Способ защиты футеровки горна доменной печи Футеровка.

 

Футеровка доменной печи.

Причиный износа футеровки.

Способы защиты футеровки.

 

 

Футеровка доменной печи.

 

 

 Для футеровки доменной печи применяют качественный (доменный) шамотный кирпич, высокоглинозёмистый кирпич, углеродистые блоки, иногда карбидокремниевый кирпич. Основу шамота составляют SiО₂ и Аl₂О₃. Для доменных печей стандартом предусмотрено три сорта шамотных изделий с содержанием Аl₂О₃ соответственно не менее 43, 41 и 39 %; они отличаются повышенной плотностью и прочностью, высокой огнеупорностью (> 1750 °C), низким содержанием Fe₂О₃ (<1,5 %). Кирпич с более высоким содержанием Аl₂О₃ применяют для кладки низа печи, а с более низким — для кладки верха. Кроме того, для кладки печей объёмом "1033 м* стандартом предусмотрена марка шамота с меньшим (* 37 %) содержанием Аl₂О₃, меньшей огнеупорностью (> 1730 °C), прочностью и плотностью. Кирпич может быть длиной 230 мм (нормальный) и 345 мм (полуторный). Применение кирпичей различной длины обеспечивает хорошее переплетение швов кладки. Высокоглинозёмистый муллитовый кирпич, применяемый для кладки лещади, содержит > 63 % Аl₂О₃ при огнеупорности > 1800 °C. Доменный карбидокремниевый кирпич содержит > 72 % SiC и > 7 % азота и отличается от огнеупоров на основе Аl₂О₃ и SiO₂ заметно большей прочностью и теплопроводностью. Углеродистые блоки изготовляют из кокса и обожжённого антрацита с добавкой в качестве связующего небольшого количества каменноугольного пека. Длина блоков достигает 3-4 м, они прямоугольного сечения 400x400 и 550×550 мм. Блоки в комбинации с высокоглинозёмистым кирпичом больших размеров (400 × 200 × 100 мм) применяют для кладки самой нижней части печи — лещади. Швы между огнеупорными кирпичами заполняют раствором, изготовленным из мертелей, соответствующих классу кирпича. Мертель — это порошок, состоящий из измельчённого шамота и огнеупорной глины. Для ответственных видов кладки применяют мертели с добавкой небольших количеств поверхностно-активных и клеящих веществ (сода, сульфитно-спиртовая барда), что позволяет приготавливать растворы с меньшей влажностью при одновременном повышении их пластичности. Для заполнения швов между углеродистыми блоками применяют углеродистую пасту, состоящую из кокса и смоло-пека. Зазор между блоками допускается не более 0,5 мм для вертикальных и не более 1,5 мм для горизонтальных швов.

Лещадь доменных печей раннее выкладывали из качественного шамотного кирпича. Однако рост объёма печей и интенсификация плавки вызывали быстрое разрушение такой кладки. Поэтому в настоящее время лещади делают либо цельноуглеродистыми, либо комбинированными из углеродистых и высокоглинозёмистых огнеупоров. Применение углеродистых огнеупоров вызвано тем, что из-за их высокой теплопроводности снижается перегрев и вследствие этого уменьшается разрушение кладки лещади. В комбинированной лещади низ и наружную часть (стакан) выкладывают из углеродистых блоков, а внутреннюю центральную часть из высокоглинозёмистых муллитовых изделий, содержащих более 65 % Аl₂О₃. Высота лещади составляет ~ 5,6 м; это необходимо, поскольку за многие месяцы эксплуатации печи происходит разрушение кладки жидким чугуном, и в лещади образуется заполненная жидким чугуном полость, могущая достигать фундамента печи. С тем, чтобы уменьшить износ лещади, в современных печах предусматривают воздушное охлаждение её низа. Между низом лещади и пнём фундамента закладывают чугунные плиты толщиной 180 мм; в плиты залиты стальные трубки диаметром 140 мм, в которые вентилятором подают охлаждающий воздух. Снаружи кладку лещади охлаждают гладкими плитовыми холодильниками.

Футеровку горна до уровня фурм выполняют из углеродистых блоков, а в районах фурм и чугунных и шлаковых леток из шамотного (> 42 % Аl₂О₃) кирпича, поскольку углерод здесь может окисляться кислородом дутья, диоксидом углерода (СO₂), а также парами воды из огнеупорных масс. При работе на безводных лёточных массах район чугунных лёток делают из углеродистых блоков. Для предотвращения окисления углеродистых блоков в период задувки печи их защищают кладкой в один ряд из шамотного кирпича. Толщина футеровки у низа горна достигает 1600 мм. Снаружи кладку горна охлаждают гладкими плитовыми холодильниками. Заплечики. Кладку заплечиков чаще всего делают тонкостенной (толщина 230 или 345 мм) из шамотного (> 42 % Аl₂О₃) кирпича в один ряд, при этом кирпич примыкает к периферийным плитовым холодильникам с залитым кирпичом. Иногда вместо шамота применяют карбидокремниевые кирпичи. Кладка заплечиков быстро изнашивается и вместо неё на поверхности холодильников формируется слой гарнисажа (застывшего шлака и мелких кусков шихты).

 

 

Основные конструктивные элементы печи: 1 – купол; 2 – колошник; 3 – неохлаждаемая часть шахты; 4 – охлаждаемая часть шахты; 5 – распар; 6 – заплечики; 7 – горн; 8 – лещадь; 9 – опорное кольцо (мараторное); 10 – фурмы; 11 – жароупорная часть фундамента; 12 – фундамент из обычного бетона

Причиный износа Футеровки.

 

 

 Основные причины износа футеровки доменной печи в конструктивных элементах кладки. Разрушающее воздействие на футеровку большинства факторов усиливается от колошника к горну, поэтому требования к огнеупорам для разных элементов профиля отличаются: чем ближе элементы к горизонту фурм, тем жестче требования.Факторы, способствующие разрушению кладки в различных зонах доменной печи

 

 

Футеровка нижней части шахты и заплечиков в наибольшей степени подвержены износу и фактически определяют срок службы доменной печи. Основными причинами износа огнеупоров в этих местах является химическое воздействие шлаков, и особенно в нижней части шахты, паров щелочей, монооксида углерода, цинка, а также значительные колебания температур, способствующие возникновению термических ударов; абразивный износ, создаваемый опускающейся шихтой и жидким чугуном.

Щелочные оксиды содержатся в некоторых железных рудах (до 0,6 %). При эксплуатации доменных печей вследствие различных расстройств их хода возможен неравномерный нагрев отдельных участков кладки нижней части шахты, приводящий к образованию трещин, в которые и проникают пары щелочных соединений и химически взаимодействуют с алюмосиликатными огнеупорными материалами, образуя щелочные алюмосиликаты. В футеровке шахты их может быть до 8-10 %.

Механизм разрушения огнеупорной кладки связан с циркуляцией щелочных металлов и их соединений в печи. В зонах высоких температур при наличии углерода щелочи восстанавливаются, K и Na в виде пара вместе с другими газамиподнимаются вверх и при температуре менее 900^oС реагируют с футеровкой, образуя соединения типа, Na₂O*Al₂O₃*nSiO₂ плотность которых примерно на 45 % меньше, чем у огнеупоров футеровки. В результате изменения объема прореагировавшей части футеровки между ней и остальной массой возникают напряжения, измененная часть скалывается, а неизмененная часть снова вступает в реакцию. Сколки же опускаются с шихтой в зоны высоких температур, где, как уже было сказано, K и Na восстанавливаются. Таким образом, замыкается цикл их перемещения в печи.

Наиболее действенным способом борьбы с химическим разъеданием огнеупорной кладки является применение тонкостенной футеровки печей с усиленным охлаждением. Повышению стойкости огнеупорной кладки способствует также применение карбидкремниевых огнеупоров. Их щелочеустойчивость в 5-10 раз больше, чем шамотных.

Щелочи путем инфильтрации и диффузии проникают не только в алюмосиликатные изделия, но и в углеродистые блоки лещади и горна вызывая их разбухание. Щелочи в условиях доменной печи разрушительно действуют на углеродистый кирпич уже при 850^oС. Атомы щелочных металлов (K, Na) внедряются в плоскости кристаллической решетки графита или углерода. Увеличение объема углерода вызывает механическое повреждение блоков, которое выражается в образовании мелких трещин. Наиболее агрессивным является K₂CO₃.

Доменная плавка цинкосодержащих руд и агломерата, сопровождается отложением в шахте печи цинкитных настылей. При 650-800^oС образуется сплав железа с цинком, проникающий в швы и трещины футеровки печи. Охлаждение кладки ниже 647^oС вызывает затвердевание этого сплава, происходящее с увеличением объема. Увеличение объема сплава создает распирающие усилия в кладке, что является причиной образования дополнительных трещин. Многократное повторение этого явления ведет к росту кладки и разрыву кожуха печи. Наиболее подвержена воздействию цинка нижняя часть шахты, но разрыв кожуха происходит обычно в верхней, менее прочной части шахты печи. Максимальное количество цинка (в металлической форме) откладывается в нижней части шахты доменной печи, в верхней части кладки шахты цинк находится в форме кристаллического оксида – цинкита.