Способ сушки и нагрева футеровки сталеразливочного ковша
METHOD FOR DRYING AND HEATING STEEL CASTING LADLE LINING

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для сушки и нагрева футеровки сталеразливочных ковшей.
В настоящее время подогрев футеровки сталеразливочных ковшей на большинстве металлургических предприятий производится на стендах сушки и подогрева при помощи газовоздушных горелок. Наибольшая температура рабочей поверхности футеровки ковшей после такого нагрева составляет 1200°С. Для осуществления нагрева пустой ковш устанавливается под крышку, с установленной в ней горелкой, при этом эвакуация отходящих газов осуществляется через газоход. (Современные горелочные устройства (конструкции и технические характеристики): Справочное издание. Винтовкин А.А. и др. – М.: Машиностроение-1, 2001. - 496 с.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению, принятым за прототип, является способ сушки и нагрева сталеразливочного ковша (патент РФ №2119844) с помощью газовоздушной горелки, вмонтированной в крышку. При этом расстояние от нижнего торца горелки до внутренней поверхности крышки составляет от 0,001 до 0,2 м. Нагрев осуществляют в два этапа. На первом осуществляют сушку ковша, а на втором - нагрев футеровки до 800-1200°С. Основным недостатком указанного способа является низкая максимальная температура поверхности футеровки, которая не превышает 1200°С. Это приводит к снижению стойкости футеровки из-за термомеханических напряжений, возникающих при контакте футеровки с жидким металлом, имеющим температуру 1600-1650°С. Кроме того, аккумуляция тепла недостаточно нагретой футеровкой ковша требует перегрева плавки в сталеплавильном агрегате перед ее выпуском в ковш. Также расположение горелки в верхней части ковша не позволяет добиться равномерности прогрева футеровки по высоте ковша, что снижает стойкость футеровки и приводит к дополнительным тепловым потерям металла в ковше. А при использовании для футеровки ковша углеродсодержащих огнеупоров окислительная атмосфера во внутреннем пространстве ковша приводит к выгоранию углерода из поверхностного слоя огнеупоров, что снижает их стойкость.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке способа сушки и разогрева футеровки сталеразливочного ковша, не имеющего вышеуказанных недостатков.
Для решения поставленной задачи разработан способ сушки и нагрева футеровки сталеразливочного ковша, накрытого крышкой, включающий размещение источника тепловой энергии во внутреннем пространстве сталеразливочного ковша, и нагрев футеровки, осуществляемый в два этапа, на первом из которых осуществляют сушку футеровки. Согласно изобретению, в качестве источника тепловой энергии используют низкотемпературную плазму, генерируемую в плазмотроне с использованием инертного плазмообразующего газа, при этом плазмотрон вводят в ковш через отверстие в крышке вертикально по оси ковша до достижения нижним торцом плазмотрона точки, удаленной от нижней точки днища ковша на расстояние, равное 0,5-0,6 от среднего диаметра ковша. На втором этапе футеровку нагревают до достижения на ее рабочей поверхности температуры 1600-1650°С. После этапа нагрева футеровки повышают мощность плазмотрона для оплавления рабочей поверхности футеровки, при этом плазмотрон перемещают сверху вниз по вертикальной оси ковша.
Технический результат заключается в увеличении стойкости футеровки и снижении затрат энергии при выплавке и внепечной обработке стали.
Увеличение стойкости футеровки достигается за счет нагрева футеровки на номинальной мощности плазмотрона до достижения температуры рабочей поверхности футеровки ковша до 1600-1650°С и использования инертного газа для генерации плазмы.
После нагрева осуществляют оплавление слоя рабочей поверхности футеровки на мощности плазмотрона, увеличенной относительно мощности в период нагрева футеровки, для образования защитного слоя огнеупоров, при этом плазмотрон перемещают сверху вниз по вертикальной оси ковша для равномерного оплавления поверхностного слоя огнеупоров, что позволяет повысить их шлакоустойчивость и абразивостойкость и приводит к увеличению стойкости футеровки ковша.
Снижение затрат энергии при выплавке и внепечной обработке стали происходит за счет снижения тепловых потерь металла при аккумуляции тепла футеровкой при выпуске в ковш. Для этого на второй стадии осуществляют нагрев на номинальной мощности до достижения температуры рабочей поверхности футеровки ковша до 1600-1650°С. Температура футеровки выбрана таким образом, чтобы снизить градиент температур между футеровкой и горячим металлом, заливаемым в ковш, имеющим температуру 1600-1650°С. Таким образом, снижаются тепловые потери металла, что приводит к снижению затрат энергии при выплавке и внепечной обработке стали.
Способ осуществляют следующим образом. Вновь зафутерованный ковш подают на стенд сушки и закрывают крышкой, затем в ковш, через отверстие в крышке, вертикально по оси ковша опускают плазмотрон до достижения нижним торцом плазмотрона точки, удаленной от нижней точки днища ковша на расстояние, равное 0,5-0,6 от среднего диаметра ковша. Расположение плазмотрона выбрано таким образом, чтобы плазменная струя находилась на одинаковом расстоянии от стен и днища ковша. При ином расположении плазмотрона (меньше 0,5 или больше 0,6 среднего диаметра) будет наблюдаться неравномерный разогрев футеровки днища и стенки ковша, что не позволит достичь технического результата. На плазмотрон подается электрическое напряжение и, с использованием инертного плазмообразующего газа, генерируется плазменный разряд.
На первом этапе процесса осуществляют сушку футеровки ковша. Температурный режим и длительность сушки выбирается в зависимости от типа и толщины огнеупорной футеровки. На втором этапе проводят нагрев на номинальной мощности до достижения температуры рабочей поверхности футеровки ковша до 1600-1650°С. Температура футеровки выбрана таким образом, чтобы снизить градиент температур между футеровкой и горячим металлом, заливаемым в ковш, имеющим температуру 1600-1650°С. Кроме того, при такой температуре нагрева футеровки снижаются тепловые потери металла за счет аккумуляции тепла футеровкой при выпуске в ковш, что приводит к снижению затрат энергии при выплавке и внепечной обработке стали.
Один из вариантов настоящего способа сушки и нагрева заключается в том, что после нагрева осуществляется оплавление слоя рабочей поверхности футеровки огнеупора, на мощности плазмотрона, увеличенной относительно мощности в период нагрева футеровки, для образования защитного слоя огнеупоров, при этом плазмотрон перемещают сверху вниз по вертикальной оси ковша для получения равного по высоте ковша оплавленного слоя футеровки. Оплавление поверхностного слоя огнеупоров позволяет повысить их шлакоустойчивость и абразивостойкость, что приведет к увеличению стойкости футеровки ковша.
Известно, что во время сушки и нагрева углеродсодержащих футеровок в окислительной атмосфере при температуре выше 500-600°С происходит выгорание углерода из поверхностного слоя огнеупоров, что приводит к их разрыхлению и снижению стойкости. Так как в качестве плазмообразующего газа используется инертный газ, в ковше во время сушки и подогрева создается нейтральная атмосфера, позволяющая предотвратить окисление углерода, а значит повысить стойкость углеродсодержащей футеровки.
Пример 1
Способ был экспериментально реализован в ОАО «СКБ Сибэлектротерм». В крышку ковша вместимостью 3 тонны с футеровкой (марки ШКУ-39) установили плазмотрон.
Расстояние от катодного сопла плазмотрона до дна ковша установили равным 0,45 м. Затем включили плазменный разряд на 0,5 номинальной мощности для удаления влаги из футеровки. После сушки футеровки в течение 1 часа увеличили мощность плазменного разряда до номинального значения и осуществили нагрев рабочего слоя футеровки до температуры 1600°С. Далее, согласно п. 2 формулы заявляемого способа, проводилось оплавление слоя рабочей поверхности футеровки.
Для этого увеличили мощность плазменного разряда до 1,3 номинального и перемещая плазмотрон по вертикальной оси провели равномерное оплавление стен футеровки ковша.
Отобрали образец футеровки для химического и фазового анализа. Поверхность огнеупора была покрыта стеклофазой с нулевой открытой пористостью толщиной 2-4 мм. На толщине 5-6 мм от поверхности фазовый состав соответствует неизмененному шамоту. Таким образом, оплавленная футеровка приобретает повышенную стойкость, не теряя при этом своих огнеупорных и теплоизолирующих свойств.
Пример 2
Футеровка ковша вместимостью 3 тонны с периклазоуглеродистой футеровкой (типа МС95/10 по ISO 10081-3) сушилась и нагревалась согласно п. 1. формулы заявляемого способа. Макро- и микроскопический анализ образца кирпича показал, что выгорание углерода из огнеупора практически отсутствует, толщина обезуглероженного слоя не превышала 2 мм. В то же время, по данным (Матвеев М.В. Повышение стойкости периклазоуглеродистых футеровок сталеразливочных ковшей на основе применения ресурсосберегающих технологий разогрева: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.16.02 / Матвеев Максим Валерьевич - Новокузнецк. 2013. - 22 с.) при сушке периклазоуглеродистой футеровки с помощью газовой горелки, толщина обезуглероженного слоя достигает 8-10 мм. Учитывая, что в течение первых нескольких плавок этот слой обычно полностью пропитывается металлом и шлаком, а также, что средняя скорость износа ПУ футеровки составляет 1,5 мм за плавку, применение новой технологии сушки повысит стойкость футеровки на 6-7 плавок или 10-15%.