Смирнов А.Н., Сафонов В.М. и др. Металлургические мини-заводы

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 281

ас

е т

наливной массы. Однако, повышение толщины наливной футе-

ровки также имеет свои ограничения, которые связаны, в первую

очередь, с заданной вместимостью сталеразливочного ковша.

Кроме того, утолщение наливной футеровки предполагает удли-

нение срока ее эксплуатации, что ужесточает общие требования к

однородности прочности материала по всей поверхности ковша.

Характерной особенностью большой группы бетонов, ис

пользуемых для наливки стенок и днища сталеразливочных ков-

шей является значительное уменьшение (в 1,5 - 2,0 раза) прочно-

стных свойств материала в диапазоне 950 - 1100 °С. По сути, это

означает, что в наливной ч ти футеровки сталеразливочного

ковша всегда имеются зоны которые в большей степени склонны

к разруш нию. Эти зоны буду подвергаться растрескиванию,

например, при недостаточной

жесткости сталеразливочного ков-

ша или его несимметричной нагрузке. Исследования показывают,

что такие зоны, пораженные трещинами, находятся на некотором

удалении от поверхности контакта футеровки с жидким металлом

(35 - 40 мм). Однако в процессе эксплуатации часто происходит

отслоение больших кусков футеровки, что можно рассматривать

как подтверждение наличия зон футеровки, пораженных внут-

ренними трещинами. В

меньшей степени подвержены растрески-

ванию бетоны с высоким содержанием оксида алюминия (более

90 %).

Основные технологические свойства тиксотропного ко-

рундо-шпинельного бетона с экзотермическим эффектом выгля-

дят следующим образом:

-предельная температура применения 1750

С;

-гранулометрический состав 0-6 мм;

-тип связки гидрохимический;

-метод подготовки футеровки вибрационный;

282 Металлургические мини-заводы

-длительность периода сушки и нагрева

ковша (до температуры 1000

С) 50 ч;

-требуемая плотность материала 2,8 кг/дм

;

-требуемое количество воды 4-5 л/100 кг;

-прочность (сжатие) при норм. температуре >25 Н/мм

;

-прочность (сжатие) при 110

С >25 Н/мм

;

-прочность (сжатие) при 1000 °С ~50 Н/мм

;

-прочность (сжатие) при 1450 °С >90 Н/мм

;

-прочность (изгиб) при норм. температуре ~6 Н/мм

;

-прочность (изгиб) при 110 °С 6 Н/мм

;

-прочность (изгиб) при 1000 °С ~7,5 Н/мм

;

-прочность (изгиб) при 1.450 °С ~9-10 Н/мм

;

-линейное изменение размеров при 1600 °С - 0,17 %;

-линейное изменение размеров при 1650 °С - 0,10 %;

-теплопроводность: при 200

°С 2,85 Вт/(м К);

при 600

°С 2,55 Вт/(м К);

при 1000

°С 2,40 Вт/(м К);

при 1000

°С 2,50-2,60 Вт/(м К);

-химический состав,%:

91;

CaO 1,0;

MgO 6,0;

< 0,1.

Сравнение некоторых эксплуатационных показателей на-

ливной футеровки стен ковша вместимостью 130 тонн при разной

толщине рабочего слоя (среднее время пребывания металла в

ковше от окончания выпуска до начала разливки 2,4 - 2,7 часа)

представлено в табл.3.10.

При этом скорость износа различных зон футеровки ковша

имела следующие значения: бойная зона стенки – 3,5 - 3,7

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 283

на -

мм/плавку; зона контакта стенки с восходящими потоками – 2,2 -

2,5 мм/плавку; зона контакта стенки с нисходящими потоками –

2,0 - 2,4 мм/плавку; остальные зоны стенки – 1,4 - 1,6 мм/плавку;

бойная зона днища – 3,2 - 3,4 мм/плавку; зона расположения про-

дувочного узла в днище – 4,5 - 4,7 мм/плавку; остальное днище –

2,6 - 2,8 мм/плавку; зона восходящих потоков шлакового пояса –

5,5 - 5,9 мм/плавку; зона

нисходящих потоков шлакового пояса –

4,9 - 5,1 мм/плавку; остальные участки шлакового пояса по пери-

метру (в области максимальной эрозии) – 3,1 - 3,3 мм.

Таблица 3.10. Влияние толщины рабочего слоя футеров-

ки на ее эксплуатационные свойства

Исход-

я тол

щина

футе-

ровки

стен, мм

Минималь-

но требуемая

толщина

подливаемо-

го слоя, мм

Величина

допусти-

мого из-

носа фу-

теровки,

мм

Допустимая

величина не-

равномерно-

сти износа

футеровки,

мм

Причины вывода

ковша из эксплуа-

тации (виды дефек-

тов)

160 60 90 30

Длинные глубокие

трещины и ло-

кальный износ

180 60 110 50

Длинные глубокие

трещины и ло-

кальный износ

200 60 130 70

Сеткообразные

трещины и ло-

кальный износ

230 60 160 100

Сеткообразные

трещины и ло-

кальный износ

284 Металлургические мини-заводы

Как видно из приведенных данных, оптимальная величина

толщины стен монолитной футеровки, видимо, может быть при-

нята в пределах 180 - 200 мм. Однако и в этом случае представля-

ется целесообразным применение дополнительных мероприятий

по горячему ремонту наиболее изнашиваемых частей футеровки,

которые позволяли бы оперативно корректировать локальный из-

нос без охлаждения ковша.

Другим крайне важным

элементом футеровки сталеразли-

вочного ковша для агрегатов «ковш-печь» является зона шлако-

вого пояса. Известно, что износ огнеупоров в зоне шлакового

пояса для таких ковшей является достаточно быстрым, и часто

именно критический износ футеровки зоны шлакового пояса ста-

новится причиной вывода ковша из эксплуатации. Повышенный

износ огнеупоров в этой зоне

обычно связывают с развитием сле-

дующих факторов:

• использование активного синтетического рафинирующего

шлака с высоким содержанием извести и плавикового

шпата;

• применение электродугового подогрева металла в ковше,

что значительно повышает температуру шлака и его агрес-

сивность по отношению к футеровке;

• длительное нахождение футеровки в условиях контакта со

шлаком (порядка нескольких

часов) при каждом наливе и

термоциклический характер работы шлакового пояса;

• интенсивное перемешивание шлака вследствие продувки

металла аргоном.

На практике наибольшее распространение для зоны шла-

кового пояса получили периклазоуглеродистые изделия с содер-

жанием MgO ≥ 97%. Определенное влияние на стойкость шлако-

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 285

вого пояса также оказывает требование проведения вакуумирова-

ния стали в ковше.

Наиболее характерные свойства периклазоуглеродистого

кирпича с высоким содержанием плавленого магнезита с добав-

лением комбинированных антиоксидантов и органической (по-

лимерной) связки выглядят следующим образом:

-химический анализ,%:

MgO >97,5;

CaO <2,0;

SiO

<0,5;

<0,2;

СаО/SiO

≥2;

-остаточный углерод, мас.% >12;

(сверх 100%)

-физические свойства (при нормальной температуре):

кажущаяся плотность 2,99 г/см

;

пористость открытая <5,0%;

прочность при комнатной температуре >25 Н/мм

;

-физические свойства (при температуре 1000 °С):

кажущаяся плотность 2,97 г/см

;

пористость открытая <8,0 %;

прочность при комнатной температуре >30 Н/мм

;

-термическое расширение 1,1 %;

-теплопроводность (при температуре 1000

С) 7 Вт/мК;

-теплоемкость в диапазоне 20-1000

С 1,38 кДж/кгК.

При рациональной эксплуатации ковша стойкость шлако-

вого пояса может составить 50 - 70 плавок и более, а согласова-

ние стойкости стен ковша и шлакового пояса обычно достигается

путем регламентирования марки кирпича и толщины футеровки

286 Металлургические мини-заводы

шлакового пояса. При этом наиболее предпочтительными вари-

антами следует считать либо равную стойкость шлакового пояса

и стен ковша (преимущественно для ковшей с кирпичной футе-

ровкой стен), либо использование двух шлаковых поясов для од-

ного цикла эксплуатации футеровки стен (предпочтительно при

использовании монолитных бетонных футеровок).

Функционально важным и аварийно опасным элементом

футеровки

ковша является его днище. Характерной особенно-

стью эксплуатации футеровки днища сталеразливочного ковша

является ее контакт с падающей при выпуске струей стали, кото-

рая интенсивно размывает футеровку в месте контакта. С другой

стороны, футеровка днища ковша обязательно имеет определен-

ные конструктивные ослабления, которые формируются в местах

установки продувочных узлов и сталевыпускных

стаканов. Таких

отверстий в футеровке днища ковша может быть от 2 до 4 штук.

При этом каждое отверстие оформляется специальным набором

керамических изделий, которые имеют свою скорость износа и

свои коэффициенты линейного расширения материала. В услови-

ях различных температурных деформаций отдельных элементов

футеровки днища это приводит к неравномерности распределе-

ния внутренних напряжений и

повышает вероятность появления

трещин и разрушений футеровки днища на всем протяжении пе-

риода эксплуатации.

Поэтому в большинстве случаев стойкость футеровки

днища как функционального элемента ковша оказывается значи-

тельно ниже, чем футеровки стен ковшей даже в случае исполь-

зования специальных утолщений из более прочных материалов.

Достаточно часто стойкость днища ковша принимается

равной

стойкости футеровки шлакового пояса, что обеспечивает воз-

можность их одновременного промежуточного ремонта.

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 287

При конструировании днища ковша и задания его эксплуа-

тационной стойкости необходимо принимать во внимание стой-

кость продувочного узла. Безусловно, стойкость должна быть эк-

вивалентна стойкости днища. Так как без нормального функцио-

нирования продувочного узла невозможно безаварийное прове-

дение обработки в печи ковше, к системе продувки предъявляют-

ся очень жесткие требования по

надежности. В настоящее время

ведущими производителями разработаны высококачественные и

высокоэффективные щелевые продувочные блоки. Как показыва-

ет опыт промышленной эксплуатации, щелевая продувочная

пробка (рис. 3.11) является наиболее эффективным техническим

решением, которое удовлетворяет условиям работы агрегатов

«ковш-печь».

Рис.3.11. Общий вид продувочной пробки (укрупнено изо-

бражен механизм подавления «обратного» удара)

288 Металлургические мини-заводы

ду х в

На практике к продувочной пробке предъявляются сле-

дующие основные требования:

• гомогенизация металла (продувка с большим расходом га-

за) и его рафинирование (продувка с малым расходом);

• высокая стойкость к износу от тепловых ударов и других

факторов;

• сопротивление проникновению жидкой стали и шлака в

поры;

• надежность в работе в

начале продувки и безаварийность;

легкость в обслуживании и подготовке к работе.

Продолжительность работы продувочных узлов зависит от

различных факторов: длительности продувки, давления газа, ус-

ловий эксплуатации, проникновения стали в каналы, наличия

операции «промывки» пробки кислородом, качества огнеупорно-

го материала и пр.

Для обеспечения стабильности процесса продувки на прак-

тике широко

используются многощелевые продувочные узлы. В

таких пробках высокая и низкая скорость потока газа может быть

отрегулирована путем изменения геометрических параметров по-

перечного сечения. В целях предотвращения проникновения ста-

ли толщина про вочны каналов регламентируется опреде-

ленных пределах (например, фирма «LWB Refractories» рекомен-

дует щели размером не более 0,125 мм).

Расход газового потока обычно

ограничен размером попе-

речного сечения пробки на горячей стороне. Для рационального

распределения износа и во избежание формирования крупных

пузырьков (образующихся близко друг к другу во время инжек-

ции) целесообразно иметь большую величину поперечного сече-

ния. Поэтому предпочтение отдается конусовидным форматам с

диаметром горячей стороны на уровне 60 мм.

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 289

Обычно продувочные пробки имеют стальной кожух тол-

щиной 0,8 - 1,0 мм. Большинство пробок изготавливается из вы-

сокоглиноземистых материалов с добавлением шпинели. Каналы

формируются путем выпаривания или выгорания во время сушки

проволоки, ленты или сетки, установленной в месте будущего

местоположения каналов. Более сложное устройство имеет сег-

ментная пробка, где есть формованные сегменты с канавками

которые залиты бетоном. Пробки в обязательном порядке долж-

ны быть оборудованы индикатором остаточной толщины, преду-

преждающим о невозможности дальнейшей эксплуатации проб-

ки.

Продувочные пробки размещаются на достаточно большом

расстоянии от зоны падения струи металла. Рекомендуется уста-

навливать пробки на расстоянии от половины до двух третьих

радиуса днища. Принято считать, что

продувочные узлы лучше

располагать на одном радиусе с шиберным затвором, но на уда-

лении в 90 - 120° от него. В целом более точную информацию об

оптимальном расположении продувочных узлов удается полу-

чить при проведении изысканий на физической и математической

моделях, с последующим уточнением в промышленных условиях.

Это обеспечивает оптимальные энергетические режимы продув

ки.

Установка пробки производится в горизонтальном поло-

жении ковша после его разогрева. На боковую поверхность проб-

ки наносится раствор. Устанавливают пробку вручную при по-

мощи трубы и молотка или посредством специальных приспо-

соблений. Установленную пробку прижимают на короткий про-

межуток времени - до испарения воды из раствора.

Для обеспечения надежной работы

пробок их следует про-

верять перед каждой плавкой:

290 Металлургические мини-заводы

• сразу после разливки ковш необходимо освободить от ос-

татков шлака и подсоединить линию азота высокого дав-

ления к пробке;

• открыть газ;

• визуально (по искрению) контролировать проход газа че-

рез пробку (допускается для этих целей применять при-

родный газ, а проходимость при этом определяется по вы-

ходу пламени);

•

в случае непроходимости газа необходимо осторожно очи-

стить поверхность пробки кислородом при одновременной

подаче азота или природного газа сквозь пробку.

Кроме износа продувочного узла необходимо принимать

во внимание возможность повышенного износа футеровки днища

в области расположения пробки. Износ в этом месте, видимо,

следует связывать с турбулизацией потоков стали в области

ин-

жектирования газа, а также динамическими процессами, сопро-

вождающими отрыв пузырьков газа от поверхности пробки. Тра-

диционно это место принято усиливать посредством применения

более прочных материалов (специальный огнеупорный кирпич и

гнездовой блок).

При использовании монолитного бетонного днища (в 130-

тонном ковше), с целью снижения затрат, гнездовые участки для

установки продувочного блока и

стакана выпускного отверстия

оформляют из материала днища с использованием специальных

шаблонов.

Выполненные исследования показали, что в этом случае

положительный эффект достигается только при применении бе-

тонов с высокой механической прочностью. В противном случае

разрушения футеровки в зоне установки пробки и сталевыпуск-

ного стакана оказываются такими большими, что это требует