1.10.3.9. Конструкция футеровки
Как правило, футеровка ковшей в радиальном направлении состоит из тех слоев: изоляции, арматурного ряда и рабочей кладки.
Толщина футеровки стенок и днища зависит от емкости ковша: чем больше ковш, тем толще должна быть футеровка. Толщину футеровки стенок изменяют, подбирая кирпичи различной толщины, а толщину футеровки днища, подбирая число слоев арматурного ряда и кирпичи различной толщины.
Изоляцией служит слой огнеупорной глины толщиной 10–25 мм, который укладывают на внутреннюю поверхность кожуха ковша под кирпичи арматурного ряда. Подушка, образованная этой глиной, сглаживает неровности кожуха, облегчая тем самым укладку кирпичей. Кроме того, она компенсирует тепловое расширение футеровки в радиальном направлении.
Арматурный ряд обычно выкладывают из кирпичей, уложенных на плашку, толщина которой по всей высоте кожуха постоянная. Этот ряд меняют только при капитальном ремонте футеровки – через 6–12 месяцев.
Рабочая кладка является наиболее ответственной часть футеровки, так как она подвергается непосредственному воздействию расплавленного металла. Кладка футеровки ковшей любой емкости аналогична, она может отличаться только числом рядов ее рабочей части днища.
Ниже описан порядок кладки ковша большей емкости. Кладку всегда начинают с днища. На уложенную ровным слоем изоляцию днища (густой огнеупорный раствор) над отверстием для стакана устанавливают подстаканник (нижний гнездовой кирпич) по уровню, так как правильное строго горизонтальное положение подстаканника обеспечивает правильную установку верхнего гнездового кирпича и стакана, что позволяет получить вертикально направленную струю металла. Затем прямым кирпичом (рис. 37, 4) на плашку выкладывают первый нижний арматурный ряд днища. Его кладку начинают вести от подстаканника, обеспечивая небольшой уклон всего ряда и направление продольных швов к кольцу. При кладке днища ковша, в котором стакан устанавливают не в гнездовой кирпич, а в набивное гнездо, вместо подстаканника в кладку днища закладывают шаблон обычно с размерами 400X400 мм. На первый ряд кладут второй тем же кирпичом, но обычно укладываемым на ребро. Кладку второго ряда ведут вперевязку, так, чтобы швы первого и второго рядов располагались под углом 120–135°. После этого начинают вести кладку арматурного ряда стен. Кирпич кладут так, чтобы между ним и кожухом оставался зазор 10–25 мм, который одновременно с кладкой заполняется раствором. Количество кирпича той или иной формы (рис. 37, 1–3), обеспечивающее получение кладки правильной формы при минимальной толщине швов, должно быть рассчитано заранее.
Третий ряд футеровки днища начинают вести с гнездового кирпича тщательно и с минимальным швом. Кирпич укладывают на подстаканник. Весь ряд кладут опять с перевязкой швов, обращая внимание на обеспечение плотного прилегания периферийных кирпичей к кирпичам арматурного ряда стенок ковша. Затем выкладывают рабочий ряд стенок и заканчивают футеровку ковша укладкой верхнего рабочего ряда днища.
Кладку рабочего ряда стенок необходимо вести так, чтобы остаточная толщина футеровки (перед ремонтом ковша) была одинаковой по всей высоте ковша. Неравномерный износ футеровки по высоте приводит к тому, что кампания ковша (период между двумя холодными ремонтами футеровки) определяется допустимым износом не всей футеровки, а только нижней, наиболее изнашиваемой части. С одной стороны, это значительно снижает общую стойкость футеровки и требует частого ремонта, а с другой – приводит к повышенному расходу огнеупоров, так как во время ремонта приходится менять еще мало изношенные кирпичи верхних рядов. Поэтому гладкую футеровку одинаковой толщины по всей высоте ковша выкладывают только в ковшах небольшой емкости, т. е. в тех ковшах, в которых вся футеровка находится под воздействием высоких температур и агрессивного влияния шлака более короткое время. В ковшах же средней и большой емкости футеровку выполняют двух-, трех- или четырехступенчатой.
При такой системе кладки толщина каждой последующей ступени по ходу кладки меньше толщины предыдущей. Благодаря этому достигается равномерный износ футеровки по всей высоте ковша. На (рис. 39) показан износ футеровки ковша емкостью 480 т.
Рис. 39. Схема износа футеровки ковша емкостью 480 т
Из рисунка видно, что вследствие разной толщины кладки по высоте ковша допустимая остаточная толщина футеровки образовалась одновременно по всей высоте. На некоторых заводах выполняют четырехступенчатую кладку с утолщением нижнего пояса до 200 мм вместо 150 мм (при одновременном уменьш ении толщины верхних поясов, что позволяет сохранить необходимую емкость ковша); это привело к повышению стойкости футеровки на 70–75%.
Кроме изменения толщины футеровки по высоте, необходимо предусматривать увеличение толщины кладки на «бойной» стороне ковша, т. е. на стороне, находящейся против сталевыпускного отверстия печного агрегата. Кладка этой стороны при каждой разливке испытывает сильный удар первых порций расплавленного металла и потому она изнашивается в 3 раза интенсивнее, чем на остальной части футеровки.
Кладку футеровки стен ковшей выполняют двумя способами.
Кольцевая кладка. Ее выполняют последовательной кладкой кирпичей в замкнутые концентрические кольца. Каждое такое кольцо должно быть расклинено при помощи специального замкового кирпича, который тщательно подгоняют теской вручную. Укладку замкового кирпича выполняет обычно специально выделенный квалифицированный каменщик.
Винтовая беззамочная Сущность этого способа футеровки ковшей заключается в том, что кирпичи выкладывают по винтообразной поверхности. Наиболее сложным и важным элементом при этом виде футеровки является выкладка заходной части винта – основания, которое определяет направление витка. В зависимости от числа выбранных заходов такие основания выполняют в трех или более местах, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга.
На (рис. 40) показана схема четырехзаходной кладки. Такая система дает возможность вести кладку одновременно двум, трем или большему числу каменщиков.
Рис. 40. Схема четырехзаходной винтовой кладки
Развитие этого способа кладки и внедрение его в практику работы некоторых заводов позволили выработать три метода выкладки основания витка.
1. Заход витков выполняют после окончания кладки футеровки днища. Каждый заход выкладывают из набора, состоящего из девяти специальных кирпичей (рис. 41).
Рис. 41. форма кирпичей применяемых для выкладки захода при винтовой кладке: а – форма всех кирпичей в плане
На периферийный ряд кирпичей днища укладывают первый заход в последовательности, указанной на (рис. 42.) Затем выкладывают остальные 2–3 захода и в результате получают основания для кладки футеровки стен с 3–4 выступающими заходами. Дальнейшую кладку стандартными прямыми кирпичами ведут одновременно и непрерывно (поскольку исчезла надобность в подгонке замковых кирпичей) столько рабочих, сколько выложено заходов.
2. Подъем винтовой линии образуют подсыпкой смеси из щебенки и огнеупорной глины на подготовленную футеровку днища и плотной ее утрамбовкой.
3. Заход витков выполняют одновременно с выкладкой рабочей футеровки днища, устраивая специальные возвышения из ковшевого кирпича и лещадки периферийного ряда футеровки днища.
Рис. 42. Схема укладки кирпичей для устройства захода при винтовой кладке
Применение винтовой кладки позволило:
– сократить время кладки на 20–40% по сравнению с кольцевой кладкой;
– отказаться от применения трудоемкой работы по подгонке замковых кирпичей;
– повысить качество кладки, так как при винтовой кладке исключается возможность совпадения вертикальных швов;
– увеличилась стойкость футеровки при винтовой кладке по сравнению с кольцевой кладкой.
Футеровку ковша выполняют либо из кирпичей, либо монолитной. Для изготовления монолитной футеровки требуется соответствующее оборудование, однако при этом заметно снижаются затраты труда. Существует несколько способов выполнения монолитной футеровки ковшей: литье, трамбование, торкретирование, пескометная набивка. Выбор способа футеровки ковша определяется наличием и стоимостью соответствующих оборудования и материалов.
Стойкость футеровки ковшей, изготовленных из обычных шамотных кирпичей, всего 15–25 плавок (наливов). Футеровка изнашивается неравномерно; наибольший износ наблюдается в месте падения струи металла и в районе шлакового пояса. В тех случаях, когда металл в ковше подвергают различным методам обработки, включая методы, связанные с интенсивным перемешиванием металла, стойкость шамотной футеровки резко снижается; тогда футеровку ковша выполняют из высокоогнеупорных материалов, стойкость при этом возрастает до 100 и более плавок. В зависимости от качества огнеупорных материалов и технологии обработки стали в ковше, расход огнеупоров колеблется в пределах от 2 до 5 кг/т стали.
Для оптимизации срока службы футеровки определяют соответствующие зоны износа.
Обожженные периклазоуглеродистые огнеупоры используют в верхнем шлаковом поясе. Таким образом, обеспечивается шлакоустойчивость этого участка. Другим интересным аспектом такой конструкции ковша является применение предварительно литого глиноземошпинельного блока в зоне удара струи о днище ковша. Прочность материала может быть увеличена добавкой 2–3 % стального волокна. Сочетание такого способа изготовления футеровки с осуществлением горячего ремонта приводит к снижению расхода огнеупорных материалов
Выбор того или иного вида огнеупоров может определяться также наличием примесей в стали. Например, с учетом возможного загрязнения металла углеродом (из огнеупорных материалов), что нежелательно при выплавке стали с крайне низким содержанием углерода, применяют не содержащие углерода огнеупорные материалы, такие, как обожженные известковопериклазовые огнеупоры.