УСТРОЙСТВО УЗЛА РАЗЛИВКИ СТАЛЬ-КОВША ПРИ СУХОЙ СБОРКЕ В УСТАНОВКАХ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

Одним из основных участков в устройствах разливки стали является узел разливки сталеразливочного ковша, представляющий собой систему из гнездового блока, ковшевого стакана, шиберного затвора и стакана коллектора, выполненных из огнеупорных материалов. Между поверхностями сопрягаемых огнеупорных деталей узла разливки имеются зазоры (швы) для компенсации температурных расширений сопрягаемых деталей. Для исключения попадания расплава металла в швы требуется их уплотнение и герметизация. От качества сборки этого узла в значительной степени зависит выход готового металла.
Применяемые в настоящее время способы герметизации с использованием неформованных масс, а именно, мертелевых масс, глиношамотных и цементных растворов, 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 массы попадают в металл, что приводит к ухудшению качества стали;
- необходима сушка конструкции после нанесения массы;
- высокая трудоемкость сборки, особенно при отрицательных температурах в результате замерзания раствора;
- достаточно сложное удаление с огнеупорных деталей остатков масс после эксплуатации.
Кроме того, вследствие дегидратации масс, затворяемых водой, в условиях эксплуатации возможно попадание паров воды в расплав металла, образование трещин и пор, а также 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 фосфатных связках, 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, неформованные массы не могут обеспечить качественную герметизацию стыков футеровки.
С другой стороны, известен способ герметизации с помощью формованных огнеупорных изделий, так называемый способ сухой сборки, который в настоящее время применяется в установках непрерывной разливки стали в узлах сочленения стакан-коллектор-защитная труба [В.М.Ковылов, Ю.Н.Лебедев. Производство теплоизоляционных волокнистых материалов / Новые огнеупоры. 2002. №4. с.73-77; патент РФ №2296033, С2 B22D 11/106 «Устройство сопряжения огнеупорных деталей в установках непрерывной разливки стадии по заявке №2005116173/02 от 24.05.2006]. Этот способ не имеет недостатков, присущих способу с использованием неформованных масс. Однако, в узлах сочленения сталеразливочного ковша
до сих пор способ сухой сборки не применялся, для этой цели использовались мертели, как правило, алюмосиликатные. Данная полезная модель распространяет область применения способа сухой сборки на узел разливки сталеразливочного ковша.
Заявляемый нами способ сухой сборки огнеупорных деталей узла разливки сталеразливочного ковша заключается в том, что для герметизации сопрягаемых огнеупорных деталей, а именно, гнездового блока ковша и ковшевого стакана, ковшевого стакана и шиберной плиты, шиберной плиты и стакана-коллектора использованы огнеупорные вставки из пластоэластичного огнеупорного материала Пластогнеупор-ПС, на который нами получен патент [патент РФ №2273618 по заявке №2004132518/20 (035212) от 01.11.2004]. Пластоэластичный огнеупорный материал имеет следующий состав, мас%:
огнеупорный наполнитель
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
неорганическое связующее
15,0 - 5,0.
В качестве огнеупорного наполнителя при изготовлении вставок для узла разливки сталь-ковша использовали периклаз с содержанием оксида магния не менее 95 мас%.
За прототип заявляемого способа выбран способ сборки с использованием мертеля, описанного в [ГОСТ 6137-97 «Мертели огнеупорные алюмосиликатные»].
На фиг. представлено устройство узла разливки сталь-ковша при сухой сборке с применением вставок из пластоэластичного огнеупорного материала. Вставки отформованы таким образом, что конфигурации их
поверхности и поверхности сочленяющихся огнеупорных деталей совпадают.
На поверхность отформованных вставок для облегчения демонтажа узла, в случае необходимости демонтажа узла после каждой плавки, наносится слой антиадгезионного пластичного графитового покрытия, описанного нами в указанном выше патенте. Покрытие имеет состав, мас%:
графит -75-85, пластичный огнеупорный материал -25-15. В качестве огнеупорного наполнителя также использовали периклаз. При эксплуатации одного ковшевого стакана много раз без демонтажа, для того, чтобы ковшевой стакан был хорошо зафиксирован в гнезде сталь-ковша при замене шиберного затвора, графитовое покрытие на поверхность вставки не наносится.
Замена плит шиберного затвора типа «плита» обычно производится после каждой плавки на специальном производственном участке. Пластоэластичная уплотнительная вставка изготавливается в виде фасонного изделия, повторяющего форму поверхностей сочленений верхняя плита шиберного затвора-ковшевой стакан и при монтаже просто укладывается на верхнюю плиту шиберного затвора.
При применении шиберного затвора типа «книжка», плиты шиберного затвора меняются без демонтажа механизма затвора, при этом уплотнительная вставка из материала Пластогнеупор-ПС предварительно наклеивается на плиту шиберного затвора.
Использование вставок из пластоэластичного огнеупорного материала позволяет обеспечить качественное уплотнение и герметизацию во всем температурном интервале от -30 до 2000°С за счет следующих факторов:
- наличия в составе материала связующих различной природы (эластомер и неорганическая легкоплавкая композиция) и огнеупорного наполнителя, которые обеспечивают целостность материала, его требуемые прочность, пористость, герметичность, высокую огнеупорность;
- наличия пластоэластичных свойств, обеспечивающих компенсацию температурных расширений сопрягаемых деталей до 60% от начальной толщины шва;
- постепенного изменения свойств от пластоэластичных до огнеупорных в зависимости от температуры, обеспечивающего качественное уплотнение и герметизацию на каждом температурном этапе разливки металла.
Надежное уплотнение предотвращает затекание металла в стыки огнеупорных деталей, состав уплотнительной вставки и графитосодержащее покрытие исключает припекание материала вставки к сопрягаемым деталям, что позволяет свободно заменять плиты шиберного затвора и извлекать ковшевой стакан из гнездового блока. Применение пластоэластичных огнеупорных вставок исключает попадание жидких шлака и металла в стыки, позволяет увеличить стойкость ковшевого стакана и предотвратить потери металла.
В результате свободного извлечения ковшевого стакана из гнездового блока при замене не требуется применения отбойного молотка (применяемого обычно), что увеличивает стойкость гнездового блока и футеровки дна ковша.
Еще одним преимуществом пластоэластичных огнеупорных вставок является возможность более эффективного использования стартовых смесей на основе хромитовой руды перед пуском металла. Опыт показывает, что очень часто при начале разливки после замены ковшевого стакана в узле, собранном на мертеле или других неформованных массах, содержащих влагу, канал не открывается, так как влага при недостаточной просушке узла попадает в стартовую смесь, что ухудшает ее сыпучесть, и следовательно, уменьшает процент открываемости канала. Кроме того, при использовании мертеля в канале могут остаться частицы уплотнительной массы, и затруднить пуск стали, в то время как современные требования к качеству
стали исключают процесс продувки узла разливки кислородом для прочистки канала перед пуском металла.