Назначение и условия службы огнеупорной кладки.

Огнеупорная кладка печи предназначена для 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. 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 гарниссаж — 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 гарниссажа между скоростью его нарастания и износа наступает равновесие. Наличие гарниссажа дает возможность работать при незначительной толщине футеровки.

Кладка лещади постоянно омывается жидким чугуном, испытыва­ет большое гидростатическое давление и температурные напряжения. Благодаря этим воздействиям чугун проникает в швы кладки. При неустойчивом режиме печи, связанном с колебаниями температуры, проникший в швы чугун может застывать, а затем снова расплавляться. При застывании чугун расширяется и расклинивает кладку, 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 гарниссажа, защищающего футеровку от дальнейшего разрушения. Этим объясняется большая стойкость стен металлоприем­ника по сравнению с лещадью.

Служба кладки верхней части горна—фурменной зоны — значи­тельно отличается от службы ее в металлоприемнике. 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.

Стенки шахты в нижней ее части испытывают довольно сильное тепловое напряжение и химическое воздействие первичного шлака, в меньшей сте­пени они истираются кусками шихты и частицами пыли, увлекаемыми восходящим потоком газа. В верхней же части, наоборот, тепловое на­пряжение невелико, химическое воздействие шлака отсутствует, а аб­разивное воздействие материалов и газового потока более сильное.

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.

При плавке цинксодержащих руд рост и разрушение кладки вы­зывается также окисью цинка, конденсирующейся из газовой фазы в швах и трещинах огнеупорного кирпича. Огнеупорная кладка колош­ника разрушается в основном от ударной нагрузки при падении мате­риалов с засыпного аппарата.

2.3.2. Огнеупоры для доменной печи.

Для огнеупорной футеровки доменной печи используют шамотные, высокоглиноземистые и углеродистые огнеупоры.

Конструктивными элементами кладки являются лещадь, горн (в том числе металлоприемник и фурменная зона), заплечики, распар, шахта, колошник, купол печи, который иногда вместо огнеупорного кирпича защищают плитами с охлаждением или торкретированием огнеупорным бетоном.

По вспомогательным объектам различают футеровку восходящих газопроводов и свечей, нисходящих газопроводов, пылеуловителей, тракта горячего дутья и фурменных рукавов.

Кладку доменной печи выполняют комбинированной из огнеупорного кирпича двух размеров: нормального 230´150´75 мм) и полуторного 345´150´75 мм) с перевязкой швов в радиальном и вертикальном направлениях. Применяют также большемерные огнеупоры, в том числе углеродистые блоки, в зависимости от принятой конструкции кладки. Лещадь печи сооружают из кирпича лучших марок: высокоглиноземистого и углеродистого.

Для различных проемов (фурменных отверстий, чугунных и шлаковых леток, а также деталей воздухопроводящих магистралей) применяют специальный арочный кирпич.

Толщину футеровки определяют проектом печи в зависимости от материалов и условий работы с учетом специальных стандартов и инструкций. При этом учитывают, что тепловое и химическое воздействие на кладку возрастает от верха печи к низу, а механические нагрузки, наоборот, преобладают главным образом в верхних 2/3 высоты шахты и имеют свой максимум в цилиндрической части колошника, где кладка испытывает максимальное ударное воздействие от падающих с засыпного аппарата шихтовых материалов. В зависимости от характера работы кладки в различных частях печи вытекают требования, предъявляемые к огнеупорному кирпичу:

1. Кирпич должен обладать достаточной огнеупорностью. Особенно это важно для выкладки нижней части печи, где кирпич ис­пытывает действие высоких температур.

2. Кирпич не должен терять механическую проч­ность при нагреве и растворяться в шлаке.

3. Весьма важным является точность размеров кирпича, что обеспечивает получение швов мини­мальных размеров.

Технические условия на огнеупоры, применяющиеся для футеровки доменных печей, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Состав и свойства огнеупорного кирпича для кладки доменных печей

Показатели	Шамотный кирпич	Высокоглиноземистый кирпич	Углеродистый
	класс А	класс Б	ДВ-1 ДВ-2	ДВ-5 ДВ-6
Химический состав,%:
Al2O3+TiO2 , не менее					-
Fe2O3, не более	1,6	1,6	1,5	1,5	-
SiO2			53,5	36,5	-
RO+R2O, не более	4,4	4,4
С, не более	-	-	-	-
Зола, не более	-	-	-	-
Огнеупорность, ^0С, не ниже					-
Температура начала деформации под нагрузкой (20 н/см2), ^0С, не ниже					-
Дополнительная усадка при температуре 1400 ^0С,%, не более	0,2	0,3	0,2	0,2	-
Кажущаяся пористость, %, не более
Предел прочности при сжатии, кн/см^2, не менее	4,0	5,5	5,0	6,0	2,5-3,0

Углеродистые огнеупоры хорошо противостоят высоким темпера­турам в восстановительной атмосфере доменной печи. Этому способствуют их свой­ства:

а) высокая огнеупорность, термостойкость и прочность при высо­ких температурах (не размягчается до температуры возгонки угле­рода —3600° С; деформация под нагрузкой не наблюдается даже при 1800° С);

б) высокое сопротивление истиранию;

в) несмачиваемость чугуном и шлаком;

г) небольшой коэффициент расширения, что позволяет изготовлять кирпич больших размеров (блоки).

Углеродистые огнеупоры имеют теплопроводность значительно большую, чем шамотные.

Шамотный кирпич поставляется прямой и клиновидной формы. Размеры прямого кирпича — 230´150´75 и 345´150´75 мм. Размеры высокоглиноземистого кирпича — 400 ´ 200 ´ 100, 400 ´ 200 ´ 120, 550 ´ 200 ´ 150 и 550 ´ 200 ´ 120 мм; размеры углеродистых блоков —3200 ´ 410 ´ 400 или 3200 ´ 550 ´ 550 мм, как с прямыми, так и скошенными под углом торцами и гра­нями (для выкладки лещади), и 1500 ´ 415 ´ 400 или 1500 ´ 550 ´ 550 мм, с прямыми и скошенными торцами (для выкладки горна); раз­меры графитированных углеродистых блоков—1600 ´ 400 ´ 400 мм.

При выкладке футеровки доменной печи швы между кирпичами заполняют раствором, изготовленным из мертелей, соответствующих классу кирпича. Мертель представляет собой огнеупорный порошок, состоящий из измельченного шамота и огнеупорной глины.

Для ответственных видов кладки используются так называемые пластифицированные мертели, т. е. мертели с добавкой небольших количеств пластификаторов — поверхностно-активных и клеящих ве­ществ. В качестве пластификаторов используют сульфитно-спиртовую барду и соду. Добавка пластификаторов позволяет приготовлять раст­воры с меньшей влажностью при одновременном повышении их пла­стичности. При уменьшении влажности раствора понижается его усад­ка, что увеличивает прочность связывания огнеупорных изделий в кладке. Повышенная пластичность раствора дает возможность вести кладку с минимальной толщиной швов. Составы растворов приведены в табл. 30.

Для заполнения швов между углеродистыми огнеупорами применя­ют углеродистую пасту, состоящую из литейного кокса и маслопека (45% пека и 55% масла).

В настоящее время в доменном производстве получили применение новые виды огнеупоров, увеличивающих длительность кампаний доменных печей. Вместе с этим изменилась технология сооружения кладки. Она сооружается из различных видов огнеупоров с распределением их по горизонтам печи в соответствии с процессами, происходящими в ней по высоте профиля. К таким видам относятся: карбидокремниевые, нитридные (табл.) и другие огнеупоры. Они обладают высокой прочностью и теплопроводностью, повышенной стойкостью к воздействию шлаков и истирающим воздействиям шихты и газовых пылевых потоков.

Наиболее стойкими из них являются карбидокремниевые с успехом применяемые в нижних горизонтах печи в зарубежной практике. Они отличаются высокой плотностью — 2,3—2,6 г/см3 и пониженной пористостью — 13,6—15,4%, причем различные марки их имеют различные свойства по пределу прочности, термическому расширению, модулю упругости и другие в зависимости от содержания SiO2 (от 1,3 до 7,3%) и А12О3 (от 0,3 до 0,5%).

Использование этих видов огнеупоров особенно важно для печи в области распара и низа шахты, поскольку в них происходит наибольший износ футеровки от воздействия на нее процессов различного характера, присущих доменной плавке.

Таблица 3

Дата добавления: 2015-07-17