книги из ГПНТБ / Плотников Л.А. Огнеупоры в черной металлургии учеб. пособие для учащихся техникумов

матических трамбовок можно использовать кварцеглинистую массу, состоящую из песка различных месторож­ дений, содержащего глинистую фракцию.

Перед набивкой кожух ковша облицовывают внутри в один ряд слоем шамотной лещади, кладку днища вы­ полняют обычным методом, а затем устанавливают на него шаблон, диаметр которого определяет толщину на­ бивного слоя (для 25-т ковша она равна 180 мм). На­ бивку футеровки из песка осуществляют последователь­ но слоями. Толщина каждого слоя не должна превы­ шать ~30 мм.

Набивную поверхность рабочей части ковша затем опрыскивают раствором жидкого стекла, расход которо­ го возрастает при уменьшении связующей глинистой со­ ставляющей песка.

вочных набивных ковшей по сравнению с наборными значительно возрастает. Количество неметаллических включений в стали из ковша снижается приблизительно вдвое, а расход огнеупорных изделий — с 9 до 4 кг/т слитков.

На стойкость огнеупорной футеровки существенно влияет способ ее кладки. Ранее при кладке футеровки 350-г и 480-т ковшей (Ждановский металлургический завод) применяли кольцевую кладку. При такой схеме выкладки футеровки на каждое кольцо необходимо вы­ тесывать «замок». В этих местах кирпич быстро раз­ мывается шлаками.

Благодаря новой технологии винтовой кладки стале­ разливочных ковшей большой емкости удается предот­ вратить эти недостатки.

Для футеровки 350-г сталеразливочных ковшей с целью выравнивания днища кладут три ряда нормаль­ ного кирпича на плашку. Арматурный слой боковой по­ верхности выкладывают из нормального кирпича на плашку к броне, промежуточный слой — ковшовым кир­ пичом КМ-16, также на плашку. Рабочий слой боковой поверхности ковша выполняют в три пояса: от днища 8—10 колец выкладывают кирпичом КМ-10 в два ока-

180

«беззамковому» способу с применением пяти нестан­ дартных клиновых марок ковшового кирпича В-1, В-2, В-4, В-5, В-3 и трапецеидального нестандартного кирпи­ ча марки ОБ-1.

На рис. 45 показана схема винтовой кладки стале­ разливочного ковша.

При такой технологии подготовки ковшей стойкость футеровки повышается на 10—15%, расход огнеупоров снижается на 10—15%, а производительность труда ка­ менщиков повышается на 30—40%. Футеровку в ниж­ ней части ковша делают более толстой, чем в верхней, где наблюдается меньший износ огнеупорного материа­ ла за каждую разливку (см. рис. 44).

При осуществлении современных металлургических процессов иногда возникает необходимость продувки металла, находящегося в ковше, различными газами,

181

например аргоном, кислородом и т. п. Для этой цели можно применять пористые керамические пробки, про­ ницаемые для газов и непроницаемые для расплавлен­ ных металлов. Такие пробки укрепляют в днище ковша. Этот процесс можно проводить на воздухе и в вакууме с целью очистки стали от вредных газов и неметалличе­ ских включений.

Пробки можно изготавливать из хромомагнезитовых, шамотных масс и масс из плавленого магнезита на связке из растворимого стекла с последующим обжигом

что создает определенные затруднения при их установ­ ке в днище ковша.

Свойства пробок, изготовленных из дисперсного плавленого магнезита, следующие: объемная плотность 1950—2040 кг/м3; пористость 40—60%; коэффициент га­ зопроницаемости 900—2250 нперм; предел прочности при сжатии 17,6—22,1 Мн/м2 (180—225 кгс/см2); преоб­ ладающий диаметр пор 50—150 мкм. Эти пробки отли­ чаются большей механической прочностью по сравне­

После каждой продувки стали на торцовой поверх­ ности пробки застывает слой металла, от которого ее необходимо очищать, что приводит к износу пробки вследствие скалывания слоев толщиной 5—10 мм.

Износ пробок уменьшается, если после слива метал­ ла из ковша продувать пробки кислородом. Кроме того, перед каждой продувкой желательно обмазывать торцо­ вую часть пробки внутри ковша слоем графитовой об­

182

ческую поверхность магнезитовой пробки канал для ее установки сверен с корпусом устройства и перекрывает все горизонтальные швы кладки подины. Зазоры между пробкой и кожухом, а также между кожухом и кладкой днища уплотняют раствором из высокоглинозе­ мистого цемента.

Во избежание разъедания кожуха расплавленным металлом, на боковую коническую поверхность пробки наносят обмазку из тонко­ молотого плавленого магнезита на жидком стекле. Магнезитовые пробки пригодны для продувки стали аргоном через дно ковша. При

Стопорные трубки служат для защиты металличе­ ского стержня стопорного устройства от разрушающего действия металла и шлака.

Срок службы стопорных трубок ограничен лишь од­ ной плавкой. Поэтому, в отличие от ковшовых изделий, структура огнеупорного материала может быть не очень плотной. Однако при этом чрезвычайно важно следую­ щее условие: одну плавку стопорная трубка должна безусловно выдержать во избежание разрушения сто­ порного устройства во время проведения разливки стали.

Поэтому рабочие свойства огнеупорных материалов, применяемых для изготовления стопорных трубок, мо­ гут быть не слишком высокими, но они безусловно дол­ жны обеспечивать однократное применение стопорных трубок.

Как правило, высокое качество стопорных трубок можно обеспечить строгим соблюдением технологиче­ ских условий прессования при их изготовлении. Эти ус­ ловия ограничивают величину перепада пористости по длине стопорных трубок в пределах <Л —1,5% и обес­ печивают равномерность структуры черепка. Значитель­ но повышается надежность трубок при использовании воздушного охлаждения стопорного устройства.

В наиболее неблагоприятных условиях службы нахо­ дятся нижние трубки стопорного устройства, так как при заполнении ковша сталью они подвергаются мгно­ венному тепловому удару.

Время пребывания этих трубок в расплавленном ме­ талле значительно больше, чем верхних трубок, кото­ рые, зато, при выдержке металла в ковше подвергаются довольно длительному агрессивному воздействию рас­ плавленного шлака.

IS3

Вковшах большей емкости, высота которых иногда превышает 4 м, стопорные трубки находятся в более трудных условиях службы, чем в ковшах меньшей ем­ кости.

Всоответствии с условиями службы стопорные труб­ ки должны иметь следующие свойства:

1)хорошую шлакоустойчивость;

2) термостойкость, достаточную, чтобы выдержать без разрушения один резкий тепловой удар при запол­ нении ковша;

3)точность размеров и правильность формы при на­ личии хорошей сборки на мертеле, характеризуемой вы­ сокой стойкостью к разрушающим факторам;

4)необходимую минимальную огнеупорность;

5)достаточную строительную прочность в условиях разливки стали, которая определяется температурой на­ чала деформации под нагрузкой.

Хорошая шлакоустойчивость стопорных трубок до­ стигается при наличии наименьшего химического срод­ ства между огнеупорным материалом и шлаком, а так­ же при минимальной открытой пористости огнеупорно­ го черепка.

При уменьшении диаметра канальных пор огнеупор­ ного черепка и повышении вязкости шлаков шлакоразъедание стопорных трубок сокращается. Стойкость сто­ поров сталеразливочных ковшей зависит в основном от постоянства шлакового и температурного режимов (со­ держание FeO в шлаке 8—15%; температура металла в конвертере <Л660°С). При этих условиях продолжи­ тельность разливки достигает 80—120 мин.

Износ стопорных трубок по высоте обычно равноме­ рен, но при повышенной химической активности шлака усиливается износ по швам. Поэтому набор стопора це­ ликом из коротких трубок нежелателен, так как при этом увеличивается число швов. Средний износ корот­ ких стопорных трубок составляет ~19, а обычных

— 23,0 мм за плавку.

Гранулометрический состав шамотных масс, из ко­ торых изготовляют стопорные трубки, значительно влия­ ет на их термическую устойчивость.

184

Отрицательно на термическую устойчивость трубок влияет высокое содержание в массе фракции ша­ мота 0,5—0,088 мм (до 35—36%).

Для составления формовочных масс целесообразно применять шамот прерывистого гранулометрического со­ става, состоящий из крупных и мелких фракций.

На стопорные трубки существенное влияние оказы­ вает деформация металлического стержня при его пере­ греве свыше 1000° С, что может происходить часто, если не применять воздушное охлаждение стопорного устрой­ ства. Деформация стержня приводит к раскрытию швов между стопорными трубками, проникновению в зазоры жидкого металла, что может вызвать отгар стопора.

Воздушное охлаждение — очень эффективный метод увеличения сроков службы стопорных устройств: при его применении срок службы охлаждаемого стержня возрастает в 6—7 раз.

Полусухой способ технологии стопорных трубок дает наибольшие возможности получения этих изделий высо­ кого качества.

В современной металлургии довольно часто применя­ ют вакуумирование стали, находящейся в ковшах, и раз­ ливку кипящих сталей. При вакуумировании струи ме­ талла, поступающего в изложницу, а также при нали­ чии в вакуумкамере второго сталеразливочного ковша условия службы огнеупорных изделий мало отличаются от условий, существующих при обычной разливке стали.

При дегазации металла в ковшах под слоем шлака и при порционном вакуумировании условия службы ог­ неупоров становятся более жесткими, так как во время вакуумирования металл и шлак бурно кипят, подвергая при этом сильной эрозии и коррозии ковшовый кирпич и стопорные трубки, находящиеся в зоне шлакового пояса. Непрерывное поступление к поверхности огнеупора шлака и металла, усиливает разрушение огне­ упорного материала.

Кроме того, интенсивное движениеметалла способ­ ствует увеличению теплообмена и, следовательно, уско­ рению нагревания стопорных трубок и стержня стопора. При этом во время процесса вакуумирования стали уве­ личивается возможность искривления стопоров и про­ никновения металла в швы между стопорными труб­ ками.

185

Ёысокоглиноземистые трубки, содержащие 75—80% А12 03 , характеризуются удовлетворительной стойкостью к размывающему действию металла и шлака, но не всег­ да достаточно термостойки. В результате термического

Износ магнезитохромитовых трубок во время про­ цесса вакуумирования стали приблизительно в полтора раза больше износа высокоглиноземистых трубок.

Снижение теплопроводности стопорных трубок по­ зволяет уменьшить их прогрев и, следовательно, предот­ вратить чрезмерное нагревание стопорного стержня. Од­ нако при этом следует сохранить достаточную плотность огнеупорного материала во избежание сильной корро­ зии и эрозии шлаковым расплавом и жидким металлом. Эти противоречивые требования можно осуществить, если применить двухслойный стопор. Снижение тепло­ проводности такого стопора достигается использовани­ ем в качестве нерабочего слоя обычного многошамот­ ного огнеупора.

Удовлетворительную термическую устойчивость и хо­ рошую шлакоустойчивость имеют глиноземокарбидкремииевые огнеупорные материалы. Поэтому их можно ис­ пользовать в качестве рабочего слоя стопоров. Однако изготовление двухслойных стопорных трубок обжигом двух трубок из разных огнеупорных материалов и за­ тем вставленных одна в другую, возможно лишь при наличии приблизительно одинаковой температуры спе­ кания у обоих огнеупорных материалов. Этому условию удовлетворяют глиноземокарбидкремниевые и шамот­ ные изделия. Если стержни стопоров охлаждать возду­ хом, то для изготовления защитных муфт рабочего слоя высокоглиноземистых и шамотных стопоров можно при­ менять более плотные высококачественные шамотные огнеупорные материалы. Защитные муфты, а также об­ мазка муфт (например, магнезитовая.) обычно разъеда­ ются полностью на границе шлака с металлом, но пре­ дохраняют находящуюся под ними футеровку стопора.

Огнеупорные пробки, применяемые при разливке стали, обеспечивают плотное и неоднократное перекры­ тие канала стакана во время разливки стали из ковша

иравномерную струю вытекающего металла (рис. 47). Пробки и стаканы во время процесса разливки ста-

186

ли находятся в особо трудных условиях службы и под­ вергаются действию следующих разрушающих фак­ торов:

а) резким температурным колебаниям при заполне­ нии ковша и протекании жидкого металла через зазор между поверхностью пробки и стакана и, далее, по внутреннему каналу стакана; при этом резкому темпе­ ратурному воздействию подвергается наружная поверх­

б) сильному эродирующему (размывающему) дейст­ вию струи жидкого металла, которое зависит от скоро­ сти течения струи, марки стали и температуры металла; величина размывания пробки и стакана очень сильно зависит от свойств огнеупорных материалов, из которых они изготовлены;

в) возможному размягчению рабочей поверхности шамотных пробок с последующим прилипанием их к по­ верхности стакана, что может происходить довольно часто, если применять одновременно шамотные пробки и стаканы.

Исходя из условий службы, необходимо, чтобы проб­ ки и стаканы имели следующие качества:

а) хорошую термическую устойчивость, которая мо­ жет быть различной для пробки и стакана;

187

б) хорошую сопротивляемость эрозии струей ме­ талла;

в) достаточно высокую температуру начала дефор­ мации под нагрузкой.

Кроме того, хорошие стаканы должны иметь необ­ ходимую минимальную огнеупорность и большую плот­ ность огнеупорного черепка.

В настоящее время огнеупорной промышленностью выпускаются шамотные, глинисто-графитовые и высоко­ глиноземистые пробки и шамотные, глинисто-графито­ вые, магнезитовые, магнезитохромитовые стаканы.

Для шамотных стаканов выпускают магнезитовые вкладыши. Кроме того, при разливке стали применяют составные и двухслойные стаканы (рис. 48), напри­ мер шамотные в несущей части и магнезитовые или вы­ сокоглиноземистые в рабочей части.

Практика показывает, что наименьшее число аварий при разливке стали, вызываемых свариванием пробки

материалов, например шамотных пробок и магнезито­ вых стаканов. Шамотные стаканы сильнее всего размы­

Огнеупорность магнезитовых стаканов превышает 2000° С. Они отличаются достаточной плотностью и хо­ рошей сопротивляемостью эрозии, а потому при разлив­ ке сталей любых марок мало поддаются размывающему действию струи расплавленного металла. Однако магне­ зитовые огнеупоры имеют повышенную теплопровод­ ность, вследствие чего внутри черепка стакана возника­ ет значительный температурный градиент. Это вызыва­ ет затягивание (зарастание) канала стакана. Поэтому для сохранения сечения канала приблизительно посто­ янным приходится во время разливки стали прожигать его кислородом.

Выпускаемые промышленностью магнезитовые ста­ каны при обычной разливке стали служат удовлетвори­ тельно. Из обожженногомагнезита приготовляют обжи­ говые и безобжиговые стаканы. Во избежание гидрата­ ции и карбонизации при хранении, безобжиговые стаканы покрывают слоем парафина. Во многих случаях они вполне заменяют обжиговые, но требуют аккурат-

188

ности при хранении и транспортировании во избежание повреждения парафиновой пленки.

В производстве шамотных стаканов хорошо зареко­ мендовало себя применение шамота из каолина, содер­ жащего 39—42% глинозема, повышающего термиче­ скую стойкость и устойчивость против эрозии стаканов.

ностей во время разливки. При этом обычно наблюдает­ ся некоторое размягчение поверхности шамотной проб­

На величину износа пробки влияют следующие глав­ ные факторы: продолжительность разливки, число пере­ крытий отверстия канала стакана, марка и температура стали, емкость ковша, так как при ее увеличении срок пребывания пробки в металле также возрастает. При увеличении емкости сталеразливочного ковша от — 40 до 150—185 т длительность пребывания пробки в ме­ талле возрастает от 30—50 до 75—130 мин.

Одной из причин аварий при разливке стали явля­ ется откалывание кусков с поверхности пробки при по­ гружении ее в расплавленную сталь. Иногда пробка да­ ет трещину вдоль оси, но это не всегда приводит к ава­ рии, так как трещина обычно заполняется сталью и пробка вновь сваривается.

Глинисто-графитовые пробки проявляют хорошую стойкость при разливке стали, но их главным недостат­ ком является малая механическая прочность вследствие мягкости графита.

Высокоглиноземистым пробкам свойственна хорошая стойкость при разливке стали, но их недостаток в по­ вышенной стоимости.

В настоящее время исследовательские работы по увеличению стойкости пробок ведут в двух направлениях:

а) получение термически устойчивых и шлакоустойчивых «мяг­ ких» пробок, способных размягчаться при температуре разливки ста­ ли в пределах 1550—1600°С;

б) получение «жестких» пробок, не размягчающихся при этих же температурных условиях службы. В этом случае следует при­

189