СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫЙ КОВШ

Предлагаемая полезная модель относится к металлургии, конкретнее к большегрузным сталеразливочным ковшам, применяемым при непрерывной разливке металлов.
Известен сталеразливочный ковш, содержащий металлический кожух, арматурный и рабочий слои футеровки из кирпичей, на основе периклаза гнездовые кирпичи с разливочными стаканами, установленными в днище ковша (А.С. №1743687 В22Д 41/02).
Недостатком известного ковша является низкая стойкость футеровки. Это объясняется тем, что в процессе его наполнения сталью происходит интенсивное размывание рабочего слоя футеровки днища ковша струей металла.
Наиболее близким по технической сущности является сталеразливочный ковш, содержащий металлический кожух и футеровку стен и днища, в котором выполнены гнезда для разливочных стаканов.
Футеровка содержит теплоизоляционный слой из листового асбеста, арматурный слой стен и днища выполненный из шамотного кирпича, рабочий слой стен, выполненный из периклазоуглеродистого кирпича, рабочий слой днища, выполненный из периклазохромитового кирпича, гнездовой кирпич выполнен из муллитокорунда. (патент RU 2095192 С1 В22Д 41/02).
Недостатком ближайшего аналога является также низкая стойкость футеровки днища ковша и высокая стоимость периклазохромитовых огнеупоров используемых в футеровке днища.
Это происходит в результате того, что периклазохромитовые огнеупоры имеют высокую пористость (16-22%) и низкую термическую стойкость (3 теплосмены), что приводит в процессе службы ковша к образованию трещин
2
2
2
и пропитке кирпича расплавом конечного шлака, имеющего высокое содержание двуокиси кремния (SiO>20%) и окиси кальция (СаО>50%) и образованию в кирпиче двухкальциевого силиката (2CaO·SiO), который при межплавочном охлаждении ковша в результате модификационных превращений переходит в гамма-форму (γ) с большим увеличением объема (удельная поверхность 1 гр порошка - 30.000 см) рассыпанием в мелкодисперсный порошок и в итоге к глубоким сколам периклазохромитовых огнеупоров и разрушению футеровки днища.
Недостатком ближайшего аналога являются также высокие затраты на футеровку днища, так как стоимость периклазохромитовых огнеупоров составляет ~ 52000 руб/т.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является повышение стойкости сталеразливочного ковша, сокращение затрат на выполнение футеровки ковша.
2
3
Решение технической задачи достигается тем, что в сталеразливочном ковше, включающем металлический корпус, огнеупорную футеровку стен и днища, в котором выполнено гнездо для разливочного стакана, состоящую из теплоизоляционного, арматурного и рабочего слоя, причем рабочий слой футеровки стен выполнен из периклазуглеродистых кирпичей, в отличие от ближайшего аналога рабочий слой футеровки днища выполнен из периклазошпинельноуглеродистых кирпичей, содержащих плавленную алюмомагниевую шпинель (MgO·АlО) в количестве от 20 до 30% при содержании углерода от 5 до 9%, а теплоизоляционный слой выполнен из муллитокремнеземистого картона МКРКГ-400.
Повышение стойкости сталеразливочного ковша будет происходить вследствие того, что периклазошпинельноуглеродистые кирпичи имеют высокую термическую стойкость и низкую пористость (3,5-3,8%), что исключает их растрескивание и пропитку шлаковым расплавом, высокую устойчивость к механическим нагрузкам (ударным и истирающим)
вследствие высокой плотности и твердости шпинели, а также ее химической инертности к шлакометаллическому расплаву.
Сущность полезной модели заключается в том, что с целью снижения износа огнеупоров в днище ковша за счет предотвращения их растрескивания и пропитки шлакометаллическим расплавом периклазоуглеродистые кирпичи содержат плавленную алюмомагниевую шпинель в количестве от 20 до 30% и углерод в количестве от 5 до 9%.
В результате снижается скорость износа футеровки днища, повышается стойкость ковша, снижаются затраты на футеровку и простои ковша на ремонте.
Если содержание алюмомагниевой шпинели в периклазошпинельноуглеродистом кирпиче будет меньше 20%, то повысится пористость огнеупора, снизится его механическая прочность, возрастет скорость износа кирпича.
Если содержание алюмомагниевой шпинели будет больше 30%, то значительно возрастет стоимость огнеупора и увеличится износ прессформы при формовании кирпича, что снизит эффективность предложенной футеровки.
Если содержание углерода в кирпиче будет меньше 5%, то увеличится пористость кирпича за счет повышения трения между зернами периклаза и шпинели при формовании огнеупора, что приведет к увеличению пропитки кирпича шлакометаллическим расплавом и снижению стойкости футеровки.
Если содержание углерода в кирпиче будет больше 9%, то будет снижаться механическая прочность кирпича за счет повышения доли монофракционных мелкозернистых зерен и пластичности углерода, что также приведет к увеличению износа кирпича и снижению стойкости футеровки ковша.
3
Кроме того, теплоизоляционный слой предложенного ковша выполнен из муллитокремнеземистого картона марки МКРКГ-400, теплопроводность которого составляет 0,11 Вт/м°К, плотность 0,40-0,45 г/см.
Это позволит существенно снизить потери тепла через футеровку ковша жидкой сталью, предотвратить образование на футеровке шлакометаллических настылей и повысить стойкость футеровки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фигуре показан сталеразливочный ковш, продольный разрез.
Сталеразливочный ковш включает: металлический корпус 1, теплоизоляционный слой 2, выполненный из муллитокремнеземистого картона марки МКРКГ-400 толщиной 10 мм, арматурный 3 слой стен и днища, выполненный, например, из шамотных кирпичей марки ШК-4 толщиной 105 мм в стенках ковша и 315 мм в днище ковша, рабочий слой 4 стен, выполненный из периклазоуглеродистого кирпича, например, марки ПУПК-С-2 толщиной 200 мм, рабочий слой 5 днища, выполненный из плавленого периклазошпинельноуглеродистого кирпича марки ШПУП-Д-11 толщиной 300 мм, гнездовой муллитокорундовый кирпич 6 и разливочный стакан 7.
Сталеразливочный ковш работает следующим образом.
Из конвертера в сталеразливочный ковш емкостью 360 т подается сталь марки Ст3сп. Рабочий слой 4 образует поверхность боковых стен ковша, рабочий слой 5 образует поверхность днища ковша. Наполненный сталью ковш подается на установку непрерывной разливки стали.
Из сталеразливочного ковша жидкая сталь через разливочный стакан 7, установленный в гнездовом кирпиче 6 днища ковша сливается в промежуточный ковш и далее в кристаллизаторы, из которых вытягиваются непрерывные слитки (на чертеже не показаны). В процессе разливки жидкая сталь контактирует с футеровкой 4 боковой стенки ковша, выполненной из плавленных периклазоуглеродистых кирпичей, содержащих 85-89% MgO, 10-14% углерода, остальное оксиды. При температуре стали на разливке 1585-1600°С углерод восстанавливает оксид магния (MgO) до металлического магния, который окисляется оксидами железа стали и
закрывает поры кирпича высокочистой окисью магния, что увеличивает стойкость футеровки.
После окончания разливки ковшевой шлак контактирует с поверхностью рабочего слоя 5 днища ковша, при этом низкая пористость, высокая механическая и термическая прочность, а также химическая инертность периклазошпинельноуглеродистого кирпича обеспечивают высокую стойкость днища, достигается кратность замены и ремонта рабочих слоев футеровки боковых стен 4 и днища 5. Стойкость ковша повышается до 100 и более плавок.
В таблицах 1 и 2 приведены примеры футеровки и работы сталеразливочного ковша с различными параметрами.
Таблица 1
Параметры
Примеры
1
2
3
4
5
Вместимость ковша, тонн
360
360
360
360
360
Содержание алюмомагниевой шпинели, %
15
20
25
30
35
Содержание Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>, %
10,2
13,6
17,0
20,4
23,8
Содержание MgO, %
79,6
76,3
73,0
69,7
66,5
Содержание С, %
8,0
8,0
8,0
8,0
8,0
Износ огнеупора в днище ковша за 1 плавку, мм
3,6
2,8
2,7
2,7
2,7
Механическая прочность Н/мм<sup>2</sup>
50,3
52,8
54,0
53,3
53,4
Пористость, %
3,9
3,7
3,5
3,8
3,9
При одинаковом содержании углерода в первом примере из-за низкого содержания шпинели в огнеупоре снижается его механическая прочность и повышается пористость, возрастает скорость износа огнеупора, снижается стойкость ковша.
В пятом примере при высоком содержании шпинели также возрастает пористость огнеупора, износ футеровки не снижается, кроме того значительно возрастает стоимость огнеупора.
Во втором, третьем и четвертом оптимальных примерах огнеупоры имеют высокую механическую прочность и низкую пористость, достигается низкая скорость износа футеровки и высокая стойкость ковша.
Таблица 2.
Параметры
Примеры
1
2
3
4
5
Вместимость ковша, тонн
360
360
360
360
360
Содержание алюмомагниевой шпинели, %
25
25
25
25
25
Содержание MgO, %
78,0
76,0
74,0
72,0
70,0
Содержание С, %
3
5
7
9
12
Содержание Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>, %
17
17
17
17
17
Износ огнеупоров в днище, мм/плавку
3,2
2,8
2,7
2,7
3,1
Пористость, %
4,2
3,8
3,5
3,7
4,6
Механическая прочность Н/мм<sup>2</sup>
50,1
52,8
53,2
54,1
47,7
При одинаковом (оптимальном) содержании шпинели и различном содержании углерода в первом примере из-за низкого содержания углерода повышается пористость и снижается механическая прочность огнеупора, повышается скорость износа футеровки.
В пятом примере при высоком содержании углерода также значительно повышается пористость и снижается механическая прочность огнеупора, повышается скорость износа футеровки.
Во втором, третьем и четвертом оптимальных примерах огнеупоры имеют низкую пористость и высокую механическую прочность, низкую скорость износа кирпича и высокую стойкость футеровки.
Сталеразливочный ковш предлагаемой конструкции испытан в кислородно-конвертерном и электросталеплавильном цехах ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Использование предложенного ковша позволяет снизить скорость износа футеровки, повысить стойкость ковша и сократить расход огнеупоров.