Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

Сталеразливочные ковши и стенды для их замены

Жидкая сталь, полученная в сталеплавильном агрегате, выпускается в сталеразливочный ковш. Вместимость ковшей обычно равна массе одной плавки и может составлять от нескольких десятков тонн до 330-350 т жидкой стали. При этом длительность пребывания стали в ковше может составлять от 2 до 6 часов, что обусловливает высокие требования к надежности и стойкости рабочего слоя футеровки ковшей.

Функционально сталеразливочный ковш обеспечивает транспортировку стали от сталеплавильного агрегата к МНЛЗ, доводку стали по химическому составу и температуре и перелив в промковш.

Передача стали от сталеплавильного агрегата к МНЛЗ осуществляется в сталеразливочных ковшах, которые перемещаются с помощью сталевозов и подъемных кранов (рисунок 3.1).

Установка ковша с жидкой сталью на сталевоз

Рисунок 3.1 – Установка ковша с жидкой сталью на сталевоз

В рабочем слое футеровки сталеразливочного ковша (рисунок 3.2) применяются, как правило, штучные периклазоуглеродистые огнеупоры с содержанием MgO выше 95-98% или наливные футеровки из высокоглиноземистых тиксотропных масс.

Схема футеровки сталеразливочного ковша штучными изделиями (слева) и наливными бетонами (справа)

Рисунок 3.2 – Схема футеровки сталеразливочного ковша штучными изделиями (слева) и наливными бетонами (справа): 1,2 – фиксирующий и теплоизолирующий слой; 3 – шлаковый пояс; 4 – стена; 5 – выравнивающая защита; 6 – выравнивающий слой; 7 – блоки, установленные в месте падения струи; 8,9 – начальный и ремонтный слой бетона

На металлургических заводах Западной Европы все более широкое распространение получают доломитовые огнеупорные изделия, которые используются в стенах и днище ковша. Стойкость таких ковшей поддерживается на уровне 90-120 плавок. При этом удельный расход огнеупоров на тонну стали составляет 2,4-2,6 кг/т для ковшей без вакуумирования и 4,0-4,5 кг/т для ковшей, работающих по схеме ковш-печь и вакууматор VD/VOD.

Дозирование стали при переливе из сталеразливочного в промежуточный ковш осуществляется посредством шиберного затвора. Шиберный затвор сталеразливочного ковша (рисунок 3.3) обеспечивает равномерную подачу стали в промковш в течение всего периода разливки. Кроме того, он обеспечивает перекрытие струи стали посредством смещения нижней огнеупорной плиты в случае возникновения аварийных ситуаций или замены защитной трубы.

Схема шиберного затвора

Рисунок 3.3 – Схема шиберного затвора

Современные технологические построения обычно предполагают выпуск из конвертера или ДСП в ковш железоуглеродистого полупродукта (нераскисленный металл с содержанием углерода и марганца 0,05-0,08% и 0,10-0,15%, соответственно). При этом, как правило, исключается попадание печного шлака в ковш. Все дальнейшие шаги по доводке стали по химическому составу и температуре выполняются исключительно в ковше. Такая схема, как показывает практика, делает процесс выплавки и разливки стали наиболее экономичным, а также обеспечивает эффективное совмещение процесса выплавки и непрерывной разливки стали.

После завершения внепечной обработки ковш с металлом с помощью подъемного крана подается на сталеразливочный стенд МНЛЗ, позволяющий осуществлять быструю замену пустого сталеразливочного ковша на полный при серийной разливке методом плавка на плавку. Замена ковшей на современных МНЛЗ осуществляется посредством поворотных стендов или самоходных тележек (рисунок 3.4). Как правило, время замены сталеразливочного ковша ограничивается 90-120 секундами, что требует наличия на МНЛЗ специального комплекса оборудования.

Стенды для сталеразливочных ковшей

Рисунок 3.4 – Стенды для сталеразливочных ковшей: а, б, в – подъемно-поворотный стенд с поворотным кругом (а – с индивидуальным подъемом двух ковшей; б – с одновременным подъемом ковшей; в – с качающейся траверсой); г, д, е – подъемно-поворотный на колонне (г – с одновременным подъемом ковшей; д – с индивидуальным подъемом ковшей; е – с индивидуальным подъемом и поворотом каждого ковша вокруг колонны); ж, з, и – передвижной (ж – полупортальный; з – портальный; и – мостовой на эстакаде)

Поворотные стенды, которые получили подавляющее распространение в мировой практике, состоят из опорной колонны, поворотных частей с приводом поворота и подъема сталеразливочных ковшей и устройством для их взвешивания. Преимуществом поворотных стендов является их компактность. Кроме того, раздельный подъем независимых лаг позволяет осуществлять раздельные, независимые технологические операции подъема-опускания лаг, как на позиции разливки, так и на резервной позиции. Это позволяет существенно снизить динамические нагрузки на весоизмерительные датчики, шарнирные соединения и другие узлы машины при установке стальковша на стенд.

Самоходная тележка для замены сталеразливочного ковша перемещается непосредственно по разливочной площадке, меняя позиции ковшей. Однако при этом необходимо иметь весьма большое свободное рабочее пространство на разливочной площадке или в рабочей зоне разливочных кранов при условии усиления металлоконструкции на всем пути следования тележек.

В принципе такая схема использовалась на ряде МНЛЗ, построенных в 70-е и 80-е годы прошлого века (например, ККЦ-2 Новолипецкого металлургического завода). Однако в дальнейшем эта схема не получила развития.

После установки сталеразливочного ковша в позицию, соответствующую позиции перелива стали в промковш, на шиберный затвор устанавливается привод, необходимый для его открытия. Эффективность открытия канала шиберного затвора во многом определяется качеством специальной засыпки, которая засыпается в ковш перед его заполнением металлом (рисунок 3.5).

Механизм работы этой засыпки сводится к тому, что, благодаря рациональному соотношению размеров фракций частиц и соотношению компонентов, входящих в засыпку, при ее взаимодействии с металлом не происходит спекания частиц (в силу термического и химического взаимодействия с металлом) и пропитывания верхнего слоя засыпки жидкой сталью. При наличии жидкой стали в ковше засыпка препятствует развитию капиллярного эффекта для жидкой фазы, исключает упрочнение столба материала в канале за счет дополнительного температурного и фазового расширения его компонентов и предотвращает явление сводообразования (зависания) в шиберном затворе.

Материал засыпки имеет грубую зернистую структуру (размеры частиц 0,2-1,5 мм) и высокий показатель текучести.

В состав засыпки, как правило, входит 25-30% SiO2, 35-38% Cr2O3, 20-25% Fe2O3, 10-12% Al2O3 и некоторые другие компоненты.

На практике в течение всего цикла нахождения стали в ковше (60-240 мин) засыпка сохраняет свои эксплуатационные свойства и механические характеристики. При этом ее оптимальная насыпная масса и гранулометрический состав обеспечивают высокие эксплуатационные показатели при начале разливки.

заполнение отверстия шиберного затвора засыпкой

Рисунок 3.5 – Общее представление схемы заполнения отверстия шиберного затвора засыпкой: 1 – спеченный при контакте со сталью слой засыпки; 2 – засыпка без термофизических превращений; 3 – гнездовой блок; 4 – верхний стакан; 5 – шиберный затвор; 6 – коллектор

Использование специальной засыпки обеспечивает практически полное исключение необходимости прожигания канала шиберного затвора, что улучшает условия работы плит шиберного затвора (отсутствие контакта с кислородом при высоких температурах), а также исключает попадание в промковш большого количества оксидов железа, образующихся при прожигании кислородом. Это, в свою очередь, снижает скорость зарастания погружных стаканов и повышает выход годной непрерывнолитой заготовки.