Основная периклазовая футеровка и опыт ее использования при выплавке ферротитана FeTi 70

Основную футеровку используют при выплавке высококачественных легированных сталей и специальных сплавов, когда обязательным условием является максимально низкое содержание углерода, серы, фосфора и кремния в металле.

Для изготовления основной футеровки используют магнезит (MgCO3) после высокотемпературного обжига или плавления. Наиболее высокое качество имеет плавленый магнезит, содержащий более 90% периклаза (MgO).

Недостатком периклазовой футеровки являются большая усадка при спекании и высокий коэффициент термического расширения, что приводит к возникновению глубоких трещин и низкой термической стойкости. Высокая огнеупорность периклаза (более 2000 °С) приводит также к тому, что после первой плавки и в последующем толщина внутреннего оплавленного слоя не превышает 3-4 мм и может быть легко разрушена при загрузке и уплотнении шихты.

Для компенсации усадочных процессов в набивную футеровочную массу добавляют от 10 до 30% электрокорунда, или 3-4% молотого кварцита (что менее желательно), или 15-40% хромомагнезита (фракции 1 ?2 мм - 10%; фракции менее 1 мм - 15-30%). В качестве связывающего минерали-затора используют для влажных смесей плавиковый шпат CaF2 (фракции менее 0,1 мм - 2%), или борный ангидрид фракции менее 0,1 мм - 0,6-0,8 %), или борную кислоту H3BO3 (фракции менее 0,1 мм - 1,2-1,5 %). При использовании борной кислоты особенное внимание должно быть уделено минимальной влажности, как борной кислоты, так и магнезита. При спекании выделяющаяся влага мигрирует к индуктору, растворяя и унося к индуктору основную долю борной кислоты. Повышенное со-держание минерализатора у индуктора приводит к глубокому спеканию той части футеровки, которая должна быть буферной и сыпучей; напротив, обеднение внутренних слоев приводит к расслоению рабочей части футеровки.

В практике использования основной футеровки известно несколько оригинальных схем комбинирования как набивки собственно магнезита (периклаза), так и комбинирования различных огнеупоров.

Наибольшая безопасность работы и длительность эксплуатации тигля могут быть достигнуты, если при толщине футеровки 80-90 мм толщина спеченного слоя составляет 30-40 мм, а у индуктора будет сохраняться буферный неспеченный слой толщиной 20-30 мм. Для этого иногда используют два стальных шаблона: внутренний оплавляемый и промежуточный сменный, между которыми ведут плотную набивку футеровочной массы. После извлечения сменного шаблона засыпают на освободившееся место и уплотняют смесь у индуктора. Смесь может быть как основной, так и кислой (из кварцита), но с меньшим содержанием связующего.

В некоторых случаях производят обмазку оплавляемого стального шаблона магнезитом на жидком стекле (толщиной 4-5 мм), а остальной объем тигля футеруют кварцитовой набивной массой.

Известна комбинированная футеровка печи ИЧТ-0,4/02, используемая для выплавки ферротитана: 2/3 высоты футеровки от дна тигля имеет состав 70% (МgО) и 30% Аl2O3, а оставшаяся верхняя часть - MgO. Это обеспечивает удовлетворительную термическую стойкость основной рабочей зоны и хорошую химическую стойкость и огнеупорность верхней зоны тигля. Средняя стойкость такой футеровки составляет 90-100 плавок.

Срок службы основной футеровки колеблется от 10 до 100 плавок и зависит от многих причин:

• тщательности проведения подготовительных работ (испытания индуктора под давлением и на холостом ходу; обмазка, выдержка для твердения и сушка обмазки индуктора; обеспечение механической жесткости индуктора; обеспечение плавной работы гидравлики при наклонах и остановке печи; возможность плавного регулирования мощности). Обмазку индуктора наносят в три слоя - внутренний последний слой толщиной 5-10 мм приготавливают из тонкомолотого перик-лаза (проход через сито 0,5 мм - 100%), затворенного раствором полифосфата натрия плотностью 1,34 г/см3. Сушка лампами 24-2б часа без подачи воды в индуктор. При образовании трещины в футеровке, обмазка не пропускает метал к индуктору и служит 1,5-2,0 года;

• подбора оптимального грануляционного состава футеровки (фракция 4-2 мм - 10-20%; 2- 0,5 мм - 30-40%; 0,5-0,09 - 30-35%; мельче 0,09 мм - 20-25%). Увеличение мелких фракций (0,08мм) более 25% приводит к спеканию футеровки даже в отсутствие или при малом содержании мине-рализатора. Следует помнить, что при трамбовке происходит механическое разрушение круп-ных фракций, и количество мелких фракций возрастает. Особое внимание следует уделить тщательной очистке футеровочной массы от различных инородных включений (асбест, опилки, ржавчина, ткани, стружка и т.д.), а также тщательному перемешиванию смеси с минерализатором перед набивкой футеровки. Минерализатор должен быть предварительно просушен и измельчен до фракции мельче 0,1 мм. Для равномерного распределения минерализатора его следует смешивать предварительно с мелкой фракцией наполнителя, после чего производить дальнейшее перемешивание тонкой фракции с оставшимися фракциями наполнителя-огнеупора;

• набивку вертикальных стенок производят, добиваясь максимальной плотности по всему сечению футеровки. Наиболее рациональная и долговременная работа футеровки будет обеспечена при наличии трех основных слоев:
  - буферного сыпучего толщиной 15-30 мм у индуктора;
  - промежуточного спеченного толщиной 30-40 мм с достаточной пористостью и механической прочностью;
  - внутреннего спеченного с плотным ошлакованным слоем толщиной 5-20 мм.

Правильный подбор фракционного состава наполнителя-огнеупора, количества и вида минера-лизатора, плотная механическая набивка и последовательное плавное и равномерное спекание (по окружности шаблона) в течение 6-8 часов должны обеспечить такой перепад температур по сечению футеровки, чтобы степень минерализации и спекания равномерно убывала от выплав-ляемого шаблона к индуктору. Оптимальной будет температура футеровки у индуктора в пределах 200- 300 °С. При выборе в качестве минерализатора борной кислоты или борного ангидрида (температура плавления которого 450°С) очевидно, что перегрев более 400 °С у индуктора недопустим. Наличие неконтролируемых примесей в футеровке делает этот процесс спекания менее предсказуемым. К этому же приводит неконтролируемое увеличение количества мелкой фракции наполнителя, которая является помимо всего прочего химически более активной, чем крупные зерна. Наряду с этим, излишнее увеличение крупной фракции (2-4 мм) приводит к неравномерному распределению минерализатора, расслоению (особенно при некачественной набивке) и возникновению глубоких трещин;

• поведение плавленого магнезита в области высоких температур является достаточно критич-ным вследствие высокой усадки при спекании (4-6%) и высокого коэффициента термического расширения. Однако, при наличие буферного и промежуточного слоев, работающих при относи-тельно низкой температуре (400-1200 °С), эти недостатки магнезита локализуются в узкой зоне внутреннего спеченного слоя. Следует отметить, что рост усадки наблюдается в области температур 1300-1500 °С; применение борной кислоты слабо влияет на этот показатель, а применение в качестве минерализатора СаF2 уменьшает усадку и даже обеспечивает рост футеровки в области температур 800-1000 °С. Как было отмечено выше, положительное влияние на основную футеровку оказывает комбинирование магнезита с окисью алюминия или с окисью хрома. Однако, помимо удорожания и так достаточно дорогого огнеупора, процессы при таком комби-нировании мало изучены;

• помимо оптимизации состава и режимов эксплуатации основной футеровки на основе плавлено-го магнезита, учитывая особенности выплавки ферротитана FeTi 70, следует испытать комбини-рованную футеровку из кварцита (буферный и промежуточный слои) и магнезита (рабочий слой). Магнезит может быть нанесен на выплавляемый шаблон обмазкой на жидком стекле, а кварцит - набивкой с борной кислотой в качестве минерализатора.