ФУТЕРОВКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ

Футеровка металлургической емкости.
Полезная модель относится к металлургии и предназначена для эксплуатации в тепловых агрегатах с несущим металлическим корпусом, например, в ковшах, миксерах, в том числе передвижных, вакууматорах, плавильных агрегатах и других тепловых агрегатах.
Известна футеровка металлургической емкости ( а.с. СССР № 1592117, кл. В 22D 41/02, опубл. 15.09.90, Б.И. .№ 34), состоящая из металлического корпуса, слоя теплоизоляции, например, из асбеста толщиной 10-15 мм, арматурного слоя из шамотного кирпича толщиной 65 мм и смолосвязанного огнеупора толщиной 125 мм с кажущейся плотностью 2,6-3,4 г/см и соотношением между содержанием углерода и открытой пористостью 1,0-2,0 и рабочего слоя из обожженного шамота толщиной 65 мм. При этом толщина промежуточного слоя, части арматурного слоя, составляет 1,8 - 9,0 от толщины рабочего слоя.
Недостатками предлагаемой футеровки является выполнение рабочего слоя футеровки из шамотных огнеупоров легко изнашиваемых в процессе эксплуатации агрегата под действием расплава стали и шлака, высокая трудоемкость выполнения футеровки - три слоя кирпичной кладки, и использование асбеста в качестве теплоизоляционного слоя, что не безопасно с точки зрения воздействия на здоровье рабочих как при выполнении, так и при ломке футеровки, а с другой стороны асбестовый лист под воздействием температуры до , теряет волоконную структуру и охрупчивается, что сопровождается его осыпанием с необходимостью последующей замены перед выполнением новой футеровки, даже если
арматурный слой не нарушен.  ,., Известен сталеразливочный ковш (патент РФ 2095192, Кл. В 220 41-/02,
опубл. 10.11.97, Б.И. .№ 31), который включает металлический корпус и футеровку стен, состояшую из арматурного слоя, например, из шамотных огнеупоров и рабочего слоя периклазоуглеродистого состава, а также
, 3.1379;ВЗ
..   .1 .
ИЗОЛЯЦИОННОГО слоя, расноложенного между металлическим корпусом и арматурным слоем., выложенного, например, из листового асбеста.
Однако температура металлического корпуса зависит не только от материалов, используемых в качестве футеровочных, но и от соотношения теплофизических и геометрических параметров упомянутых элементов футеровки. Кроме того, применение теплоизоляции, выполняемой из волоконных материалов, не обладающих сопротивляемостью к механическому воздействию (сдавливанию, изгибу) в процессе эксплуатации ковша, сопровождается сминанием волоконного материала в начале кампании использования ковша и после первых плавок теплоизоляционный слой уже не выполняет роль теплоизоляционного материала, а к моменту перефутеровки ковша асбестовый лист под воздействием температуры до , теряет волоконную структуру и охрупчивается, что сопровождается его осыпанием с необходимостью последук)ш;ей замены перед выполнением новой футеровки. Кроме того, применение асбеста вредно для здоровья персонала как во время выполнения футеровки, так и в еш;е большей мере в о время ее ломки после службы, когда асбест имеет форму отдельных мелких иголок.
Известен также сталеразливочный ковш ( Аксельрод Л.М., Мизин В.Г., Филяшин М.К. и др. Сталеразливочный ковш - объект энергосбережения. «Новые огнеупоры, 2002, №3, стр. 52-55.), который включает металлический корпус, теплоизоляционный слой из гибкого муллитокремнеземистого картона толш,иной 10 мм, арматурный слой, состоящий из шамотного огнеупора толщиной 100 мм и засыпки основного состава толщиной 20 мм и рабочего слоя толщиной 200-220 мм периклазоуглеродистого или известковопериклазового состава.
К недостаткам этого технического рещения следует отнести применение картона из огнеупорного волокна, обладающего прочностью при
действием давления жидкого металла в ковше, утрачивает волоконную пористую структуру, что сопровождается повышением теплопроводности этого слоя, а также возможным неравномерным перемещением элементов футеровки и контрольного и рабочего слоев в направлении металлического корпуса с возникновением промежутков между кирпичами с последующим проникновением сквозь футеровку жидкого металла и возможностью создания аварийной обстановки. Кроме того, общая начальная толщина футеровки достигает 330-350 мм для достижения цели - снижения температуры на корпусе металлургической емкости, как в начальный период, так и в период завершения процесса эксплуатации футеровки, когда рабочая футеровка изношена, а теплоизоляционный слой смят, что снижает полезную емкость ковша и увеличивает вес огнеупорной футеровки.
Современные требования к футеровке металлургического агрегата включают: рабочий слой из металло-шлакоустойчивого огнеупорного материала, контрольный слой, обладающий стойкостью к воздействию расплава металла и шлака в случае их проникновения через огнеупоры рабочего слоя и теплоизоляционный слой, обладающий теплоизолирующими характеристиками в период эксплуатации контрольного слоя.
Техническим результатом предлагаемой модели является повышение стойкости футеровки металлургического агрегата и сохранение устойчивости температурного режима его эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что футеровка металлургической емкости, имеющей несущий металлический корпус, содержит теплоизоляционный, контрольный и рабочий слои, выполненные толщиной, величины которых соотносятся как 1 : () : (6,). При этом теплоизоляционный слой выполнен из огнеупорного материала, содержащего алюмосиликаты или силикаты магния, контрольный слой выполнен из алюмосиликатных материалов с содержанием оксида алюминия не более 80% и рабочий слой выполнен из углеродсодержащих огнеупорных материалов. При этом прочность теплоизоляционного слоя составляет не
9О
менее 5 Н/мм , а теплопроводность - не более 0,45 Вт/мК при 300 С.
Повышение стойкости футеровки металлургического агрегата и сохранение устойчивости температурного режима его эксплуатации будет достигаться вследствие соответствующего подбора состава огнеупоров слоев футеровки при регламентации толщины этих слоев и соблюдении требований к теплопроводности и прочности теплоизоляционного слоя. При соблюдении заявляемых требований к выполнению футеровки в процессе эксплуатации агрегата и в начальный период, при исходной толщине рабочей футеровки, и на завершающем этапе при износе рабочего слоя перед его заменой, на протяжении всей кампании эксплуатации этого агрегата, включающей несколько замен рабочей футеровки, сохраняется устойчивый тепловой режим эксплуатации. Температура на металлическом корпусе не превышает допустимую величину (например, 310°С для сталеразливочных ковшей и  для чугуновозных передвижных миксеров), стойкость футеровки растет, так как прочность теплоизоляционного слоя обеспечивает его целостность на протяжении всей кампании и нет необходимости замены контрольного слоя из-за разрушения теплоизоляционного слоя. Соответственно увеличивается интенсивность использования агрегата, уменьшается необходимый парк этих агрегатов, снижается удельный расход огнеупоров.
Выбранные соотношения толщин слоев футеровки, а так же требования к максимальной теплопроводности и прочности теплоизоляционного слоя, обоснованы расчетами изменения температуры по толщине футеровки в зависимости от теплопроводности и толщины слоев, с  известных закономерностей изменения теплопроводности огнеупорных материалов при повышении температуры, а так же нагрузок на футеровку агрегата, заполненного металлом. Указанные расчеты скорректированы в процессе экспериментальной апробации предлагаемой футеровки на реальных металлургических агрегатах.
При нарушении рекомендуемых соотношений толщин слоев и использовании огнеунора с теплопроводностью выше, чем 0,45 Вт/мК, либо неоправданно увеличивается толщина футеровки агрегата с увеличением массы огнеупоров и снижении полезного объема агрегата, либо увеличивается температура на металлическом корпусе, что приведет к преждевременному выходу корпуса из строя и значительным теплопотерям металла (остыванию металла) в агрегате. При прочности теплоизоляционного
слоя менее 5 П/мм этот слой может разрушиться под давлением металла, находящегося в агрегате.
Далее приведена схема осуществления предлагаемого рещения (элемент футеровки), а именно футеровка агрегата в разрезе. Футеровка металлургического агрегата состоит из металлического корпуса 1, теплоизоляционного слоя 2, контрольного слоя 3 и рабочего слоя 4.
Примеры реализации полезной модели.
Пример 1. Футеровка сталеразливочного ковша включает металлический корпус, теплоизоляционный слой толщиной 30 мм, выполненный из муллитокорундового легковеса марки МКЛ-0,8 с теплопроводностью 0,45 Вт/мК и пределом прочности при сжатии 5,0 Шмм, контрольный слой толщиной 65 мм, выполнен из высокоглиноземистых изделий марки МКБ-75 с содержанием  78%, а рабочий слой из периклазоуглеродистых безобжиговых огнеупоров толщиной 200 мм.
При таком соотношении толщин слоев 1 : 2,2 : 6,7 и качественных показателях огнеупоров, температура на корпусе ковша составила при завершении кампании (остаточная толщина рабочего слоя не менее 80 мм) 280-3 . При стойкости рабочего слоя 100 плавок ковш эксплуатировался без замены контрольного и теплоизоляционного слоев на протяжении 8 кампаний.
выполненный из теплоизоляционных плит на основе силиката магния марки ISOMAG 70 с теплопроводностью 0,26 Вт/мК и пределом прочности при сжатии 15,0 Н/мм, контрольный слой толщиной 80 мм, выполнен из высокоглиноземистого бетона с содержанием А12Оз 61%, а рабочий слой из периклазоуглеродистых безобжиговых огнеупоров толщиной 150 мм. В сравнении с футеровкой по примеру 1 снижен общий вес футеровки и увеличена емкость ковша, а соотношение толщин слоев составляет 1:5: 9,4. При этом, при стойкости футеровки 80 плавок, температура на корпусе не превышала 310°С и ковш эксплуатировался без замены контрольного и теплоизоляционного слоев на протяжении 10 кампаний.
Пример 3. Футеровка передвижного миксера включает металлический корпус, теплоизоляционный слой толщиной 16 мм, выполненный из теплоизоляционных плит на основе силиката магния марки ISOMAG 70 с теплопроводностью 0,26 Вт/мК и пределом прочности при сжатии 15,0 Н/мм, контрольный слой толщиной 240 мм, выполнен из шамотных изделий с содержанием А12Оз 39%, а рабочий слой выполнен из алюмокарборундоуглеродистых безобжиговых огнеупоров толщиной 345 мм. Соотношение толщин слоев 1 : 15 : 21,6.
При этом при средней стойкости футеровки 2600 плавок температура на корпусе не превышала 200°С и ковш эксплуатировался без замены контрольного и теплоизоляционного слоев на протяжении 6 кампаний.
При использовании в качестве теплоизоляционного материала муллитокорундового картона марки МКЛКР - 450 толщиной 10 мм на сталеразливочных ковшах (при общей толщине футеровки аналогичной приведенной в примере 1) в начале эксплуатации агрегата температура корпуса не превышала , однако, на сталеразливочных ковшах уже на 40-й плавке первой кампании она достигала  и к завершению кампании превышала .
теплоизоляционным слоем на 40-60% превышает срок службы футеровки с использованием листового асбеста и муллитокорундового картона, при этом отсутствуют проблемы с воздействием на обслуживающий персонал керамической пыли, содержащей мелкие иголки. Металл лучше сохраняет температуру в процессе эксплуатации агрегата, металлический корпус не подвергается воздействию высоких температур, что увеличивает срок его эксплуатации, препятствует изменению его первоначальной формы, кроме этого снижается расход огнеупоров.