Назначение и условия службы огнеупорной кладки

Огнеупорная кладка печи предназначена для формирования и изоляции рабочего пространства печи, уменьшения тепловых потерь и предохранения кожуха печи от тепловых и других вредных воздействий. Кладка печи претерпевает многообразные воздействия: температурные напряжения, давление газов, шихты и жидких продук­тов плавки, химическое воздействие, абразивное воздействие опускаю­щихся шихтовых материалов и восходящего потока газа, несущего большое количество пыли, и т. д. Чтобы кладка печи выполняла свое назначение, материалы из которого она изготовлена должны обладать достаточными теплоизоляционными свойствами, а чтобы доменная печь достаточно долго работала, ее кладка должна хорошо противостоять разрушающим воздействиям, которым она подвергается в печи.

В различных частях печи воздействия на огнеупорную кладку различны, поэтому материал футеровки и конструкцию отдельных частей печи необходимо выбирать с учетом этих воздействий.

Тепловые воздействия, давление газов, шихты и жидких продуктов плавки увеличиваются от верхних зон к нижним. При повышении тем­пературы также усиливается насыщение огнеупорного материала примесями, понижающими его огнеупорность, вплоть до расплав­ления (шлакование огнеупора).

Большое значение для службы огнеупорной кладки имеет так на­зываемый гарнисаж — продукт взаимодействия компонентов шихты и шлака с материалом футеровки. В результате взаимодействия образу­ется жидкая фаза, застывающая при соприкосновении с более холод­ными стенами печи. При некоторой толщине гарнисажа между скоростью его нарастания и износа наступает равновесие. Наличие гарнисажа дает возможность работать при незначительной толщине футеровки.

Кладка лещади постоянно находится под значительным слоем жидкого чугуна, находящегося в металлоприемнике и зумпфе, испытыва­ет большое гидростатическое давление и температурные напряжения. Благодаря этим воздействиям чугун проникает в массив кладки. Проникая в щели, поры, трещины и швы кладки, он достигает горизонтов, где затвердевает (температура затвердевания чугуна составляет примерно 1150 °С). Затвердевая, чугун увеличивается в объеме, (он имеет такую же аномалию, как и вода) и увеличивает щель или трещину. Поскольку в реальной доменной плавке имеет место неизбежное колебание температуры, то при после­дующем повышении температуры застывший чугун расплавляется, уменьшается его объем и в щель набирается большее количество чугуна. Таким образом, происходит прогрессивное разрушение кладки лещади. При этом отдельные кирпичи теряют связь с кладкой и всплывают на поверх­ность чугуна. Температурные напряжения приводят к перерождению структуры огнеупорного материала, деформациям и трещинам, также вызывающим постепенное разрушение кладки. Для увеличения стой­кости лещади кладку следует вести из большемерного кирпича (блоков) со швами минимальной толщины, а также хорошо крепить ее, чтобы предотвратить расхождение швов при нагревании.

Кладка нижней части горна — металлоприемника — также испы­тывает расклинивающее действие застывающего чугуна, но в меньшей степени, так как чугун оказывает меньшее гидростатическое давление на кольцевую кладку металлоприемника. Кладка металлоприемника омывается шлаком, который взаимодействует с материалом кладки, разрушая ее. Однако при достаточно интенсивном охлаждении возмож­но образование гарнисажа, защищающего футеровку от дальнейшего разрушения. Этим объясняется большая стойкость стен металлоприем­ника по сравнению с лещадью.

Относительно разъедающего воздействия шлаков нужно отметить следующее. Доменные шлаки с точки зрения химического воздействия на огнеупоры можно отнести к нейтральным, поскольку в нем отношение основных оксидов к кислым (основность шлака - СаО/SiO₂) в реальных условиях колеблется в пределах 0,9 - 1,3, т.е. это отношение близко к единице. В связи с этим из имеющихся огнеупоров нужно выбрать такой огнеупор, который бы характеризовался (с химической стороны) нейтральными свойствами. В ином случае будет наблюдаться взаимодействие получающегося в печи шлака с огнеупорной кладкой. К примеру, нельзя использовать для кладки доменной печи динасовые огнеупоры, в которых содержание диоксида кремния (SiO₂) достигает 96 % и выше. При такой кладке оксид кальция (СаО), находящийся в шлаке, будет взаимодействовать с Si0₂ огнеупора, образуя силикаты кальция CaO* SiO₂.

Служба кладки верхней части горна — фурменной зоны — значи­тельно отличается от службы ее в металлоприемнике. Гидростатичес­кое давление чугуна и шлака на стены фурменной зоны сравнительно невелико. Однако в этой зоне развиваются самые высокие в доменной печи температуры (здесь происходит горение топлива), воздействую­щие на огнеупорную кладку. Кладка фурменной зоны подвергается также воздействию шлака и газа, особенно при продувке через чугунную летку. Огнеупорная кладка этой зоны должна быть плотной и не допускать продува газа. Огнеупорный материал должен иметь высокую огнеупорность и хо­рошо сопротивляться растворяющему действию шлаков.

В заплечиках, расположенных в непосредственной близости от очагов горения, развиваются высокие температуры. Рудная часть шихты находится в жидком состоянии и, стекая в виде капель и струек чугуна и шлака между кусками кокса, частично попадает на огнеупор­ную кладку. Кроме того, огнеупорная кладка интенсивно омывается газами. Таким образом, кладка заплечиков находится в тяжелых усло­виях, испытывая, помимо термических напряжений, химическое воз­действие газов, жидкого шлака и чугуна.

Нижняя часть шахты, также как и заплечики, подвержена наибольшему износу и поэтому стойкость этих участков фактически определяет срок службы всей доменной печи. Основными причинами износа кладки нижней части шахты является довольно сильное тепловое напряжение, интенсивное химическое воздействие шлаков, паров щелочей, монооксида углерода, цинка, значительные колебания высоких температур, способствующие воз­никновению термических ударов, абразивный износ, создаваемый опускающейся шихтой.

В верхней части шахты, наоборот, тепловое на­пряжение невелико, химическое воздействие шлака отсутствует, а аб­разивное воздействие материалов и газового потока более значительно.

В средней и верхней частях шахты разрушение огнеупорной кладки происходит также вследствие отложения в швах и трещинах сажистого углерода, образующегося в результате разложения окиси углерода по реакции: 2СО ® СО₂ + С_саж. Отложение сажистого углерода приводит к перерождению структу­ры огнеупорного кирпича и к росту кладки. Наиболее интенсивно отложение сажистого углерода идет в интервале температур 500—600° С. Напряжения, возникающие в кладке, оказываются настолько большими, что явление отложения С_саж приводит к скалыванию огнеупорных материалов. Нужно отметить также, что катализатором для развития реакции распада СО является металлическое железо. В связи с этим в огнеупорных материалах ограничивается содержание оксидов железа, поскольку при воздействии восстановителей, находящихся в газе, будет наблюдаться их восстановление с образованием железа, что усиливает выделение сажистого углерода.

При плавке цинксодержащих руд рост и разрушение кладки вы­зывается также окисью цинка, конденсирующейся из газовой фазы в швах и трещинах огнеупорного кирпича. Отложение цинка в огнеупорной кладке приводит к ее росту. Разрушающее воздействие цинка на огнеупорную кладку печи усиливается еще и потому, что коэффициент температурного расширения цинка в 30 раз превосходит это значение для огнеупорного материала. Рост кладки из за отложении цинка в кладке печи при плавке цинксодержащих железорудных материалов значителен. Установлено, что наличие цинка в рудном материале может вызывать рост кладки в высоту до 400 мм, а по радиусу до 250 мм. Это может привести к разрыву кожуха печи. При доменной плавке подобных рудных материалов явление отложения цинка в кладке необходимо учитывать. Так, к примеру, компенсационные (температурные) зазоры между кладкой и кожухом печи необходимо увеличить до 200 мм и более (вместо 100 мм при плавке материалов, не содержащих соединений цинка). Эти зазоры нужно заполнять неуплотняемой засыпкой

Огнеупорная кладка колош­ника разрушается в основном от ударной нагрузки при падении мате­риалов с засыпного аппарата.

В зависимости от характера работы кладки в различных частях печи вытекают требования, предъявляемые к огнеупорному кирпичу. Прежде всего, кирпич должен обладать достаточной огнеупорностью. Особенно это важно для выкладки нижней части печи, где кирпич ис­пытывает действие высоких температур и сравнительно слабое меха­ническое воздействие.

Кирпич не должен терять механическую проч­ность при нагреве и растворяться в шлаке. Воздействию шлака пре­пятствует плотность кирпича.

Кирпич должен обладать достаточно высокими теплоизоляционными свойствами и хорошо противостоять истиранию.

Для исключения отложений сажистого углерода, кирпич должен иметь низкую пористость, т.е. иметь низкую газопроницаемость и минимальное содержание оксидов железа.

И, наконец, весьма важным является точность размеров кирпича, что обеспечивает получение швов мини­мальных размеров.

---

Дата добавления: 2015-07-18