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/.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.