Файл: Новое в изготовлении и службе подин..pdf

Процесс этот в магнезиально-железистых подинах заключается в заполнении пустот между зернами про­ гретого порошка расплавленными окислами железа, по­ сле чего или одновременно с этим развиваются диффу­ зионные процессы. Взаимодействие периклаза с окисла­ ми железа протекает преимущественно в твердой фазе. В результате такого взаимодействия образуется магнезиовюстит (MgO-FeO) с различным соотношением вюстита и периклаза; значительно реже в результате взаимодействия образуется магнезиоферрит.

При температуре ремонта подин магнезиовюстит склонен к рекристаллизации, вследствие чего взаимодей­ ствие зерен магнезитового порошка с окислами железа сопровождается интенсивным ростом кристаллов магнезиовюстита.1

Использование окислов железа в качестве спекаю­ щего материала при изготовлении и реставрации подин из магнезитовых или магнезиально-доломитовых порош­ ков предопределило существенное изменение технологии формирования рабочего слоя подины и привело к созда­ нию технологии так называемых однослойных скорост­ ных ремонтов [27].

При этом происходит предварительное жидкостное пропитывание слоя из магнезитового или магнезито-до­ ломитового порошка окислами железа, протекающее с высокой скоростью. Затем окислы железа перемеща­ ются от периферии к центру зерен порошка путем обра­ зования твердых растворов и благодаря поверхностной диффузии. Периклаз частично растворяется в окислах железа.

Скорость перемещения расплавленных окислов ме­ жду зернами в десятки раз превышает скорость проник­ новения их от периферии к центру зерен. Скорость раст­ ворения периклаза (для порошков, практически не со­ держащих дисперсные фракции) в железистом распла­ ве также меньше скорости заполнения им пустот в ра­ бочем слое подины. Это создает благоприятные условия

1 биЯлИотвнв С С С г

лами железа, кроме растрескивания и изменения цвета, существенных изменений структуры не претерпевает. Цвет порошка меняется от коричневого до зеленовато­ серого, что свидетельствует о преимущественно восста­ новительной атмосфере над подиной при ее прогреве. В местах контакта с остатками шлака наблюдается от­ носительно небольшое насыщение кристаллов периклаза железистыми включениями [28].

После пропитывания подины окислами железа на глубину до 50—70 мм степень насыщения ими магнези­ товых обломков увеличивается; насыщаются в первую очередь периферийные участки. В районах насыщения наблюдается значительная интенсификация роста крис­ таллов периклаза (до 0,3 мм). Включения магнезиоферрита в них не обнаруживаются или наблюдаются очень редко. Это, так же как и цвет порошка, после его про­ грева свидетельствует о восстановительных условиях над подиной при ее изготовлении или ремонте.

Несмотря на значительный рост кристаллов перикла­ за, наблюдаются крупные поры как в обломках, так и в цементирующей связке.

Рекристаллизация и увеличение количества мелких кристаллов твердого раствора закиси железа в периклазе (магнезиовюстита) в связующей части подины спо­ собствуют развитию контактов между рекристаллизованными периферийными кристаллами периклазовых агрегатов и мелкими • кристаллами магнезиовюстита дисперсной составляющей. Развитие такой структуры по­ вышает прочность кристаллического сростка подины [29].

Растворение мелких зерен периклаза в железистом расплаве и насыщение периферийных участков крупных периклазовых агрегатов окислами железа усредняет со­ став на контакте обломков магнезитового порошка и вы­ сокожелезистой связки. Это приводит к исчезновению четких границ между железистой связкой и магнезиаль­ ным заполнителем [30].

Уплотнение рабочего слоя, вызываемое интенсивно протекающими процессами рекристаллизации кристал­ лов периклаза при минимальном содержании силикат­ ной неогнеупорной связки между ними, способствует об­ разованию подины, устойчивой в эксплуатации, при ми­ нимальной затрате времени на ремонт.

При изготовлении или исправлении подины металлур­ гическими порошками, насыпаемыми одним слоем, с

и минералогический состав (табл. 3). В магнезиальнодоломитовых подинах встречаются кристаллы трехкаль­ циевого силиката (рис. 8).

Т а б л и ц а 3

Химический состав рабочего слоя отремонтированной подины после ошлакования окалиной (размягченный слой)

Несмотря на это, некоторые изменения минералоги­ ческого состава магнезиально-доломитовых подин по сравнению с магнезиальными (выполненными с приме­ нением окалины) не влечет за собой различия в их стой­ кости. Подина из мелкозернистой магнезиально-доломи­ товой смеси также износоустойчива, как и из мелкозер­ нистых магнезитовых порошков типа МПП [32].

Процессы, протекающие в подинах во время эксплуатации

В процессе эксплуатации химический и минералоги­ ческий состав рабочего слоя подины претерпевает изме­ нения под действием металлических и неметаллических реагентов расплавленной ванны.

Характер изменения химического состава магнези­ альных и магнезиально-доломитовых подин в процессе проведения ремонта и при последующей эксплуатации показан на рис. 9 и 10 [28, 30]. Для определения хими­ ческого состава в этом случае использовали частицы размягченного рабочего слоя подины, отобранные в раз­ личные периоды ее работы при помощи трубчатого про­ боотборника [7].

21

Анализируя сведения о температуре кладки и рабо­ чего слоя подины в процессе ее эксплуатации, а также о температуре жидкой стали в различные моменты плав­ ки [33—36] (рис. 11), можно предположительно пред­ ставить характер 'изменения температуры рабочей по­ верхности подины в процессе эксплуатации (рис. 12).

Рис, 9. Содержание окислов в подинах, ремонтируемых металлургическим порошком МПК

Наиболее близкими к действительным следует считать температуры выше 1400 °С, рассчитанные по данным за­ меров температуры жидкой стали. Кривая свидетельст­ вует об относительно непродолжительном нагреве поди­ ны до высоких температур на протяжении одной плавки.

В процессе эксплуатации подина контактирует с сы­ пучими материалами, затем с жидкой сталью, с расплав­ ленным шлаком и с атмосферой печи.

Принятая в нашей стране большинством металлур­ гических предприятий последовательность загрузки не­ металлических составляющих шихты для большегруз­ ных печей почти полностью исключает возможность кон­ такта подины и извести.

22

ном ера лл а В о к

Рис. 10. Содержание окислов в подинах, ремонтируемых смесью из 75% порошка МПК и 25% обожженного доло­ мита:

а — открытая подина; б — подина под металлом; / — со­

став перед ремонтом; / / — состав отремонтированной

родины

23

Рис. 11. Изменение температуры в футеровке подины мартеновской печи:

/ — предположительная температура поверхности подины; 2 — температура под верхним рабочим слоем, замерена термопарой; 3 — то же, под первым рядом кирпичной кладки (230 мм), замерена термопарой

24

Последовательность контакта с реагентами сохраня­ ется в течение всего межремонтного периода, что спо­ собствует соответствующему изменению химического и минералогического состава подины.

Несмотря на невысокую температуру даже в конце плавления (1460—1500°С), вполне вероятно активное взаимодействие подины с не­ металлическим расплавом, образующимся в период за­ валки в результате оплавле­ ния руды и скрапа. В после­ дующий достаточно дли­ тельный период плавки (до­ водка) попавший в подину неметаллический расплав распространяется на некото­ рую глубину рабочего слоя

--------- —

и участвует в его формировании, чему способствует на­ личие ферростатического давления. Это подтверждается результатами исследования характера взаимодействия руды и подины, осуществленного при помощи радио­ активного изотопа Fe59. Радиоактивным железом была

новской печи. Результаты определения активности проб подины в зависимости от места и времени их отбора и расстояния от рабочей поверхности графиче­ ски изображены на рис. 13 [37]. Судя по актив­ ности металла, шлака и подины при расплавлении желе­ зо руды в основном переходит в жидкую ванну. Подина

25

также взаимодействует с рудой. Глубина проникновения радиоактивных атомов железа в подину невелика, о чем свидетельствует падение активности с удалением от ра­ бочей поверхности (см. рис. 13, кривая /). Железо из ванны мигрирует в подину в еще меньшей степени. Не­ смотря на относительно высокую активность металла, в районе подины, наиболее удаленном от места погруже­ ния радиоактивного изотопа железа (кривая 2). Лишь через 3 ч несколько возросла активность проб подины (кривая 3), взятых в районе пятого завалочного окна. Однако она осталась в 3—4 раза ниже, чем активность пробы, взятой в тот же период в месте засыпки радио­ активной руды (кривая 4).

Постоянная концентрация Fe59 по глубине подины против первого окна в конце плавки позволяет предпо­ ложить процесс перемещения ионов железа за время до­ водки как в глубинные участки подины, так и в ванну. Не подлежащее сомнению и еще раз подтвержденное преимущественное взаимодействие с периклазом окис­ ленного, а не металлического железа, дает основание счи­ тать руду значительно более активным реагентом по от­ ношению к подине, чем расплавленную сталь. Из этого же следует, что степень взаимодействия металлической ванны с подиной возрастает с увеличением содержания кислорода в жидкой стали. При контактировании поди­ ны с жидкой сталью первой (после ремонта подины) плавки возможны процессы взаимной миграции компо­ нентов подины и жидкой ванны, предопределяемые усло­ виями равновесного состояния на границе жидкий ме­ талл— магнезиально-железистая подина [38—51]. Зна­ чительное снижение содержания окислов железа в поди­ не после первой же плавки позволяет считать возмож­ ным экстрагирование жидкой ванной окислов железа из подины, если содержание их в ней превышает 30— 40%. Миграция в подину силикатов железа руды и экс­ трагирование ванной избытка (относительно равновес­ ного состояния) окислов железа из подины способству­ ют образованию связки, состав которой расположен в поле первичной кристаллизации первинита.

После выпуска металла рабочая поверхность подины в течение нескольких минут соприкасается со шлаком при температуре около 1600°С. Высокая температура и подвижность силикатов кальция способствуют быстро­ му их растворению в рабочем слое подины. Процессы

26

перераспределения окислов железа, кальция и кремния между подиной, жидкой сталью и шлаком протекают, по-видимому, с весьма высокой скоростью, поскольку химический состав рабочего слоя подины значительно меняется после первой плавки и стабилизируется в тече­ ние двух — трех плавок у магнезиальных подин и трех — пяти плавок —у магнезиально-доломитовых подин.

Изменение химического состава связки и первона­ чально (при ремонте) неравновесное состояние агрега­ тов периклаза с зональным размещением окислов желе­ за в них предопределяют изменение минералогического строения рабочего слоя подины в процессе ее эксплуа­ тации.

После проведения первой плавки все или большинст­ во пустот в отремонтированном рабочем слое подины за­ полняются шлаком. Окислы железа, не связанные с периклазом, мигрируют в агрегаты кристаллов периклаза, растворяют в себе часть MgO или экстрагируются жид­ кой ванной. В результате этого после первой плавки в рабочем слое свободные окислы железа не обнаружива­ ются. Существенно меняется структура крупных облом­ ков металлургического порошка. Периферийные, насы­ щенные окислами железа, участки обломков значитель­ но уплотняются, кристаллы периклаза в этом районе увеличиваются и образуют монолитную структуру. Цен­ тральная часть магнезитовых обломков сохраняет не­ которое количество кристаллов периклаза размером

0,025 мм.

Процессы уплотнения периферии магнезитовых об­ ломков связаны с усадкой, вследствие чего монолитный периферийный слой магнезиовюстита прорезан трещи­ нами, радиально направленными от периферии к центру обломка, трещины заполнены силикатным расплавом

(рис. 14).

Как свидетельствуют описанные выше исследования в области растворения магнезиальных материалов в си­ ликатных расплавах [13], такое заполнение трещин рас­ плавом сопровождается расклинивающим воздействи­ ем, если расплав не содержит окислы железа, что в свою очередь может способствовать увеличению поверхности растворения, подвижности магнезитовых частиц, а сле­ довательно, и интенсификации износа подины.

В дальнейшем, после нескольких плавок в крупных обломках магнезитового порошка исчезают границы пе-

27