Файл: Новое в изготовлении и службе подин..pdf

грева и применения спекающих добавок (окалины). Таким порошком оказался спеченный магнезит, измель­ ченный до прохода через сито с отверстиями 5—7 мм и содержащий не менее 15—20% зерен размером менее

0,1 мм.

Рис. 33. Влияние давления на изменение кажущейся плотности порошков:

Высокая скорость уплотнения подин под действием силикатных расплавов и ферростатического давления при утонении зернового состава порошков позволила при соответствующем соотношении крупных и дисперс­ ных фракций сократить время уплотнения неспеченного магнезитового порошка до 2—3 ч.

При этом под тонким магнезиовюститовым слоем

десятимиллиметровый монолитный слой, состоящий из небольших (0,05 мм) кристалликов периклаза, распре­ деленных относительно равномерно и сцементированных тонкими пленками магнезиально-кальциевых силикатов.

Таким образом, в течение первой плавки после ре­ монта под защитным магнезитовым слоем образуется рабочий слой подины, по структуре и износоустойчи­ вости аналогичный монолитному слою шлакомагнези­

70

альных подин или верхнему слою крупнозернистых магнезиально-железистых подин после 10—15 плавок.

Появление такого плотного магнезиально-силикатно­ го образования в течение одной плавки позволило внести существенное изменение в технологию изготовления и ремонта подин — отпала необходимость создания во вре­ мя ремонта защитного магнезиально-железистого слоя.

то при применении металлургических порошков рацио­ нального зернового состава предварительное наведение магнезиовюститового слоя может оказать тормозящее действие на основной процесс формирования износоу­ стойчивой подины в процессе плавки. Однородный и прочный в первый период эксплуатации магнезиовюститовый слой, воспринимая на себя часть создаваемого жидкой ванной давления, должен снижать уплотняю­ щий эффект ферростатического давления. Кроме того, слой этот может задерживать часть первичного распла­

силикатного расплава нельзя вполне определенно отне­ сти к существенно тормозящему формирование износоу­ стойчивой подины, поскольку нет данных об оптималь­ ном количестве расплава для такого формирования. Тем не менее снижение ферростатического давления под магнезиовюститовым слоем, дополнительные затраты времени и окалины на его изготовление позволяют счи­ тать нерациональной технологию, предусматривающую пропитывание верхнего слоя отремонтированной подины расплавленными окислами железа. Новая технология изготовления высокоизносоустойчивых подин заключа­ ется в нанесении на подину порошка с достаточным ко­ личеством дисперсных фракций и внесении шихтовых материалов сразу после достижения в рабочем прост­ ранстве печи температуры, обеспечивающей нормаль­ ное ведение плавки [87]. Степень уплотнения рабочего слоя при этом определяется не только величиной прес­ сующих усилий от веса металла, но и кажущейся вяз­

71

костью смеси магнезитовых зерен с железисто-силикат­ ным расплавом [87, 88]. Вязкость такой смеси играет существенную роль и в процессах разрушения рабочего слоя в период эксплуатации подин. По мере увеличения числа плавок в рабочем слое возрастает содержание легкоплавких силикатов, что приводит при температуре слоя 1500—1600° С к резкому снижению его вязкости. Это в свою очередь увеличивает скорость вымывания зерен периклаза расплавленным металлом и шлаком.

Из сказанного следует, что экспериментальное опре­ деление кажущейся вязкости подин или моделирующих их смесей с различным содержанием твердых частиц и различным составом жидкой фазы может оказаться по­ лезным для получения более полного представления о процессах формирования и разрушения порошкообраз­ ных футеровок плавильных агрегатов, в частности по­ дин мартеновских печей.

Магнезиально-силикатные смеси с равномерно рас­ пределенными кристаллами периклаза при высоких температурах можно рассматривать с некоторым при­ ближением как суспензии с высоким содержанием твер­ дых частиц.

Кристаллы периклаза в силикатных расплавах, как правило, имеют форму, близкую к шарообразной. Вяз­ кость такой суспензии может быть рассчитана при по­ мощи уравнения Эйнштейна [89] по вязкости жидкой

72

пользовано для расчета вязкости суспензии, содержа­ щих до 74% твердых частиц; практически диапазон при­ менения этого уравнения, по-видимому, меньше.

Вязкость суспензий, содержащих более 75% твер­ дых частиц и находящихся в пиропластическом состоя­ нии, можно рассчитать по уравнению [90]

1 3qM ’

если известна скорость деформации под сжимающей или растягивающей нагрузкой (здесь Р —действующая сила; I — длина образца; д—площадь поперечного сече­ ния; А/—изменение длины образца вдоль действия си­ лы Р за время z ) .

Вязкость (кажущаяся) для твердых тел может быть рассчитана также по уравнению Френкеля [91]:

V— объем деформируемого образца.

Для получения величин, входящих в эти уравнения, обычно используют приборы для определения характе­ ра разрушения огнеупоров, нагреваемых под нагрузкой при растяжении или скручивании [90, 92]. Большинст­ во рекомендуемых приборов предусматривает передачу нагрузки на образец через стержни, перемещающиеся в направляющих. При малых удельных нагрузках и ма­ лой площади образцов сила трения, возникающая меж­ ду направляющими и нагруженным стержнем, может привести к существенным ошибкам.

Для определения усилий, возникающих при скручи­ вании нагретых тел, необходимо иметь образцы специ­ альной формы, изготовление которых в большинстве случаев весьма затруднительно.

Для расчета вязкости использовали уравнение Френкеля [91], описывающее процесс деформации стержня при постоянной сжимающей нагрузке. Для проведения экспериментов был разработан прибор, по­ зволяющий определить скорость изменения длины ци­ линдрических образцов под постоянной нагрузкой при нагревании их до 1500—1600° С.

73

Принцип работы прибора заключается в непрерыв­ ном взвешивании деформирующей нагрузки при посто­ янной скорости уменьшения длины образца. Одновре­ менное изменение скорости деформации и величины нагрузки позволяет находить режимы, соответствующие режиму «вязкого течения» [93].

Объектом исследования служили цилиндрики диа­ метром 10 и высотой 15 мм, изготовленные из магнези­ тового порошка с зернами максимального размера 0,06; 0,2—0,5; 0,5—1,0 и 1,0—2,0 мм в смеси с различными добавками, образующими расплав при температурах опыта, а также без добавок. С целью создания условий для сохранения состава выбранной жидкой фазы до конца эксперимента отпрессованные смеси не подверга­ ли предварительному обжигу.

Во избежание перемещения расплава из испытуемого образца в верхний и нижний штампы прибора послед­ ние выполняли из материала того же состава, что и об­ разец.

В процессе эксперимента деформации подвергались не только испытуемый образец, но и цилиндрики, слу­ жившие верхним и нижним штампами. Поэтому все три цилиндра замеряли до и после эксперимента и под­ считывали коэффициент К участия среднего (испытуе­ мого) образца в суммарном изменении длины дефор­ мирующихся образцов. Расчет вели по формуле

74