УСТРОЙСТВО СУХОЙ СБОРКИ ОГНЕУПОРНЫХ ДЕТАЛЕЙ В УСТАНОВКАХ СИФОННОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

При сифонной разливке одновременно заполняют жидкой сталью снизу несколько изложниц через центровую и пролетные трубы, представляющие собой сложную сборную конструкцию (сифонную проводку), в которой детали огнеупорных труб должны плотно сочленяться друг с другом. От качества конструкции сифонной проводки зависит качество кристаллизации слитка и, как следствие, физико-механические свойства стали и выход годных слитков. В связи с непосредственным контактом жидкого металла с внутренней поверхностью труб сифонной проводки необходима надежная герметизация стыков деталей огнеупорных труб для предотвращения нежелательных процессов, а именно - затекания металла в швы, попадания влаги в металл, попадания частиц герметизирующего материала в металл, а также подсоса воздуха.
Применяемые в настоящее время способы уплотнения с использованием неформованных масс, а именно, мертелевых масс, глиношамотных растворов, а также формованных изделий из волокнистых материалов, не удовлетворяют потребителей по многим эксплуатационным свойствам. Наиболее широко используются алюмосиликатные мертели [ГОСТ 6137-97 «Мертели огнеупорные алюмосиликатные»].
Однако, неформованные массы имеют следующие недостатки:
- компоненты мертеля попадают в металл, что приводит к ухудшению качества стали;
- в начале разливки в сочленениях верхней части центровой трубы может иметь место инжекция воздуха в расплав металла и, как следствие, появление неметаллических включений в слитках;
- необходима сушка конструкции после нанесения мертеля;
- высокая трудоемкость сборки, особенно при отрицательных температурах в результате замерзания раствора.
Кроме того, вследствие дегидратации материала (мертели, затворяемые водой, и глиношамотные растворы) в условиях эксплуатации возможно попадание паров воды в расплав металла, а также образование трещин и пор и прорыв металла в зазоры.
Мертели, которые затворяются жидким стеклом, имеют такие же недостатки. Высокая пористость этих материалов обусловлена разложением жидкого стекла и испарением его компонентов уже при температурах ~300-400°С [П.П.Будников, А.С.Бережной, И.А.Булавин и др. Технология керамики и огнеупоров. М., 1962. 705 с.].
При использовании мертелей на фосфатной связке, кроме вышеуказанных недостатков, возникают трудности технологического характера, а именно - необходимость соблюдения повышенных правил техники безопасности во время доведения раствора до требуемых эксплуатационных свойств. Кроме того, в результате разложения ортофосфорной кислоты (или связующих на ее основе), испарения оксида фосфора и воды, происходит увеличение пористости материала. [Специальные цементы: Учебное пособие для вузов / Т.В. Кузнецова, М.М. Сычев, А.П. Осокин и др. С.-Петербург.: Стройиздат. СПб. 1973. 314 с.].
Таким образом, используемые неформованные массы не могут обеспечить требуемую надежность уплотнения стыков огнеупорных деталей.
В последнее время стал применяться способ сухой сборки узлов сочленения огнеупорных деталей в агрегатах разливки стали, в том числе для сифонной проводки. Для этой цели используются отформованные вставки из синтетических волокон, в основном из муллитокремнеземистого волокна, с использованием различных связующих: фосфатных связок, жидкого стекла, органических связок, глин и др. Такие вставки имеют ряд преимуществ по сравнению с неформованные массами:
- повышенная механическая прочность;
- низкие теплоемкость и теплопроводность;
- более низкая трудоемкость монтажа футеровки, возможность монтажа при отрицательных температурах;
- исключение сушки после монтажа;
- устойчивость к вибрации;
- небольшой удельный вес.
Ближайшим аналогом заявляемой нами полезной модели является устройство сухой сборки огнеупорных деталей с применением уплотнительных вставок марки МКРТУВТ из муллитокремнеземистого волокна производства ОАО «Сухоложский огнеупорный завода [В.М.Ковылов, Ю.Н.Лебедев. Производство теплоизоляционных волокнистых материалов / Новые огнеупоры. 2002. №4. с.73-77.], взятое нами за прототип. Однако, вышеуказанные уплотнительные вставки не обеспечивают достаточно надежное уплотнение, т.к. имеют ряд серьезных недостатков, а именно:
- высокая пористость изделий;
- разложение и испарение связующего при повышении температуры, что существенно увеличивает пористость материала вставки в процессе эксплуатации;
- кристаллизация муллитокремнеземистых волокон при высоких температурах, приводящая к увеличению хрупкости материала,
понижению его механической прочности, трещиностойкости, что создает возможность попадания частиц материала в металл. Следует отметить, что для устранения некоторых из этих недостатков (хрупкость, пониженная механическая прочность) можно использовать более огнеупорные корундовое, карбидкремниевое и другие волокна, однако они являются дорогостоящими.
При осмотре литников центральной и пролетных труб при использовании уплотнительных вставок марки МКРТУВТ нами установлено, что инжекция воздуха в металл может иметь место только в стыках верхних отделов центровой трубы при начале разливки, и, по мере заполнения системы металлом, инжекция прекращается. Выявлено также, что в стыках пролетных труб и нижней части центровой трубы в результате давления металла на поверхность труб происходит затекание металла в швы, в то время как в верхней части центровой трубы затекания не наблюдается.
Заявляемое нами устройство сухой сборки отличается тем, что для уплотнения узлов сочленения огнеупорных деталей центральной и пролетных частей сифонной проводки и для соединения сифонной проводки и изложницы, используются огнеупорные вставки, изготовленные из пластоэластичного огнеупорного материала «Пластогнеупор-ПС», описанного нами в патенте [Патент РФ №2273618 по заявке №2004132518/20 (035212) от 01.11.2004], имеющего состав, мас%:
огнеупорный наполнитель с неорганическим связующим
50,0-95,0
эластомер
3,5 - 21,0
углеродсодержащий материал
0,5 - 15,0
пластификатор
0,5 - 10,0
антиадгезив
0,5 - 4,0
Огнеупорный наполнитель в данном случае представлен периклазом.
Поверхности изготовленной из пластоэластичного огнеупорного материала вставки повторяют конфигурацию поверхностей сочленения огнеупорных деталей, как показано на фиг.1, 2. Уплотнительная вставка между концевой трубкой и стаканчиком изготавливается в виде кольца, причем наружный диаметр кольца больше диаметра нижней части посадочного гнезда изложницы на 20-30 мм. Уплотнительная вставка для соединения стаканчик-изложница, предварительно наклеивается на стаканчик (фиг.3). Благодаря высоким пластоэластичным свойствам материала Пластогнеупор-ПС, а также специально подобранной толщине вставка компенсирует невысокую точность установочного размера стаканчика (как правило, точность посадочных размеров огнеупорного стаканчика составляет ±5 мм, а посадочного гнезда изложницы - ±2 мм).
Вставки из пластоэластичного материала обладают программируемыми свойствами, обеспечивающими надежное уплотнение узла в интервале температур от -50 до 2000°С, а именно:
- в интервале температур от -50 до +80°С материал обладает эластичностью, достаточной для транспортировки, хранения и монтажа;
- в интервале температур от +80 до +150°С материал приобретает высокую пластичность, позволяющую произвести качественный сборку узла сочленения огнеупорных деталей;
- в интервале температур от +150 до ~600°С за счет образующегося углеродного каркаса при выгорании органической составляющей обеспечивается целостность материала;
- при температурах выше 600°С происходит образование плотного огнеупорного безусадочного малопористого спека (за счет жидкой фазы при плавлении неорганического связующего), который сохраняется до 2000°С. Материал вставки во всем температурном интервале эксплуатации имеет низкую (~5-10%) пористость (в отличие от аналога, у которого пористость>30%), является безусадочным, полностью заполняет зазоры, что обеспечивает надежное уплотнение стыков огнеупорных деталей вплоть до
температур разливки стали. В результате исключены затеки металла в нижнюю часть центровой трубы и в пролетные трубы. Кроме того, плотный спек материала вставки исключает попадание его частиц в металл.
Таким образом, вставки из пластоэластичного огнеупорного материала Пластогнеупор-ПС более надежно уплотняют все узлы сочленения огнеупорных деталей в установках сифонной разливки стали.