Назад в библиотеку

Основные понятия физико-химических процессах при службе динасовых огнеупоров в металлургических печах и пути повышения качества

Источник: http://msd.com.ua/texnologiya-ogneuporov

Из динаса выполняют кладку коксовых печей, стены и своды нижнего строения мартеновских печей, своды малых мартеновских и электросталеплавильных печей, печей цветной металлургии (отражательных), стекловаренных и некоторых других.

Широкое применение динаса в качестве сводового материала объясняется прежде всего тем, что динас в службе не дает усадки, а при температурах выше 600 °С его термическое расширение ничтожно. Поэтому тепловое расширение по внутреннему и наружному радиусам свода почти одинаково, что повышает устойчивость свода. Но сравнительно невысокая огнеупорность динаса не позволяет интенсифицировать работу металлургических печей путем увеличения температуры в них.

При службе динаса в печах в нем происходят сложные процессы: полиморфные превращения минералов кремнезема, рост кристаллов, образование расплава и пе­ремещение его из горячих зон в холодные с одновременной кристаллизацией разных силикатов. Эти явления осложняются воздействием на динас шлаков плавильного, пространства печей, паров железа, плавильной пыли и газов и существенно зависят от перепада температур между горячим и холодным концами изделия.

Наличие температурного градиента приводит к тому, что в службе динас приобретает зональное строение. Динасовые изделия, служившие в своде мартеновской печи, имеют четыре зоны:
1) неперерожденную светло-желтую;
2) переходную светло-бурую;
3) тридимитовую черную ;
4) кристобалитовую светло-серую.

Неперерожденной зона называется потому, что она;

Не подвергается в службе каким-либо заметным дополнительным изменениям и имеет химический и фазовый состав исходного динаса.

Переходная зона по микроструктуре и минералогическому составу примыкает к неперерожденной; она отличается от нее лучшей, более крупной кристаллизацией тридимита и псевдоволластонита, большой метакристобалитизацией обломков кварца и некоторой его тридимитизацией, большим количеством стекловидной фазы и частичной ее кристаллизацией.

Для тридимитовой зоны характерно наличие большого количества хорошо развитых кристаллов тридимита, бурого сильно железистого стекла, силикатов железа и ортосиликатов других металлов и скелетных кристаллов магнетита. Метасиликатов и псевдоволластонита нет.

Самая горячая кристобалитовая зона имеет равномернозернистую плотную структуру; тридимит исходного динаса здесь почти полностью перекристаллизовался в стабильный, устойчивый выше 1470°С кристобалит. В заметных количествах содержится также магнетит.

Химический анализ отдельных зон динаса из свода основной мартеновской печи показывает, что Ті02, А12О3 и СаО собираются преимущественно в переходной зоне, a Fe203, FeO и МnО в большом количестве концентрируются в тридимитовой. В самой горячей кристобалитовой зоне сумма плавней обычно меньше, чем в переходной и тридимитовой. Иногда их меньше, чем в исходном динасе, поэтому кристобалитовая зона оказывается вполне огнеупорной.

Динас с плотной структурой зон изнашивается в сводах печей обычно путем постепенного оплавления. Динас с рыхлой структурой зон и слабо развитой кристобалитовой зоной изнашивается путем обрывов больших кусков горячей зоны либо путем местного выплавления, что приводит к образованию в горячей зоне каверн диаметром 15-25 и глубиной 25-30 мм. Структура зон зависит в основном от свойств изделий, их минералогического и химического составов и плотности. * Динасовые изделия широко используют в воздухонагревателях доменных печей при подогреве воздуха до 1400° С. Основные преимущества динаса в условиях воздухонагревателей: устойчивость к деформации при повышенных температурах, отсутствие дополнительной усадки при высоких температурах и низкий коэффициент термического расширения от 600°С и выше. Недостатками динаса как насадочного материала являются его низкая объемная плотность и невысокий коэффициент теплопроводности.

В настоящее время установлено, что для увеличении стойкости динаса при воздействии на него железистых шлаков необходимо:
1) значительно повысить в нем содержание кремнезема и, что особенно важно, снизит содержание А12O3;
2) резко уменьшить пористость и размеры пор;
3) устранить разрыхление при высоких температурах.

Высококачественный динас должен обладать всеми этими свойствами одновременно, т. е. динас должен быть высокоплотным и высококремнеземистым. Повышение содержания Si02 в динасе достигается применением чистых кварцитов с весьма малым содержанием примесей при одновременном уменьшении количества добавляемых минерализаторов.

Снизить пористость динаса можно, применяя при его изготовлении более высокое прессовое давление, виброуплотнение или прессотрамбование до получения сырца с объемной плотностью, например 2,4 г/см3,, и кажущейся пористостью 12-13%. Режим обжига подбирают так, чтобы разрыхления в обжиге совсем не было или не превышало 0,5%. Высокоплотный и высококремнеземистый динас производства Первоуральского динасового завода является преимущественно кристобалитовым (неперерожденного кварца около 10%), содержит более 97% Si02, прочность при комнатной температуре более 60 МПа и при 1600° С 17 МПа, газопроницаемость почти на два порядка ниже, чем у обычного динаса, теплопроводность 1, 86 Вт/(м-К)[15].

Динас для воздухонагревателей доменных печей должен содержать неперерожденного кварца не более 5%.

Дальнейшее повышение динаса для высокотемпературных воздухонагревателей возможно за счет использования масс крупностью ниже 2 мм (вместо применяемы ниже 3 мм) и минерализатора с Fe203: СаО= (2-4) : (вместо используемого 1:1) и в меньшем количестве (3 вместо 4-4,5%). Эти технологические мероприятия повысят содержание кремнезема, облегчат перерождение кварца, обеспечат неразрыхляемость динаса при высоких температурах. Для повышения качества коксового динаса необходимо исключать из шихты бой динаса, увеличивать содержание фракции <0,55 мм и особенно частиц <0,088 мм.

Добавки, способствующие хорошему спеканию динаса и его тридимитизации, также повышают его сопротивление истиранию; с увеличением содержания кристобалита сопротивление истиранию понижается. Следовательно, улучшенный динас для коксовых печей должен быть высокоплотным тридимитовым динасом (ВПТ) с плотностью <2,34[16].

Динас для простенков должен обладать высокой теплопроводностью, низкой газопроницаемостью и обеспечивать строительную прочность стен камеры высотой до 8 м.

Теплопроводность динаса повышается до 2,3 Вт/(м×К) благодаря снижению пористости до 10%. и введению добавок, способствующих тридимитизации и образованию прямых связей кристаллов.

Дальнейшая интенсификация коксования идет по пути повышения температур. Для этого необходимо снизить испаряемость диоксида кремния в динасе или заменить динас в простенках печей на более устойчивые и более теплопроводные огнеупоры корундовые или магнезитовые.

На динасовых заводах освоено производство изделий для кладки коксовых батарей с камерами коксования объемом более 41 м3 и суммарной мощности свыше 1 млн. т кокса в год. Для кладки третьей и четвертой зон камер коксования выпускается динас с плотностью не более 2,34 и 2,35 г/см3,, дополнительным ростом при выдержке 2 ч и температуре 1450 °С не более 0,2%. и кажущейся пористостью не более 19%.