Футеровка сталеразливочного ковша
LADLE LINING

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к сталеплавильному производству, и может быть использовано при транспортировке жидкого металла от сталеплавильного агрегата до установки разливки стали в металлургических цехах.
Известны сталеразливочные ковши для транспортировки жидкого металла в сталеплавильных цехах, состоящие из металлического корпуса и огнеупорной футеровки [1] (патент RU 2044602 C1 «Сталеразливочный ковш», МПК B22D 41/08, опубл. 1995.09.27). На Фиг. 1 представлена известная футеровка, содержащая теплоизоляционный слой, арматурный слой, рабочий слой.
Недостатком указанной футеровки является: большие затраты, связанные с футеровкой сталеразливочных ковшей, увеличение массы огнеупоров в зоне огнеупорной кладки.
Наиболее близким решение к изобретению является футеровка сталеразливочного ковша [2] (авторское свидетельство СССР SU №1743687 A1 «Футеровка сталеразливочного ковша», МПК B22D 41/02, опубл. 1992.06.30), которая содержит арматурный и рабочий слой, причем рабочий слой стен ковша выполнен с утолщением в верхней и нижней частях, при этом высота утолщенного рабочего слоя верхней части составляет 0,10-0,5 высоты ковша, его толщина равна 1,1-2,2 толщины рабочего слоя, а высота утолщенного рабочего слоя нижней части ковша составляет 0,05-0,3 высоты ковша, при ее толщине 1,05-1,7 толщины рабочего слоя.
Недостатком этой футеровки является отсутствие оптимального соотношения расхода огнеупоров на одну кампанию футеровки сталеразливочного ковша и вместимости металла, в результате может наблюдаться высокая остаточная величина рабочего слоя огнеупорной футеровки и низкая вместимость металла во внутреннем пространстве сталеразливочного ковша, что приводит к увеличению расхода огнеупорных материалов и изделий, а также снижению производственных показателей сталеплавильного цеха.
В зависимости от влияния технологических факторов и дизайна футеровки сталеразливочного ковша в рабочем слое футеровки выявляются зоны повышенного износа огнеупорных изделий, а также менее изнашиваемые участки огнеупорной кладки. Основными причинами износа футеровки сталеразливочных ковшей являются температура и химический состав жидких металла и шлака, их объем в ковше, механическое воздействие влияние струи во время слива металла из сталеплавильного агрегата и перемешивание металла в процессе его внепечной обработки, длительность нахождения металла и шлака в ковше, качество футеровки.
Опережающий износ огнеупоров сталеразливочного ковша отмечается в рабочем слое футеровки днища 5 и рабочем слое футеровки верхней части стен 6, находящейся под рабочим слоем шлакового пояса 7, что ограничивает увеличение стойкости футеровки сталеразливочного ковшей, а менее изнашиваемые участки отмечаются в рабочем слое футеровки верхней части шлакового пояса 8.
Техническим результатом изобретения является: увеличение ресурса эксплуатации путем оптимизации толщин огнеупорной кладки арматурного и рабочего слоев с минимальным изменением полезного объема ковша, увеличение стойкости футеровки сталеразливочных ковшей, снижение рисков возникновения аварийных ситуаций.
Указанный технический результат достигается за счет увеличения ресурса эксплуатации путем оптимизации толщин огнеупорной кладки арматурного и рабочего слоев с минимальным изменением полезного объема ковша, не влияющим на вместимость металла, и суммарного веса жидкого металла и ковша с футеровкой непосредственно. Это обеспечивается благодаря тому, что в футеровке сталеразливочного ковша, имеющего металлический корпус 1, содержащий теплоизоляционный слой футеровки 2, арматурный слой футеровки 3 и рабочий слой футеровки 4, последний из которых содержит рабочий слой верхней части стен 6, расположенную под рабочим слоем футеровки шлакового пояса 7, согласно изобретения, величину толщины и высоты арматурного слоя футеровки 3 рабочего слоя футеровки 4 в поперечном сечении стен сталеразливочного ковша определяют по формулам:
• Для верхней части стен
где:
вс2
Н - толщина рабочего слоя футеровки верхней части стен 6;
вс1
Н - толщина рабочего слоя футеровки верхней части стен 6;
1
К - постоянный коэффициент, равный не более 1,2;
а высота рабочего слоя футеровки верхней части стен 6:
где:
вс
L - высота рабочего слоя футеровки верхней части стен 6;
шп
L - высота рабочего слоя футеровки шлакового пояса 7;
2
К - постоянный коэффициент, варьируемый в пределах от 0,08 до 0,65.
• Для днища
толщина рабочего слоя футеровки днища 5:
где:
рд2
Н - толщина рабочего слоя футеровки днища 5;
рд1
Н - толщина рабочего слоя футеровки днища 5;
3
К - постоянный коэффициент, равный не более 1,5;
а толщина арматурного слоя футеровки днища 9:
где:
ад2
Н - толщина арматурного слоя футеровки днища 9;
ад1
Н - толщина арматурного слоя футеровки днища 9;
4
К - постоянный коэффициент, варьируемый в пределах от 0,3 до 0,7.
• Для верхней части шлакового пояса
толщина рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8:
где:
вш2
Н - толщина рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8;
вш1
Н - толщина рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8;
5
К - постоянный коэффициент, равный не менее 0,3;
а высота рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8:
где:
вш
L - высота рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8;
шп
L - высота рабочего слоя футеровки шлакового пояса 7;
6
К - постоянный коэффициент, варьируемый в пределах от 0,05 до 0,5.
Кроме этого рабочий слой футеровки верхней части стен 6 и рабочий слой футеровки днища 5 выполнен из алюмопериклазоуглеродистого огнеупора, а рабочий слой футеровки шлакового пояса 7 и рабочий слой футеровки верхней части шлакового пояса 8 выполнен и периклазоуглеродистых огнеупора, а арматурный слой футеровки днища 9 выполнен из шамотных или муллитокремнеземистых огнеупоров.
В футеровке сталеразливочного ковша предусмотрены следующие отличия:
вс2
• увеличенная толщина рабочего слоя футеровки верхней части стен Н сталеразливочного ковша определяемая по формуле (1)
;
вс,
• высота рабочего слоя футеровки верхней части стен L сталеразливочного ковша рассчитываемая по формуле (2):
;
рд2
• увеличенная толщина рабочего слоя футеровки днища Н сталеразливочного ковша,рассчитываемая по формуле (3):
;
ад2
• уменьшенная толщина арматурного слоя футеровки верхней части стен Н сталеразливочного ковша, рассчитываемая по формуле (4):
;
вш2
• уменьшенная толщина рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса Н сталеразливочного ковша, рассчитываемая по формуле (5):
;
вш
• высота рабочего слоя футеровки верхней части стен L сталеразливочного ковша рассчитывается по формуле (6):
.
Таким образом рабочий слой футеровки 4 и арматурный слой футеровки 3 сталеразливочного ковша обладают более совершенным дизайном, что снижает риски возникновения аварийных ситуаций, увеличивает длительность эксплуатации футеровки, снижает удельные расходы огнеупорных материалов и изделий при закупе комплектов футеровок.
Указанные увеличенные и уменьшенные толщины рабочих и арматурных слоев футеровки позволяют обеспечить увеличение ее стойкости сталеразливочных ковшей и снизить удельные расходы на огнеупорные материалы и изделия.
вс1
При увеличенной толщине рабочего слоя футеровки верхней части стен менее 1,2⋅Нтолщины рабочего слоя футеровки верхней части стен 6, происходит менее интенсивный износ огнеупоров в данной зоне, остаточная толщина огнеупоров в конце эксплуатации кампании футеровки является не критической, что позволяет увеличить длительность эксплуатации сталеразливочного ковша.
вс1
При увеличенной толщине рабочего слоя футеровки верхней части стен более 1,2⋅Нтолщины рабочего слоя футеровки верхней части стен 6, наблюдается повышенный запас остаточного ресурса эксплуатации футеровки сталеразливочного ковша, данный факт свидетельствует о перерасходе огнеупоров на комплект футеровки, а также снижает полезный объем пространства сталеразливочного ковша, такой дизайн футеровки свидетельствует о технически нерациональном и экономически нецелесообразном использовании огнеупоров.
шп
При высоте рабочего слоя футеровки верхней части стен 7 менее 0,08⋅L, свидетельствует о применении одного слоя кирпичной кладки утолщенного рабочего слоя верхней части стен футеровки сталеразливочного ковша, при этом стандартная высота кирпича находится в диапазоне 99-101 мм.
шп
При высоте рабочего слоя футеровки верхней части стен 7 более 0,65⋅L, происходит перерасход огнеупоров по причине технически и экономически нецелесообразного применения утолщенной футеровки в данной зоне, так как остаточная толщина в нижних слоях кирпичной кладки верхней части стен будет иметь ресурс дальнейшей эксплуатации в момент вывода футеровки сталеразливочного ковша из эксплуатации.
рд1
При увеличенной толщине рабочего слоя футеровки днища 5 менее 1,5⋅Нтолщины рабочего слоя футеровки днища 5, наблюдается оптимальный расход огнеупоров рабочего слоя футеровки днища 5 сталеразливочного ковша с учетом остаточного ресурса эксплуатации футеровки данной зоны и увеличения стойкости футеровки сталеразливочного ковша в целом.
рд1
При увеличенной толщине рабочего слоя футеровки днища 5 более 1,5⋅Н, увеличивается расход огнеупоров для кладки футеровки рабочего слоя днища, снижается полезный объем внутреннего пространства сталеразливочного ковша.
ад1
При уменьшенной толщине арматурного слоя футеровки днища 9 менее 0,3⋅Нтолщины арматурного слоя футеровки днища 9, увеличиваются теплопотери и повышаются риски аварийных ситуаций, связанных с проходом металла.
ад1
При уменьшенной толщине арматурного слоя футеровки днища 9 более 0,7⋅Нтолщины арматурного слоя футеровки днища 9, происходит снижение полезного объема пространства сталеразливочного ковша, повышается расход огнеупоров арматурного слоя днища футеровки.
вш1
При уменьшенной толщине рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8 менее 0,3⋅Нтолщины рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8, увеличивается риски разрушения футеровки в данной зоне и возникновения аварийных ситуаций, связанных с проходом металла.
вш1
При уменьшенной толщине рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8 более 0,3⋅Нтолщины рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8, происходит снижение расхода огнеупоров и увеличение полезного объема внутреннего пространства сталеразливочного ковша.
шп
При высоте рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8 менее 0,05⋅L, происходит увеличение расхода огнеупоров и повышение стоимости комплектов футеровки.
шп
При высоте рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8 более 0,5⋅L, происходит снижение расхода огнеупоров и увеличение полезного объема внутреннего пространства сталеразливочного ковша, но возрастают риски прохода металла при отсутствии остаточного ресурса дальнейшей эксплуатации футеровки сталеразливочного ковша.
Выбор алюмопериклазоуглеродистых огнеупоров для рабочего слоя футеровки верхней части стен 6 и рабочего слоя днища 5 сталеразливочного ковша обусловлен тем, что они имеют повышенную термостойкость, т.к. во время эксплуатации ковша минимизируются или исключаются вовсе случаи возникновения вертикальных трещин на поверхности стен футеровки рабочего слоя, при наличии которых кампания футеровки сталеразливочного ковша досрочно прекращается.
Выбор периклазоуглеродистых огнеупоров для рабочего слоя шлакового пояса 7 и рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8 сталеразливочного ковша обусловлен тем, что они имеют повышенные эксплуатационные свойства при взаимодействии со шлаковым расплавом.
Выполнение арматурного слоя днища 9 из шамотных огнеупоров позволяет снизить теплопотери металла через огнеупорную футеровку сталеразливочного ковша, а также предотвращает проход аварийный металла при износе рабочего слоя футеровки. При выполнении арматурного слоя днища 9 из муллитокремнеземистых огнеупоров позволяет увеличить огнеупорность изделий для её кладки и использовать футеровку арматурного слоя несколько кампаний.
Сущность предложенной футеровки сталеразливочного ковша поясняется чертежами, на котором:
Фиг. 1 - используемая схема футеровки сталеразливочного ковша;
Фиг. 2 - предлагаемая схема футеровки сталеразливочного ковша;
Описание ссылочных позиционных номеров:
1. металлический корпус;
2. теплоизоляционный слой футеровки;
3. арматурный слой футеровки;
4. рабочий слой футеровки;
5. рабочий слой футеровки днища;
6. рабочий слой футеровки верхней части стен;
7. рабочий слой футеровки шлакового пояса;
8. рабочий слой футеровки верхней части шлакового пояса;
9. арматурный слой футеровки днищ;
вс2
Н - толщина рабочего слоя футеровки верхней части стен 6;
вс1
Н - толщина рабочего слоя футеровки верхней части стен 6;
1
К - постоянный коэффициент, равный не более 1,2;
вс
L - высота рабочего слоя футеровки верхней части стен 6;
шп
L - высота рабочего слоя футеровки шлакового пояса 7;
2
К - постоянный коэффициент, варьируемый в пределах от 0,08 до 0,65.
рд2
Н - толщина рабочего слоя футеровки днища 5;
рд1
Н - толщина рабочего слоя футеровки днища 5;
3
К - постоянный коэффициент, равный не более 1,5;
ад2
Н - толщина арматурного слоя футеровки днища 9;
ад1
Н - толщина арматурного слоя футеровки днища 9;
4
К - постоянный коэффициент, варьируемый в пределах от 0,3 до 0,7.
вш2
Н - толщина рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8;
вш1
Н - толщина рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8;
5
К - постоянный коэффициент, равный не менее 0,3;
вш
L - высота рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8;
шп
L - высота рабочего слоя футеровки шлакового пояса 7;
6
К - постоянный коэффициент, варьируемый в пределах от 0,05 до 0,5.
На Фиг. 2 представлена предполагаемая футеровка сталеразливочного ковша.
В металлическом корпусе 1 размещается: теплоизоляционный слой футеровки 2, арматурный слой футеровки 3, рабочий слой футеровки 4, состоящий из рабочего слоя футеровки днища 5, рабочего слоя футеровки верхней части стен 6, рабочего слоя футеровки шлакового пояса 7, рабочего слоя футеровки верхней части шлакового пояса 8, арматурный слой футеровки днища 9. Рабочий слой футеровки верхней части стен 6 и рабочий слой футеровки днища 5 выполнены из алюмопериклазоуглеродистых огнеупоров, рабочий слой футеровки шлакового пояса 7 и рабочий слой футеровки верхней части шлакового пояса 8 выполнен из периклазоуглеродистых огнеупоров, а арматурный слой футеровки днища 9 выполнен из шамотных или муллитокремнеземистых огнеупоров.
Футеровка сталеразливочного ковша опробована на 160-тонных ковшах конвертерного цеха №1 АО «ЕВРАЗ Нижнетагильского металлургического комбината». Стойкость такой не менее, чем на 4 % выше стойкости футеровки прототипа.
Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Осуществление изобретения.
Пример: процесс кладки огнеупорных изделий для футеровки сталеразливочного ковша осуществляется следующим способом. На внутреннюю поверхность металлического корпуса 1 укладывается теплоизоляционный слой футеровки 2. Далее на теплоизоляционный слой футеровки 2 днища наносится выравнивающий слой из набивной массы, при этом необходимо добиться горизонтальной поверхности слоя. На выравнивающий слой выкладывается арматурный слой футеровки днища 9 с уменьшенной толщиной, далее формируется арматурный слой футеровки 3 стен. Устанавливаются гнездовые блоки и выкладывается рабочий слой футеровки днища 4 с увеличенной толщиной, зазор между арматурным слоем футеровки 3 стен и рабочим слоем футеровки днища 4 заполняется буферной массой, а зазор между гнездовыми блоками и рабочим слоем футеровки днища 4 заполняется огнеупорным бетоном. После формирования футеровки днища производится кладка рабочего слоя 4 стен, при этом рабочий слой футеровки верхней части стен 6 применяется с увеличенной толщиной. Далее выкладывается рабочий слой футеровки шлакового пояса 7 и рабочий слой футеровки верхней части шлакового пояса 8 с уменьшенной толщиной. Зазор между рабочим слоем 5 стен, рабочим слоем футеровки верхней части стен 6, рабочим слоем футеровки шлакового пояса 7, рабочим слоем футеровки верхней части шлакового пояса 8 и между арматурным слоем футеровки 3 стен заполняется буферной массой. Зазор между рабочим слоем футеровки верхней части шлакового пояса 8 и обечайкой металлического корпуса 1 заполняется огнеупорной набивной массой.
В результате анализа промышленных испытаний установлено, что использование изобретения позволяет повысить длительность эксплуатации огнеупорной футеровки сталеразливочного ковша с минимальным изменением полезного объема ковша, не влияющим на вместимость металла, оптимизировать дизайн футеровки на более совершенный, снизить риски возникновения аварийных ситуаций, сократить удельные расходы огнеупорных материалов и изделий - закуп комплектов футеровок.
Источники информации
[1] Патент RU 2 044 602 C1 «Сталеразливочный ковш», МПК B22D 41/08, опубл. 1995.09.27.
[2] Авторское свидетельство СССР SU №1743687 A1 «Футеровка сталеразливочного ковша», МПК B22D 41/02, опубл. 1992.06.30.