Комплексный подход к вопросу повышения стойкости футеровок сталеразливочных ковшей

Аксельрод Л. М., Сладков Е. М., ООО «Группа «Магнезит», Москва (Россия)
Дзярский С. А., ПАО «МК «Азовсталь», Мариуполь

В конвертерном цехе ПАО «МК «Азовсталь» достигнуты высокие показатели стойкости футеровок 350-тонных сталеразливочных ковшей фирмы «Dalmond». Рассмотрены этапы совершенствования огнеупорной футеровки, технология использования магнезиально-известкового флюса. Приведено описание используемых огнеупорных материалов и современного оборудования для торкретирования футеровки.

Миссия Группы Магнезит предполагает необходимость организации комплексного обслуживания потребителей, в которой поставка огнеупоров – составная часть решаемой проблемы.

Специалисты Группы проектируют футеровки агрегатов с учетом условий их эксплуатации, осуществляют функции авторского надзора при футеровочных работах, обеспечивают своевременные бесперебойные поставки, а также комплексное инжиниринговое обслуживание.

В рамках этой концепции сотрудники компании непрерывно повышают качество производимых огнеупорных материалов и совместно со специалистами металлургических предприятий ищут новые возможности для повышения стойкости футеровок и снижения удельных затрат на огнеупоры. Учитывая высокую долю затрат на огнеупорные материалы для сталеразливочных ковшей (до 40-50 % от общих затрат на огнеупоры) в современных конвертерных и электросталеплавильных цехах, вопрос повышения стойкости футеровок сталеразливочных ковшей в настоящее время особенно актуален.

В данной статье рассмотрено непрерывное совершенствование футеровок сталеразливочных ковшей, а также технология их эксплуатации и обслуживания на примере крупнотоннажных сталеразливочных ковшей ПАО «МК «Азовсталь».

Группа Магнезит, в лице своего комиссионера компании Dalmond Trade House Ltd., - одна из первых компаний, осуществивших поставку современных оксидоуглеродистых огнеупоров для сталеразливочных ковшей конвертерного цеха ПАО «МК «Азовсталь». Начиная с 2005 г., когда впервые испытали периклазоуглеродистые изделия для шлакового пояса, специалисты ПАО «МК «Азовсталь» и компании «Dalmond» постоянно совершенствовали дизайн футеровки и используемые для нее огнеупоры.

В 2005 г. успешно испытан низкоцементный (LCC) корундовый шпинельобразующий бетон марки Dalcast Al91 немецкого производства (фирма EKW), изготавливаемый на основе фракций 0-6 мм табулярного глинозема и матричной части в составе табулярного глинозема фракции -0,045 мм, реактивного глинозема и высокочистого периклаза. Тиксотропный бетон марки Dalcast Al91 обладает плотной низкопористой структурой, он подтвердил превосходные эксплуатационные характеристики при службе в днище стальковшей в условиях высоких эрозионных нагрузок конвертерного цеха (350-тонного конвертера). Уплотнения структуры достигают в процессе образования вторичной шпинели «insitu». Это процесс взаимодействия Al₂O₃ и MgO, который протекает в зоне контакта бетона с жидким металлом с уплотнением структуры бетона в реакционной зоне, так как реакция проходит с увеличением объема новой фазы (шпинели). Данный бетон используют на предприятии и, несмотря на существенно ужесточившиеся условия службы, подливку проводят не чаще, чем при холодном ремонте футеровки. Характеристики бетона позволяют достигать стойкости 150 плавок и более до промежуточного ремонта.

В 2006-2007 гг. проведена работа по оптимизации составов оксидоуглеродистых изделий для рабочего слоя футеровки. Периклазоалюмоуглеродистые изделия марок PAC-70M и PAC-70L (производство СП Liaoning Dalmond Refractories Co, Ltd – 90 % Группа Магнезит) для стен ковша изготавливают на основе комбинации высокочистого плавленого периклаза и плавленой шпинели с добавлением крупночешуйчатого графита в количестве около 10 %. Изделия отличаются хорошей металлоустойчивостью при относительно невысокой теплопроводности и характеризуются износом менее 1 мм за плавку.

Благодаря действующей схеме футеровки (рис. 1) можно добиться равностойкости всех элементов рабочей футеровки с двумя промежуточными заменами шлакового пояса и стабильно выводить ковши из эксплуатации при стойкости более 100 плавок.

Рис. 1. Схема футеровки 350-тонного сталеразливочного ковша ПАО «МК «Азовсталь»

В процессе совершенствования футеровки 350-тонных сталеразливочных ковшей (результат успешного сотрудничества специалистов ПАО «МК «Азовсталь» и Группы Магнезит) уточнили следующие элементы конструкции футеровки:

• при кладке верхнего кольца футеровки в составе основного комплекта используют пятовые изделия с впрессованными металлическими пластинами, - это обеспечивает требуемую «жесткость» конструкции и защиту металлоконструкции обечайки при известном расширении футеровки в процессе ее разогрева;
• формирование буферного слоя между рабочей и арматурной футеровками с использованием мелкозернистого мертеля основного состава толщиной около 5 мм (производство ООО «МТМ», г. Сатка, Россия);
• использование периклазоуглеродистой клеевой композиции производства ОАО «Комбинат Магнезит» при кладке двух нижних колец ремонтных комплектов шлакового пояса.

В табл. 1-4 приведены физико-химические свойства используемых в настоящее время материалов.

Таблица 1 - Огнеупорные изделия для рабочего слоя футеровки сталеразливочного ковша

Таблица 2 - Неформованные огнеупоры для рабочего слоя футеровки стальковшей

Таблица 3 - Неформованные огнеупоры для рабочего слоя футеровки стальковшей

Таблица 4 - Магнезиально-известковый флюс для корректировки состава шлака

В связи с внедрением в 2007-2008 гг. в конвертерном цехе ПАО «МК «Азовсталь» комплекса внепечной обработки стали (две двухпозиционные УПК и вакууматор VD) резко ужесточились условия эксплуатации огнеупоров в футеровке стальковшей. Наблюдали повышенный износ в зоне шлакового пояса, с опережающей глубокой выработкой огнеупора на границе шлак/металл. Специалистам ПАО «МК «Азовсталь» и компаний «Dalmond» и Группа Магнезит пришлось совместно искать оригинальные способы снижения скорости износа огнеупоров ввиду производственной необходимости повышения стойкости выше 70-75 плавок и сокращения удельных затрат на огнеупоры.

Так, в 2008-2009 гг. в конвертерном цехе ПАО «МК «Азовсталь» провели комплекc экспериментальных работ и внедрили технологию корректировки состава шлака в сталеразливочном ковше по MgO c использованием флюса Dalslag pl 66, содержащего (%) не менее 66 MgO и 12-22 CaO, для использования на всем сортаменте (в том числе на низкосернистых марках стали) [1]. Присадка флюса ФОМИ в среднем количестве 240 кг на плавку увеличивает содержание MgO в шлаке до 10 %, что позволяет в условиях ККЦ ПАО «МК «Азовсталь» существенно увеличить стойкость периклазоуглеродистых огнеупоров в шлаковом поясе при сохранении необходимой степени десульфурации металла в сталеразливочном ковше. Снижение скорости износа огнеупорных изделий происходит, во-первых, за счет достижения в шлаке MgO максимальной концентрации насыщения, что создает термодинамический барьер растворения в шлаке MgO из футеровки, а во-вторых - за счет формирования на поверхности футеровки защитного гарнисажного слоя по мере выпуска металла из сталеразливочного ковша.

Достижение стабильно высоких показателей стойкости футеровки, надежной и безаварийной ее работы оказалось сложной задачей в связи с невозможностью избежать зон локального износа огнеупоров (таких как выработка по уровню металл/шлак, стык стена/шлаковый пояс) на определенном этапе после промежуточного ремонта и др. Для решения этой проблемы в 2010 г. компания «Dalmond» осуществила поставку современной системы торкретирования футеровки стальковшей, не имеющей в то время аналогов на территории СНГ.

Система для торкретирования сталеразливочных ковшей состоит из торкрет-установки марки FLP/4000/Basic, предназначенной для подготовки, дозирования и подачи в оптимальном режиме массы для торкретирования и воды к манипулятору, и манипулятора марки Raptor (рис. 2), предназначенного для нанесения торкрет-масс. Ковшовый манипулятор позволяет производить точечное торкретирование любых участков футеровки внутри сталеразливочного ковша за счет вращения базы (180°), изменения высоты стрелы (1-3 м), выдвижения стрелы (до 5,5-7,0 м), вращения стрелы (360°), вращения сопла (от -90° до +90°). Для удобства проведения операций торкретирования ковшовый манипулятор установлен на металлические рельсы длинной 6 м и оснащен устройством дистанционного управления.

Рис. 2. Общий вид манипулятора для торкретирования стальковшей

Таким образом, в ходе более чем шестилетнего сотрудничества ПАО «МК «Азовсталь» и компании «Dalmond» реализован комплекс мероприятий по повышению стойкости футеровок стальковшей. С 2005 по 2012 гг. происходило планомерное повышение стойкости футеровок стальковшей «Dalmond» с 50-55 плавок до 113 (рекорд по комбинату, июнь 2012 г.). Данные по среднемесячной стойкости футеровок стальковшей «Dalmond» в 2011-2012 гг., а также по среднему времени нахождения металла в ковше и доле вакуумированных плавок приведены на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Среднемесячная стойкость футеровок стальковшей «Dalmond», пл.

Рис. 4. Среднемесячные значения эксплуатационных параметров для футеровок стальковшей «Dalmond»: среднее время нахождения металла в ковше, мин; вакуумированные плавки, %

При проведении работ по повышению стойкости футеровки сталеразливочных ковшей и сокращению удельных затрат на огнеупоры, учитывая достигнутые высокие показатели стойкости футеровок стальковшей ПАО «МК «Азовсталь», рекомендовано осуществлять оптимизацию дизайна футеровки (включая толщину рабочего слоя), качества используемых огнеупорных материалов в каждой эксплуатационной зоне футеровки (включая качество материала в буферном слое футеровки) и шлакового режима, а также корректировку состава шлака MgO-содержащими флюсами и внедрение современных технологий горячего ремонта футеровки стальковшей.

Опыт, полученный в результате творческого взаимодействия специалистов-огнеупорщиков и металлургов, показал эффективность комплексного подхода к решению поставленной задачи - повышению стойкости футеровки сталеразливочных ковшей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Использование флюса в сталеразливочных ковшах ОАО «МК «Азовсталь» / А. А. Травинчев, Н. А. Вожол, И. Н. Костыря и др. // Металлургическая и горнорудная пром-сть. - 2011. - № 3. - С. 17-19.