Воронов Г.В., Старцев, В.А. Огнеупорные материалы и изделия в промышленных печах и объектах вспомогательного назначения

Подождите немного. Документ загружается.

от 2 до 12 или более изложниц, но вместе с тем требует и более сложных при-

способлений для разливки.

Рис. 6.21. Способ разливки стали через сифон

1 – литник; 2 – поддон; 3 – изложница.

На рис. 6.21. представлена схема устройства для разливки сифоном. Ме-

талл из ковша поступает в воронку и центровой литник, футерованный специ-

альными шамотными трубками, откуда через шамотную звездочку распределя-

ется по отдельным сифонным проводкам к изложницам. Центровой литник и из-

ложницы устанавливают на массивной чугунной плите — поддоне, имеющей

канавки, в которые укладывают пустотелые трубки.

Металл из ковша поступает в изложницу, лишь пройдя систему каналов,

футерованных огнеупорным материалом. Разливка сифоном имеет следующие

преимущества перед разливкой сверху:

- одновременно можно отливать несколько слитков, что позволяет уско-

рить весь процесс при сравнительно малых скоростях заполнения от-

дельной изложницы;

- металл в изложнице поднимается спокойно, поверхность слитков полу-

чается чище;

- во время разливки удобнее наблюдать за поведением металла в излож-

нице и в соответствии с этим регулировать скорость разливки;

- удобно применять защиту зеркала металла в изложнице шлаковыми

смесями или жидким шлаком;

- сокращается число открываний стопора или шиберного затвора стале-

разливочного ковша и улучшаются условия его службы, что особенно

важно при отливке мелких слитков.

Вместе с тем сифонному способу разливки присущи и свои недостатки.

Важнейший из них — это загрязнение стали неметаллическими включениями в

результате размывания сифонного кирпича. Кроме того, этот способ разливки

требует более высокой температуры металла, а также дополнительных затрат

труда и огнеупорных материалов. Увеличиваются потери металла за счет литни-

ков.

Сталь, отлитая сифоном, не отличается по содержанию неметаллических

включений от стали, разлитой сверху, если применять высококачественные ог-

неупорные материалы. Этот способ разливки достаточно широко распространен

при разливке качественной стали, и при разливке стали в мелкие слитки.

К недостаткам стопорных устройств следует отнести прежде всего опас-

ность перегрева и размягчения стального стержня (штыря) при длительном пре-

бывании, особенно в условиях перегрева стали в ковшах емкостью 350 - 450 т.

Второй недостаток стопорных устройств - сравнительно высокий расход огне-

упоров: масса пробки и набора стопорных трубок достигает 2 - 2,5 кг/т разли-

ваемой стали. Третий недостаток - невозможность внепечной обработки стали,

весьма агрессивно воздействующей на стопорные устройства, в результате чего

происходит их преждевременное разрушение.

Наиболее совершенна бесстопорная разливка со скользящими шиберны-

ми затворами Принцип действия скользящих затворов заключается в том, что

металл вытекает из ковша при совмещении сквозных отверстий в двух сопря-

женных огнеупорных плитах. Такие устройства крепят на днище ковша снаружи

под выпускным стаканом и заканчивают снизу вторым стаканом, обычно назы-

ваемым коллектором, так как главная его функция заключается в формировании

струи металла. Соприкасающиеся поверхности верхней и нижней плит шлифуют

алмазным инструментом. Следует отметить, что сама шлифовка вносит значи-

тельные дефекты на поверхности кристаллов огнеупорна. Зазор между плитами

по установившейся практике не должен превышать 25 - 50 мкм.

При разливке стали в изложницы - затвор сначала (3 - 5 с) открывается на

1/3 диаметра струн, затем полной струей и в конце заполнения изложницы опять

перекрывают струю на 2/3 диаметра. После наполнения изложницы струю пере-

крывают, а ковш перемещают на следующую изложницу. Перекрытие может

быть как полным, так и с небольшим подтеком, исключающим возможность за-

стывания металла в сталеразливочном канале при перемещении ковша. При час-

тично перекрытой струе кромки каналов нижней и верхней плит подвергаются

эрозии потоком металла. Затем эти места пропитываются металлом и при после-

дующих разливах на них образуется "настыль". Настыли при следующем пере-

крытии плит могут срезаться или же раздирать контактную поверхность плит,

что сопровождается подтеком металла в коллектор при закрытом затворе.

Характерной особенностью работы шиберного затвора при сифонной

разливке стали по сравнению с разливкой в изложницы сверху является значи-

тельное сокращение количества перекрытий. При заполнении промежуточных

емкостей затвор работает преимущественно в режиме дросселирования при по-

вышенной на 20 - 50°С температуре стали по сравнению с разливкой в изложни-

цы.

Огнеупоры для скользящих затворов должны обладать следующими

свойствами: высокой механической прочностью; низкой пористостью при доста-

точной термостойкости;

размер пор должен быть < 5 мкм, высокой температурой начала дефор-

мации под нагрузкой,

низким содержанием легкоплавких минералов; рабочая шлифованная по-

верхность не должна смачиваться металлом.

Плиты изготавливают преимущественно корундового, мулиткорундового,

корундового на углеродистой связке и периклазового составов. Выбор типа ог-

неупора для плит зависит от марок и температуры разливаемой стали, емкости

ковша и способа разливки. Для разливки низкоуглеродистых сталей (<0,1% С) и

высокомарганцевых сталей лучшую стойкость имеют периклазовые плиты. При

разливке в изложницы и при большом числе перекрытий струи лучше служат

корундовые и муллитокорундовые плиты, несмотря на их более низкую корро-

зионную стойкость по сравнению с периклазовыми плитами.

При высокой температуре стали лучше служат периклазовые плиты. Пе-

риклазовые плит используют плавленый периклаз с содержанием не менее 95%

MgO и малым содержанием оксидов железа - не более 0,6 - 0,8%. В состав ших-

ты для повышения термостойкости вводят технический глинозем и другие до-

бавки; прессуют плиты под давлением 130 - 150 МПа, обжигают при 1730°С.

Плиты пропитывают бакелитом и термообрабатывают. В некоторых случаях

пропитку и термообработку делают дважды. Плиты после пропитки и термооб-

работки имеют пористость <10% и предел прочности при сжатии >80 МПа. Та-

кие плиты в комплекте с безобжиговыми магнезитографитовыми стаканами-

коллекторами выдерживают два оборота ковша. Расход огнеупоров на шибер-

ный затвор 0,2 кг/т стали. В зарубежной практике получили распространение

плиты корундового состава на углеродистой связке (77% Al

, 8% SiO

и 11%

С). Особенностью таких плит является их высокая прочность на сжатие при

комнатной температуре (170 МПа); предел прочности на изгиб при 1400°С 10,8

МПа, термическое расширение плит при 1500°С ~ 1%; модуль упругости (63 -

53)-10

МПа, пористость открытая 11-15%; размер пор 2,8 - 0,4 мкм.

Для облегчения открытия шиберного затвора в начале разливки канал

ковшевого стакана заполняют специальной засыпкой, состоящей из высушенно-

го магнезитового порошка, песка, смеси песка с графитом или ставролитового

концентрата. Это практически полностью исключает перед началом разливки

необходимость "промывать" (прожигать) сталеразливочный канал кислородом,

который оказывает агрессивное воздействие на все детали шиберного затвора.

Застывание металла в канале шиберного устройства во время перерыва в разлив-

ке предупреждается подтеком металла. Более рациональное решение проблемы

возможно при использовании пористых кольцевых вставок, через которые вду-

вают аргон.

Поиск оптимальных составов огнеупоров, засыпок для скользящих за-

творов, а также конструктивных решений, исключающих застывание металла,

продолжается.

Служба огнеупоров в машинах непрерывного литья заготовок. Ма-

шины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) – это комплекс устройств, со-

стоящий из сталеразливочного ковша, промежуточного ковша, водоохлаждае-

мого кристаллизатора механизма качания кристаллизатора, системы вторично-

го охлаждения, устройства для вытягивания, резки и перемещения слитка.

Сталеразливочный ковш в комплекте МНЛЗ служит в более тяжелых ус-

ловиях, чем обычный ковш. Это объясняется тем, что время нахождения жидкой

стали в ковше примерно в два раза больше, а ее температура на 50°С выше. Осо-

бенно сильное разрушение футеровки происходит в шлаковой зоне. Ковш футе-

руют кремнеземистой массой, а для кладки шлаковой зоны используют высоко-

глиноземистый кирпич. Ковш снабжают скользящим затвором, условия службы

которого здесь легче, чем при разливке стали в изложницы, так как требуется

меньшее количество перекрытия струи для опорожнения ковша. Сталь из основ-

ного ковша заливают в промежуточный ковш.

Промежуточные ковши МНЛЗ предназначены для гашения кинетической

энергии струи стали, поступающей из сталеразливочного ковша, поддержания

примерно одинакового ферростатического давления стали, поступающей в кри-

сталлизатор. Сталь в промежуточном ковше задерживается на некоторое время,

и благодаря невысокой толщине ее слоя, происходит частичное удаление неме-

таллических включений. Температура стали в промежуточном ковше может

снижаться не более чем на 10-15°С.

Особенностью службы огнеупоров является пригар металла к футеровке,

вследствие чего при удалении остатка металла сильно разрушается огнеупорная

футеровка.

При длительном воздействии расплавленного металла на футеровку на-

блюдается перегрев кожуха ковша до 400 – 500 °C за 2 ч. В месте подачи струи

металла особенно сильно разрушается огнеупорная кладка. Турбулентное дви-

жение стали в промежуточном ковше не способствует выделению неметалличе-

ских включений и равномерности поступления стали в кристаллизатор.

Отрицательные воздействия стали на огнеупоры в промежуточных ков-

шах в некоторой степени удается снизить благодаря применению защитной фу-

теровки ковшей с помощью теплоизоляционных плит толщиной -30мм. Приме-

нение плит предупреждает перегрев кожуха (не выше 100°С), удлиняет срок

службы футеровки до 40 - 100 плавок. В месте контакта струи металла о днище

ковша применяют "подушки" из плотных высокоглиноземистых и глиноземо-

хромитовых блоков. Для предупреждения разбрызгивания применяют крышки

или, что более рационально, зеркало металла засыпают теплоизоляционными

смесями. Применение погруженных стаканов, подающих сталь из основного

ковша в промежуточный, также предупреждает разбрызгивание и гасит турбу-

лентность стали в промежуточном ковше. На некоторых металлургических заво-

дах вместо теплоизоляционных плит применяют наливные или набивные футе-

ровки. Главный недостаток таких футеровок в том, что они больше, чем кирпич-

ные, разрушаются при удалении скрапа и в то же время плохо поддаются ломке

во время ремонта.

Наиболее ответственным участком огнеупорного канала МНЛЗ является

место перелива стали из промежуточного ковша в кристаллизатор. Качество

слитка в значительной степени зависит от организации потоков жидкого метал-

ла, подводимого в кристаллизатор. Установлено, что подвод металла под уро-

вень мениска шлака и стали в кристаллизатор наклонными струями, обеспечива-

ет лучшее всплывание неметаллических включений, выравнивание фронта кри-

сталлизации и уменьшает вероятность прорыва корки слитка. Именно здесь соз-

даются наиболее благоприятные условия для отделения неметаллических вклю-

чений. Зеркало стали в ристаллизаторе специально покрывают слоем шлака, со-

ставляющим которого является CaF

до 38%.

Назначение этого шлака в том, что-

бы служить своеобразной смазкой между медными стенками кристаллизатора и

движущимся слитком и препятствовать диффузионной миграции меди в сталь.

Необходимо учитывать, что флюоритный шлак покрывает снаружи погружае-

мый в сталь стакан и разъедает его.

Узел подачи стали в кристаллизатор решен в нескольких вариантах. По

одному варианту он состоит из двух стаканов: стакана - дозатора, работающего в

паре со стопором-моноблоком и съемного, удлиненного,

погружаемого в кристаллизатор (под уровень) так назы-

ваемого погружного стакана.

По другому варианту два стакана заменяет один,

стационарно устанавливаемый в промежуточный ковш

на весь цикл разливки (рис 6.22.).

Рис.6.22. Конструкция удлиненного погружного стакана:

1-корпус стакана, 2-вкладыш-дозатор, 3-стопор-моноблок

4-промежуточный ковш.

На рис. 6.23. показана схема трехплиточного скользящего затвора для

промежуточного ковша. Характерной особенностью его конструкции является

наличие одной подвижной (средней) и двух неподвижных (верхней и нижней)

плит. Преимущество трехплиточного затвора заключается в том, что

погружной стакан в процессе заливки не меняет своего положения и потому по-

вреждается незначительно. Погружные стаканы с помощью специального уст-

ройства в случае необходимости быстро заменяют, что в свою очередь обеспечи-

вает возможность стабильной разливки методом «плавка на плавку».

К средней плите шиберного затво-

ра подводят воздух (аргон) для того, что-

бы избежать затвердевания стали при за-

мене погружного стакана и в паузах при

разливке

Рис.6.23 Схема трехплиточного скользя-

щего затвора для промежуточного ковша:

1-ковшевой стакан; 2-гнездовой кирпич; 3-5 –

плиты; 3-верзняя неподвижная;

4-подвижная; 5-нижняя неподвижная; 6-стакан

коллектора; 7-погружной стакан;

8- направляющая; 9-тяга; 10- гидравлический ци-

линдр.

Во всех вариантах погружные стаканы должны иметь высокую термо-

стойкость, устойчивость к гидродинамическому воздействию металла и шлака.

Было опробовано много огнеупорных материалов, однако пока наибольшее

применение получили кварцевые стаканы (из кварцевого стекла) и композиция

на основе глинозема и графита. Главным достоинством изделии из кварцевой

керамики является уникальная термостойкость. Их подводят под струю металла

без предварительного разогрева. Кроме того, они имеют низкую теплопровод-

ность, исключающую настылеобразование в канале и выпускных отверстиях.

Кварцевые стаканы сравнительно легки, что создает дополнительные удобства

при их смене.

Металлоустойчивость кварцевой керамики сравнительно невысока. Через

стакан разливают 450 - 500 т спокойной стали и 150 - 200 т марганцевой. Стенки

их изнашиваются пропорционально количеству разлитой стали. Шлакоустойчи-

востъ кварцевой керамики высока. Наружная поверхность кварцевого стакана

после службы покрывается слоем фторокальциевых силикатов, выполняющих

защитную роль. Недостатком кварцевых стаканов является их низкая стойкость

к сталям, содержащих марганец.

Особенностями кварцевой керамики являются фазовые переходы при на-

греве и охлаждении. При температуре выше 1200°С образуется α-кристобалит, а

затем при охлаждении до 220 - 280°С образуется β-кристобалит. Первый фазо-

вый переход не снижает эксплуатационных свойств изделий, наоборот, высоко-

температурный кристобалит обладает более высокой вязкостью и химической

стойкостью, чем кварцевое стекло; второй переход связан с заметными объем-

ными изменениями, приводящими к растрескиванию стаканов. Погружные ста-

каны из кварцевой керамики изготавливают методом шликерного литья, их при-

меняют для разливки стали, содержащей <1% Мп.

Корундографитовые погружные стаканы преимущественно применяют в

высокопроизводительных МНЛЗ. Корунд химически инертен, практически не

смачивается жидкой сталью (угол смачивания >130°). Получаемая электроплав-

кой α-модификация Al

обладает постоянством кристаллической структуры

при высоких температурах. Недостатком корунда является низкая термостой-

кость, поэтому в композицию вводят до 30% графита, который придает термо-

стойкость изделиям и увеличивает металло- и шлакоустойчивостъ. В корундо-

графитовую шихту вводят модифицирующие добавки металлический кремний,

карборунд и др. Изделия прессуют гидростатическим методом и подвергают вы-

сокотемпературному обжигу.

Стойкость корундографитовых стаканов, особенно к марганцевым ста-

лям, выше, чем у кварцевых, и обеспечивает разливку ≥700 т стали. Практически

эти стаканы не размываются жидким металлом, но разъедаются шлаком. Контакт

корундографитового стакана со шлаком защищают кварцевыми манжетами или

изготавливают стаканы с местным утолщением. Корундографитовые стаканы

перед установкой для разливки необходимо предварительно разогреть до 1100 -

1200°С.

Для корундографитовых стаканов характерно затягивание канала стакана

и выпускных отверстий неметаллическими включениями. Затягиванию подвер-

жены не только погружные стаканы, но и стаканы основного ковша и стаканы-

дозаторы. Последние в меньшей степени, так как у них меньше время непрерыв-

ного контакта с металлом. Зарастание чаще наблюдается при раскислении стали

алюминием и при избытке алюминия. Канал стакана затягивается (зарастает)

продуктами раскисления стали (оксидом алюминия) и другими неметаллически-

ми включениями. Проблема борьбы с затягиванием полностью не решена.

В настоящее время для предотвращения этого явления испытывают двух-

слойные погружные стаканы с теплоизоляцией и подачей инертного газа в канал

стакана.

Каждый из вариантов подвода стали в кристаллизатор имеет свои пре-

имущества и недостатки. Вариант двух стаканов удобен тем, что позволяет по

ходу разливки заменять погружной стакан. Но на стыке двух стаканов происхо-

дит подсос воздуха и его зжектирование струей металла, что существенно сни-

жает качество слитка. Вариант одного стакана не имеет этого недостатка, но

пригоден лишь при условии высокой стойкости стакана.

Истечение стали через стакан-дозатор регулируют стопором-моноблоком.

Стопор-моноблок представляет собой обожженный корундографитовый стер-

жень длиной ~1 м и диаметром до 100 мм, один конец которого остроконечный

или сферической формы выполняет роль пробки. Стопор-моноблок может быть

заменен скользящим затвором. Большое влияние на качество слитка имеет кон-

струкция погружного стакана, размеры отверстии, их количество, расположение

и т.п. Совершенствование огнеупорного припаса МНЛЗ идет как по пути изы-

скания оптимальной конструкции огнеупорных изделий, так и их состава. Ши-

роко применяемые в настоящее время кварцевые и корундографитовые составы

нельзя считать наилучшими. Более стойкие корундографитовые стаканы с поя-

ском из двуокиси циркония при разливке сталей методом «плавка на плавку»

обеспечивают непрерывную разливку в серии 3-6 плавок. Стаканы-дозаторы, из-

готовленные из зернистого электроплавленного диоксида циркония (стабилизи-

рованного СаО), нашли применение при разливке марганцевых сталей и показа-

ли высокую эрозионную и коррозионную стойкость. Износ рабочей поверхности

стакана и размыв его канала по диаметру при разливке сталей типа 09Г2, 14Г2 и

других составил 0,3 - 2 мм за горячий час, в то время как цирконовые спеченные

и периклазовые стаканы размываются на 7 - 9 мм за горячий час. Применение

стаканов из диоксида циркония позволяет разливать на МНЛЗ агрессивные мар-

ганцевые стали методом «плавка на плавку».

Находятся в стадии разработки и испытаний ряд материалов: форстерито-

вые, бадделеитовые, циркониевографитовые, на основе кварцевого стекла и цир-

кона, карборундовые, нитридкремниевые и др. Перспективным следует также

считать использование нитевидных, волокнистых и тканевых материалов в соче-

тании с традиционными огнеупорными наполнителями и связующими, кроме то-

го, перспективно применение различных защитных покрытий, в том числе нано-

симых плазменным способом из вольфрама, молибдена, ниобия, тантала и бике-

рамических конструкций

Установка разлива стали под давлением. Разливка стали под давлением