Способ двухслойной футеровки печей для электротермического восстановления металлов Советский патент 1941 года по МПК F27D1/00 C21B15/02 

Обычный Прием футеровки электрических печей для термического восстановления руд состоит в том, что горн печи и его детали, например, выпускные отверстия, выкладываются из материала, наиболее устойчивого против химического и физического воздействия восстанавливаемого металла, пространство же между футеровкой горна и каркасом печи или ее кожухом заполняется материалами, менее или совершенно неустойчивыми против действия жидкого металла, но зато обладающими тепло- и электроизолирующими свойствами. Примером первого рода материалов является уголь и изделия из него, примером второго рода материалов - магнезит, щамот, кизельгур, асбест. Срок службы печи между капитальными ремонтами ее определяется сроком службы футеровки горна, так как после прогара последней жидкий металла весьма быстро разрушает теплоизоляционную футеровку и, подходя к наружной поверхности печи, угрожает прорывом жидкого металла. Опасность прорыва печи может появиться и раньще разрушения футеровки горна при появлении в ней и в кирпичной кладке печи трещин, например, вследствие резких или неравномерных тепловых расщирений кладки; в этом случае металл, затекая в трещины и щвы кладки, продвигается к кожуху печи, нарушает тепловую изоляцию горна и, оставаясь жидким, стремится поднять выщележащие слои футеровки. Жидкий металл или сплав тем активнее действует на теплоизоляционную футеровку печи и тем это действие опаснее, чем больше, разность температлр восстановления металла и его плавления; особенно это справедливо для сплавов, богатых алюминием; так, например, эвтектический сплав алюминия с кремнием и железом имеет температуру плавления около 575°, между тем как температура восстановления подобного рода сплавов находится вблизи 1900°.

Эти явления разр}тпения печной футеровки известны давно, но до сих пор конструктор печи направлял все свои усилия и знания к тому, чтобы избежать прорыва металла или задержать его только подбором для устройства теплоизоляционной части футеровки печи таких материалов, которые были бы поВОЗМОЖНОСТИ максимально инертны по отношению к жидкому металлу;

сам же прорывающийся металл констрзктор печи оставлял без внимания.

Изобретателем установлено, что значительный эффект может быть достигнут йе только пассивным выбором огнеупорного материала, но и воздействием: на прорвавшийся в кладку печи металл, что можно осуществить следующим образом. Если на пути прорвавшегося горячего- металла, например, сплава алюминия с кремнием и железом и других сплавов предусмотреть заранее материал, при нормальных условиях службы футеровки являющийся тепловым изолятором, а при разрушении футеровки горна реагирующий с горячим металлом с образованием тугоплавких карбидов этих металлов или других их тугоплавких соединений, то прорвавшийся в кирпичную футеровку печи металл будет замещаться этими тугоплавкими и тяже-лыми металлами или карбидами и т. п. и получившаяся в футеровке горна печи «рана будет «тампонироваться, а дальнейшее вытекание металла прекращаться. Размеры теплоизоляционного слоя футеровки сократятся, но остающейся еще защищенной «тампоном от дальнейщего проникновения металла части футеровки достаточно для экономически выгодной эксплоатации печи без остановки ее на очередной капитальный ремонт; этим самым капитальный ремонт печи может быть отт;янут на длительный промежуток времени.

В качестве примера такого рода материалов можно указать, например, на двуокись титана, температура плавления которой оценивается в 1640°, но могут быть применены и другие подходящие окислы тяжелых металлов или металлоидов, например, V.D. с температурой плавления 1970°, применяемая уже в виде кирпича окись циркония, температура плавления 2700° и т. д.

Взятые в порошкообразном виде эти материалы явятся хорошими теплоизоляторами и могут быть применены в качестве материала для заполнения швов кладки, засыпки между отдельными слоями ее или же в виде материала для изготовления специального .кирпича. Являясь теплоизоляторами в

нормальных условиях, т. е. когда футеровка печи цела, эти материалы, в случае прорыва металла, например, силикоалюминия, восстанавливаются до металла, имеющего большой удельный вес и высокую температуру плавления, не всплывающего вверх, трудно растворимого в первичном металле и потому остающегося на месте первоначально затекшего металла в виде пробки, закупоривающей жилу прорвавшегося металла. В случае, например, плавки силикоалюминия и окиси титана в качестве материала футеровки в местах разрушения футеровки будут протекать реакции:

4 А1 + 3TiO. -. ЗТ -J- 2А1,О, (1) , ±SiOH Ti (2)

Для выплавляемого в печи металла с 70 А1 и 30% Si в результате реакции (1) и (2) можно ожидать, как показывает расчет, следующий состав металла в дефектном месте футеровки: Ti около 85% и остальное, главным образом, кремний. Одновременно же будет образовываться тугоплавкий шлак, состоящий из 87% глинозема и 13% кре.мнезема. В случаях, когда восстановление выплавляемого металла производится углеродом, целесообразно применять вышеуказанные окислы не в чистом виде, а в смеси с небольщим количеством углеродистого материала, с целью образования путем восстановления не самих металлов, а их устойчивых и труднорастворимых в выплавляемом .металле карбидов. В этом случае талшонирование прорвавщегося в кладку металла будет происходить по следующей, примерно, схеме:

3TiO,-r3C-; 4Л1 - 2А1„О. - 3TiC (3) TiO.-l C-|-Si П TiC--SiO2 (4)

Как видно из примера, наряду с образованием тугоплавкого щлака из глинозема и кремнезема, будет образовываться карбид титана, имеющий температуру плавления 3180°.

Очевидно, что для предотвращения всплывания сквозь прорвавшийся металл самой засыпки, например, из TiO,., целесообразно оклеивать отдельяые ее зерна небольшим количеством ; связующих веществ, например, органи- ; ческих, коксующихся при пуске печи i и тем связывающих отдельные зерна ; TiO.,, или небольщим количеством плавней, например, жидкого стекла, i цементирующих зерна TiOo под дей- j ствием высокой температуры.

Применение указанных приемов заделки разрушений в футеровке печи возможно не только для случаев, когда прорвавшийся металл непосредственно восстанавливает до металлического состояния введенные в футеровку заранее окислы, но и в тех случаях, когда проникщий к кирпичной кладке печи металл не может восстановить значительных количеств этого окисла, например, окиси титана. В таком случае восстановление тугоплавкого металла или образование устойчивого против металла карбида будет вызываться необычным местным повышением температуры кладки, обусловленным в свою очередь проникновением в кладку металла и, естественно, что для таких случаев можно предусмотреть большую дозировку углерода в смеси окисел-углерод, чем в вышеописанном случае прямого восстановления окисла алюминием.

Применение вышеуказанных материалов возможно в виде засыпки швов кладки из кирпича из уже известных материалов: шамот, магнезит и т. д. в виде отдельных пересьшок между

слоями футеровки; не исключается также и применение их в смеси с такими окисями как глинозем или другими, равно как и изготовление кирпичей из указанных выше специальных окислов (TiOo) и углеродистых материалов.

Предмет изобретения.

1.Способ двуслойной футеровки печей для электротермического восстановления металлов или сплавов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью удлинения срока службы футеровки, для устройства теплоизоляционной ее части применяют смесь одного или нескольких тяжелых металлов с углеродистыми веществами, при нормальной работе печи служащую теплоизолятором, а в случае соприкосновения с жидким металлом при его прорыве, - для образования защитных от проникновения металла в толщу кладки пробок за счет восстановления до металла или карбидов с высокой температурой плавления.

2.Прием выполнения способа п. I, отличающийся тем, что теплоизоляционную часть футеровки выпол; няют из смесей окислов тяжелых металлов с углеродистыми веществами, i которые образуют тугоплавкий карбид I металла не только при прямом контакте с жидким металлом, но и от температурного воздействия близко находящегося металла.