Одной из причин усиления степени вредного проявления щелочей в последнее время является повышение температуры колошникового газа. Это приводит к увеличению протяженности зон циркуляции щелочей по высоте печей за счет перемещения ее верхней границы ближе к уровню засыпи. Циркулирующие массы щелочей и количество их в нижней части доменной печи увеличиваются, что приводит к интенсификации их воздействия на футеровку и удельный расход кокса [1].
Например, на доменной печи №10 Магнитогорского металлургического комбината (ММК) были отмечены образования щелочных соединений на поверхности большого конуса и чаши, в том числе на их контактной поверхности. Такое явление в доменном цехе раньше не отмечалось. Исследование проб футеровки доменной печи №9 после ее остановки на капитальный ремонт вследствие прогара горна показало также весьма характерную картину воздействия щелочей.
Состояние кладки из углеродистых блоков в районе чугунной летки (со стороны большого литейного двора) и набойки изменилось. Общее состояние кладки из углеродистых блоков в районе летки «большого» литейного двора отмечено как удовлетворительное [1].
Однако углеродистые кладки в районе «малого» литейного двора были оценены как неудовлетворительные. За набойкой в кладке последнего обнаружили расположение углеродистого блока с целостной зоной толщиной до 350 мм. В вертикальном разрезе кладки углеродистых блоков горна длина неперерожденной зоны возрастала сверху вниз. Вверху у кирпичей кладки длина ее не превышала 150 мм. Рыхлая зона более широкая (до 150-250 мм) и явно выраженная. Она была заполнена отложениями цинкита и щелочей (рыхлыми кристаллами зеленого цвета и потеков в виде сосулек грязно-желтого цвета).
Толщина неперерожденной зоны углеродистых блоков горна, прилегающих к набойке, на всех 6-ти ярусах была примерно одинакова и частично заполнена чугуном, отложениями цинкита и щелочей.
В районе прогара обстановочные блоки имели полностью перерожденную структуру. В швах, на глубину трех обстановочных блоков был обнаружен чугун, который располагался вплотную к холодильникам. Вследствие разгерметизации кладки обстановочных блоков зазоры в швах достигали 10-20 мм и были заполнены чугуном [1].
При разборке кладки горна и лещади были отобраны пробы. Результаты их химического анализа приведены в табл. 4. Химический состав проб материалов огнеупорной кладки доменной печи № 9 ОАО «ММК» (2001 г.) [Приложение 1. С 36-37].
Как видно из данных таблицы, насыщение перерожденных зон углеродистых блоков щелочами и цинкитом было весьма значительным и достигало 10-13 % по количеству К2О. Особенностью приведенного характера насыщения углеродистых блоков щелочами является то, что натрий откладывался в ней менее интенсивно и его содержание было значительно меньшим - в пределах 2,3-3,2 %. В большей степени калий откладывался и в кирпичной кладке. Здесь он накапливался до 23,3-29,3 количество цинкита, отложившегося в рыхлой части углеродистых оков, достигало 7,3-14,8 %. Зеленые кристаллы в кирпичной кладке, примыкающей к углеродистым блокам над чугунной леткой № 2, были представлены в основном цинкитом и содержались в значительном количестве, достигая 69 % [1].
Отложения желтоватого цвета в виде подтеков в кладке леточного проема (№1) было сложным по составу и содержало до 49 % К2О, 26 % Na2O и 11,3 % ZnO. Как видно из табл. 1, подобная характеристика присуща и другим пробам материалов футеровки горна и лещади доменной печи №9 ММК. Несомненно, что подобная вполне закономерная ситуация могла наблюдаться и в других доменных печах комбината.
Эти данные убедительно подтверждают, что присутствие щелочей в доменной шихте может создавать достаточно серьезную проблему в обеспечении длительной кампании доменных печей и высоких технико-экономических показателей их работы.
В приведенных результатах изучения состояния кладки после длительной кампании доменной печи прослеживается важная закономерность: отложения щелочей более существенны на кирпичах и в их трещинах по сравнению с отложениями в углеродистых блоках. Это объясняется присутствием в веществе кирпичей глинозема и кремнезема, с которыми щелочи вступают в реакцию с образованием соединений, в том числе и легкоплавких эвтектик.
Не менее существенной информацией является то, что по степени взаимодействия щелочей с веществом кладки и воздействия их на ее состояние роль щелочей весьма неодинакова. В этом отношении калий более вреден, чем натрий. Это различие в свойствах щелочей несомненно проявляется и в поведении в верхней части доменной печи, на степень их отложения в столбе шихтовых материалов и в их накоплении с образованием контуров циркуляции [1].