Группы огнеупоров

Требования к огнеупорным материалам футеровки рабочего пространства сталеплавильных агрегатов

Для всех сталеплавильных процессов характерны высокие температуры. Так, температура жидкой стали - 1600-1650 ^оС, температура факела - 1850-1900 ^оС, температура дуги - 3000-10000 ^оС.

Естественно, что в этом случае рабочее пространство сталеплавильных агрегатов облицовывается огнеупорными материалами.

Огнеупорная футеровка выполняется на основе тугоплавких оксидов:

SiO₂, температура плавления (t_пл) 1720 ^oC;

CaO, t_пл = 2570 ^oC;

Al₂O₃, t_пл =2050 ^оС;

MgO, t_пл = 2800 ^oC.

Из курса общей химии известно, что первый оксид относится к кислотным оксидам, поэтому футеровка на основе SiO₂ называется кислой.

Оксиды Са и Mg относятся к основным, поэтому футеровка на основе этих оксидов называется основной.

Огнеупорные материалы предназначены для футеровки (облицовки) внутреннего пространства металлургических агрегатов, работающих при высоких температурах (1000-1700 ^оС). Это кирпичи, блоки, порошки.

Требования. Огнеупорные материалы должны обладать:

- высокой огнеупорностью, которая определяется по наклону конуса при деформации; изделия называются огнеупорными, если t_{огнеуп.}=1580-1770 ^оС; высокоогнеупорными t_{огнеуп.}=1770-2000 ^оС; высшей огнеупорности - более 2000 ^оС;

- высокой механической прочностью при высоких температурах (выдерживать массу металла); стандартное испытание - начало деформации при нагрузке 20 Н/см² (2 кг/см²); (например, динас: t_огнеуп= 1730, t_{н. деф.}=1630 ^оС; магнезит: 2000 и 1500 ^оС соответственно при нагрузке 20 Н/см²);

- термостойкостью - способностью материала выдерживать без разрушения резкие колебания температур: испытания - нагрев до 850 ^оС и погружение в воду, число теплосмен от трех для магнезита до 150 для высокоглиноземистых;

- устойчивостью против воздействия шлака (химическая стойкость).

Сырье для изготовления огнеупоров - огнеупорная глина, каолины, магнезит, доломит, кварцит.

Технология приготовления огнеупорных материалов: сырье обжигают® измельчают ® добавляют связующие компоненты ® формуют ® обжигают (1300-1750 ^оС). Если изготавливают порошок, то его не формуют.

Принцип подбора огнеупорных материалов - если в процессе производства черных металлов наводят кислые шлаки, то нужны кислые огнеупоры (на основе SiO₂), если основные шлаки - основные огнеупоры (на основе MgO, CaO).

1. Алюмосиликатные (глинозем и кремнезем). Шамот изготавливают из огнеупорного глинозема (30-45 % Al₂O₃). Широко распространены, так как прочны, термостойки, недефицитны и дешевы, однако недостаточно огнеупорны (1730 ^оС). Лучшие свойства у высокоглиноземистых огнеупоров (более 45 % Al₂O₃), они устойчивы против воздействия шлаков, предназначены для агрегатов, работающих в тяжелых условиях.

2. Кремнеземистые. Изготавливаются из кварцитов. Содержат более 93% SiO2. Динас применяется для сводов печей.

3. Магнезитосодержащие:

- магнезитохромитовые (65-80 % MgO + 20-35 % Cr₂O₃). Имеют высокую температуру деформации под нагрузкой, термостойкость, стойкость против основных шлаков;

- периклазешпинелиды (MgO + Cr₂O₃). При высокотемпературном обжиге сохраняют высокую стойкость, применяются для сводов, футеровки конвертера;

- форстерит (2MgO ×SiO₂). Применяется для насадок регенераторов мартеновских печей;

- магнезит (более 90 % MgO) - в виде кирпичей и порошка. Применяется для набивки, футеровки пода. Имеет высокую огнеупорность (~2000 ^оС), устойчив против основных шлаков. Плавленый магнезит - периклаз имеет более высокие свойства;

- доломит (CaCO₃×MgCO₃). Применяется в спеченном виде для футеровки конвертеров: высокоогнеупорный (до 2000 ^оС), обладает хорошей стойкостью против основных шлаков.

4. Корунд - высокоглиноземистый огнеупор (более 90 % Al₂O₃). Применяется в ответственных местах (разливочные стаканы, вакуумные патрубки).

5. Углеродосодержащие.

В ответственных местах применяются карбид Zr, ZrO₂, SiC (карборунд), нитрид бора и т.д.

От стойкости огнеупоров зависят: качество металла, расход огнеупоров, частота ремонтов футеровки.

Снижение расходных материалов достигается следующими способами:

- повышением качества огнеупорных материалов;

- вторичным использованием отслуживших огнеупоров;

- заменой части огнеупорных материалов на водяное охлаждение (образование гарнисажа);

- торкретированием рабочей поверхности огнеупоров, нанесением покрытий из огнеупорных материалов (это восстановление рабочей поверхности без полного ремонта).

В зависимости от характера футеровки сталеплавильные агрегаты подразделяются на кислые и основные.

Для удаления из металла в шлак фосфора и серы необходимо, чтобы в печи был основной шлак, который формируется на основе загружаемой извести. В кислой печи – кислый шлак, следовательно, ни серу, ни фосфор удалить из металла в кислой печи невозможно. Поэтому к шихте и топливу, предназначенным для кислой печи, предъявляют особые требования. Топливо не должно быть сернистым. В кислом процессе используются высококачественные чугуны, содержащие не более 0,025 % фосфора и серы. Вследствие высоких требований к чистоте шихты привозной лом и скрап практически не используют, а в качестве основной железосодержащей составляющей шихты обычно используют заготовку, специально выплавляемую в основных печах.

Качество, получаемой кислой стали высокое. Кислая сталь содержит меньше газов. Расход легирующих добавок при кислом процессе ниже, чем в основном. В некоторых случаях металл получается настолько раскисленным, что раскислители не вводят вообще (кремневосстановительный процесс).

Несмотря на исключительно высокие качества кислой стали, область ее применения постепенно сужается, так как непрерывно улучшается качество основной стали и, во-вторых, стоимость кислой стали значительно выше, чем основной. Кроме того, производительность кислых печей значительно ниже, чем основных. В настоящее время кислая сталь идет лишь на изготовление особо ответственных изделий.

Дата добавления: 2014-01-07