1.10.3.2. Действие расплавленного металла на футеровку

Расплавленный металл оказывает на футеровку термическое, механическое и химическое воздействие.

Характер термического воздействия изменяется в течение каждой разливки. В начальный период наполнения ковша сталью оно выражается в резком тепловом ударе, обусловленном большой разницей температур расплавленного металла и футеровки. Затем термические напряжения определяются длительным воздействием высоких температур, а также изменяющимся характером и степенью нагрева различных слоев футеровки. Если внутренние слои, соприкасающиеся с расплавленным металлом и имеющие после сушки температуру 400–500 °С, весьма быстро нагреваются до температуры металла, то наружные слои, расположенные близко к кожуху и имеющие после сушки температуру 40–50 °С, постепенно нагреваются до 100–120 °С. Суммарное действие всех этих факторов вызывает появление в футеровке значительных термических напряжений.

Длительность воздействия высоких температур особенно сильно сказывается в сталеразливочных ковшах большой емкости, в которых, несмотря на применение двух или даже четырех стопоров, время пребывания металла в ковше достигает 1,5–1,8 ч.

Механическое воздействие расплавленного металла выражается в ударном действии падающей из печи с большой высоты струи металла и истирающем действии массы металла при наполнении им ковша и при разливке его в изложницы. Ударное действие струи металла воспринимается или днищем, или нижней частью «бойной» стороны внутренней поверхности футеровки кожуха, т. е. стороны, которая находится против сливного носка.

Химическое воздействие оказывают главным образом шлаки, которые, хотя и в небольшом количестве, сливают в ковш для предохранения металла от быстрого охлаждения и от окисления его кислородом воздуха. По литературным данным, снижение температуры и активности шлака, которых можно достигнуть добавлением в ковш небольшого количества песка, приводит к увеличению стойкости футеровки на 30–40 %.

Совместное воздействие всех перечисленных факторов ведет к интенсивному износу футеровки. Это связано не только с потерей времени на частый ремонт футеровки и большими затратами, но и с отрицательным влиянием на качество стали, так как с увеличением износа футеровки увеличивается количество неметаллических включений в стали.

Интенсивность износа футеровки по высоте ковша неравномерная. Верхняя, слабо прогретая при сушке часть футеровки находится под слоем расплавленного металла относительно меньше времени, чем остальная футеровка, но на нее оказывает воздействие наиболее горячий и подвижный, а, следовательно, и более агрессивный шлак. Нижние слои футеровки находятся под воздействием высоких температур значительно больше времени, чем верхние, поэтому рабочая поверхность этой части футеровки размягчается больше, следовательно, процесс истирания ее движущимся металлом и разъедания шлаком идет более интенсивно. В итоге нижние слои оказываются в худших условиях и, как показывают наблюдения, примерно в три раза быстрее изнашиваются, чем верхние слои.

Согласно исследованиям, проведенным на ЧМЗ, износ верхних, средних и нижних поясов происходит примерно в отношении 1:1,6:2,95, т. е. нижние ряды футеровки изнашиваются приблизительно в три раза быстрее, чем верхние. Эти значения могут меняться в зависимости от размера ковша, марок разливаемых сталей и других факторов, но они правильно отражают общий характер износа футеровки ковша.