Файл: Новое в изготовлении и службе подин..pdf

40

В связи с инконгруэнтным плавлением ферромонтичеллита возможно также присутствие в качестве первич­ ной фазы фаялита. Кроме того, возможно изоморфное замещение в мервините ионов Mg2+ ионами Fe2+ [3].

Известны исследования характера минералообразования и температуры ликвидуса для смесей, попадающих не на стороны, а в плоскость рассматриваемого треуголь­ ника (C2S —CMS—CFS). С этой целью использовали ме­ тод закалки образцов подин с различным химическим (табл. 8) и минералогическим составом [7].

Образцы нагревали до 1300, 1400, 1500, 1600 и 1700° С.

Быстрое охлаждение позволяло в той или иной степени фиксировать количество появившейся при нагревании жидкой фазы. Склонность известково-силикатной связки к кристаллизации при охлаждении снижалась с увеличе­ нием содержания в ней кремнезема. Поэтому наиболее четко прослеживалось начало плавления связки и полный переход ее в расплавленное состояние в образцах подин, состав связки в которых находился в области первичной кристаллизации мервинита (рис. 20) [7].

Основная составляющая образцов — магнезиовюстит — независимо от температуры изменений не претер­ певала. Лишь в некоторых случаях, преимущественно в образцах с большим содержанием окислов железа, при высоких температурах нагрева в зернах магнезиовюстита появлялись более светлые, едва заметные точки магнезиоферрита. Появлению их мог способствовать подсос воздуха в рабочее пространство печи при проведении экс­ периментов.

Минералогический состав связки изменялся доста­ точно четко (табл. 9).

Во всех случаях изменение минералогического стро­ ения связки наблюдалось уже после нагревания до 1300° С; количество первоначально присутствовавших минералов несколько уменьшалось и появлялось стекло. При нагревании до 1400° С содержание стекла в связке увеличивалось, а содержание исходных минералов су­ щественно сокращалось. Одновременно с этим перифе­ рия кристаллов, присутствующих в связке, оказывалась весьма корродированной. При 1500° С в большинстве случаев связка представлена стеклом. С повышением температуры обжига показатель преломления стекла за­ кономерно возрастал. Так, если при 1300—1400° С в связ­ ке появлялось полупрозрачное стекло с Ng= 1,702ч-1,703,

41

то с увеличением температуры термообработки до 1500— 1700° С показатель преломления Ng приближался к 1,707. Это свидетельствует о росте содержания в стекле окислов железа или марганца.

С повышением температуры термообработки до 1600° С основной составляющей связки становится стек­ ло. В некоторых случаях удается обнаружить отдельные сильно корродированные кристаллы исходных минералов. В стекле становится заметным выпадание тончайших кристалликов магнетита или ферромонтичеллита. При температуре 1700° С степень раскристаллизации стекла увеличивается. При этом почти во всех случаях в стекле, кроме магнетита, наблюдается кристаллизация монтичеллита.

Результаты исследования поведения связки в подинах при нагревании позволяют считать температуру появле­ ния расплава в них около 1300° С и ниже; составляющие связки практически полностью расплавляются при тем­ пературе 1500° С. С ростом температуры в образовавшем­ ся расплаве растворяются окислы железа, а при 1700° С— и периклаз, о чем свидетельствуют выпадание при закалке соответственно кристаллов магнетита и монтичеллита.

Повышенное содержание железа в подине способству­ ет расплавлению связки при более низких температурах лишь при высоком содержании СаО и Si02 (образец № 108).

При аналогичном исследовании поведения известко­ во-силикатной связки в магнезиально-доломитовых поди­ нах существенного отличия характера минералогических изменений от вышеописанного установлено не бы­ ло [28].

Для определения температуры появления расплава при нагревании известково-силикатных связок подин мо­ жет быть использована схема полей первичной кристал­ лизации минералов в системе C2S—CMS— CFS, изобра­ женной на рис. 21 [3]. Согласно этой схеме область первичной кристаллизации периклаза ограничивается об­ ластью ОАП1. В процессе исследования системы доста­ точно четко была установлена область первичной кри­ сталлизации фаялита (ЕГР4). В этой области можно предполагать существование ферромонтичеллита как первичной фазы (в районе линии РГ); петрографические исследования соответствующих смесей неоднозначно

45

подтверждают это предположение. В области, отделен­ ной пунктиром, возможно существование непрерывного ряда твердых растворов между CaFeSi0 4 и CaMgSi04.

Рис. 21. Ориентировочное расположение полей первичной кристаллизации минералов, эвтектических точек и пограничных линий в системе Ca2Si0 4 —

CaMgSiOi—CaFeSi0 4

Значительно менее четко разграничены области первич­ ной кристаллизации мервинита и двукальциевого сили­ ката. На схеме области эти разграничены линией ЕГВ,

Рис, 22. Диаграмма плавкости системы CaFeSiO.—Ca2S10j

90 80 70 SO 50 40

CaFeSiOf, Ca3FeSL2o8

продолжающейся к точке 2. Характер расположения изотерм позволяет предположить перитектический пере­ гиб поверхности ликвидуса по кривой ВД. Наиболfa-

46

C2S-—CMS— CFS м о ж н о определить температуры плав­ ления связок в подине в зависимости от их минералоги­ ческого состава, а также количество расплава, образую­ щегося при той или иной температуре. Связка полностью расплавляется при температуре около 1200° С, если со­ став ее находится в нёпосредственной близости от точки, соответствующей составу: 35% СаО; 33% SiCb; 32% FeO. Температура плавления связки меньше 1400° С, если со­ став ее удовлетворяет неравенству

или

то температура их плавления ниже 1300°С (квадратные скобки обозначают концентрацию заключенных в них со­ единений в молярных процентах [3]).

Результаты исследования микроструктуры подин по­ сле их ремонта и эксплуатации свидетельствуют об опре­ деляющем значении связки, цементирующей периклаз (или магнезиовюстит), в износоустойчивости подин.

Обнаруживаемые в подинах минералы (исключая вы­ сокомагнезиальные) находятся в соотношениях, предо­ пределяющих плавление смесей при температурах 1300— 1500° С, несмотря на более высокую температуру плавления некоторых составляющих, например двукаль­ циевого силиката. Поэтому силикаты, находящиеся в ох­ лажденной подине в виде кристаллов различных мине­ ралов, в работающей подине находятся в виде расплава, для которого характеристика минералов в кристалличе­ ском состоянии (коэффициенты преломления, кристал­ лическая система и др.) и отчасти температура плавле­ ния существенного значения не имеют.

Присутствие тех или иных минералов предопределяет в основном область на диаграммах равновесного состоя­ ния, в которую попадают составы рассматриваемых под микроскопом участков.

48

Рассмотрение же соответствующих диаграмм может служить основанием для предположительного определе­ ния температур плавления силикатов в подине, количе­ ства расплава, возникающего при нагревании ее до тех или иных температур и, следовательно, ориентировочного суждения о ее износоустойчивости.

Кроме состава силикатной составляющей, существен­ ное значение, как уже отмечалось, имеет также структу­

ра твердой фазы.

Количество и состав связки и структуру магнезиовюстита можно регулировать технологией изготовления по­ дины.

Влияние зернового состава металлургических порошков на свойства подин

При применении порошков, практически не содержа­ щих дисперсной составляющей, значительное влияние на износоустойчивость подин оказывает равномерность вза­ имного распределения в рабочем слое периклаза и желе­ зистой или силикатной связки. Возможная сегрегация порошка при внесении его в печь при помощи метатель­ ных машин и отражательной ложки приводит к неравно­ мерному распределению пустот между обломками пери­ клаза, неравномерному заполнению их расплавленными окислами железа и после экстрагирования их ванной к неравномерному распределению между агрегатами кри­ сталлов магнезиовюстита известково-силикатной связки. Это в свою очередь предопределяет неоднородность подины и неодинаковую сопротивляемость ее разрушающе­ му действию агрессивных реагентов ванны.

Первоначальная неравномерность износа способству­ ет его дальнейшей интенсификации, поскольку неровно­ сти предопределяют накапливание на отдельных участ­ ках конечных шлаков и, следовательно, увеличение про­ должительности взаимодействия шлака с рабочим слоем подины.

Одним из условий улучшения структуры распределе­ ния высокоогнеупорной составляющей в рабочем слое подины является равномерное распределение пустот ме­ жду обломками порошка и уменьшение суммарного их объема.

Уплотнению слоя порошкообразных материалов спо­ собствует выбор такого их зернового состава, который

обеспечивает их плотнейшую укладку и не приводит к существенной неравномерности распределения пустот в порошке при внесении его в печь при помощи метатель- ’ ных машин.

Плотность укладки порошка в подине зависит не только от его насыпной массы в свободном состоянии, но

Рис. 24. Кажущаяся плотность порошков:

а — свободно насыпанного; б —- после встряхивания

и от степени его подвижности. При заправке печей, изго­ товлении новых подин и текущих ремонтах порошок пе­ ремещается, ссыпаясь с откосов при выравнивании и вы­ полнении заданного профиля подины, во время забрасы­ вания пневматическими и другими метательными машинами и т. д. [70].

На рис. 24 графически изображено влияние размера зерен порошка на степень уплотнения его в свободно на­ сыпанном состоянии и после встряхивания.

В порошках, содержащих крупные зерна (фракцию 15—2 мм), область смесей с наибольшей плотностью ока­ залась небольшой. На диаграмме расположена она в ос­ новном в районе, свободном от средней фракции.

Детальное изучение трехфракционных смесей с боль­ шей дифференциацией мелких зерен (2—0,8; 0,8—0,1 и 0,1—0 мм) показало, что наиболее полная укладка дости­

50