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.

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).

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

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

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.

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.

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

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).

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.