Файл: Новое в изготовлении и службе подин..pdf

ны обеспечивать создание слоя материала, который, с одной стороны, должен хорошо спекаться, а, с другой стороны, при свободном насыпании должен обладать достаточной механической прочностью, чтобы препятст­ вовать проникновению кусков руды и скрапа.

Отказ от предварительного спекания и, следовательно, упрочнения магнезитовых материалов под воздейст­ вием железистых расплавов предопределил необходи­ мость исследования механической прочности слоя магне­ зитовых порошков как грунта, подверженного воздейст­ вию засыпаемых на него кусковых материалов [101, 106, 107]. Изучение этих процессов проводилось по следую­ щей методике [109]. В цилиндр высотой 120 и диамет­ ром 60 мм засыпали исследуемый магнезитовый поро­ шок. В порошок с высоты 300 мм сбрасывались сталь­ ные шары различных размеров и массы. Перед каждым экспериментом порошок засыпали в цилиндр заново, чтобы устранить уплотняющее воздействие на него па­ дения шара в предыдущем эксперименте. О механиче­ ской прочности слоя порошков судили по глубине про­ никновения в них шаров. Исследовали порошки, зерно­ вой состав которых отличался разным содержанием фракции менее 0,1 мм при максимальном размере зерен 5 мм. В эти порошки сбрасывали один и тот же стальной шар. Полученные результаты приведены на рис. 41.

Таким образом, с увеличением содержания фракции менее 0,1 мм (в 1,2—1,5 раза) глубина проникновения шара в слой увеличивается (в 2,0—2,5 раза), т.е. меха­ ническая прочность слоя порошка значительно умень­ шается. Полученные данные подтверждают результаты работ, в которых сделан вывод о необходимости ограни­ чения содержания дисперсных фракций в порошках, подвергаемых уплотнению [ПО, 111]. Было исследовано погружение шаров различной массы и размеров в маг­ незитовые порошки как одного и того же, так и разных зерновых составов (табл. 36).

Данные, помещенные в табл. 36, позволяют сделать следующие заключения. При использовании шаров раз­ ной массы, имеющих одинаковую поверхность встречи, глубина погружения их в слой порошка того же зерно­ вого состава возрастает более чем в 2 раза при увеличе­ нии массы в 4 раза (опыт 2). Аналогичный результат был получен в опытах 3, 4 с использованием порошков, содержащих зерна размером 3—8 мм.

ПО

Т а б л и ц а 36

Глубина погружения шаров, падающих в слой магнезитового порошка

При уменьшении количества зерен размером менее 0,1 мм в порошке до 12% при содержании фракции 3— 8 мм 11—14% глубина погружения в слой порошка ша­ ров одного размера уменьшается с уменьшением массы шаров.

С точки зрения механической прочности слоя магне­ зитового порошка и предотвращения попадания шихто­ вых материалов, вызывающих разрушение подины, не­ обходимо нормировать как содержание фракций менее 0,1 мм, так и фракций 3—8 мм. Содержание этих фрак­ ций в порошках по результатам проведенных исследо­ ваний должно в среднем составлять соответственно 20 (с учетом процесса спекания) и 15%.

С точки зрения состава шихтовых материалов наи­ большее влияние на стойкость подин оказывают химиче­ ский и зерновой состав окислителей (руды, агломерата) и химический состав чугуна. При содержании SiCVe ру-

Ш

де 10—12% стойкость подин уменьшается в связи с об­ разованием агрессивных силикатных расплавов. Умень­ шение размеров кусков руды или агломерата также от­ рицательно влияет на стойкость подин. С уменьшением кусков руды и агромерата нарушается нормальное те­ чение процесса плавления — возникают взрывы, выбро­ сы металла и др. При этом значительную роль играют процессы оплавления кусков руды или агломерата. Практически при завалке агломерата в печь при тепло­ вом напряжении 30 млн. ккал/ч избежать оплавления агломерата невозможно. Оплавление же агломерата вызывает чрезмерно бурные реакции с чугуном, приво­ дящие к разрушению поверхности футеровки подины. Большое влияние содержание SiCb в руде или агломе­ рате и их зерновой состав оказывают на стойкость по­ дин косвенным образом —увеличивая длительность плав­ ления, затягивая доводку.

Заваливаемый на сыпучие материалы скрап содер­ жит на поверхности кусков окислы железа, марганца, идущие на образование высокоокисленных расплавов, разрушающих футеровку подин, стен и откосов.

Воздействие руды, агломерата, скрапа на футеровку подин проявляется исключительно через расплав — шлак. Образование шлакового расплава в периоды за­ валки и прогрева материалов нежелательно с точки зре­ ния правильности ведения технологических процессов плавки. Поэтому в эти периоды необходимо создать ус­ ловия, препятствующие образованию шлакового распла­ ва из материалов шихты. Основное требование — не до­ пустить перегрева и оплавления шихтовых материалов. В связи с разной тепловосприимчивостью шихтовых материалов эта задача крайне сложна и требует тща­ тельного наблюдения за материалами в печи. В ряде случаев даже длительность завалки в 1—2 мин является достаточной для оплавления материалов. Вероятность оплавления увеличивается при использовании кислоро­ да, что объясняется увеличением температуры факела на 200—300° С. Поэтому при использовании кисло­ рода для интенсификации плавки специальный про­ грев шихты в процессе завалки должен быть ис­ ключен.

В процессе завалки материалов в печь подина долж­ на быть полностью закрыта. Это важно с точки зрения развития во всех участках подин определенных, одних

112

и затем стабилизировалась, несмотря на вынужденный прогрев печи. Следовательно, химическое взаимодейст­ вие материалов, контактирующих в этот период с поди­ ной, вряд ли возможно.

В верхних районах, находящихся под непосредствен­ ным воздействием факела, развивается температура, равная 1400—1450° С (рис. 43). Эти температуры значи­ тельно превосходят температуру плавления системы

FeO—Fe20 3—-Si02 (при 10—15% Si02, что соответству­ ет составу руды), равную 1200° С [ИЗ]. Таким образом,

время, ч

Время, мин

в верхнем районе слоя сыпучих материалов образуется расплав железисто-кремнисто-известкового состава. К нему добавляется железисто-марганцовистый расплав от оплавленных кромок скрапа. Образующийся расплав при определенных условиях (большое количество рас­ плава, неравномерность завалки и др.) может проник­ нуть к подине и принять участие в ее формировании (по­ сле засыпки порошка) или разрушении (в течение экс­ плуатации подины). Однако наибольшее агрессивное влияние этот расплав оказывает на футеровку стен и откосов печи.

При завалке чугуна образуется масса шлака желези­ сто-кремнистого состава. Этот шлак агрессивен к магне­ зитовой футеровке подины, стен и откосов.

При сливе поток жидкого чугуна вызывает механи­ ческое разрушение подины. Это особенно ощутимо при ремонте подин без формирования слоя магнезитового

114

порошка до начала завалки. Именно поэтому важно по­ крыть всю подину шихтой, преградив дорогу жидкому чугуну к подине печи. В связи с этим целесообразно за­ ливать чугун попеременно в разные окна рабочего про­ странства печи.

Плавление

Период плавления является первым периодом плав­ ки, интенсивно влияющим на формирование слоя магне­ зитового порошка при изготовлении подин по новой тех­ нологии. Температурные условия в этот период (1350— 1490° С) мало способствуют спеканию магнезита. Одна­ ко в этот период в большей степени сказывается фактор времени, действие ферростатического давления, метал­ лической фазы и неметаллических расплавов, образую­ щихся на контакте подины с сыпучими материалами — рудой, агломератом, известняком. Дело в том, что плав­ ление руды затягивается на 2,0—2,5 ч. Очевидно, в этот период в контакте с жидким чугуном образуются неме­ таллические расплавы, способствующие формированию подины печи.

Агрессивное воздействие на подину оказывает бар­ ботаж ванны в результате взаимодействия чугуна с ру­ дой, известняком и скрапом. При использовании кисло­ рода в ряде случаев взаимодействие чугуна и руды бы­ вает настолько интенсивным, что возникает опасность аварийного ухода металла из печи через ложные поро­ ги. В этот период происходит интенсивное разрушение рабочего слоя подины (этот процесс не изучен в доста­ точной степени). Химический состав чугуна имеет боль­ шое значение для стойкости подины. Так, по данным До­ нецкого завода, увеличение содержания серы в чугуне на 0,01% вызывает увеличение ее содержания в металле на 0,004%, что приводит к увеличению длительности довод­ ки плавки в среднем на 15 мин. Еще большее косвенное влияние на стойкость подины оказывает содержание кремния в чугуне. В данном случае имеется в виду не­ посредственное химическое воздействие чугуна на футе­ ровку подины. На пути к подине чугун встречает окис­ лители— руду, агломерат; в основном химическое взаи­ модействие происходит с этими материалами, а не с подиной. Однако частичное взаимодействие углерода и кремния чугуна с окислами железа и марганца подины,

бесспорно, имеется, Если завалить непосредственно на подину твердый чугун, то на этом участке будет наблю­ даться интенсивное разрушение футеровки подины.

Доводка плавки

Период доводки является наиболее активным перио­ дом плавки с точки зрения процессов формирования и разрушения футеровки подины. В этот период действует ряд основных формирующих и разрушающих футеровку

подины факторов.

В связи с формированием подии под действием ферростатического давления металла в термопластическом состоянии проведение первой доводки металла не вызы­ вает каких-либо опасений. Влияние длительности первой после ремонта доводки и температуры металла на фор­ мирование подин, изготовленных по новой технологии, несколько отлично от влияния этих же факторов на фор­ мирование подин, изготовленных по старым технологи­ ям. Если раньше длительность доводки и температуру металла первой после ремонта или изготовления подины плавки строго лимитировали, то при7 новой технологии эти ограничения не нужны. По мере насыщения верхних районов подины шлаком влияние длительности доводки и температуры металла меняется: для глубинных райо­ нов (40—70 мм) это формирующие наварку факторы, а для районов поверхностных (до 40 мм) — это разруша­

ющие факторы.

В период доводки плавки и особенно в период чисто­ го кипения создаются особенно благоприятные условия для реакции жидкой стали с окислами подины, а также развиваются чисто диффузионные процессы обмена; это особенно относится к окислам железа и хрома. Процес­ сы интенсивного взаимодействия подины и металличес­ кой ванны ведут к разрушению огнеупорной футеровки.

Важно, чтобы максимальная температура металла была достигнута в последний период чистого кипения; следует избегать присадки руды в ванну при температу­ ре металла 1600°С и более. В этот период поверхность подины находится в размягченном состоянии и энер­

ченного поверхностного слоя подины должно быть обра­

116