Определение состава доменного цеха. Расчет профиля доменной печи. Методы определения размеров профиля доменной печи, страница 28

После выдувки доменной печи из стенки горна взяли серию образцов футеровки методом горизонтального сверления. Образцы исследовали на наличие разрушений и структурных превращений на уровне интенсивного разъедания углеродистого огнеупора в стенке горна  обнаружили  хрупкий  слой практически по всей окружности горна (рисунок 3). Однако выше и ниже зоны охрупчивания обнаружили огнеупор, не затронутый этим явлением, "здоровую" структуру имела футеровка и вблизи рабочей поверхности.

1 – углеродистые блоки; 2 – шамотный кирпич; 3 – шлак и кокс; 4 – металл; 5 – кокс; 6 – настыль; 7 – фурма; 8 – летка; 9 – слой охрупченного и потерявшего свойства огнеупора; 10 – летка для выпуска остатков чугуна

Рисунок 3 – Профиль износа горна после выдувки

В хрупком слое в качестве посторонних компонентов присутствует чугун (44 % по массе) и оксид калия (до 10 % по массе). Во всех выявленных случаях оксид калия и железо были распределены в углеродистом огнеупоре в виде сетки на связующих участках структуры. После проникновения оксида калия сохраняются крупные поры, которые заполняются в углеродистом блоке жидким чугуном.

Исследования, проведенные фирмой "Kawasaki Steel" ("Кавасаки стил"), предполагают следующий механизм возникновения охрупченного слоя и внутренних напряжений в углеродистых блоках ниже уровня чугунных леток /48/.

Цинк, проникающий в структуры углеродистого блока, образует оксид цинка и углерод по реакции:

Znr + CO         ZnOтв + Ств .

Поры в блоке заполняются цинком и углеродом, происходит их расширение, приводящее к охрупчиванию и разрушению структуры углеродистого блока. Охрупченный слой способствует возникновению изоляционного эффекта, который вызывает повышение температуры на рабочей поверхности, в результате чего углеродистый блок плавится при взаимодействии с чугуном. При возрастании температуры реакция протекает в обратном направлении, в результате чего охрупченный слой становится пористым. Так как при этом снижается теплопроводность, то в охрупченном слое продолжается износ кирпича.

Считают, что  при температурном интервале 1000 –1500 0С при проникновении щелочи (К2О) в углеродистые блоки в количестве менее 5 % суммарный коэффициент теплового расширения не превышает 0,5 %. Однако, когда проникновение щелочи превышает 10 %, коэффициент теплового расширения резко возрастает.

При этом сжимающее напряжение в блоках в окружном направлении рабочего пространства печи возрастает до 52,0 Н/мм2, что соответствует пределу прочности углеродистого блока на сжатие 40,0 – 50,0 Н/мм2. Напряжение в радиальном направлении способствует образованию растягивающего напряжения 4,5 Н/мм2, что эквивалентно пределу прочности на растяжение 4,0 – 5,0 Н/мм2. Когда при проникновении щелочей и цинка углеродистые блоки охрупчиваются, снижается их теплопроводность и эффект охлаждения кожуха. В результате температура углеродистых блоков увеличивается и тепловые напряжения возрастают.

Эрозионно-химическую природу разрушения стенок горна и лещади подтверждают и исследования, проведенные фирмой "Nippon Steel" ("Ниппон стил"). Установлено, что в различных сечениях стенок горна и стыка их с лещадью выявлено значительное местное разъедание углеродистых блоков, расположенных в двух метрах от уровня оси чугунных леток. Подтверждено, что жидкий чугун проникал в поры углеродистых блоков размером 1мкм и более крупные и что существовал хрупкий слой на этих участках кладки. При помощи моделей радиоактивных индикаторов в действующей печи определили влияние на эрозию стенок потока чугуна в период выпусков в зависимости от положения "тотермана". При опускании "тотермана" непосредственно на лещадь скорость движения чугуна у стенок горна резко увеличивается, что вызывает увеличение температурных напряжений, воздействие чугуна и щелочей, износ футеровки. На рисунке 3 приводится характерный профиль износа стенок горна и лещади на доменной печи №3 в Касима (таблица 5) /49/.