|
Плавка в доменной печи протекает в
условиях восстановитель-, ной реакции. Доменная печь мо-i жет непрерывно
работать продолжительное время. Срок ее службы, или кампания печи,
составляет^ 5—7 лет. Следовательно, качеством огнеупоров должно
соответствовать внутрипечным условиям, ко^ торые на каждом участке различны.
Рассмотрим основные факторы износа этих участков по порядку. ?
В области колошника / футеровка испытывает ударное воздеЙ»
ствие и истирание под воздействием загружаемой шихты, а также влияние
температурных изменений. В верхней 2 и средней 8 частях шахты наряду с
истиранием огнеупоров под воздействием шихты и просачиванием углерода
происходит отложение щелочей и цинка в швах, порах кирпича и трещинах.
Углерод и цинк, отлагаясь в кладке, расширяют поры и трещины, создавая этим условия
для новых отложений, которые в свою очередь вызывают дальнейшее расширение
пор и трещин. В нижней части шахты 4, в распаре 5 и заплечиках 6 наблюдаются:
а) возникновение трещин, выкрашивание и разрушение из-за тепловых ударов в
начале эксплуатации печи; б) термические напряжения из-за крайне высокой
температуры и вследствие разницы между внутренней и наружной температурами;
в) проникновение щелочей и цинка; г) просачивание углерода; д) удары кусков
шихты; е) разрушение кладки от капель шлака, образующегося в результате
плавления рудной части шихты.
В зоне фурм 7 имеют место: а) тепловые удары; б)
проникновение щелочей, цинка и паров других веществ; в) проникновение
углерода;
влияние горновых газов и истирающее воздействие пыли,
содержащейся в них.
футеровка горна 8 претерпевает: а) давление жидкого чугуна
и шлака; б) окисление (водяными парами, воздухом); в) разбухание и разрушение
в результате просачивания щелочей; г) расширение швов кладки под воздействием
попавшего туда чугуна, затвердевающего при понижении температуры и
увеличивающегося в объеме.
На уровне чугунной летки 9 футеровка испытывает: а)
разъедание, истирание, влияние реакций и изменение температуры в результате
воздействия жидких чугуна, шлака и газа; б) изменение температуры в начале
выпуска чугуна и в момент окончания выпуска; в) проникновение газов.
У лещади 10 отмечается: а) разъедающее воздействие жидкого
чугуна; б) всплывание кирпичей вследствие проникновения расплава в швы.
В связи с перечисленными условиями огнеупорные материалы
на этих участках должны удовлетворять соответствующим требованиям.
Для колошника: а) износостойкость (большая прочность при
сдавливании); б) устойчивость к растрескиванию (большая прочность при
растяжении). В данном случае используют высокопрочные шамотные изделия;
обращенную внутрь печи поверхность кладки защищают чугунными кольцами,
набранными из элементов, по форме близких к сегментам.
От огнеупоров в верхней и средней частях шахты требуются:
а) износостойкость; б) низкая пористость и отсутствие трещин; в) сужение
диапазона проникновения щелочей и цинка посредством охлаждения. В данном
случае применяют высокоплотные шамот* ные изделия.
Для огнеупоров в нижней части шахты, в распаре и
заплечиках необходимы: а) устойчивость к растрескиванию; б) низкая пори* стость;
в) износостойкость; г) устойчивость к шлаку; д) малое со* держание FeaOs; е)
достаточно высокая температура начала раз* рушения под нагрузкой. Этим
требованиям удовлетворяют высоко* плотные высокоглиноземистые изделия,
карбидкремниевые и нитридкремниевые изделия.
В зоне фурм огнеупоры должны обладать стойкостью к
растрескиванию, не изменять свой объем при нагреве, иметь низкую пористость.
С учетом этого и необходимости конструкционных мероприятий в данном случае
используют шамотные изделия повышенной плотности.
Для огнеупоров горна требуются: а) устойчивость к расплаву
и шлаку; б) плотная структура, большая способность к охлаждению и большая
прочность; в) кислотостойкость; г) щелочестойкость; Д) высокие огнеупорность
и температура начала размягчения под нагрузкой. В данном случае используют
углеродистые изделия на базе антрацита.
Для огнеупоров в области чугунной летки характерны: а)
стойкость к расплаву, щлаку, устойчивость к истиранию и термическому
растрескиванию; б) конструкционная стабильность, миниму швов, термостойкость
при постоянстве объема огнеупорных издели В этом случае используют
низкопористые шамотные и высокоглин' земистые изделия.
Для огнеупоров лещади характерны: а) увеличение температу
ного градиента на шамотном участке в связи с конструкцией кладк лещади (шамот
вверху, углеродистые изделия внизу) с целью сохр нения зоны расплава внутри
печи; б) монолитность кладки (кирп чей, швов). В данном случае верхние
участки выкладывают из ш мотных, нижние — из углеродистых и графитированных
издели
На 155, б показан профиль доменной печи после ее эксплу
атации. Как видно, особенно сильному износу подвергаются нижня часть шахты,
распар, заплечики. В последние годы постепенн выясняют термические,
химические и физические факторы износ на основе изучения охлажденных
огнеупоров на каждом участк" доменной печи после ее кампании. Затем в
соответствии с получен ными данными подбирают подходящие огнеупоры.
Горн и расположенная под ним лещадь находятся в наиболее
трудных условиях службы. Кладка лещади постоянно омывается- жидким чугуном,
испытывает действие больших давлений и высоких температур. ;
Лещадь современных доменных печей выполняют из
углеродистого графитированного и высокоглиноземистого материалов. Верхние
участки выкладывают из низкопористых шамотных или высоко- глиноземистых
изделий. Основным фактором износа лещади и горна является
реакционно-разъедающее действие расплава и шлака. Проникновение расплава в
поры огнеупоров и в швы между кладкой приводит к перерождению структуры
огнеупорных материалов, деформации и трещинам, В связи с увеличением рабочего
объема печей следует разработать мероприятия по более эффективному
предотвращению рсплывания и быстрого износа блоков в кладке горна. Предстоит
также решить задачу снижения охрупчивания, которое вызывается поглощаемыми
щелочами. Кроме того, в уело-, виях более жесткого режима стало труднее
уменьшать расширение кирпичей и температурный градиент внутри них.
Углеродистые изделия легко пропускают расплав чугуна, однако глубину
проникновения можно уменьшить благодаря их высокой теплопроводности и
водяному охлаждению наружного кожуха лещади и горна. В пос-* ледние годы
размывание швов предотвращается за счет подбора лучшей формы кирпичей и
высокой чистоты сырья. На 156 показано типичное распределение температуры в
лещади.
Заплечики, распар подвергаются большему износу, чем шахта.
Причинами износа являются высокие температуры, разъедание, вызываемое
щелочной реакцией, структурное охрупчивание вследствие образования щелочных
соединений внутри огнеупорных изделий, и истирающее действие летучих частиц в
условиях высокотемпературной восстановительной атмосферы. К огнеупорам на
этих участках предъявляются следующие требования: высокая огнеупорность и
температура начала деформации под нагрузкой, щелоче-
Футеровку распара вместо прежних высокоглиноземистых
изделий постепенно заменили на графито- и карбидкремниевые. Но в любом случае
для того, чтобы огнеупоры выдерживали указанную выше реакционно-критическую-
температуру, необходимо прибегать к принудительному охлаждению. С этой целью
в огнеупорную футеровку заделывают охлаждающие блоки (боксы) или же к кожуху
прикрепляют наружные плитовые холодильники и водоохлаждаемые рубашки.
Шахту обычно разделяют на три части: верхнюю, среднюю и
нижнюю. Нижняя часть шахты сильно подвергается износу из-за
высокотемпературной среды, разъедающего воздействия шлака и щелочей, а также
под влиянием истирания от опускающейся шихты. Необходимо также отметить, что
в начале подъема температуры в этой части шахты возникает расширение огнеупорных
изделий, которое передается наружному кожуху, что приводит к большой
концентрации напряжений. На 157 показано напряжение, образующееся в
начальный периодГи состояние кладки печной стены после рабочей кампании.
Через несколько месяцев работы кладка стены сильно разрушается. При изучении
механизма разрушения было выявлено вредное влияние реакций, в которых
участвуют пары щелочей, циркулирующие в рабочем пространстве. Разработанный в
последние годы карборундовый кирпич не только хорошо сопротивляется щелочной
коррозии, но и обладает более высокой теплопроводностью по сравнению с
глиноземистым.
Кроме химического разъедания, эта часть шахтц подвергается
одновременно влиянию механических напряжений. Поэтому для футеровки применяют
высокопрочные низкопористые высокбглино- земистые изделия с содержанием ^95 %
А1203, а также карбид- кремниевые изделия. Кроме того, для снижения
реакционных температур используют коробчатые или наружные плитовые
холодильники. Средняя часть шахты подвергается химическому воздействию сравнительно
меньше, чем нижняя. Основным фактором износа этого участка является истирание
от опускающейся шихты. Следовательно, эту зону футеруют низкопористыми
твердыми шамотными изделиями. Раньше в этой зоне возникало разрушающее
охрупчива- ние в результате разложения окиси углерода и отложения углерода на
футеровке. Но после применения низкопористых изделий, обожженных при высокой
температуре, эта проблема была решена. Разумеется, разъедание огнеупоров в
этой зоне уменьшается за счет водяного охлаждения при использовании
коробчатых холодильников.
Рабочая температура верхней части шахты сравнительно
низкая. Основным изнашивающим фактором здесь является ударное и истирающее
воздействие загружаемой шихты. Однако и на этом участке трудно сохранять
равномерную температуру вследствие изменяющихся условий работы.
Следовательно, для футеровки этой зоны нужно применять низкопористые
термостойкие огнеупоры, устойчивые к истиранию, термическому растрескиванию,
а также содержащие небольшое количество кристобалита. В частности, есть печи,
где верхнюю часть шахты выкладывают силлиманитовыми кирпичами,
характеризующимися линейным расширением.
Во время работы печи кладка изнашивается. Чтобы уменьшить
разгар, в кладку помещают холодильники (коробчатые или плитовые), по которым
циркулирует вода. Холодильники устанавливают с определенными интервалами
примерно на 2/3 высоты шахты, т. е. со средней ее части. Применение плитовых
холодильников лучше для герметичности печи, чем коробчатых. Но для самих
изделий с точки зрения их службы целесообразнее коробчатые холодильники, так
как уменьшается возможность обрушения или обвалов, хотя случаи выпадения
отдельных кирпичей не исключаются. Коробчатые холодильники, армированные
медными листами, имеют большую площадь контакта с поверхностью огнеупорных
кирпичей, что значительно повышает эффективность охлаждения. Поэтому, чем
меньше интервалы между холодильными боксами, заделанными в кладку шахты, тем
дольше срок ее службы. В последнее время проведен ряд экспериментальных
проверок с целью улучшения герметичности холодильных коробок. Разновидности
этих коробок и способы их герметизации показаныл1на 158, а зависимость между
степенью износа кладки шахты и интервалами размещения холодильных коробок —
на 159.
|