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

Оказалось, что хороший контакт дают пробки и стаканы в тех случаях, если одно из этих изделий содержит некоторое количество стекловидной фазы, причем с «мягкой» пробкой следует сочетать «жесткий» стакан и наоборот.

§ 2. С И Ф О Н Н Ы Е О Г Н Е У П О Р Н Ы Е И З Д Е Л И Я

При сифонной разливке сталь из ковша поступает через литниковое устройство в сифонный канал, а затем в изложницы, размещенные на поддоне. Литниковое устройство состоит из воронки, обеспечивающей прием струи жидкого металла без потерь, литниковых трубок, нижнюю из которых устанавливают на центровую звез­ дочку. Последние бывают четырех-, шести- и восьмиходовыми. Число ходов в центровой звездочке зависит от числа изложниц, устанавливаемых в поддоне.

Из центровой звездочки жидкая сталь попадает в пролетный сифонный канал, которых в поддоне обыч­ но бывает 4, 6 или 8. Эти каналы образуются вследст­ вие укладки в поддоне пролетных кирпичей, а также однодырных, двухдырных, трехдырных и концевых сифон­

Из приведенных схем сифонной разливки стали вид­ но, что ее путь по каналу сифонных изделий довольно длинен и, в зависимости от массы слитков, достигает 2—3,5 м .

Особенность сифонных огнеупорных изделий состоит в том, что срок их службы определяется продолжитель­ ностью одной разливки. Поэтому требования к сифон­ ным изделиям могут быть и не очень высокими, но они должны безусловно обеспечивать безаварийное прове­ дение только одной разливки, после чего отработавшие сифонные изделия в виде огнеупорного лома возвраща­ ют на огнеупорные заводы.

При прохождении расплавленного металла по кана­ лу, образованному сифонными изделиями, уложенными в поддоне, они подвергаются следующим разрушающим воздействиям:

а) резкому нагреву; б) размывающему действию струи металла;

в) механическому удару в области донышка центро­ вой звездочки;

190

г) химическому взаимодействию со шлаком и ме­ таллом.

В соответствии с условиями службы сифонные огне­ упорные изделия должны иметь некоторую минимально необходимую термическую стойкость, так как растре­ скивание сифонных изделий при разливке стали вызы­

металлические включения в стали. Более интенсивное растрескивание сифонных изделий может вызвать про­

ный обжиг, так как чрезмерно высокая температура об­ жига, вызывая излишнее спекание огнеупорного череп­ ка, снижает термическую стойкость полученных сифон­ ных изделий.

Оптимальную температуру обжига следует выбирать на основании свойств исходных глин и рациональных технологических методов изготовления изделий.

На термическую стойкость шамотных изделий при по­ лусухом методе производства весьма существенно влия­ ет гранулометрический состав шамота.

В результате осуществления перечисленных выше условий можно получить достаточно плотные и термо­

и продольные трещины. Термические напряжения в изделиях, изго­ товленных из масс с добавкой парафина, снижаются также за счет уменьшения коэффициента линейного расширения, модуля упругости и расширения пределов допустимой деформации, при которой проис­ ходит разрушение образцов сифонного кирпича.

Оценить величину термической стойкости сифонных изделий, до­ статочную для того, чтобы избежать их растрескивания, можно с по­ мощью рационально разработанной методики испытаний, дающей объективные показатели, позволяющие оценить будущую службу сифонных огнеупорных изделий при разливке стали.

Главными источниками неметаллических включений в стали являются загрязнение стали осколками огнеупо-

191

ров, мертелем, песком и другими посторонними мате­ риалами, а также — хотя и в меньшей степени — хими­ ческое взаимодействие между жидкой сталью и огне­ упорным черепком сифонных изделий. Несмотря на это, включения, являющиеся результатом взаимодействия стали и огнеупоров, вызывают большие затруднения при осуществлении разливки стали и значительно отража­ ются на качестве слитков, так как, попадая в сталь в жидком виде и не успевая выделиться во время их кристаллизации, эти неметаллические включения резко ухудшают свойства стали. Особенно чувствительны к наличию неметаллических включений этого типа ста­ ли, легированные кремнием и хромом, придающими ме­ таллу высокую вязкость. Марганцовистая сталь весьма сильно разъедает шамотные огнеупоры, что следует учи­ тывать, выполняя сифонную разливку этих сталей. При этом сначала образуется шлаковая корка на внутренней поверхности канала сифонных изделий, имеющая при­ мерно следующий химический состав: 44—46% SiO<>; 25—34% А12 03 ; 4—8% Fe2 03 ; 9—18% МпО. При повы­ шении содержания Мп в разливаемой стали количество МпО в шлаковой корке возрастает и может составить 25% и более. Это показывает, что ошлакование огнеупо­ ров протекает в данном случае за счет марганца, содер­ жащегося в металле. Количество неметаллических включений в стали, образовавшихся по этой причине, в известной степени зависит от соотношения Мп и Si, содержащихся в жидкой стали. Поэтому при примене­ нии полукислых сифонных изделий в шлаковую корку может перейти большее количество Si02 при соответст­ венно меньшем количестве перешедшей в нее МпО.

При прохождении жидкой стали со скоростью, до­ стигающей 1 м/сек, по сифонному каналу наблюдается размывание огнеупорного черепка, интенсивность кото­ рого зависит от качества изделий. Средняя размываемость канала шамотного сифонного кирпича при пори­

0,37 мм. Следовательно, величина размываемости суще­ ственно зависит от плотности, структуры и состава ог­ неупорного черепка. При увеличении температуры об­ жига сифонных изделий плотность черепка повышается

192

и его размываемость жидкой сталью уменьшается. Од­ нако чрезмерная плотность сифонных изделий может привести к понижению их термостойкости и стать при­ чиной повышенной засоренности слитка неметалличе­ скими включениями.

Наборку поддона следует выполнять с большой ак­ куратностью, осуществляя продувку сифонного канала сжатым воздухом и принимая все другие меры, преду­

а также для сборки стопорных трубок можно приме­ нять массу, состоящую из 25% огнеупорной пластичной глины и 75% шамотного порошка <С2 мм, увлажненную водой. Существуют некоторые варианты этого типового состава, причем для наборки стопоров иногда применя­ ют эту массу, затворенную водным раствором жидкого стекла.

§ 3. О Г Н Е У П О Р Ы Д Л Я У С Т А Н О В О К

Н Е П Р Е Р Ы В Н О Й Р А З Л И В К И С Т А Л И (УНРС)

В связи с интенсивным развитием высокопроизводи­ тельного кислородного конвертерного процесса выплав­ ки стали использование УНРС все более расширяется.

Служба и применение огнеупорных изделий в УНРС имеет свои особенности, заключающиеся преимущест­ венно в том, что к ним предъявляют повышенные тре­ бования в отношении стойкости в жестких и длительных по времени условиях, существующих при проведении непрерывного процесса разливки стали.

При этом качество слитков во многом зависит от свойств и качества огнеупоров, которыми футерованы сталеразливочный и промежуточный ковши.

Сталеразливочные ковши, футерованные шамотным кирпичом на шамотном мертеле при нестабильности экс­ плуатации, а также при большом числе швов в футе­ ровке, отличаются сравнительно невысокой стойкостью, обычно не превышающей 10 плавок. Затем сталь попада­ ет в промежуточные ковши, необходимые для создания стабильной струи жидкого металла, вытекающей с за­ данной скоростью, которая достигается в результате при-

менепия стаканов из высокоустойчивых огнеупоров. Ис­ пользование для этой цели торможения струи стали сто­ пором не эффективно, так как при этом происходит деформация и разбрызгивание струи, в результате чего ухудшаются условия разливки и качество поверхности слитков. Промежуточные ковши имеют обычно корыто­ образную форму, что позволяет применять как кирпич­ ную, так и крупноблочную футеровку. Например, рабо­ чий слой стен промежуточного ковша емкостью 7 т мож­ но футеровать кирпичом КМ-18 на плашку, днища — двумя рядами кирпича КМ-17 и КМ-18 на плашку. Для

Максимальная эрозия стен наблюдается в месте па­ дения струи стали, причем наиболее подвержены размы­ ванию швы огнеупорной футеровки: уже после однойдвух плавок износ огнеупорного кирпича в зоне стыков может достичь 15—20 мм. Чтобы уменьшить процесс эро­ зии в швах, следует применять стойкий мертель. Хоро­ шие результаты дает, например, высокоглиноземистый мертель ВТ-1, затворенный на 50%-ном водном растворе ортофосфорной кислоты.

Износ стопорных трубок и пробок в промежуточных ковшах УНРС имеет свои особенности. В табл. 34 при­ ведены данные, характеризующие износ стопорных тру­ бок и пробок.

Из данных табл. 34 видно, что износ трубок за горя­ чий час уменьшается с увеличением числа разлитых пла-

194

вок, однако величина абсолютного износа возрастает. Стойкость трубок допускает надежную разливку не ме­ нее четырех плавок подряд.

Стойкость шамотных пробок СП-11 менее удовлетво­ рительна: при разливке подряд четырех плавок резко возрастает абсолютный износ пробок.

Применение цирконовых стаканов СП-14 в промежу­ точных ковшах может обеспечить надежную разливку трех-четырех плавок.

Большая высота падения струи жидкой стали из про­ межуточного ковша (500—550 мм) затрудняет ее цент­ ровку, часто размывает корочку слитка и вызывает об­

Улучшить условия непрерывной разливки стали мож­ но применением удлиненных цирконовых стаканов и спе­ циальных устройств для подачи металла в кристаллиза­ тор затопленной струей.

При этом форма струи улучшается, сокращается ко­

под уровень горизонтальными струями часто бывает не­ удовлетворительной вследствие недостаточной термиче­ ской устойчивости и малого сопротивления износу гра- фито-шамотных огнеупоров. При разливке металла затопленной вертикальной струей, для защиты от окисле­ ния, зеркало металла в кристаллизаторе покрывают сло­ ем графита. Этот дает более надежную разливку по сравнению с предыдущим примером. Стаканы обеспечи­ вают надежную разливку одной-двух плавок подряд

Хорошо проявляют себя в УНРС большемерные гра- фито-шамотные стаканы, различные типы которых по­ казаны на рис. 49.

При разливке нескольких плавок подряд спокойной углеродистой стали или стали 17ГС эти стаканы прояв­ ляют хорошую стойкость. Эксплуатация магнезитовых стаканов имеет свои особенности, объясняемые их пони­ женной термической стойкостью.

щей в кристаллизатор струи металла и состояние поверх­ ности жидкой стали в кристаллизаторе, нарушает ста­ бильность разливки вследствие уменьшения ее скорости во время прожиганий. В результате качество слитка ухудшается, а нормальный ритм работы УНРС нару­ шается.

Зарастание стаканов представляет собой одно из глав­ ных препятствий для полной автоматизации непрерыв­ ной разливки стали.

Зарастание стаканов увеличивает количество алюми­ ния, содержащегося в жидкой стали и добавляемого в нее для раскисления. Дозирующие устройства обес-

196

тіечнвают разливку до 0,3 кг на 1 т стали, раскисленной алюминием. В ряде случаев для повышения качества металла при его раскислении применяют до 2,5 кг алю­ миния на 1 г стали. Разливка стали, раскисленной та­ кими количествами алюминия, на УНРС затруднена, а иногда и невозможна вследствие быстрого зарастания дозирующего устройства.

правильный выбор материала дозирующего устройства позволит устранить или уменьшить зарастание их ка­ налов.

Практически полного устранения зарастания канала в этом случае можно достичь при разливке стали через шамотное (36% А12 0з) дозирующее устройство. Отсут­ ствие зарастания и незначительное размывание канала шамотных дозирующих устройств объясняется составом контактного слоя, обеспечивающим минимальное сцеп­ ление с неметаллическими включениями и имеющим со­

Режим непрерывной разливки стали существенно от­ личается от режима обычной разливки и имеет свои осо­ бенности. При непрерывной разливке к огнеупорным из­ делиям предъявляют следующие повышенные требова­ ния: хорошую термостойкость, малую теплопроводность, практическое отсутствие взаимодействия с жидким ме­ таллом в условиях длительного контакта и пониженного расхода металла в единицу времени.

Безобжиговые магнезитовые и магиезитохромитовые стаканы, особенно при разливке кремнистой стали, за­ растают весьма интенсивно. Кроме того, на зарастании стаканов сказывается раскисление и метод легирования стали.

При зарастании каналов шамотных и высокоглинозе-

197

Причиной зарастания рабочих каналов вставок и ста­ канов при разливке кремнистой и спокойной углероди­ стой сталей является отложение на рабочей поверхности каналов тугоплавких мелкодисперсных кристаллических соединений, содержащих глинозем.

Стаканы из алюмосиликатных огнеупоров, пропитан­ ные смолой, не имеют склонности к зарастанию.

Представляют интерес чисто конструктивные меро­ приятия по усовершенствованию составных частей сто­ порного устройства. Обычно при непрерывной разливке стали подвод металла из промежуточного ковша в кри­ сталлизатор осуществляют через шамотные или высоко­ глиноземистые стаканы, причем высота падения струи металла из промежуточного ковша достигает 400 мм. При этом возникают заплески металла на стенки кри­ сталлизатора.

Для уменьшения высоты свободного падения струи металла и изоляции рабочей полости кристаллизатора от окружающей атмосферы можно изготовить составные стаканы длиной до 600 мм.

Применение таких стаканов заметно снижает содер­ жание кислорода, азота и неметаллических включений в литом металле.

Стойкость удлиненных стаканов, изготовленных из шамотных масс (пористость 14—17%), в ряде случаев удовлетворительна, причем во время разливки стали ее струя имеет правильную форму.

Применение таких стаканов на Ново-Липецком ме­ таллургическом заводе при непрерывной разливке стали позволило значительно улучшить чистоту поверхности отливаемых слябов и качество металла, а также полу­ чить 46 тыс. руб. годовой экономии.

В качестве более стойких изделий при разливке уг­ леродистой стали можно использовать удлиненные глиноземокарбидокремниевые стаканы, так как введение в массу карбида кремния при соответствующем умень­ шении дозы шамота снижает смачиваемость и повыша­ ет термическую стойкость изделий.

198

Для разливки спокойной стали можно применять со­ ставные удлиненные стаканы-дозаторы, изготовленные из масс, содержащих 62—64% AI2O3.

Длительную разливку кипящей стали следует осу­

Для сохранения постоянства расхода металла во вре­ мя непрерывной разливки стали следует создать такие условия, при которых поперечное сечение канала не бу­ дет зарастать. Одним из способов создания таких усло­ вий является применение сталеразливочных стаканов со вставкой-дозатором (см. рис. 48), выполненной из высо­ коустойчивого огнеупорного материала (например, цир­ кона корунда), что обеспечивает нормальный ход и без­ аварийность разливки, а также хорошее качество отли­ той стали.

Для изготовления вставок-дозаторов необходим рас­ ход небольших количеств огнеупорных материалов. По­ этому их стоимость в данном случае не имеет сущест­ венного значения.

Дозирующие устройства должны быть простыми и надежными в эксплуатации, образовывать хорошо ор­ ганизованную ламинарную струю стали и обеспечивать возможность перекрытия струи в необходимый момент. Материал дозирующего устройства должен отличаться высокой износостойкостью и не иметь склонности к за­ тягиванию жидкой сталью. Вследствие небольших раз­ меров вставки-дозатора она быстро прогревается при разливке и в ней не возникает значительных термиче­ ских напряжений, вызывающих растрескивание.

При существующей в настоящее время высокой ско­ рости вытягивания стальных слитков непрерывным спо­ собом, достигающей 0,8—0,9 м/мин, необходима устой­ чивая работа дозирующих устройств промежуточного ковша.

Для получения стойких вставок-дозаторов можно ис­ пользовать цирконовые и глиноземокарборундовые ших­ ты и затем применить обычные технологические методы изготовления этих огнеупорных изделий, свойства кото­ рых приведены в табл. 35.

Цирконовые вставки-дозаторы характеризуются хо-

199