Файл: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие..pdf

вреждаются загрузочной бадьей, поэтому эффект, достигаемый на таких печах в результате увеличения стойкости свода, не компенси­ рует потери, связанные с более быстрым износом верхних рядов фу­ теровки стен. В этом случае, по-видимому, целесообразно при обрат­ ной конусности верхней части кожуха внутреннюю поверхность кладки этого пояса выполнять цилиндрической, используя кирпичи разной длины.

Глава 4

ФУТЕРОВКА ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ

ОСОБЕННОСТИ СЛУЖБЫ ФУТЕРОВКИ ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

При выборе огнеупорных материалов для футеровки дуговых сталеплавильных печей необходимо учитывать, что отдельные участки футеровки работают в разных условиях. В связи с этим следует от­ дельно рассматривать условия службы огнеупоров подины и откосов, стен и свода.

П о д и н а и о т к о с ы. В течение длительного времени огне­ упорная футеровка подины непосредственно контактирует с расплав­ ленными металлом и шлаком. После выпуска плавки и при загрузке холодной шихты происходит резкое охлаждение подины. При за­ грузке шихты корзиной подина в целом испытывает механический удар, а поверхностный слой подины повреждается врезающимися кусками скрапа.

В период плавления при неудачно составленной завалке, когда под электродами оказывается легковесная шихта, электроды могут опуститься до подины прежде, чем на ней образуется достаточный слой жидкого металла. Горящие при тонком слое металла дуги пере­ гревают и вымывают материал подины, образуя ямы.

Во время плавления и в окислительный период футеровка подины насыщается закисью железа. В восстановительный период окислы железа переходят в обратном направлении — из футеровки подины и откосов в металл и шлак. Восстановительная среда после выпуска плавки снова меняется и становится окислительной.

При сливе и после слива металла футеровка подины непосред­ ственно контактирует со шлаком и насыщается им. В значительно большей степени, чем подина, воздействию шлаков при высоких тем­ пературах подвержена футеровка откосов, поэтому откосы являются наиболее слабым участком футеровки электропечей. Футеровка по­ дины и откосов не только подвержена влиянию указанных выше фак­ торов, но и сама влияет на ход процесса в сталеплавильной ванне. Попадающая в шлак окись магния снижает жидкотекучесть шлака, уменьшает его химическую активность. В связи с этим не только уве­ личивается расход огнеупорных материалов, но и требуется больше времени на рафинирование металла, повышается расход шлакооб­

55

разующих на централизацию вредного влияния MgO, увеличивается

расход электроэнергии.

Исходя из назначения и условий работы футеровки подины и откосов, к ней можно предъявить ряд требований. Рабочий слой по­ дины, непосредственно контактирующий с металлом и шлаком, дол­ жен обладать высокой огнеупорностью, термостойкостью, противо­ стоять химическому и механическому воздействию металла и шлака. Подина в целом должна быть достаточно механически прочной, чтобы воспринимать механические удары при загрузке шихты, п обладать большим тепловым сопротивлением.

С т е н ы . Температурные условия работы внутренней поверх­ ности стен особенно тяжелы, так как в отдельные периоды плавки температура некоторых участков стен может превысить огнеупор­ ность материала, а при открывании рабочего пространства и загрузке шихты стены быстро охлаждаются. Скорость изменения температуры внутренней поверхности стен может достигать, как уже отмечалось, 10 000 °С/ч, что создает значительные термические напряжения

вфутеровке.

Всвязи с этим внутренний слой футеровки должен быть выпол­ нен так, чтобы ему были свойственны высокая огнеупорность и тер­ мостойкость, низкий коэффициент теплового расширения и высокий коэффициент температуропроводности, а для получения большого теплового сопротивления футеровка стен должна быть хорошо тепло­ изолирована с внешней стороны.

Вособо тяжелых температурных условиях работает нижний пояс

футеровки стен шириной 300—400 мм, находящийся под прямым излучением дуг и воспринимающий нагрузку от верхних слоев кладки стен. Поэтому нижнюю часть стен следует выполнять из особо огне­ упорных материалов, или в крайнем случае, делать ее достаточно большой толщины.

С в о д . Свод является наименее долговечной частью футеровки дуговых печей.

Как и футеровка стен, свод испытывает значительные темпера­ турные колебания. По ходу плавки свод может прямо воспринимать излучение выдуваемых из-под электродов дуг, а также поглощать отражаемое шлаком и футеровкой стен излучение. В результате тем­ пература свода, особенно его центральной части, может превысить огнеупорность материала, и свод может подплавляться. Особенно часто подплавление свода происходит при работе с очень жидкими шлаками, обладающими большой отражательной способностью.

При открывании рабочего пространства и отвороте свода его излучение воспринимается холодными элементами конструкции печи, и свод быстро остывает. Это вызывает появление больших термических напряжений, приводящих к скалыванию свода.

Свод постоянно испытывает сжимающую нагрузку от распора, что снижает температуру начала его деформации. Выбивающиеся из печи раскаленные газы содержат много пыли, которая оседает на своде и при высокой температуре может вызвать его химическое разрушение.

56

Исходя из особенностей службы огнеупоров в сводах дуговых печей, к ним можно предъявить ряд особых требований. Эти огнеупоры должны характеризоваться высокой огнеупорностью, термостой­ костью, химической стойкостью по отношению к плавильной пыли, большим тепловым и электрическим сопротивлением. Последнее вытекает из того, что при недостаточном электрическом сопротивле­ нии материала свода электрическая цепь между фазами может ча­ стично замкнуться по своду. Это может привести к возникновению электрических дуг между сводом и водоохлаждаемыми элементами уплотнений электродов в своде, прогоранию водяной рубашки и по­ паданию в печь воды.

ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ

Так как огнеупорных материалов, в которых сочетаются одно­ временно все требуемые свойства, ие существует, то футеровку ду­ говых печей приходится изготовлять состоящей из нескольких слоев, выполняющих те или иные функции. Это приводит к тому, что в фу­ теровке дуговых печей используют разнообразные огнеупорные ма­ териалы, обладающие разными свойствами и используемые для раз­ ных целей.

В зависимости от технологического процесса футеровку дуговых печей можно выполнять из кислых или основных огнеупорных ма­ териалов.

Для изготовления кислой футеровки используют кварцит и из­ делия из него (динас) с содержанием основного компонента (Si02) в количестве 95—97%. При изготовлении динасового кирпича в ка­ честве связующего материала применяют известковый раствор (2,0— 2,2%) и раствор сульфитного щелока или патоки.

Для футеровки печей с основной кладкой применяют материалы и изделия из магнезитового порошка с добавлением бедной хромистой и железной руды. На ряде заводов в качестве огнеупорного мате­ риала для футеровки электропечей применяют доломит и изделия из него.

На отечественных заводах для изготовления основной футеровки используют главным образом магнезитовый порошок. Качество его зависит от химического и гранулометрического состава, а также плотности, позволяющей судить о степени обжига порошка.

Содержание примесей в магнезитовых порошках, используемых для набивки подин и заправки откосов электропечей, не превышает по СаО 2,5—4,0%, по S i02 4,0—5,0%; потери при прокаливании находятся в пределах 0,6—0,8%. Зерновой состав указанных по­ рошков должен быть в следующих пределах: мельче 0,5 мм — не более 60%, мельче 1 мм — не более 80%.

Для кладки сводов используют высокоогнеупорные обожженные магнезитохромитовые изделия, изготавливаемые из магнезитового порошка и хромовой руды. Изделия прессуют под большим давле­ нием и подвергают высокотемпературному обжигу при температуре

1600°С,

Я

Высокоогнеупорные магнезитохромитовые изделия подразде­

ляют на следующие марки:

ПШСП — пернклазошпииелидные магнезитохромитовые плот­ ные с тонкомолотой хромовой рудой в шихте;

МХСП — магнезитохромитовые плотные с крупнозернистым хро­ митом в шихте;

ПШСО — периклазошпинелидные магнезитохромитовые обычные с тонкомолотой хромовой рудой в шихте;

МХСО — магнезитохромитовые обычные с крупнозернистой хро­ мовой рудой в шихте.

Основной составляющей (65—70%) этих изделий является окись магния. Содержание хромовой руды в зависимости от марки кирпича находится в пределах 7—18% при применении кимперсайской руды и в пределах 5—12% при применении саратовской руды.

Плотные изделия (ПШСП и МХСП) предназначены для изготов­ ления работающих в особо тяжелых условиях сводов электро­ печей емкостью более 40 т. Обычные изделия (ПШСО и МХСО) могут быть использованы для изготовления сводов печей меньшей емкости.

Изделия указанных марок изготавливают в виде прямого и пя­ тового кирпичей. Длина прямого кирпича (и, следовательно, толщина свода) составляет 230, 300, 380, 460 и 520 мм.

Для кладки стен и изготовления сводов электропечей малой и средней емкости применяют высокоогнеупорные хромомагнезитовые изделия огнеупорностью не ниже 2000° С, изготавливаемые из хро­ мита и спекшегося магнезита. Содержание основных компонентов в этих изделиях (кирпичах) должно быть в следующих пределах:

окиси магния не менее 42%, окиси хрома не менее 15%.

Кладку подин и откосов выполняют из магнезитовых (периклазовых) изделий огнеупорностью выше 2000° С, изготовляемых прес­ сованием из обожженного до спекания магнезита. Магнезитовые из­ делия подразделяют в зависимости от химического состава на три марки: М-91 (магнезитовые изделия обычной плотности, предназначае­ мые для кладки подин и откосов электросталеплавнльных печей ниже уровня шлака), МП-91 (изделия плотные, предназначаемые главным образом для кладки откосов в районе шлакового пояса), МП-89 (плотные изделия, используемые для кладки футеровки элек­ тропечей в исключительных случаях).

Физико-механические свойства магнезитовых изделий приведены в табл. 3.

Для тепловой изоляции подины и стен, а также для футеровки сливного желоба используют шамотный кирпич, который обладает низкой теплопроводностью и высокой термостойкостью. Вследствие низкой огнеупорности (1680—1730° С) шамотный кирпич нельзя использовать для изготовления рабочего слоя футеровки, но вслед­ ствие высокой термостойкости его широко применяют для футеровки сталеразливочных ковшей и сталеразливочного припаса.

Шамотные изделия обычно содержат 60—62% S i0 2 и 35— 37% А120 3. Изготавливают их методом пластической формовки или

58

Таблица 3

ФИЗИКО-МЁхАНЙЧЕСКИЕ с в о й с т в а м а г н е з и т о в ы х и з д е л и й

Марка

Характеристика материала изделий

полусухого прессования, причем метод полусухого прессования сейчас преобладает.

В футеровке для тепловой изоляции применяют также асбест, порошок шамота и другие теплоизоляционные материалы.

КЛАДКА РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЕЧИ

В качестве примера на рис. 22 приведен разрез футеровки печи емкостью 100 т.

Изготовление футеровки новой печи начинают с подины. Подина печи состоит, как правило, из трех слоев: верхнего набивного, об­ разующего после спекания монолитную массу, кирпичной кладки, являющейся основанием для набойки, и теплоизоляционного слоя. Возможна работа печи и без набивного слоя, но при этом толщина кирпичной кладки должна быть увеличена.

На большинстве электропечей общая толщина футеровки подины равна максимальной глубине ванны. На печах, оборудованных рас­ полагаемым под днищем механизмом электромагнитного перемеши­ вания металла, толщину подины уменьшают, что улучшает магнит­ ную связь между ванной и перемешивающим устройством, позволяет уменьшить мощность перемешивающего устройства, его стоимость и расход электроэнергии. Но выигрыш в стоимости перемешивающего устройства по мере уменьшения толщины подины уменьшается, а опасность прорыва металла через подину увеличивается; при этом быстро возрастают и тепловые потери через подину. Поэтому на пе­ чах, оборудованных электромагнитным перемешивающим устрой­ ством, толщину подины целесообразно принимать равной 70—80% от глубины ванны.

Толщина огнеупорной кладки по центру 100-т печи, оборудован­ ной механизмом электромагнитного перемешивания, составляет

800—900 мм (рис. 22).

59