Файл: Новое в изготовлении и службе подин..pdf

рйклазовых кристаллов. Разрушение крупных магнезиовюститовых зерен происходит по периферийным, ради­ ально направленным трещинам. В результате такого «растрескивания» от крупных зерен отделяются мелкие обломки магнезиовюститовых кристаллов, растворяю­ щихся затем в известково-силикатном расплаве.

Процессы рекристаллизации кристаллов магнезиовюстита, принадлежащих двум соседним контактирую­ щим обломкам магнезита, наблюдаются редко. Чаще крупные обломки окружены отдельными мелкими кри­ сталлами магнезиовюстита, плавающими в известково­ силикатном расплаве (рис. 15). Вследствие этого периклазовая составляющая образует структуру более ост­ ровного, чем каркасного характера [7].

В процессе эксплуатации количество известково-же­ лезисто-силикатной связки в подине несколько возрас­ тает, что усиливает корродирование крупных зерен маг­ незиовюстита. Состав связки в зависимости от преиму­ щественного влияния силикатно-железистого расплава руды или известково-железистых силикатов шлака ме­ няется, переходя из поля первичной кристаллизации мервинита в поле первичной кристаллизации двухкаль­ циевого силиката.

Эксплуатация подины в течение нескольких плавок после ремонта приводит к полному изменению состава связки, цементирующей кристаллы периклаза или их аг­ регаты.

Высокожелезистая связка заменяется известковоси­ ликатной. Таким образом, магнезиально-железистая подина по составу связки в процессе эксплуатации при­ ближается к шлакомагнезиальной.

Однако наличие в магнезиально-железистой подине крупных магнезиовюститовых агрегатов, хотя и имею­ щих островное расположение, обеспечивает лучшую армируемость размягченного рабочего слоя и способству­ ет повышению ее износоустойчивости. Скорость износа, как и в шлакомагнезиальных подинах, определяется со­ ставом, количеством и характером распределения изве­ стково-силикатной связки.

Как в шлакомагнезиальных, так и в магнезиально­ железистых, с добавкой или без добавки доломита, по­ динах состав связки ограничивается определенной об­ ластью в многокомпонентной системе равновесного со­ стояния.

29

Процессы взаимодействия подины с реагентами плавки не только обусловливают изменение химическо­ го и минералогического состава подины и ее структур, но могут в некоторой степени влиять на пирометричес­ кие процессы, меняя состав шлаков, условия для проте­ кания реакции обезуглероживания, концентрации выде­

ляющихся при этом газов и т. д.

Во второй половине плавления, как правило, начина­ ет возрастать содержание MgO в шлаке. Рост достигает максимума к концу доводки [52]. При этом в шлак пе­ реходят зерна периклаза, сцементированные монтичеллитом; присутствующие в них окислы железа находятся

ввиде твердого раствора — магнезиовюстита [53].

Вшлаках нередко находят куски извести, особенно

при расположении известняка непосредственно на поди­ не, содержащие в периферийных участках периклаз. Это обычно наблюдается в период известкового кипения.

Приваривание кусков извести к подине способствует увеличению времени известкового кипения, продолжаю­ щегося иногда в течение значительной части периода до­ водки [52]. Шероховатая поверхность подины способст­ вует развитию окислительно-восстановительных процес­ сов обезуглероживания стали, а также оказывается местом концентрации газовых пузырьков [52].

Твердая шероховатая и не смачиваемая металлом поверхность подины является не только местом концент­ рации, но и местом возникновения пузырьков окиси угле­ рода, для которых выходящие на поверхность подины капилляры играют роль готовых центров газообразова­ ния [2].

Процесс образования пузырьков СО на подине раз­ вивается в наибольшей степени, когда в шлаке исчезают твердые шлакообразующие материалы, также являющи­ еся центрами газообразования.

В этот период чистого (донного или подового) кипе­ ния окисление углерода протекает в основном на по­ верхности подины и откосов, чем глубже место зарожде­ ния пузырей, тем больше их размеры и скорость всплы­ вания. К началу чистого кипения перегрев металла вы­ ше температуры ликвидуса составляет 40—60°С [2]. Учитывая существенное размягчение поверхностного слоя подины при таких температурах и интенсивный от­ рыв газовых пузырей от ее поверхности, естественно по­ лагать наличие процессов разрушения пода в период

30

чистого кипения. Поэтому износ подины связывают с процессами обезуглероживания. Стойкость подин резко снижается при выплавке стали как с пониженным, так и с повышенным содержанием углерода.

Интенсивное взаимодействие подины с углеродом ванны начинается во второй половине периода плав­ ления.

При выплавке высокоуглеродистой стали содержание окислов железа в подине снижается в большей степени, чем при выплавке малоуглеродистой стали.

По данным работы [54], количество окисленного же­ леза в подине уменьшается до достижения содержания в стали 0,2% С. При снижении содержания углерода с 0,2 до 0,1% восстановления железа в подине не проис­ ходит, что способствует повышению ее стойкости. Даль­ нейшее снижение содержания углерода в ванне приво­ дит к увеличению содержания окислов железа в подине, что повышает ее износ в конце доводки.

Вработе [55] подтверждается существующее мнение

оспособности FeO диффундировать в периклаз и из периклаза в жидкую сталь. Предполагается, что скорость такого перехода значительно ниже скоростей в системе шлак—металл. О влиянии характера поверхности поди­ ны на процесс кипения ванны литературные данные раз­ норечивы.

Шероховатая поверхность подины [56] в большей

степени способствует появлению пузырей, чем ошлако­ ванная «блестящая». В дальнейшем при смывании на­ гретых слоев подины обнажаются более холодные уча­ стки огнеупорной футеровки, в месте контакта с кото­ рым и может несколько понизиться температура жидкой стали. Это, согласно диаграмме равновесного состо­ яния, понижает растворимость углерода и кислорода в жидкой стали в охлажденном районе, вызывает интен­ сивное их выделение, выражающееся бурным кипением ванны на участке разрушения подины. Высказанные положения не всегда согласуются с результатом наблю­ дений.

Характер взаимодействия подины с компонентами ванны изучали по химическому составу проб подин, отобранных по ходу плавки [57]. При этом были обна­ ружены значительные изменения: уменьшение содержа­ ния окислов железа к моменту расплавления в резуль­ тате восстановления кремнием, увеличение содержания

31

окислов железа к чистому кипу вследствие смывания верхнего слоя и обнажения свежего с повышеннным со­ держанием окислов железа1, раскисление его после да­ чи раскислителей и, следовательно, снижение содержа­ ния FeO и, наконец, увеличение содержания окислов же­ леза после выпуска вследствие предполагаемой мигра­ ции FeO из шлака. В процессе эксплуатации подины возможно обнажение шероховатой поверхности при смывании размягченного слоя.

Предполагается, что свежий шероховатый слой мень­ ше смачивается металлом, что способствует зарожде­ нию пузырьков СО и создает благоприятные условия для подового кипения. Авторы работы [57] считают, что абсолютное количество углерода, окисляющегося за счет окислов железа подины, невелико (0,05—0,06%)-Не­ смотря на это, возможности развития на подине подово­ го кипения придают большое значение, так как это об­ легчает образование на подине активных центров — участков образования окиси углерода. Наличие таких участков ускоряет процесс взаимодействия углерода и кислорода, растворенных в металле.

Существенное влияние на стойкость подин оказыва­ ет проникновение в рабочий слой расплавленных чугу­ на и стали. Кроме распространения их через крупные пу­ стоты, возможно проникновение через капилляры [58].

Капиллярное проникновение в отсутствие перепада давления на концах капилляра возможно при смачива­ нии стенок канала пропитывающей жидкостью. Степень смачивания магнезита железом зависит от состава и ко­ личества примесей в нем. Краевой угол смачивания периклаза армко-железом составляет 118—139 °С [59].

Смачиваемость зависит от химического состава маг­ незита, так же как и от состава металла. В наибольшей степени увеличению смачиваемости способствует при­ сутствие в периклазе ионов железа, а в металле — ионов кислорода.

Растворение в периклазе вюстита с параметрами ре­ шетки, близкими как к периклазу, так и к железу, спо­ собствует увеличению сил связи между магнезиально­ железистым материалом и жидкой сталью [58]. Разли-

1 Такое объяснение наиболее вероятно для магнезиально-желези­

стых подин из крупнозернистых порошков, проработавших не более 10 плавок.

32

чйе в смачиваемости чистого и ошлакованного периклаза позволяет предположить различный характер возможных процессов на границе подина —жидкая сталь для подин, изготовленных по разным технологиям.

Угол смачивания сталью шлакомагнезиальной поди­

Величина угла смачивания и высота подъема рас­ плава в капилляре радиусом 10~3 см для разных мате­ риалов приведены в табл. 4 [58].

В табл. 5 помещены расчетные величины скорости перемещения металлургических расплавов в магнези­ альном капилляре радиусом 10-3 см и длиной 1см [62].

Расчетные данные могут не совпадать с фактическими в связи с градиентом температур в подине и процессами взаимодействия расплава со стенками капилляра.

Т а б л и ц а 6

Химический состав неработавших подин

Проводились исследования подин, изготовленных из магнезитового порошка с зерном размером 2—10 мм в пе­ чах с динасовым и магнезитохромитовым сводами [63]. В качестве шлакующих материалов применяли шлак и окалину. Химический состав новых подин (послойно) помещен в табл. 6.

В этой же работе описаны изменения подин после 2-, 5-, 10-, 15-, 20- и 32-й плавки. Изменяется состав сили­ катной связки и уменьшаются размеры кристаллов периклаза — от 60—120 мм после первых плавок до 15— 20 мкм после 20 плавок. Значительно увеличивается содержание силикатов в рабочем слое подин к концу меж­ ремонтного периода (до 70—75%). Последнее обстоя­ тельство может быть объяснено не только постепенным насыщением подины шлаком, но и образованием неров­ ностей на подине к концу ее кампании и накапливанием шлака вследствие этого на поверхности подины. Попа­ дая в пробоотборник вместе с подиной, шлак мог не­ сколько исказить фактический состав размягченного слоя.

В некоторых работах [63, 64] авторы полагают нео­ боснованным применение для подин магнезиальных ма­ териалов с предельно высоким содержанием MgO и счи­ тают возможным эффективно использовать материалы с пониженным содержанием периклаза.

При исследовании взаимодействия подин с различны­ ми реагентами мартеновской плавки в лабораторных ус­ ловиях [65], в которых использовали таблеточный метод,

34