Футеровка ковша
Кожух и все металлические элементы предохраняются от перегрева футеровкой. В соответствии с условиями службы ковша футеровка должна быть термостойкой, устойчивой против коррозионного и эрозионного разрушения жидким металлом и шлаком, обладать небольшой теплопроводностью, теплоёмкостью и усадкой при температурах службы, а в процессе внепечной обработки не взаимодействовать с вводимыми в металл реагентами. В полной мере этим требованиям не отвечает ни один из применяемых вариантов футеровки ковшей, выбор которого зависит также от стоимости огнеупоров, непосредственно влияет на число ковшей в цехе, занимаемые ремонтным оборудованием площади, количество трудящихся и пр. В связи с этим, наряду с наиболее распространённой футеровкой из недорогих алюмосиликатных огнеупоров используются высокоглинозёмистые и основные огнеупоры. По методу изготовления рабочего слоя футеровки различают использование формованных, набивных и наливных огнеупоров.
Для обеспечения минимальных тепловых потерь и высокой стойкости при относительно небольшой массе применяются многослойные тонкостенные футеровки. Трёхслойная футеровка состоит из теплоизоляционного (выравнивающего), арматурного и рабочего слоёв, выполняемых из различных материалов, определяющих конструкцию футеровки днища и стен в соответствии с условиями эксплуатации ковшей.
Теплоизоляционный (выравнивающий) слой изготавливается из шамотноглинистых или кварцеглинистых порошков, увлажнённых до 7-10%. Масса наносится равномерно на всю внутреннюю поверхность кожуха, выравнивая неровности для укладки арматурного слоя. Этот слой является компенсатором тепловых расширений кладки в радиальном направлении. Для снижения потерь тепла при основной футеровке изоляционный слой выполняют из асбестового или каолинового картона толщиной 20 мм.
Арматурный слой обеспечивает тепловую изоляцию для создания стабильных условий разливки, а также гарантирует безопасность в случае нарушения рабочего слоя. Кладку стен арматурного слоя выполняют из нормального и клинового шамотного кирпича на обычных шамотноглинистых растворах. Толщина этого слоя увеличивается с повышением вместимости ковшей и сверху вниз, она составляет 30-65мм. При изготовлении рабочего слоя футеровки из основных огнеупоров толщина арматурного слоя увеличивается до 100 мм. Арматурный слой днища выкладывают из одного-трёх рядов нормального кирпича на плашку с перекрытием швов поворотом каждого ряда на 90-1200 и одного ряда донного кирпича на ребро. На стыке со стенками кладка выполняется со ступеньчатыми уступами. При правильной эксплуатации ковшей арматурный слой служит до 12 месяцев.
Рабочий слой футеровки, который находится в непосредственном контакте с расплавом, изнашивается быстро, определяя общую стойкость ковша. При определении необходимой толщины рабочего слоя учитывается топография его износа по высоте и периметру ковша. Минимальный расход огнеупоров достигается если к моменту замены футеровки остаточная её толщина примерно одинакова во всех участках и составляет не менее 30% от первоначальной. Огнеупоры изнашиваются неравномерно. Повышенный износ огнеупоров наблюдается в районе шлакового пояса и при попадании струи выпускаемого металла на стенки ковша. В нижней части кладка изнашивается в два раза быстрее, чем в верхней. Это связано с более продолжительным воздействием расплава на нижние участки футеровки и большим гидростатическим давлением, повышающим пропитку огнеупоров металлом. Поэтому для удлинения компании ковшей и снижения удельного расхода огнеупоров, кладку по высоте ковша изготовляют, увеличивая толщину пропорционально её износу, а также усиливают её «боевую» часть.
При использовании алюмосиликатных огнеупоров кладку рабочего наружного ряда стен ковша выполняют из специального по форме и размерам ковшевого лекального кирпича, обеспечивающего наименьшую не увеличивающуюся при износе кладки толщину вертикальных швов, которая не должна превышать 2 мм. Именно по вертикальным швам наиболее интенсивно разрушается кладка направленными циркуляционными потоками металла. Поэтому кладку ведут обязательно с перевязкой вертикальных швов. Рабочий кирпичный слой вплотную примыкает к арматурному слою. В ковшах вместимостью до 25 т толщина футеровки по всей высоте стен одинаковая, при увеличении вместимости ковшей до 150 т футеровка рабочего слоя выполняется из двух поясов разной толщины, в ковшах вместимостью до 350 т — из трёх, а в самых крупных ковшах формируют 4-5 поясов футеровки различной толщины. Варьирование толщины достигается использованием кирпичей различных размеров, что увеличивает количество их типоразмеров применяемых для кладки.
Существуют два типа кладки рабочего слоя формованными огнеупорами. Реже применяют более прочную кладку в виде отдельных замкнутых колец с подгонкой «замкового» кирпича. Но такая кладка более трудоёмкая, а чрезмерные перенапряжения в огнеупорах, снижают их стойкость на 10-15%. Менее трудоёмкой и более стойкой является винтовая кладка без «замковых» кирпичей. При этом кирпичи располагаются по винтовой линии на всю высоту стен, как бы повторяя винтовую резьбу. Направление витков создаётся особой кладкой дна ковша у боковых стен в зависимости от того, какая применяется кладка: двух-, трёх- или четырёхзаходная. Начало витков создаётся специальными по форме кирпичами или утрамбованной подсыпкой из огнеупорной щебёнки на растворе под углом 15-200. Винтовая кладка обеспечивает перевязку верти-кальных швов, а продолжительность её изготовления сокращается на 25-30%. Вся кладка ведётся на растворах из соответствующих мертелей. Ремонт футеровки сталеразливочных ковшей трудоёмкий процесс, связан с большими затратами материалов и труда. На ремонт кирпичной футеровки среднего по вместимости ковша расходуется около 20 т кирпича и 2 т огнеупорного раствора. Механизируется в основном приготовление раствора и доставка материалов в ремонтируемый ковш. На некоторых заводах кирпичи из заводов изготовителей доставляют железнодорожным транспортом в контейнерах, которые складируют под рабочей площадкой вдоль фронта транспортёров, а затем подают их в ковш, установленный в ремонтной яме.
Кладку нижней части ковша каменщики производят стоя на дне ковша, а затем используют подъёмный механизированный стол, поднимающийся по мере подъёма уровня кладки. Рабочий слой днища ковша изготовляют толщиной 150-200 мм из прямых кирпичей, укладываемых на ребро с перевязкой вертикальных швов относительно арматурного ряда поворотом направления кладки на 120-1350. Суммарную толщину футеровки днища соизмеряют с высотой узла установки сталеразливочного стакана, с которого и начинают формировать кладку днища. Обычно на выравнивающий слой укладывают первый гнездовой кирпич, а на него строго горизонтально ставится второй гнездовой кирпич на уровне с верхним рядом футеровки дна ковша. Ось канала гнездовых кирпичей совмещают с осью отверстия в кожухе днища. Ось отверстия сталеразливочного стакана, устанавливаемого в гнездовые кирпичи должна быть строго вертикальной. Существуют несколько вариантов оформления узла установки сталеразливочного стакана, рис. 8.3. При использовании шиберных затворов сталеразливочный стакан ставится снаружи ковша, что облегчает и ускоряет его замену. Более надёжным способом является установка стакана с прямой конусностью изнутри ковша в гнездовой кирпич. При этом для защиты рабочего от теплового излучения внутренними поверхностями стен и дна ковша применяют теплозащитную кессон-камеру.
В качестве материалов для арматурного и рабочего слоя применяют, как правило, шамотные огнеупоры уплотнённые и плотные марок ШКУ и ШКП с содержанием 32-39% Al2O3. Эти огнеупоры изготавливаются из дешёвых огнеупорных глин с различным соотношением Al2O3 и SiO2, что расширяет выбор материалов этого класса. Они удовлетворительно противостоят воздействию большинства металлических и шлаковых расплавов до температуры 16200С и продолжительности взаимодействия 1-1,5 часа.
Рисунок 8.3 – Способы установки разливочного стакана в ковше
Однако в настоящее время всё более внедряются различные методы обработки металла в ковшах. С увеличением температуры выпускаемого металла и продолжительности пребывания его в ковше при высоких скоростях конвективных потоков жидких фаз, а также в условиях использования рафинирующих реагентов и низких давлений, агрессивно действующих на футеровку, алюмосиликатные огнеупоры служат неудовлетворительно. Снизилась их стойкость, затрудняется рафинирование металла, возросли удельные расходы материалов, увеличилось число и время простоев ковшей на ремонтах футеровки. Поэтому на практике при температуре расплавов 1620-1660 o С применяются высокоглинозёмистые материалы, а при более высоких температурах — основные огнеупоры.
Футеровка ковшей огнеупорами более высокого класса применяется только для рабочего слоя, иногда только в наиболее изнашиваемых участках. В качестве основных огнеупоров применяют периклазохромитовые, известковопериклазовые термообработанные и др. Обладая высокой устойчивостью против воздействия синтетических шлаков, эти огнеупоры менее термостойки, в 2 раза более теплопроводны, а плотность их на 28-42% выше, чем у алюмосиликатных огнеупоров. Поэтому конструктивно усиливают тепловую изоляцию, а толщину массивного рабочего слоя снижают в стенах до 150-220мм и в днище до 150-200мм, чтобы не снижать вместимость ковшей.
В качестве формованных материалов применяют периклазохромитовые изделия, содержащие 73-74% MgO и 13.5-14.5 Сr2O3, из которых, как правило, футеруют шлаковый пояс и днище. Кладку ведут муллитовой массой на сернокислой магнезии. Безобжиговые унифицированные формованные изделия марки ПХКБ из периклазохромитового бетона содержат 77-82% MgO и 8-9% Сr2O3. Швы изготовляют на основе периклазового порошка. Изделия имеют форму сегмента и шарнирные соединения между собой, что позволяет резко сократить число типоразмеров ковшевых огнеупоров, а также футеровать даже деформированные стены.
Применяют также более дешевые известковопериклазовые и периклазоизвестковые огнеупоры на пековой или смоляной связке. Они плохо смачиваются металлом и более износостойкие. Для повышения спекаемости в их состав вводят до 2% окалины. Эти огнеупоры предварительно подвергают термообработке или обжигают после изготовления кладки. Конструкция такой кладки предусматривает наличие прослойки между арматурным и рабочим слоями толщиной 10-40мм из смолоизвестковопериклазовой массы. Эта компенсационная и теплоизолирующая прослойка удерживает металл в случае проникновения его через прямые швы рабочего слоя, которые могут раскрыться при резком охлаждении футеровки. На ковшах с основной футеровкой в качестве гнездовых огнеупорных материалов применяют муллитокорундовые или периклазохромитовые гнездовые кирпичи, стойкость которых приближается к стойкости футеровки стен и днища.
В качестве глинозёмистых огнеупоров чаще других для футеровки рабочего слоя применяют формованные муллитовые и муллитокорундовые изделия. Высокоглинозёмистые огнеупоры широко применяют в комбинации с другими огнеупорами. Применение их сдерживается дефицитом и высокой стоимостью исходного сырья.
Источник
Футеровка ковша
Кожух и все металлические элементы предохраняются от перегрева футеровкой. В соответствии с условиями службы ковша футеровка должна быть термостойкой, устойчивой против коррозионного и эрозионного разрушения жидким металлом и шлаком, обладать небольшой теплопроводностью, теплоёмкостью и усадкой при температурах службы, а в процессе внепечной обработки не взаимодействовать с вводимыми в металл реагентами. В полной мере этим требованиям не отвечает ни один из применяемых вариантов футеровки ковшей, выбор которого зависит также от стоимости огнеупоров, непосредственно влияет на число ковшей в цехе, занимаемые ремонтным оборудованием площади, количество трудящихся и пр. В связи с этим, наряду с наиболее распространённой футеровкой из недорогих алюмосиликатных огнеупоров используются высокоглинозёмистые и основные огнеупоры. По методу изготовления рабочего слоя футеровки различают использование формованных, набивных и наливных огнеупоров.
Для обеспечения минимальных тепловых потерь и высокой стойкости при относительно небольшой массе применяются многослойные тонкостенные футеровки. Трёхслойная футеровка состоит из теплоизоляционного (выравнивающего), арматурного и рабочего слоёв, выполняемых из различных материалов, определяющих конструкцию футеровки днища и стен в соответствии с условиями эксплуатации ковшей.
Теплоизоляционный (выравнивающий) слой изготавливается из шамотноглинистых или кварцеглинистых порошков, увлажнённых до 7-10%. Масса наносится равномерно на всю внутреннюю поверхность кожуха, выравнивая неровности для укладки арматурного слоя. Этот слой является компенсатором тепловых расширений кладки в радиальном направлении. Для снижения потерь тепла при основной футеровке изоляционный слой выполняют из асбестового или каолинового картона толщиной 20 мм.
Арматурный слой обеспечивает тепловую изоляцию для создания стабильных условий разливки, а также гарантирует безопасность в случае нарушения рабочего слоя. Кладку стен арматурного слоя выполняют из нормального и клинового шамотного кирпича на обычных шамотноглинистых растворах. Толщина этого слоя увеличивается с повышением вместимости ковшей и сверху вниз, она составляет 30-65мм. При изготовлении рабочего слоя футеровки из основных огнеупоров толщина арматурного слоя увеличивается до 100 мм. Арматурный слой днища выкладывают из одного-трёх рядов нормального кирпича на плашку с перекрытием швов поворотом каждого ряда на 90-1200 и одного ряда донного кирпича на ребро. На стыке со стенками кладка выполняется со ступеньчатыми уступами. При правильной эксплуатации ковшей арматурный слой служит до 12 месяцев.
Рабочий слой футеровки, который находится в непосредственном контакте с расплавом, изнашивается быстро, определяя общую стойкость ковша. При определении необходимой толщины рабочего слоя учитывается топография его износа по высоте и периметру ковша. Минимальный расход огнеупоров достигается если к моменту замены футеровки остаточная её толщина примерно одинакова во всех участках и составляет не менее 30% от первоначальной. Огнеупоры изнашиваются неравномерно. Повышенный износ огнеупоров наблюдается в районе шлакового пояса и при попадании струи выпускаемого металла на стенки ковша. В нижней части кладка изнашивается в два раза быстрее, чем в верхней. Это связано с более продолжительным воздействием расплава на нижние участки футеровки и большим гидростатическим давлением, повышающим пропитку огнеупоров металлом. Поэтому для удлинения компании ковшей и снижения удельного расхода огнеупоров, кладку по высоте ковша изготовляют, увеличивая толщину пропорционально её износу, а также усиливают её «боевую» часть.
При использовании алюмосиликатных огнеупоров кладку рабочего наружного ряда стен ковша выполняют из специального по форме и размерам ковшевого лекального кирпича, обеспечивающего наименьшую не увеличивающуюся при износе кладки толщину вертикальных швов, которая не должна превышать 2 мм. Именно по вертикальным швам наиболее интенсивно разрушается кладка направленными циркуляционными потоками металла. Поэтому кладку ведут обязательно с перевязкой вертикальных швов. Рабочий кирпичный слой вплотную примыкает к арматурному слою. В ковшах вместимостью до 25 т толщина футеровки по всей высоте стен одинаковая, при увеличении вместимости ковшей до 150 т футеровка рабочего слоя выполняется из двух поясов разной толщины, в ковшах вместимостью до 350 т — из трёх, а в самых крупных ковшах формируют 4-5 поясов футеровки различной толщины. Варьирование толщины достигается использованием кирпичей различных размеров, что увеличивает количество их типоразмеров применяемых для кладки.
Существуют два типа кладки рабочего слоя формованными огнеупорами. Реже применяют более прочную кладку в виде отдельных замкнутых колец с подгонкой «замкового» кирпича. Но такая кладка более трудоёмкая, а чрезмерные перенапряжения в огнеупорах, снижают их стойкость на 10-15%. Менее трудоёмкой и более стойкой является винтовая кладка без «замковых» кирпичей. При этом кирпичи располагаются по винтовой линии на всю высоту стен, как бы повторяя винтовую резьбу. Направление витков создаётся особой кладкой дна ковша у боковых стен в зависимости от того, какая применяется кладка: двух-, трёх- или четырёхзаходная. Начало витков создаётся специальными по форме кирпичами или утрамбованной подсыпкой из огнеупорной щебёнки на растворе под углом 15-200. Винтовая кладка обеспечивает перевязку верти-кальных швов, а продолжительность её изготовления сокращается на 25-30%. Вся кладка ведётся на растворах из соответствующих мертелей. Ремонт футеровки сталеразливочных ковшей трудоёмкий процесс, связан с большими затратами материалов и труда. На ремонт кирпичной футеровки среднего по вместимости ковша расходуется около 20 т кирпича и 2 т огнеупорного раствора. Механизируется в основном приготовление раствора и доставка материалов в ремонтируемый ковш. На некоторых заводах кирпичи из заводов изготовителей доставляют железнодорожным транспортом в контейнерах, которые складируют под рабочей площадкой вдоль фронта транспортёров, а затем подают их в ковш, установленный в ремонтной яме.
Кладку нижней части ковша каменщики производят стоя на дне ковша, а затем используют подъёмный механизированный стол, поднимающийся по мере подъёма уровня кладки. Рабочий слой днища ковша изготовляют толщиной 150-200 мм из прямых кирпичей, укладываемых на ребро с перевязкой вертикальных швов относительно арматурного ряда поворотом направления кладки на 120-1350. Суммарную толщину футеровки днища соизмеряют с высотой узла установки сталеразливочного стакана, с которого и начинают формировать кладку днища. Обычно на выравнивающий слой укладывают первый гнездовой кирпич, а на него строго горизонтально ставится второй гнездовой кирпич на уровне с верхним рядом футеровки дна ковша. Ось канала гнездовых кирпичей совмещают с осью отверстия в кожухе днища. Ось отверстия сталеразливочного стакана, устанавливаемого в гнездовые кирпичи должна быть строго вертикальной. Существуют несколько вариантов оформления узла установки сталеразливочного стакана, рис. 8.3. При использовании шиберных затворов сталеразливочный стакан ставится снаружи ковша, что облегчает и ускоряет его замену. Более надёжным способом является установка стакана с прямой конусностью изнутри ковша в гнездовой кирпич. При этом для защиты рабочего от теплового излучения внутренними поверхностями стен и дна ковша применяют теплозащитную кессон-камеру.
В качестве материалов для арматурного и рабочего слоя применяют, как правило, шамотные огнеупоры уплотнённые и плотные марок ШКУ и ШКП с содержанием 32-39% Al2O3. Эти огнеупоры изготавливаются из дешёвых огнеупорных глин с различным соотношением Al2O3 и SiO2, что расширяет выбор материалов этого класса. Они удовлетворительно противостоят воздействию большинства металлических и шлаковых расплавов до температуры 16200С и продолжительности взаимодействия 1-1,5 часа.
Способы установки разливочного стакана в ковше
Рисунок 8.3 – Способы установки разливочного стакана в ковше
Однако в настоящее время всё более внедряются различные методы обработки металла в ковшах. С увеличением температуры выпускаемого металла и продолжительности пребывания его в ковше при высоких скоростях конвективных потоков жидких фаз, а также в условиях использования рафинирующих реагентов и низких давлений, агрессивно действующих на футеровку, алюмосиликатные огнеупоры служат неудовлетворительно. Снизилась их стойкость, затрудняется рафинирование металла, возросли удельные расходы материалов, увеличилось число и время простоев ковшей на ремонтах футеровки. Поэтому на практике при температуре расплавов 1620-1660oС применяются высокоглинозёмистые материалы, а при более высоких температурах — основные огнеупоры.
Футеровка ковшей огнеупорами более высокого класса применяется только для рабочего слоя, иногда только в наиболее изнашиваемых участках. В качестве основных огнеупоров применяют периклазохромитовые, известковопериклазовые термообработанные и др. Обладая высокой устойчивостью против воздействия синтетических шлаков, эти огнеупоры менее термостойки, в 2 раза более теплопроводны, а плотность их на 28-42% выше, чем у алюмосиликатных огнеупоров. Поэтому конструктивно усиливают тепловую изоляцию, а толщину массивного рабочего слоя снижают в стенах до 150-220мм и в днище до 150-200мм, чтобы не снижать вместимость ковшей.
В качестве формованных материалов применяют периклазохромитовые изделия, содержащие 73-74% MgO и 13.5-14.5 Сr2O3, из которых, как правило, футеруют шлаковый пояс и днище. Кладку ведут муллитовой массой на сернокислой магнезии. Безобжиговые унифицированные формованные изделия марки ПХКБ из периклазохромитового бетона содержат 77-82% MgO и 8-9% Сr2O3. Швы изготовляют на основе периклазового порошка. Изделия имеют форму сегмента и шарнирные соединения между собой, что позволяет резко сократить число типоразмеров ковшевых огнеупоров, а также футеровать даже деформированные стены.
Применяют также более дешевые известковопериклазовые и периклазоизвестковые огнеупоры на пековой или смоляной связке. Они плохо смачиваются металлом и более износостойкие. Для повышения спекаемости в их состав вводят до 2% окалины. Эти огнеупоры предварительно подвергают термообработке или обжигают после изготовления кладки. Конструкция такой кладки предусматривает наличие прослойки между арматурным и рабочим слоями толщиной 10-40мм из смолоизвестковопериклазовой массы. Эта компенсационная и теплоизолирующая прослойка удерживает металл в случае проникновения его через прямые швы рабочего слоя, которые могут раскрыться при резком охлаждении футеровки. На ковшах с основной футеровкой в качестве гнездовых огнеупорных материалов применяют муллитокорундовые или периклазохромитовые гнездовые кирпичи, стойкость которых приближается к стойкости футеровки стен и днища.
В качестве глинозёмистых огнеупоров чаще других для футеровки рабочего слоя применяют формованные муллитовые и муллитокорундовые изделия. Высокоглинозёмистые огнеупоры широко применяют в комбинации с другими огнеупорами. Применение их сдерживается дефицитом и высокой стоимостью исходного сырья.
Источник
