Упрочняющая добавка преимущественно для набивных, леточных и наливных огнеупорных масс доменных печей

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в доменном производстве. Цель изобретения увеличение стойкости набивных, леточных, наливных огнеупорных масс в 2-3 раза, повышение производительности доменных печей на 3-5% Цель достигается применением в огнеупорных массах упрочняющей добавки, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас. углеродистые материалы 23-36; кремнеземсодержащее материалы 64-77, при этом фракция кремнеземсодержащих материалов равна 0,1-15 мкм, а отношение кремнезема к углероду в ней равно 1,4-2,6. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии и может использоваться в доменных цехах.

Известны различные упрочняющие добавки для набивных, леточных и наливных огнеупорных масс доменных печей, например, карбид кремния, кремний, корунд и др. Однако применение указанных добавок ограничено из-за их высокой стоимости.

Наиболее близким к предлагаемой является композиция, отверждаемая в отверстии для заглушки изложницы, содержащая 70-90% материала на основе углерода и кремнезема (1% влаги и 10-30% полимерного связующего). При этом материал на основе углерода и кремнезема содержит 35-39% угля и 32-34% кремнезема [1] Недостатками известной композиции являются малая величина контактной поверхности между частицами углерода и кремнезема из-за крупного их помола, в результате чего реакция образования тугоплавкого карбида кремния из кремнезема протекает в незначительных объемах и существенного влияния на стойкость композиции не оказывает.

Цель изобретения увеличение стойкости набивных, леточных и наливных огнеупорных масс в 2-3 раза, повышение производительности доменных печей на 3-5% и снижение расхода металлургического кокса на 2-3% Цель достигается тем, что упрочняющая добавка для набивных, леточных и наливных огнеупорных масс доменных печей, содержащая углеродистые и кремнеземсодержащие материалы, содержит компоненты в следующем соотношении, мас. Углеродистые материалы 23-36 Кремнеземсодержащие материалы 64-77, при этом фракция кремнеземсодержащих материалов равна 0,1-15 мкм, а отношение кремнезема и углерода в ней равно 1,4-2,6.

Указанным требованиям могут удовлетворять некоторые шунгитовые породы и углистые аргиллиты. Применение упрочняющей добавки на базе шунгитов основано на следующих особенностях шунгитовых пород: углерод шунгита обладает высокой химической активностью в восстановительно-окислительных реакциях. При нагреве шунгита до 1250-1450^оС при наличии чрезвычайно развитой поверхности взаимодействия углерода и кремнезема происходит восстановление кремнезема до карбида кремния за счет собственного углерода. Нагрев огнеупорной массы с упрочняющей добавкой происходит за счет тепла жидких чугуна и шлака в процессе их эксплуатации.

В результате проведения исследований установлено, что предлагаемая упрочняющая добавка на основе шунгита проходит 2 стадии преобразования.

На I стадии смесь углеродистого и кремнеземсодержащего материалов превращается в криптокристаллическую массу, среди которой присутствуют разрозненные зерна тонкокристаллического или слабо рекристаллизованного карбида кремния. Эта реакция происходит на глубине 50-70 мм от зоны контакта огнеупорной массы с жидким чугуном или шлаком при 1300-1400^оС.

Дальнейшее развитие процесса рекристаллизации приводит к спеканию отдельных зерен карбида кремния и образованию каркасной структуры (II стадия процесса). Конфигурация зерен упрочняющей добавки при этом сохраняется, но возрастает их механическая прочность и термическая стойкость. II стадия процесса протекает в рабочей зоне контакта жидких металла и шлака с огнеупорной массой. Максимальное повышение стойкости огнеупорных масс происходит при создании в массе единой каркасной структуры карбида кремния в зоне контакта огнеупорной массы с расплавленными металлом и шлаком.

При содержании углеродистых материалов менее 23 мас. и кремнеземистых материалов более 77 мас. углерода недостаточно для полного восстановления кремнезема, вследствие чего в каркасной структуре карбида кремния создаются разрывы, способствующие размыванию огнеупорной массы жидкими продуктами доменной плавки. По этой причине повышения стойкости огнеупорных масс не достигается.

При содержании углеродистых материалов более 36 мас. и кремнеземистых материалов менее 64 мас. из-за недостатка кремнезема образовавшегося карбида кремния недостаточно для создания единой каркасной структуры, поэтому стойкость огнеупорной массы не повышается.

Величина контактной поверхности между частицами углеродистых и кремнеземсодержащих материалов обратно пропорциональна фракции кремнеземсодержащих материалов, при этом фракции 0,1 мкм соответствует величина контактной поверхности около 20 м² на 1 г массы, а при фракции 15 мкм контактная поверхность равна 7 м² на 1 г массы. Увеличение фракции кремнеземсодержащих материалов более 15 мкм приводит к уменьшению величины контактной поверхности менее 7 м² на 1 г массы и не обеспечивает полноты восстановления кремния до карбида из кремнеземсодержащих материалов, и, следовательно, повышение стойкости огнеупорных масс незначительно.

Фракции кремнеземсодержащих материалов 0,1 мкм соответствует величина контактной поверхности 20 м² на 1 г массы, что обеспечивает полное восстановление кремния до карбида, и дальнейшее уменьшение фракции нецелесообразно.

Величина отношения кремнезема к углероду близка к стехиометрической, равной 2,0.

При уменьшении этого отношения менее 1,40 или увеличении выше 2,60 вследствие недостаточного количества кремнезема или углерода не образуется единой каркасной структуры карбида кремния, что приводит к снижению стойкости огнеупорных масс в зоне их контакта с расплавленными металлом и шлаком.

В таблице представлены изменения основных показателей работы доменной печи и величины износа огнеупорной массы при использовании упрочняющей добавки различного состава.

Формула изобретения

УПРОЧНЯЮЩАЯ ДОБАВКА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ НАБИВНЫХ, ЛЕТОЧНЫХ И НАЛИВНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ МАСС ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ, содержащая углеродистые и кремнеземсодержащие материалы, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас.

Углеродистые материалы 23 36 Кремнеземсодержащие материалы 64 77 при этом фракция кремнеземсодержащих материалов равна 0,1-15,0 мкм, а отношение кремнезема к углероду в ней составляет 1,4-2,6.

РИСУНКИ

Рисунок 1