ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ СВОДА ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ

Полезная модель относится к металлургии, в частности, к конструкции и технологии изготовления центральной части водоохлаждаемого свода дуговой сталеплавильной печи переменного тока (ДСП).
Конструктивно водоохлаждаемый свод ДСП состоит из центральной и периферийной частей. Периферийная часть свода ДСП изготавливается из водоохлаждаемых элементов, а центральная часть изготавливается из огнеупоров, например, из высокоглиноземистого кирпича, неформованных огнеупоров, жаропрочного бетона или их комбинаций и может иметь круглую или дельтовидную форму.
Многолетняя практика эксплуатации водоохлаждаемых сводов ДСП различной вместимости свидетельствует о том, что центральная огнеупорная часть испытывает наиболее высокие термические нагрузки. В частности, зона распада электродов центральной части свода электропечи является наиболее изнашиваемой в процессе службы частью свода. По мере ее износа увеличиваются зазоры между электродами и стенками отверстий в своде, что приводит к повышению количества неорганизованных пылегазовых выбросов из рабочего пространства, а также снижается механическая прочность центральной части свода. Эти факторы приводят к необходимости замены центральной части свода ДСП и увеличивает эксплуатационных затраты при выплавке стали.
Поэтому к материалу, применяемому в зоне распада электродов предъявляются повышенные требования по термостойкости, сопротивлению абразивному износу.
В соответствии с ГОСТ 34518-2019 центральную часть водоохлаждаемых сводов (район прохода в печь электродов) выполняют круглой или треугольной (дельтовидной) формы. Участки треугольной формы выполняют из муллитокорундовых изделий по ГОСТ 24704, а участки круглой формы выкладывают из периклазохромитовых и хромитопериклазовых термостойких изделий по ГОСТ 10888.
В связи с изложенными требованиями к центральной части свода ДСП в патенте на полезную модель 140686 от 13.09.2013 предлагается изготавливать огнеупорное изделие для центральной части свода дуговой печи с отверстиями для электродов, цельным или из огнеупорных сегментов, образующих совместно огнеупорную плиту круглой или дельтовидной формы, при этом, верхняя часть указанной огнеупорной плиты имеет форму усеченного конуса. Таким образом обеспечивается увеличение срока эксплуатации центральной части свода ДСП за счет увеличения толщины его части, подвергаемой наибольшему термическому и механическому воздействию.
2
В патенте на полезную модель 44805 от 12.11.2004 предлагается выполнять центральную часть свода ДСП из одного цельного огнеупорного изделия или из огнеупорных сегментов размерами в 1/3 от размера центральной части водоохлаждаемого свода, при этом формировать их из низкоцементного высокоглиноземистого бетона, предварительно проводя их термообработку при температуре 320-350°С с целью обеспечения механической прочности этих изделий, характеризуемой величиной прочности на сжатие 80-100 Н/мм.
Недостатком технического решения по патенту на полезную модель 140686 является достижение поставленной цели - увеличение длительности эксплуатации центральной части свода ДСП - за счет большего расхода огнеупоров, так как изделие изготавливают большей толщины в зоне электродных отверстий.
Недостатком технического решения по патенту на полезную модель 44805 является увеличение затрат при изготовлении центральной части свода ДСП, так как требуется высокотемпературный обжиг всей центральной части свода в специальной печи.
Недостатком технического решения по ГОСТ 34518-2019 является высокая трудоемкость футеровки центральной части свода ДСП, а также ее недостаточная термостойкость периклазохромитовых и хромитопериклазовых изделий.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно повышение стойкости центральной части свода ДСП и снижение затрат при ее изготовлении и эксплуатации.
2
3
2
3
эл
эл
Поставленная цель, согласно формуле полезной модели, достигается тем, что центральная часть водоохлаждаемого свода дуговой сталеплавильной печи переменного тока, имеющая три отверстия для электродов, выполняется из огнеупорных материалов и отличается тем, что указанные отверстия для электродов сформированы огнеупорными кольцами из огнеупорного материала на основе табулярного глинозема, содержащего, мас.%: AlO - не менее 90, CrO - не менее 5, металлическая фибра из жаропрочной стали - не менее 3, изготовленными отдельно от указанной огнеупорной центральной части свода и термообработаными при температуре не менее 450°С, причем внешняя боковая поверхность указанных колец имеет форму усеченного конуса с конусностью не менее 5°, а внутренняя - цилиндра с диаметром, равным D + 90…150 мм, где D - диаметр электрода, а наименьшая толщина стенок кольца составляет не менее 100 мм.
эл
Пример такого кольца представлен на фиг. 1, на которой S - наименьшая толщина стенки огнеупорного кольца, D - диаметр электрода ДСП, α - угол конусности боковых стенок кольца. На фиг. 2 представлен пример установки колец в дельтовидную центральную часть свода ДСП.
Изготовление огнеупорных колец производится следующим образом. На вибростол устанавливают оснастку, включается вибрация и бетонная смесь на основе табулярного глинозема, с добавкой металлической фибры, затворенная водой, загружается в оснастку. Сформованное изделие по прошествии 8-12 часов извлекается из оснастки и подвергается сушке при 450°С.
2
3
2
3
Изготовление огнеупорных колец посредством вибролитья из огнеупорного материала на основе табулярного глинозема, содержащего не менее 90 мас.% AlO, обеспечивает высокую огнеупорность и механическую прочность изделия, низкое температурное расширение. Такие показатели объясняются особенностями микроструктуры табулярного глинозема: низкой открытой пористостью и крупным размером кристаллов с закрытыми сферическими порами, сформировавшимися при интенсивном спекании. Таким образом, это позволит повысить износостойкость и термостойкость центральной части свода в зоне распада, что приведет к повышению срока и надежности их эксплуатации. Снижение содержания AlO может привести к снижению огнеупорности и износостойкости изделий, что не позволит достичь технического результата.
2
3
Содержание в составе огнеупорного материала CrO в количестве не менее 5 мас.% повышает термическую стойкость огнеупора, а также его устойчивость к коррозионному воздействую шлака ДСП. Содержание металлической фибры в количестве не менее 3 мас.% обеспечивает повышение механической прочности и трещиностойкости материала.
Термообработка изделий при температуре не менее 450°С обеспечивает полное удаление физически и химически связанной воды, что предотвращает взрывное растрескивание колец при воздушной сушке центральной части свода и эксплуатации.
Наименьшая толщина стенки кольца 100 мм определялась на основании расчета термических напряжений, возникающих в центральной части свода при эксплуатации. При толщине стенки кольца меньше 100 мм повышается вероятность образования сквозной трещины и последующего разрушения кольца, что приведет к преждевременной остановке ДСП на ремонт и не позволит достичь технического результата.
Конусность не менее 5° необходима для предотвращения выпадения колец из центральной части свода при эксплуатации. Диаметр цилиндрической поверхности кольца зависит от диаметра электродов ДСП. Снижение внутреннего диаметра менее 90 мм приведет к повышенному износу колец от термического воздействия электродов ДСП, в том числе может привести к попаданию воды от их орошения. Повышение внутреннего диаметра кольца свыше 150 мм приведет к увеличению диаметра колец, и соответственно, их стоимости, что не позволит достичь технического результата.
2
Огнеупорные кольца, изготовленные из материала предлагаемого состава и обожженные при температуре не менее 450°С, имеют более высокую механическую прочность - не менее 100 Н/мм - при температуре до 1800°С, что увеличивает их стойкость при эксплуатации. Менее ответственная, периферийная часть центральной части свода ДСП может изготавливаться из огнеупорного бетона воздушной сушки или формованных огнеупоров, что в целом снижает затраты на изготовление и эксплуатацию изделия в целом.
Выполненные в соответствии с настоящей полезной моделью центральные части свода эксплуатировались на 150-т ДСП. Минимальная толщина стенки огнеупорного кольца составляла 120 мм, диаметр внутреннего цилиндрического отверстия - 700 мм. Максимальная стойкость центральной части свода составила 727 плавок, что более чем в 2 раза превысило данный показатель для монолитных и монолито-кирпичных сводов. Также снизились трудозатраты по изготовлению центральной части свода по сравнению с монолито-кирпичным вариантом. При этом, стоимость изготовления центральной части по предложенной схеме на 40% меньше, чем при использовании цельного или сегментного огнеупорного изделия.