ТОПЛИВО И ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
§ 1. Металлургическое топливо
Металлургическое топливо используется для получения высоких температур в печах, а также для непосредственного участия в химических процессах восстановления металлов.
К металлургическому топливу предъявляются следующие требования: высокая теплота сгорания; низкое содержание золы и влаги; низкое содержание вредных примесей; низкая стоимость. Металлургическое топливо должно также удовлетворять специальным требованиям (размер и прочность кусков твердого топлива, пористость, незначительная склонность к растрескиванию, высокий насыпной вес и др.).
Основные виды топлива имеют органическое происхождение и представляют собой аккумулированную солнечную энергию.
На металлургических заводах применяют различные виды топлива.
В каменных углях содержится 0,4 - 2,5% серы, 10 - 33% золы; в каменноугольном коксе - 0,5 - 1,8% серы и 6 - 16% золы.
Каменноугольный кокс - наиболее часто применяемое твердое металлургическое топливо. Он прочен, сопротивление раздавливанию составляет 80 - 175 кГ/см² (8 - 17,5 МПа), не растрескивается при нагреве, обладает высокой пористостью и реакционной способностью.
Кокс получают из специальных коксующихся углей, отличающихся определенным содержанием летучих веществ в пределах 18-26%. При коксовании происходит удаление летучих, а твердая масса угля спекается и образует пористое топливо - кокс. Коксование производится длительным (12 - 15 ч) нагреванием измельченных коксующихся каменных углей без доступа воздуха при температуре 1000 - 1100' С в камерах емкостью 18 - 20 м³. Коксовая батарея состоит из 50 - 70 камер. В качестве побочного продукта образуется коксовальный газ. Кокс используется в доменных печах, вагранках и других печах.
Жидкое топливо - вид топлива, отличающийся высокой теплотой сгорания. Его удобнее сжигать, транспортировать и хранить. Чаще всего в качестве жидкого топлива для мартеновских печей, отражательных медеплавильных, нагревательных печей и др. используется мазут. Теплота сгорания мазута составляет 9500 - 10 500 ккал/кг (39,8 - 44 МДж/кг).
Газообразное топливо - наиболее совершенный вид топлива. Природный, генераторный, коксовальный и доменный газы получили наибольшее применение как топливо для металлургических печей. Теплота сгорания природного газа 8000 - 12 000 ккал/м³ (33,6 - 50,5 МДж/м³), нефтяного 10 000 - 11000 ккал/м³ (41,9 - 46,0 МДж/м³), доменного 850 - 950 ккал/м³ (3,6 - 3,9 МДж/м³), коксовального 4000 - 4500 ккал/м³ (16,8 - 18,9 МДж/м³) и генераторного 1250 - 1450 ккал/м³ (5,2 - 6,15 МДж/м³).
§ 2. Огнеупорные материалы
Огнеупорные материалы используются в виде кирпичей для кладки металлургических печей, порошков для наварки подин и откосов металлической ванны печей, для противопригарной окраски литейных форм, в виде керамических труб и втулок для стояков и литниковой системы при разливке стали, стаканчиков и пробок для разливочных ковшей и т. д.
Огнеупорные материалы подвергаются нагреву до высоких температур, находятся в контакте с жидким металлом, разъедаются шлаками и газами, и поэтому должны обладать огнеупорностью, т. е. сопротивляемостью размягчению и деформации при высоких температурах; строительной прочностью; термостойкостью, т, е. устойчивостью против растрескивания при частых и резких изменениях температуры; химической стойкостью; низким коэффициентом термического расширения.
Огнеупорные материалы используются не только в качестве строительного материала для печей, но и в физико-химических процессах, протекающих в металлургических агрегатах, и часто предопределяют вид процесса плавки металла.
По химическому составу огнеупорные материалы подразделяются на кислые, полукислые, полуосновные, основные и нейтральные. Такие названия обусловлены содержанием кислых или основных окислов в огнеупоре. Кислые огнеупоры состоят преимущественно из кислых окислов, устойчивы к кислым шлакам и применяются для футеровки кислых мартеновских, электрических и других печей. Основные огнеупоры состоят преимущественно из основных окислов, стойки к основным шлакам и применяются для футеровки основных мартеновских, электрических печей и др.
К кислым огнеупорам относится динас, содержащий не менее 93 - 97% кремнезема, связанного известью. Огнеупорность его не ниже 1730° С; он прочен при высоких температурах, однако плохо выдерживает частые смены температуры. Применяется для футеровки сводов кислых пламенных и электрических печей.
К основным огнеупорам относится доломит, получаемый обжигом сырого доломита MgCO3•CaCO3 при температуре 1600° С. После обжига доломитовые огнеупоры содержат 52 - 58% СаО и 35 - 38% MgO. Огнеупорность доломитовых огнеупоров 1800 - 1950° С. К основным огнеупорам относится и магнезит, состоящий в основном из MgO (91%), обладающий огнеупорностью около 2000 - 2400° С.
Доломит и магнезит применяют для футеровки подин и откосов основных печей. Особо высокой огнеупорностью, превышающей 2000° С, обладают нейтральные хромомагнезитовые огнеупоры, состоящие из 65 - 70% MgO и 25 - 28% FeO•Cr2O3. Они применяются для кладки сводов сталеплавильных печей.
К слабокислым огнеупорам относится шамот, получаемый обжигом смеси огнеупорной глины и отходов шамотных изделий. Содержание глинозема Al2O3 в шамоте 30 - 42%; кремнезема SiO2 52- 60% и окиси железа Fe2O3 1,5 - 2,5%. Шамот приведенного состава выдерживает нагрев до 1610 - 1750° С и применяется для футеровки доменных печей, вагранок и других металлургических печей.
К нейтральным относятся углеродистые огнеупоры, изготовляемые из графита и шамота на глиняной связке. Огнеупорность их превышает 2000°С. Применяются для кладки лещади и нижней части шахты доменных печей, пробок и стаканов сталеразливочных ковшей, тиглей и др.
Получают применение новые огнеупорные материалы: цирконосодержащие (из двуокиси циркония ZrO2) карбидные (из карборунда SiC), нитридные (из нитрида кремния Si3N4) и др.
