены на всю высоту вы­ кладывают из одного кирпича, например из магнезитового кирпича на шпинельной связке. Иногда часть стены, прилегающей к кожуху, выкладывают из хромомагнезитового кирпича, а внутреннюю часть — из магнезитового. Большое влияние на стойкость стен в районе вы­ пускного отверстия оказывает стойкость арочки этого отверстия.

Рис. 30. Футеровка подины и стен 100-т электропечи:

1 — кирпич магнезитовый; 2 — кирпич магнезитохромитовый; 3 — кирпич хромомагнези­ товый; 4 — кирпич шамотный; 5 — порошок шамотный; 6 — порошок магнезитовый; 7 — асбест молотый; 8 — асбест листовой

Хорошие результаты получены при сферической арочке выпускного отверстия, выложенной из двух рядов клинообразного термостой­ кого хромомагнезитового кирпича с железными прокладками между ними.

Кроме кладки стен из штучного кирпича, на ряде зарубежных заводов стены выкладывают из крупных магнезитовых или доломи­ товых блоков, набиваемых либо непосредственно в электростале­ плавильных цехах, либо на специализированных заводах. Так, на­ пример, в ФРГ доломитовые блоки изготавливают из обожженного доломита и смолы методом трамбования в виде сегментов массой от 0,5 до 5 т. Пористость блоков составляет около 15%, объемная масса 2,6—2,8 т/м3. На печь расходуется от 6 до 15 блоков в зависи­ мости от емкости печи. Стойкость блочных стен составляет на 100— 120-т печах 45—60 плавок, что меньше стойкости стен из штучного кирпича. По этой причине от блочных стен на отечественных заводах отказались.

75

Свод электропечей на отечественных заводах преимущественно выкладывают из основных магнезитохромитовых и им подобных из­ делий толщиной 230—460 мм. Наборка свода осуществляется на ме­ таллическом сварном или литом шаблоне, который имеет выпуклость (стрелу подъема), соответствующую кривизне свода. В шаблоне

имеются углубления, куда вставляют «знаки» для выполнения не­ обходимых отверстий в своде для электродов, кислородной фурмы и т. д.

Кладка свода из штучного кирпича ведется по нескольким схемам. При этом обычно используют кирпич двух-трех марок. Для получе­ ния сферы кладка ведется прямыми кирпичами в сочетании с клино­ выми, причем некоторое количество кирпичей подтесывают. На рис. 31 изображена наиболее распространенная схема секторно­ арочной кладки свода. Основную центральную опорную арку вы­ кладывают между пробками электродных отверстий; концы ее опи­ раются на сводовое кольцо (непосредственно или через пятовый кирпич). Вспомогательная опорная арка между двумя пробками

76

под электродные отверстия одним концом опирается на центральную арку, другим — на сводовое кольцо. После выкладки указанных арок выкладывают углы свода (секторы). В последнюю очередь вы­ кладывают разделку электродных отверстий. Расклиновка кирпича в этих рядах осуществляется в направлении вспомогательной арки и секций свода. Кладку свода ведут либо всухую, либо на растворе. Основное правило при наборке свода — не допускать совпадения швов различных рядов кирпича и до минимума свести работы по подгонке киприча.

Область электродных отверстий является слабым местом свода, поскольку, кроме наличия отверстий, он ослабляется и от чрезмер­ ного нагревания в связи с электропроводностью магнезитсодержащих изделий, что приводит к замыканию на свод электродов.

Положительные результаты получены на заводе «Днепроспецсталь» при использовании для изготовления района электродных отверстий электроизоляционного бетона, состоящего из 20% высо­ коглиноземистого цемента и 80% высокоглиноземистого шамота. Такой бетон схватывается и сохраняет достаточную прочность при высоких температурах.

На Челябинском металлургическом заводе получены хорошие ре­ зультаты при бетонировании электродных отверстий бетоном, со­ стоящим из 13—-15% высокоглиноземистого цемента и 85—87% на­ полнителя из плавленого магнезита и отходов магнезитохромито­ вого кирпича.

На кислых электропечах, реже на основных печах, выплавляю­ щих электротехнические стали, на отечественных заводах свод на­ бирают из динасового кирпича. Широкое распространение такой свод из-за недостатка магнезита находит на зарубежных заводах. Динасовую кладку ведут также на шаблоне, как и основную. Однако в связи с ростом динаса при нагревании отношение высоты выпук­ лости к диаметру свода рекомендуется брать не менее 1 : 12. Толщина сводового динасового кирпича составляет 230—350 мм. Кладку ведут всухую. Через каждые 4—5 рядов кирпича следует закладывать легкосгорающие прокладки из фанеры, толя или картона. При разъем­ ном каркасе под стяжные болты подкладывают деревянные шайбы. При расширении кладки свода шайбы деформируются и за счет этого несколько увеличивается диаметр свода. Схема кладки свода такая же, как и основного.

На ряде зарубежных заводов опробованы своды из высокоглино­ земистого кирпича, комбинированные (из динаса и высокоглиноземи­ стого кирпича), бетонные и т. д. Однако стойкость подобных сводов ниже стойкости основных. Поэтому наиболее перспективными сво­ довыми изделиями являются в настоящее время основные и в пер­ вую очередь магнезитсодержащие огнеупоры.

Сушка и разогрев печи после ремонта. При изготовлении подины и откосов из смоломагнезитовой или смолодоломитовой массы путем набивки необходимо проводить постепенный разогрев печи с по­ мощью электрических дуг. Для этой цели на подину засыпают куско­ вой кокс. Разогрев 40-т электропечи, например, продолжается 8 ч

77

Разъемные кожухи находят применение на ряде отечественных за­ водов. Однако подобные кожухи можно применять преимущественно на малых печах, так как при переносе кожух больших печей заметно деформируется.

На печах с цельным цилиндрическим кожухом ломка футеровки успешно проводится при помощи клещей грейфера, предложенного С. К- Ященко. В клещах грейфера имеются подвижные крюки, ко­ торые при подъеме врезаются в футеровку печи и выламывают ее.

Для улучшения условий горячего ремонта необходимо приме­ нять водоохлаждаемые, выложенные кирпичом платформы, которые устанавливают на подину и откосы печи. Стены можно начинать вы­ кладывать в этом случае при неостывшей футеровке подины.

Важным моментом в организации обслуживания печи является межплавочный текущий ремонт подины и откосов. Для заправки откосов на отечественных заводах применяют различные типы запра­ вочных машин: ленточные и роторные с пневматическими устрой­ ствами, стационарные и навешиваемые на крюк мостового крана. На заводе «Днепроспецсталь» успешно опробована заправочная ма­ шина, работающая по принципу забрасывания заправочного порошка в печь через направляющее сопло с помощью пневматического устрой­ ства. На заводе «Электросталь» опробована заправочная машина, на которой разбрасывание материала из бункера осуществляется благодаря центробежной силе, создаваемой вращающимся диском. Регулирование расхода порошка производят с помощью подвижного конуса.

При подготовке к ремонту и во время ремонта электропечи не­ обходимо строго соблюдать технику безопасности. Перед началом ремонта печь должна быть надежно отключена от электросети. При монтаже и демонтаже металлические конструкции оставлять на весу в неустойчивом положении недопустимо.

Работы по ломке футеровки и уборке мусора, а также подачу материалов, необходимых для ремонта печи, следует механизировать.

4 . П У Т И П О В Ы Ш Е Н И Я с т о й к о с т и Ф У Т Е Р О В К И С Т А Л Е П Л А В И Л Ь Н Ы Х Э Л Е К Т Р О П Е Ч Е Й

Стойкость стен весьма различна на разных заводах даже при ис­ пользовании одного и того же типа кирпича на печах одной садки. Это зависит от многих факторов, таких как конструкция печи, элек­ трический режим, сортамент выплавляемой стали и т. д.

Одним из факторов, способствующих повышению стойкости стен на отечественных заводах, в последние годы явился переход с ци­ линдрического на цилиндрически-конический кожух, при этом увели­

нагрузка в наклонной стенке, поскольку она частично освобождается от нагрузки, создаваемой сводом; при этом также улучшаются усло­ вия ремонта. Так, на Челябинском металлургическом заводе на 100-т печи переход со старого кожуха на цилиндрически-кониче-

79

На разрушение низа стен большое влияние оказывает расстоя­ ние от электродов. На Ново-Липецком заводе установка электродов под углом 3—4° к оси и увеличение в связи с этим расстояния между стенами и электродами на 100-т печах явилось одной из причин за­ метного увеличения стойкости стен.

Неравномерное распределение мощностей по фазам (электродам) является одной из причин неравномерного износа футеровки стен. Выравнивание мощности по фазам подсоединением трансформатора на треугольник, изменением магнитных связей отдельных фаз путем различного расположения различного числа гибких кабелей, регу­ лирование силы тока и напряжения в фазах и т. д. способствует уве­ личению стойкости стен.

Одним из резервов повышения стойкости стен электропечей яв­ ляется межплавочный ремонт торкретированием, которое осуще­ ствляют горячей или холодной торкрет-массой, состоящей из на­ полнителя (порошка магнезита, хромомагнезита и т. д.) и связки, например огнеупорная глина. Торкретирование в горячем состоянии труднее, чем в холодном из-за тепловыделения, плохой видимости, часто возникающей необходимости подавать массу под неоптималь­ ными углами, сжатых сроков ремонта. Но все эти трудности оку­ паются сокращением простоев.

Торкрет-машина, работающая на растворе,, состоит из цилиндри­ ческого бака, поршня, шланга и фурмы. Водный раствор торкретмассы, содержащей 40—75% твердого материала, выдавливается в шланг поршнем пневмоцилиндра. К фурме подводится дополни­ тельный воздух и торкрет-масса наносится на ремонтируемый участок слоем толщиной до 25 мм.

В торкрет-машинах для сухого торкретирования масса из бункера емкостью до 1 т, находящегося под давлением, подается к смеситель­ ному соплу, где к ней добавляется вода. Увлажненная смесь забрасы­ вается на ремонтируемый участок с расходом 20—90 кг/мин.

На одном из заводов ЧССР проводили систематическое торкретиро­ вание стен 30-т печи путем нанесения слоя толщиной около 20 мм в продолжение 2—3 мин. Износ стен снизился более чем в два раза, а удельный расход огнеупоров уменьшился примерно в два раза.

Свод электропечи работает в более тяжелых условиях, чем осталь­ ные элементы футеровки. В дополнение к тепловому воздействию металла, шлака и дуг, химической и механической эрозии пыли и га­ зов в своде возникают сложные термические напряжения. Скорость нагрева свода в связи с различной мощностью, подводимой к каж­ дому электроду, неодинакова, и разница нагрева отдельных участ­ ков свода в процессе плавки может достигать 300°С и более. Отри­ цательно воздействуют на службу свода чередование окислительной и восстановительной атмосферы в печи. При этом происходит изме­ нение типа окислов железа, пропитывающих сводовый кирпич: FeO в восстановительной атмосфере и Fe20 3 в окислительной. По­ скольку окислы железа имеют разный удельный объем (окись же-

80