Общие требования к огнеупорным материалам для электродуговых печей следующие:
(1) Огнеупорность должна быть высокой. Температура дуги превышает 4000 °C, а температура выплавки стали составляет 1500–1750 °C, иногда достигая 2000 °C, поэтому огнеупорные материалы должны обладать высокой огнеупорностью.
(2) Температура размягчения под нагрузкой должна быть высокой. Электропечь работает в условиях высокой температурной нагрузки, и корпус печи должен выдерживать эрозию расплавленной стали, поэтому огнеупорный материал должен иметь высокую температуру размягчения под нагрузкой.
(3) Прочность на сжатие должна быть высокой. Футеровка электропечи подвержена воздействию ударов загрузки во время загрузки, статического давления расплавленной стали во время плавки, эрозии потока стали во время выпуска и механической вибрации во время работы. Поэтому огнеупорный материал должен обладать высокой прочностью на сжатие.
(4) Теплопроводность должна быть низкой. Для уменьшения теплопотерь электропечи и снижения энергопотребления огнеупорный материал должен обладать низкой теплопроводностью, то есть коэффициент теплопроводности должен быть малым.
(5) Термическая стабильность должна быть хорошей. В течение нескольких минут от выпуска расплава до загрузки в электропечи для выплавки стали температура резко падает с примерно 1600 °C до менее 900 °C, поэтому огнеупорные материалы должны обладать хорошей термической стабильностью.
(6) Высокая коррозионная стойкость. В процессе выплавки стали шлак, печной газ и расплавленная сталь оказывают сильное химическое эрозионное воздействие на огнеупорные материалы, поэтому огнеупорные материалы должны обладать хорошей коррозионной стойкостью.
Выбор огнеупорных материалов для боковых стенок
Кирпичи из MgO-C обычно используются для изготовления боковых стенок электропечей без водяного охлаждения. Наиболее суровые условия эксплуатации наблюдаются в зонах с высокой температурой нагрева и шлакообразованием. Они подвергаются не только сильной коррозии и эрозии расплавленной стали и шлака, а также сильным механическим воздействиям при добавлении лома, но и тепловому излучению от дуги. Поэтому для этих деталей используются кирпичи из MgO-C, обладающие превосходными эксплуатационными характеристиками.
Для боковых стенок электропечей с водоохлаждаемыми стенками, из-за использования технологии водяного охлаждения, увеличивается тепловая нагрузка и ужесточаются условия эксплуатации. Поэтому следует выбирать магниево-углеродные кирпичи с хорошей шлакостойкостью, термостойкостью и высокой теплопроводностью. Содержание углерода в них составляет 10–20%.
Огнеупорные материалы для боковых стенок сверхмощных электропечей
Боковые стенки сверхмощных электропечей (сверхмощных печей) в основном изготавливаются из MgO-C кирпичей, а зоны перегрева и зоны шлакообразования — из MgO-C кирпичей с превосходными характеристиками (например, из MgO-C кирпичей с полностью углеродистой матрицей). Это значительно увеличивает срок их службы.
Несмотря на то, что благодаря усовершенствованию методов работы электропечей нагрузка на стенки печи снизилась, огнеупорным материалам по-прежнему сложно продлить срок службы горячих точек при работе в условиях сверхвысокого давления (СВЧ) плавки. Поэтому была разработана и внедрена технология водяного охлаждения. Для электропечей, использующих систему выпуска расплава из печного расплава (EBT), площадь водяного охлаждения достигает 70%, что значительно сокращает использование огнеупорных материалов. Современная технология водяного охлаждения требует использования магниево-углеродных кирпичей с хорошей теплопроводностью. Для возведения боковых стенок электропечи используются асфальт, магнезиальные кирпичи на смоляном связующем и магниево-углеродные кирпичи (содержание углерода 5–25%). В условиях сильного окисления добавляются антиоксиданты.
Для наиболее сильно пострадавших от окислительно-восстановительных реакций зон используются магниево-углеродные кирпичи с крупнокристаллическим плавленым магнезитом в качестве сырья, содержанием углерода более 20% и полностью углеродной матрицей.
Новейшая разработка в области MgO-C кирпичей для сверхвысокотемпературных электропечей заключается в использовании высокотемпературного обжига с последующей пропиткой асфальтом для получения так называемых обожженных асфальтопропитанных MgO-C кирпичей. Как видно из таблицы 2, по сравнению с непропитанными кирпичами, остаточное содержание углерода в обожженных MgO-C кирпичах после асфальтопропитки и рекарбонизации увеличивается примерно на 1%, пористость уменьшается на 1%, а прочность на изгиб при высоких температурах и сопротивление давлению значительно улучшаются, поэтому они обладают высокой долговечностью.
Магниевые огнеупорные материалы для боковых стенок электропечи
Футеровка электропечей делится на щелочную и кислотную. В щелочной футеровке используются щелочные огнеупорные материалы (такие как магнезия и огнеупорные материалы MgO-CaO), а в кислотной — кремнеземные кирпичи, кварцевый песок, белый шлам и т. д.
Примечание: В качестве футеровочных материалов для щелочных электропечей используются щелочные огнеупорные материалы, а для кислотных электропечей — кислотные огнеупорные материалы.
Дата публикации: 12 октября 2023 г.
