Непрерывная разливка стали
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 3.2.2

Футеровка промежуточного ковша, ее эксплуатация и износ

Футеровка промежуточного ковша мнлз (рисунок 3.17) работает в чрезвычайно сложных условиях, поскольку ее рабочий слой непрерывно контактирует с жидкой сталью в течение длительного времени (10-25 часов и более). После окончания разливки футеровка промковша мнлз охлаждается вместе с остатком металла, который затем удаляется из промковша. При этом многократно используемая часть футеровки подвергается дополнительным нагрузкам, связанным с циклическим изменением температуры и механическими воздействиями (при удалении остатка).

Следовательно, промежуточный ковш, как емкость, вмещающую жидкую сталь, необходимо футеровать определенными видами огнеупоров, учитывая специфику их эксплуатации. Выбор конструкции и вида огнеупоров является весьма ответственной задачей, так как огнеупоры должны отвечать требованиям, обеспечивающим устойчивую, бесперебойную работу промковша в течение процесса разливки.

Основные элементы футеровки промковша

Рисунок 3.17 – Основные элементы футеровки промковша: 1 – кожух; 2 – теплоизоляционный слой; 3 – арматурный слой; 4 – рабочий слой; 5 – металлоприемник; 6 – стакан-дозатор; 7 – сливной носик

Огнеупоры в промковше выполняют следующие основные функции:

  • контактируя с металлом, обеспечивают защиту кожуха промковша от разрушения;
  • позволяют минимизировать потери тепла жидкой сталью;
  • способствуют организации рациональных потоков движения металла в промковше;
  • обеспечивают дозирование металла при переливе его в кристаллизатор;
  • защищают сталь от вторичного окисления при переливе из сталеразливочного ковша в промковш и из промковша в кристаллизатор.

Одним из важнейших элементов, обеспечивающих функционирование промковша, является футеровка его стен и днища, которая размещается в металлическом кожухе. Для облегчения удаления остатков металла после окончания разливки внутренние стенки ковша выполнены с уклоном 5-10 градусов. Футеровка, как правило, выполняется трехслойной: рабочий (непосредственно контактирующий с жидкой сталью), арматурный (используемый многократно) и теплоизоляционный (обеспечивающий минимизацию потерь тепла) слои. В среднем расход огнеупоров промковша составляет 2,5-3,5 кг/т разливаемой стали.

Рабочий слой футеровки промковша обычно работает только один цикл разливки. Рабочий слой, как правило, наносится на арматурный методом мокрого торкретирования (набрызгивания) (рисунок 3.18).

Машина для торкретирования промежуточного ковша мнлз

Рисунок 3.18 – Машина для торкретирования промковша (а) и нанесение торкрет покрытия (б)

Гранулометрический состав такой торкрет-массы колеблется в пределах 0,1-1,0 мм. Торкрет порошок смешивается с определенным количеством воды в специальной установке и затем набрызгивается на арматурный слой, имеющий температуру 60-80 oС. Толщина слоя торкрет-покрытия, наносимого на стенки и днище промежуточного ковша, зависит от длительности серии разливки и составляет от 30 мм до 80 мм. Основные параметры торкрет-массы представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Физико-технические показатели торкрет-массы рабочего слоя

Физико-технические показатели торкрет-массы рабочего слоя

Минимальная толщина покрытия должна составлять 30 мм. Это обеспечивает оптимальный эффект сцепления торкрет-покрытия с рабочей футеровкой и ее беспрепятственное отделение от арматурного слоя после разливки.

После нанесения торкрет-покрытия промковш отстаивается в течение двух-четырех часов и затем отправляется на просушивание. Сушка ковша производится в следующей последовательности: в течение 1,5-2 часов на малом огне ковш разогревается до температуры 350-400 oС. После этого за 1,5-2 часа на максимальном пламени ковш доводят до температуры 1100-1200 oС.

В случае если после разогрева промковша разливка не производится, допускается перевод в плавный режим разогрева и снижение температуры футеровки промковша до 400 oС. В настоящее время все большее распространение получают торкрет-массы, которые допускают эксплуатацию футеровки промковша при температуре окружающей среды.

Торкрет-покрытие промковшей обеспечивает следующие положительные эффекты:

  • защиту от износа (разрушения) арматурного слоя футеровки и его многократное использование, что существенно сокращает расход огнеупоров;
  • обеспечение заданной чистоты стали по неметаллическим включениям за счет исключения контакта стали с огнеупорами, содержащими оксиды алюминия и кремния;
  • уменьшение потерь тепла металлом в промковше в силу специфики структуры торкрет-материала (при прогреве промковша нанесенный слой приобретает пористую структуру за счет выгорания некоторых составляющих);
  • беспрепятственное удаление остатков металла и рабочего слоя после окончания разливки и охлаждения промковша и, следовательно, возможность быстрого оборота промковшей.

Основными зонами повышенного износа рабочего слоя футеровки промковша являются зона шлакового пояса и днище в области падения струи из сталеразливочного ковша.

Износ рабочего слоя футеровки промковша в шлаковом поясе, как правило, обусловливается химической агрессивностью покровной теплоизолирующей смеси по отношению к магнезитовому торкрет-слою.

В настоящее время в зарубежной и отечественной практике широко применяется высокоэффективное теплоизолирующее покрытие на основе золы рисовой шелухи, содержащее свыше 90% SiO2. Это обеспечивает стабильность разливки стали длинными сериями при минимальном износе футеровки промковша в зоне шлакового пояса. Расход такой теплоизолирующей смеси составляет 0,20-0,24 кг/т разливаемой стали, а колебания температуры стали в промковше в процессе разливки одного сталеразливочного ковша обычно не превышают 3-4 oС. При контакте с жидкой сталью оно быстро формирует жидкую пленку толщиной 5-7 мм, которая предотвращает поглощение расплавом кислорода и азота. Над тонким расплавленным слоем покрытие остается в стабильно твердом состоянии, сохраняя свои высокие изолирующие свойства и низкую насыпную плотность.

В последние годы на ряде металлургических предприятий в качестве рабочего слоя используются так называемые «сухие» магнезиальные массы. Благодаря оптимально подобранному химическому и фракционному составу (таблица 3.2), модификатора и комплексного связующего масса обладает стойкостью к расплавам металла и шлака, а так же высокими теплоизолирующими свойствами в период эксплуатации промежуточного ковша.

Таблица 3.2 - Основные физико-химические показатели сухой массы

1

Засыпка «сухой» массы выполняется в зазор между арматурным слоем и стенкой шаблона (рисунок 3.19).

Набор прочности засыпанного слоя происходит в процессе термообработки. Разогрев огнеупорного материала осуществляется в автоматическом режиме через стенку шаблона до температуры ~280 oС с последующей выдержкой в течении 1 часа и охлаждением. После извлечения шаблона промковш передается на МНЛЗ; а перед разливкой разогреваются исключительно функциональные элементы (стопор-моноблок, стакан-дозатор и погружаемый стакан), при этом рабочая футеровка, выполненная из «сухой» магнезиальной массы остается практически холодной. Металл из первого сталеразливочного ковша в серии подается в холодный промежуточный ковш.

Схема изготовления рабочего слоя футеровки с применением «сухой» массы

Рисунок 3.19 – Схема изготовления рабочего слоя футеровки с применением «сухой» массы

Состав массы разработан таким образом, что после завершения эксплуатации промежуточного ковша и охлаждения футеровки ниже 400 oС, рабочий слой футеровки теряет свою строительную прочность и легко удаляется при раскантовке ковша.

Такая технология обладает определенными преимуществами перед традиционной (мокрое торкретирование) технологией получения рабочего слоя:

  • не требуется предварительный высокотемпературный разогрев рабочей футеровки, что существенно снижает расход энергоносителей;
  • до 20% уменьшается расход материала для производства рабочего слоя футеровки промковша по сравнению с традиционной технологией (отсутствует отскок массы, зафиксирована толщина рабочей футеровки и нет возможности ее увеличить произвольно);
  • сокращается время сушки и разогрева футеровки промковшей, а также уменьшается время выполнения других технологических операций, что позволяет уменьшить парк промковшей;
  • отсутствие воды в рабочем слое исключает выделение водорода в расплав при разливке, что особенно важно при разливке ответственных марок сталей;
  • отсутствует риск аварийных ситуаций, связанных с некачественной сушкой торкрет-слоя, имеющий место при реализации традиционной технологии;
  • увеличивается ресурс работы арматурной футеровки за счет отсутствия гидратации при контакте с водосодержащей торкрет-массой;
  • нет необходимости «содержать» торкрет-машину, которая требует ухода в процессе эксплуатации, в том числе с использованием запасных частей, закупаемых по импорту.

Арматурный слой футеровки промковша выполняется, как правило, на базе тиксотропных масс с низким содержанием цемента и высоким содержанием Al2O3, принудительно смешиваемых с малым количеством воды и уплотняемых вибраторами. Для плотной фиксации арматурного слоя используются специальные анкеры, привариваемые к кожуху промковша (рисунок 3.20). Расстояние от концов анкеров до поверхности арматурного слоя футеровки составляет 40-50 мм.

Обычно арматурный слой наливают по шаблону. Его стойкость составляет 800-1000 плавок. Монолитную футеровку наливают толщиной 100-120 мм для стен и 180-220 мм для днища. Допускаются периодические ремонты монолитной футеровки.

Сушка наливной арматурной футеровки производится в специальном режиме и нуждается в особой точности. На первом этапе сушки требуется соблюдение температуры около 100-120 oC в течение примерно 20 часов. Затем температура подогрева равномерно повышается до 850-900 oC в течение 20-24 часов.

Схема расположения анкеров на стенках промковша

Рисунок 3.20 – Схема расположения анкеров на стенках промковша

Для контроля процесса разогрева целесообразно использовать систему программируемого управления и регулирования пламени. При сушке, разогреве футеровки и разливке промковш может закрываться металлической или футерованной крышкой с отверстиями для установки горелок, подачи жидкой стали из сталеразливочного ковша, засыпки на зеркало металла теплоизолирующих материалов, установки стопоров или других устройств.

Одним из преимуществ такого типа футеровки (в сравнении с кирпичной), является повышение жесткости промковша в целом. Однако на практике для больших промковшей часто наблюдается быстрое появление длинных продольных трещин, что нарушает монолитность футеровки и нивелирует это преимущество. Когда футеровка износится на 40-60%, она может быть долита новым материалом после механической обдирки и предварительной очистки кислородным или газокислородным обдувом.

Основные преимущества применения наливных футеровок промковшей заключаются в следующем:

  • высокая оборачиваемость промковшей (в несколько раз быстрее, чем для промковшей с кирпичной футеровкой);
  • меньшее время подготовки и подогрева промковша перед эксплуатацией;
  • увеличение числа разливаемых плавок из одного промковша;
  • значительное уменьшение удельного расхода огнеупоров на тонну стали.

Между бетонной футеровкой и металлическим кожухом промковша устанавливается теплоизоляционный слой, предотвращающий потери тепла металлом через футеровку. Для этой цели применяют волокнистые теплоизоляционные материалы, например, муллитокремнеземистый войлок, фетр, картон и т.п. Тип и эффективность изоляции имеет определяющее значение при выборе температурного режима в промковше. Основные параметры материала теплоизоляционного слоя представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Физико-технические показатели теплоизоляционного материала

Физико-технические показатели теплоизоляционного материала

Для предотвращения преждевременного вывода промковша из эксплуатации вследствие повышенного износа футеровки днища в месте падения струи стали дополнительно устанавливается металлоприемник из высокопрочного бетона определенной геометрической формы. Он устанавливается в промковше до нанесения торкрет-покрытия и дополнительно расклинивается с помощью огнеупорных изделий (рисунок 3.21).

Установка металлоприемника и перегородок в промковше

Рисунок 3.21 – Установка металлоприемника и перегородок в промковше

Установка порогов и перегородок в зону турбулентного движения потока стали позволяют продлить время нахождения металла в промковше. Точные места расположения этих элементов определяются в соответствии с геометрическими формами промковша. При применении монолитной арматурной футеровки места для установки порогов и перегородок во время заливки оставляют пустыми, а сами изделия устанавливают позднее.

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 3.2.2

СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ