Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

ка, для футеровки ковшей и желобов, поверхность которых сопри­ касается с расплавленным металлом, и т. д.

Качество огнеупорных материалов определяется главнейшими свойствами — огнеупорностью и химической стойкостью.

Огнеупорность — свойство материалов противостоять, не рас­ плавляясь, воздействию высоких температур. По степени огнеупор­ ности различают: огнеупорные материалы (1580—1770°), высокоог­ неупорные (1770—2000°) и высшей огнеупорности (свыше 2000°).

Химическая стойкость огнеупорных материалов определяется способностью их противостоять разъедающему действию соприка­ сающихся с ними материалов, главным образом шлаков.

В зависимости от химического состава огнеупорные материалы разделяются на кислые, нейтральные и основные. В особую группу выделяются углеродистые, нейтральные по своим свойствам, огне­ упоры.

Кислые огнеупоры (динас и кварцит) содержат не менее 93% Si02. Динасовый кирпич содержит 93—97% Si02. Огнеупорность его 1680—1730°. Разъедается основными шлаками, но весьма стоек по отношению к кислым шлакам. Кварцит содержит свыше 98% Si02. Огнеупорность 1750—1800°. Чистый кварцевый песок употреб­ ляется для наварки пода кислых мартеновских печей.

Основные огнеупоры (магнезит и доломит) содержат окись маг­ ния MgO и окись кальция СаО. Магнезитовый кирпич содержит око­ ло 93% MgO и примерно 3% СаО. Огнеупорность его 2300—2500°. Но магнезит чувствителен к резким переменам температуры (не­ большая термоустойчивость). Применяется в виде кирпича, а так­ же в виде порошка для наварки пода основных мартеновских печей. Доломит — это горная порода состава M gC03, СаС03 (с примеся­ ми Si02, Abos, Fe20 3). После обжига и измельчения в порошок он применяется для наварки пода мартеновских печей и идет на изго­ товление доломитового кирпича. Огнеупорность 1750—2000°.

В последнее время нашел применение целый ряд специальных огнеупоров — форстерит, хромомагнезит, карборунд (SiC) и др., применяемых для повышения производительности металлургиче­ ских печей. Для кладки горнов доменных печей могут применяться углеродистые материалы в виде блоков и плит. Они отличаются очень высокой огнеупорностью, и стойкостью против разъедающего действия кислот и щелочей.

§ 4. Флюсы

Полного освобождения руды от пустой породы достигнуть в обычных условиях ее подготовки нельзя. Некоторое количество пу стой породы попадает вместе с рудой в доменную печь. Железо, со-

30

держащееся в руде, после его восстановления, т. е. после освобож­ дения от кислорода, науглероживается и затем плавится. Оставшая­ ся пустая порода тоже плавится и уходит в шлак.

Для правильного процесса плавки требуется, чтобы шлак пла­ вился при определенной температуре после полного восстановления железа. Если пустая порода не плавится при требуемой температу­ ре, то к руде добавляют так называемые флюсы, которые образуют с пустой породой и золой топлива легкоплавкие расплавы (шлаки). Флюсы обеспечивают необходимый состав и физические свойства до­ менного шлака, определяющие очистку чугуна от серы и нормаль­ ный ход плавки. Для облегчения плавления песчано-глинистых при­ месей (Si02) в качестве флюса применяется известняк СаС03 или доломит СаСОз • M gC03. При известковых примесях флюсом служит песчаник или кварц (Si02). На выбор флюсов влияет участие шла­ ков в процессе освобождения железа от вредных примесей. Так, из­ вестняк СаСОз, вводимый в качестве флюса при доменной плавке чугуна на коксе, дает основной шлак; ошлаковывая золу и серу, он способствует, таким образом, уменьшению содержания вредных примесей в чугуне.

Известняк должен содержать минимальное количество S i02 и А120 з, так как идущая на их ошлакование известь СаО является по­ терянной для плавки, увеличивая количество шлака. На 1 тчугуна, выплавляемого в коксовых Доменных печах, расходуется от 0,4 до 0,8 тизвестняка.

§ 5. Устройство доменной печи

Чугун выплавляется почти исключительно в коксовых домен­ ных печах, отличающихся высокой производительностью (до 5000 г в сутки и выше).

Вертикальное сечение рабочего пространства доменной печи называется ее профилем (рис. 17, а). Верхняя цилиндрическая часть, служащая для загрузки плавильных материалов и отвода газов, на­ зывается колошником. Ниже колошника расположена коническая часть печи — шахта, которая книзу расширяется для облегчения опускания материалов и лучшего распределения газов по попереч­ ному сечению печи. Ниже шахты следует цилиндрическая часть — распар. Под ним расположена часть печи в виде усеченного конуса с меньшим нижним основанием, называемая заплечиками. Запле­ чики имеют такую форму из-за сокращения объема шихтовых ма­ териалов в результате образования жидких продуктов плавки. Ни­ жняя цилиндрическая часть доменной печи называется горном. В верхней части горна происходит сжигание кокса, а внизу собира­ ются продукты плавки — чугун и шлак. Как горн, так и заплечики оборудуются водяным охлаждением. В современных мощных до­ менных печах шахта также имеет водяное охлаждение. Для выпу­ ска чугуна и шлака предназначены чугунная 1 и шлаковая 6 летки. Объем доменной печи, занятый плавильными материалами и про­ дуктами плавки, называется полезным объемом. Высота от оси чу-

31

гунной летки 1 до нижней кромки большого конуса 3, служащего для загрузки шихты (в его опущенном состоянии), называется по­ лезной высотой.

Вся печь выкладывается из огнеупорного шамотного кирпича и охватывается кожухом 2 из листовой стали. Шахтная часть печи через кольцо 4 опирается на фундамент 7. Воздух в печь подается специальными машинами — воздуходувками — через фурмы 5. Воз­ духодувка обеспечивает подачу до 5000 м3 воздуха в минуту под да­ влением до 4,5 ати. Количество фурм от 8 на малых печах доходит

Рис. 17, Устройство доменной печи (а) и распределение температу­ ры по высоте печи (б)

до 20 на мощных. Для уменьшения расхода горючего и повышения производительности печи поступающий в нее воздух предваритель­ но подогревается до 800—1200°.

§ 6. Воздухонагреватели и загрузочные устройства

Воздухонагреватель представляет собой круглую башню диа­ метром до 8 м и высотой до 40 м, кожух которой сварен из листовой стали толщиной 16—20 мм, а внутренняя часть выложена огне­ упорным кирпичом.

32

Воздухонагреватель состоит из камеры горения 4 и специальной кирпичной кладки (насадки) с каналами 5 (рис. 18). При нагреве кирпичной кладки (режим разогрева воздухонагревателя) доменный газ подводится через отверстие 2 и сгорает в камере сгорания в струе воздуха, подводимого через отверстие 1 (отверстие 3 закрыто). Продукты сгорания при температуре 1250—1400° поднимаются по широкому каналу 4, затем опускаются по мелким, выложенным из огнеупорного кирпича каналам 5 и уходят через отверстие 7 в ды­ мовую трубу (отверстие 6 закрыто). После нагрева кладки впуск

газа прекращается, отверстия 1 и 2 закрываются и открывается от­ верстие 3. Через отверстие 6 начинает вдуваться холодный («дутье­ вой») воздух от воздуходувки; проходя через каналы 5, воздух на­ гревается и, выходя через отверстие 3, направляется к фурмам доменной печи. Для работы доменной печи необходимо иметь три одновременно действующих воздухонагревателя. Одновременно с пропусканием воздуха через прогретый воздухонагреватель прогре­ вают второй и третий. Один из нж должен быть полностью нагрет ко времени выключения первого. Мощные доменные печи имеют 4 воздухонагревателя, обеспечивающих нагрев дутья до 1200°.

Современные воздухонагреватели оборудованы автоматиче­ скими регуляторами для газовых горелок и электрическими приво­ дами для перевода с газа на воздух и обратно. Кроме того, прибо­ ры контролируют температуру'воздуха и отходящих газов, а также химический состав продуктов горения и расход газа.

Одним из важнейших условий правильной работы доменной печи является равномерное распределение загружаемых материа­ лов по ее горизонтальному сечению. При неравномерной загрузке газы в основной массе могут устремиться по пути наименьшего со­ противления, не использовав полностью свою тепловую энергию и восстановительную способность. Для уменьшения утечки газов при загрузке применяется двойной колошниковый затвор, состоящий из системы конусов и воронок- (рис. 19). Шихтовые материалы при опрокидывания скипового вагончика 5 засыпаются в воронку 4, при опускании конуса 3 они попадают в воронку 2, после чего конус 3 поднимается и закрывает воронку 4. Когда таким образом воронка 2 будет разобщена с наружным воздухом, опускается конус 1, и ши­ хтовые материалы поступают в печь. После этого конус 1 подни­ мается и разобщает воронку 2 с шахтой. Конус 3 подвешен на по­ лой металлической штанге 7, через которую проходит штанга 6. С помощью червячной передачи приемная воронка 4 и закрывающий ее конус 3 могут поворачиваться вокруг вертикальной оси. Это обе­ спечивает более равномерное распределение шихты на большом ко­ нусе 1. Обычно конус 1 опускается после шести опусканий конуса 3, поворачивающегося после загрузки каждой очередной порции на

60°.

§ 7. Сущность доменого процесса

Доменный процесс заключается в восстановлении окислов же­ леза, содержащихся в руде, и в ошлаковании пустой породы. Вос­ становителем является окись углерода и твердый (сажистый) угле­ род. Изменения, происходящие в потоке опускающихся твердых материалов и поднимающихся газов при их взаимодействии, рас­ смотрим отдельно, с учетом температурных зон доменной печи (см. рис. 18, б).

В газах, поднимающихся снизу вверх, наблюдаются следую­ щие процессы.

1. Горение топлива: С + 0 2 = С0г. Эта реакция происходит в об­ ласти расположения фурм, где достигаются наиболее высокие тем­ пературы (до 1900°).

2. Восстановительные реакции (при ^>1000°). Образовавшийся при сгорании кокса углекислый газ восстанавливается углеродом раскаленного кокса до окиси углерода: С 02 + С = 2С0. Поднимающа­ яся из горна в верхние зоны доменной печи окись углерода является энергичным восстановителем, способным соединяться не только со свободным кислородом, но и отбирать кислород из твердых окис­ лов железа и других элементов.

34