Рибальченко Ю.П.

Національній гірничий університет

ІНФОРМАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ПОВЗУЧОСТІ ФУТЕРОВКИ ДОМЕННОЇ ПЕЧІ

У дуже окремих випадках футеровочні матеріали руйнуються в результаті одного лише нагрівання. Руйнування в основному завжди пов'язані з дією типу «температура-навантаження». Розм'якшення вогнетривів і жаростійких матеріалів під навантаженням може викликати їх осідання, деформацію і обвалення. Тому міра деформації футеровочних матеріалів під навантаженням при високих температурах визначає їх здатність протистояти одночасній дії високих температур і стискаючому навантаженню і є одним з важливих показників вогнетривких і жаростійких матеріалів.

Ретроспективний аналітичний огляд літератури, присвяченої дослідженню теплових процесів, що відбуваються у вогнетривах показав, що нині відсутні систематичні дослідження цих процесів в період першої задувки доменної печі.

Початок руйнування футеровки доменної печі визначається виникненням і розвитком в ній процесу повзучості. Нині є велике число досліджень і експериментальних результатів, що описують процес повзучості різних видів футеровочних матеріалів [1]. Проте ці дослідження в основному розглядають питання, що відносяться до виробництва вогнетривів, але ніхто з авторів не зачіпав проблему зміни структури і властивостей цих матеріалів в робочому режимі після першого нагріву до температури вище 1500 ^оС при тисках близько 10 МПа і як ці зміни вплинуть на тепловий режим роботи усього агрегату.

Для опису повзучості пластичного ізотропного тіла Вишневський І.І. та ін. [2] ввели спеціальний аргумент і вираження для деформації (1%) записали у виді:

де α і М — безрозмірні постійні, причому М — не залежить від температури і напруги, Ф — комбінований аргумент (Па²∙ч), Q -эффективная енергія активації деформації (кДж/моль).

Результати справжніх досліджень були отримані при першому задуванні доменної печі для футеровки горна під навантаженням з використанням складу Аl₂O₃ (корундова цеглина). Оскільки експериментально оцінити міру повзучості на працюючій доменній печі не представляється можливим, ми розглянули стадії розвитку повзучості і механізми процесу, орієнтуючись по температурній залежності, виміряній у верхніх шарах вогнетривкої кладки горна. Перший нагрів до 998 °С здійснювалися під мінімальним навантаженням (відсутній розплавлений чавун) з плавною появою розплавленої маси привело до збільшення тиску на лещадь доменної печі до 5 МПа. Результати деформації приведені на рисунку. На кривій можна виділити часовий інтервал, в якому відповідну ділянку на кривій повзучості мають форму, близьку до експоненціальної, - це від 5.09 до 14.09.

У часовому інтервалі від 01.09 до 08.09 повзучість має «несталий характер» а потім (з 08.09) знову настає повзучість, що встановилася, вже з іншим ходом кривої деформації.

Перший часовий інтервал деформації повзучості відбувається внаслідок фазових перетворень, що викликають структурні зміни, пов'язані з протіканням реакції і переходом в іншу кристобалітну форму. Протікання реакції обумовлене процесами дифузії компонентів через шар новоутворень. Після протікання близько доби після початку деформації і впродовж подальших 4-5 днів повзучість приймає встановившийся характер. При температурах близько 1000 ^oС впродовж перших 14.09-17.09 основні фазові зміни завершуються, структура стабілізується і «робоча усадка» - набуває встановившийся характер.

Виходячи з вище сказаного відбувається формування нової структури і властивостей результуючого матеріалу яке більшою мірою залежить від процесу усадки. Усю складну послідовність процесів, що відбуваються при усадці, можна пояснити тим, що на границі футеровка-рідкий чавун при температурі 1300 ^оС починається процес стягання і заліку пор великих розмірів основосновної фази, внаслідок чого формується якісна, щільна структура, в основному, наявні лише замкнуті ізольовані пори і ущільнення тіла є наслідок зменшення числа і загального об'єму ізольованих одна від однієї пор.

Висновок. Високотемпературна деформація під навантаженням і повзучість спеченої оксидної вогнетривкої кераміки залежить від загальної пористості, форми і розмірів пор, зернового складу, міри чистоти, умов і методики експерименту. Крім того повзучість залежить від зернистості і розподілу зерен по розмірах: у міру зменшення розмірів зерен, починаючи з розміру близько 1 мм, повзучість збільшується, а при розмірах зерен менше 10 мкм (особливо менше 1 мкм) можливе прояв надпластичної деформації.

Література:

1. Стрелов К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. /И.Д. Кащеев -М.: Металлругия. 1996. -601с.

2. О ползучести муллитокорундовых огнеупоров для воздухонагревателей доменных печей./ [Питак Н.В., Турчинова Л.Н., Ансимова Т.А., Булах В.Л., и др.] // Огнеупоры. - 1983. - №5. - С. 36-39.