2 Виды огнеупоров и типы футеровки сталеразливочных ковшей

Выбор огнеупора для футеровки сталеразливочной ковша (СК) зависит от конструкции ковша и условий эксплуатации.

Футеровка СК может быть однослойной, но может включать рабочий, защитный(арматурный) и теплоизоляционный слой (последний необязательный). Рабочий слой контактирует с жидким металлом и шлаком, защитный предотвращает контакт расплава с металлическим корпусом в случае его нарушения, теплоизоляционный поддерживает температуру корпуса в соответствии с требованиями безопасности эксплуатации ковша [1].

Для футеровки стен сталеразливочного ковша используются следующие виды огнеупоров: высокоглиноземистые МКС, МЛХ, МКФУ; мулитокремнеземистые МКРАП; кварцитовые КВКБ. Наиболее устойчивыми к воздействию шлакометаллического расплава были высокоглиноземистые огнеупорные изделия. Мулитокремнеземистые и кварцитовые огнеупоры имели более низкие эксплуатационные показатели в сравнении с высоко глиноземистыми [2-6].

Кладку стен СК выполняют из изделий клинообразные (лекального) или прямоугольной формы, днища прямоугольной (рисунок 2.1).

а – лекальными изделиями; б - прямоугольными изделиями

Рисунок 2.1 – Кладка сталерозливного ковша огнеупорами.

Износ мулитокремнеземистых и кварцитовых огнеупоров происходит в основном за счет оплавления и коррозии размягченного слоя футеровки [2].

Также футеровка стен сталеразливочных ковшей выполняется из набивных масс. Данная масса для выполнения монолитной футеровки должна иметь достаточную механическую прочность, чтобы выдерживать динамические нагрузки от струи стали, что разливается, и постоянство объема для предотвращения появления в футеровке усадочных трещин. Наиболее полно этим требованиям отвечают высокоглиноземистые массы ММК - 65 и МКС -65 [5].

Для монолитной футеровки стен сталеразливочного ковша также предложено использовать смеси BORCAST - 95, которые поставляются для приготовления бетона, которая саморастекается и виброуплотняется [11,14].

В процессе эксплуатации СК с набивными и наливными покрытием наблюдались сколы и их коррозионный износ. Вследствие образования трещин происходило проникновение металла и шлака в футеровку и следующее отслоения (сколы) ее рабочего слоя [5].

Арматурную футеровку стен и дна выполняют огнеупорами мулитокремнеземистого состав марки МУРА - 45 [8].

Доминирующими изделиями для стен сталеразливочного ковша продолжают оставаться высокоглиноземистые огнеупоры (мулитокорундовые МКС).

В различных условиях эксплуатации идентичны огнеупоры показывают разную устойчивость. Повышение содержания Al₂O₃ обусловливает повышение стойкости футеровки, а уменьшение его содержимого обусловливает ухудшение физических свойств (пористость, прочность) и вызывает снижение устойчивости.

Несмотря на достаточно высокую стойкость високоглиноземистые огнеупоры в футеровке стен сталеразливочных ковшей в последние годы отмечено их замена на огнеупоры системы Al₂O₃- МgО -C и МgО - СаО. Особенно эффективны огнеупоры системы МдО - СаО для десульфурации и дефосфоризации стали, а также снижение в ней кислорода и неметаллических включений [9].

Днище - это зона футеровки сталеразливочной ковша, которая меньше всего поддается износу [3,4]. Эксплуатационная устойчивость днищ СК определяется устойчивостью стен или шлакового пояса [6].

В днищах целесообразно применять периклазошпинельные огнеупоры ШПУП или ПШУС. При этом толщина рабочего слоя днища составляла 300 мм. Кладку выполняли на високоглиноземистому мертели [5].

В днище сталеразливочного ковша наиболее широко применяются неформованные огнеупоры, которые содержат шпинель. Наибольшую устойчивость в зоне удара струи в днище получили глиноземмагнезиальные материалы, в которых шпинель образуется в процессе службы футеровки. В глиноземмагнезиальные бетоны для повышения термостойкости вводят волокна из коррозионностойкой стали.

Для футеровки днища сталеразливочного ковша известно применение доломитоуглеродных бетонов на связке из синтетической смолы из которых изготавливают литые блоки и устанавливают в днища ковшей объемом 65 - 150 т, причем наиболее уязвимую ("боевую") зону падение струи металла при этом выкладывают бетонными блоками улучшенного качества или лицом конфигурации, что позволяет увеличить устойчивость днища. Известный вариант выполнения футеровки днища сталеразливочного ковша из искусственных огнеупоров с размещением в зоне падения струи металла плиты, предварительно изготовленной из огнеупорного бетона [9].

Для футеровки дна сталеразливочных ковшей используют различные виды низькоцементних бетонов, что саморозтикаються и виброуплотняются [12].

Для агрегатов внепечной обработки и разливки стали разработанные низькоцементний бетон марки СМКНЦБ - для арматурного слоя дна СК и заливки зазора между верхней частью корпуса ковша и верхним замковым рядом футеровки, низькоцементный бетон марки СМКРНЦБ - для футеровки слоя, что выравнивает дно сталеразливочного ковша, а также низькоцементный бетон марки СГШНЦОБ - для футеровки дна сталеразливочного ковша и других агрегатов, находящихся в непосредственном контакте с шлакометаллическим расплавом. Бетон марки СГШНЦОБ успешно испытан в футеровке дна 120 т сталеразливочных ковшей [9].

Освоение внепечных методов рафинирования и технологии разливки стали на машинах непрерывной разливки стали, обусловило применение высокопрочных основных и нейтральных огнеупорных материалов вместо кислых, которые широко применялись ранее.

В ковшах с внепечной обработкой кроме шамотных и кремнеземистых, также использовали магнезиальноизвестковые огнеупоры на керамической связке, доломитовые, смолодоломитовые, периклазохромитовые [2,6,7].

В настоящее время выбор огнеупорной футеровки для сталеразливочного ковша осуществляется в зависимости от зоны данного теплового агрегата. В сталерозливном ковше выделяют три зоны: шлакового пояса, стены, днище. Результат эксплуатационного износа футеровки сталеразливочной ковшу показал, что наибольшему износу подвергается зона шлакового пояса в результате взаимодействия со шлаком различного химического состава и основности.

Ковшовый шлак имеет высокое содержание SiO₂ ( от 18,8 % до 28,9 %), а также FeO (от 4 % до 35,3%). Основность шлаков составляет от 0,33 до 1,27. Этот состав шлаков являеться агрессивным по отношению к футеровкам основного состава и приводит к ее растворении данными низькоосновными ковшоввми шлакоми [8].

Доминирующими изделиями для шлакового пояса продолжают оставаться периклазоуглеродистые огнеупоры на основе плавленого периклаза с повышенным содержанием углерода и добавлением антиоксиданта. Технология их изготовления хорошо отработана и дальнейшее усовершенствование продукции становится все более проблематичным [1, 8].

В шлаковому поясе используют периклазоуглеродистые огнеупоры марок ПУПК - 52, ПУПК - 13, ПУГС - 96, ПУ - 1, ПУ - 2 [2, 4].

Повышения эксплуатационного ресурса периклазоуглеродистых огнеупоров достигается путем добавки шпинели системы МgО - Al₂O₃ до основного состава [9]. В этом направлении шли разработки и компании "Мэйертон". В результате появился ряд новых марок алюмопериклазоуглеродистых огнеупоров с содержанием Al₂O₃ до 85%, с модернизированной матрицей (тонкодисперсной составляющей), с комбинированной углеродистой связкой. Испытания этих огнеупоров показали их высокую устойчивость при контакте со шлаком различного химического состава [10].

С целью повышения стойкости футеровки в шлаковой зоне: были испытаны огнеупоры алюмопериклазоуглеродистого состава с добавлением алюмомагниевой шпинели; были испытаны периклазоуглеродистые изделия на основе крупнокристаллического периклазового порошка с содержанием МgО 98% и графитом SV - 98; разработано новую марку изделий толщиной 300 мм, что позволило повысить устойчивость шлакового пояса при прежней скорости износа на плавку [8].

Несмотря на популярность углеродсодержащих основных огнеупоров (МgО - С, МgО - СаО - С и др..), на некоторых металлургических заводах в шлаковому поясе ковшей все еще используют огнеупоры системы MgO - Cr₂O₃, или даже глиноземохромитовые [1].

Требования к рабочему слою футеровки стен ковшей менее жесткие, чем к огнеупорам шлакового пояса и днища. Рабочий слой футеровки может быть выполнен как из искусственных, огнеупорных изделий, так и из бетонных масс (наливная футеровка).

Предложенное использование различных видов периклазоуглеродистых и периклазошпинелидных огнеупоров для различных зон рабочего слоя футеровки сталеразливочной ковша:

- надшлаковый пояс - периклазошпинельноуглеродистые (ПШУ -45 М);

- шлаковый пояс - периклазоуглеродистые (ПУ - 1, ПУ – 1ДО, ПУ - 6, ПУ – 6ДО) и огнеупоры с повышенным содержанием углерода для выплавки низкькоуглеродистых сталей (ПУ - 5);

- подшлаковый пояс – оксидоуглеродистые с промежуточным ТКЛР для выравнивания температурного расширения различных участков футеровки( ПУ - 2, ПШУ - 50);

- стены в зоне металла – периклазоуглеродистые ( ПУ - 2, ПУ - 3, КПУ - 60) [11].

В научной литературе рекомендуется следующая схема футеровки ста-лерозливних ковшей:

- стены выполняют периклазоуглеродистыми огнеупорами марки ПУПК - Ш2 (МgО - 96 %, Al₂O₃ - 0,32 %, C - 10,4 %) толщиной 200 мм по кольцевой схеме укладки;

- для шлакового пояса применяют изделия марки ПУПК-Ш2 (МgО - 91,2 %, Al₂O₃ - 5,0 %, C - 12,8 %), с повышенным содержанием углерода и антиоксидантом;

- рабочую футеровку выполняют изделиями марки ПУПК - Д ( МgО - 96,3%, Al₂O₃ - 0,29%, C- 8,4%) толщиной 300 мм;

- зазор между кладкой дна и рабочей футеровкой стен уплотняют набивной массой марки ММЛК - 80.

Некоторые сведения о футеровку ковшей различной вместимости приведены в таблице 1.1[8].

Таблиця 1.1 - Сведения о ковшах различной вместимости

Показатели	Сведения о ковшвх различной вместимости
	1	2				3
1. Объем ковша,т	150	350				100 - 120
2. Максимальная температура металла, °С	1700	1700				1650
3 Вид футеровки	Наборная	Набивная				Наливная
4.Толщина слоя, мм - арматурного - робочего
	50		100			65
	160 - 150		230 - 210			170 - 160
5. Материал футеровки: - стен	Периклазохромитовая		Мулитокорундовая	Тиксотропная масса ( Al2O3 >80 %)
- шлакового пояса	Периклазоуглеродистые
- днища	Разные виды				Нет данных
6. Стойкость плавки - стен	58 - 60		40,8	42(52)
- шлакового пояса	Поддается ремонту				42 - 52
- дна	Определяется стойкостью стен				Определяется стойкостью шлакового пояса

В случае ограниченной продолжительности пребывания металла в ковше, в зонах более низких температур расплава и не агрессивных сред, используют кислые огнеупоры: кварцитовые и шамотные (марок ШКУ - 32, ШКУ - 37, ШКУ - 39, ШКУ - 42), а также мулитокремнеземистые ( содержание Al₂O₃ 45 - 55 % или 62%) [6].

Следующим шагом развития рациональной кладки является "дифференциальная" футеровка, суть которой заключается в том, что равномерность износа всех участков достигают варираванием, как первоначальной толщины футеровки, так и использования в местах наибольшего износа огнеупора, что имеет увеличенную устойчивость в конкретных условиях эксплуатации. Применение принципа дифференциальной футеровки позволит обеспечить равномерный износ футеровки [8].