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 периодической замены центральной керамической части свода ДСП и к увеличению эксплуатационных затраты при выплавке стали.
Поэтому к материалам, используемым для изготовления центральной части свода ДСП предъявляются повышенные требования по термостойкости и сопротивлению абразивному износу.
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.
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. Также недостатком цельного изделия является сложность и высокая стоимость транспортировки изделия с габаритным размером более 2,5 мм.
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 секторов 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 44805 является низкая стойкость центральной части свода из огнеупорных секторов размерами в 1/3 от размера центральной части водоохлаждаемого свода, т.к. при такой конструкции толщина перемычки между подэлектродными отверстиями уменьшается в два раза, что может привести к образованию сквозной трещины и последующего разрушения перемычки, что, в свою очередь, приводит к преждевременному выводу свода из эксплуатации. Недостатком цельного изделия является сложность и высокая стоимость транспортировки изделия с габаритным размером более 2,5 мм.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно повышение стойкости центральной части свода ДСП и снижение затрат при ее изготовлении, транспортировки и эксплуатации.
2
3
2
3
Поставленная цель, согласно формуле полезной модели, достигается тем, что центральная часть водоохлаждаемого свода дуговой сталеплавильной печи переменного тока, выполненная из огнеупорного материала, имеющая круглую форму, состоящая из отдельных огнеупорных сегментов и имеющая три отверстия для электродов, в соответствии с полезной моделью данная центральная часть свода состоит из двух сегментов, изготовленных из огнеупорного материала на основе табулярного глинозема, содержащего, мас.%: AlO - не менее 89, CrO - не менее 3, металлическую фибру из жаропрочной стали - не менее 2, указанные сегменты термообработаны при температуре не менее 450°С, а указанные отверстия для электродов сформированы в одном из сегментов, плоскость сочленения сегментов параллельна плоскости, образованной осями двух отверстий для электродов, а минимальное расстояние между указанными плоскостями составляет величину, превышающую на 150 мм значение радиуса отверстия для электродов R.
oтв
oтв
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на фиг. 1, где изображена центральная часть свода, состоящая из большего сегмента 7, в котором сформированы отверстия для электродов, меньшего сегмента 2. При этом минимальное расстояние Н между плоскостью, образованной осями подэлектродных отверстий и плоскостью сочленения сегментов, равно R+150 мм, где R - радиус отверстия под электрод, мм.
Благодаря тому, что наиболее изнашиваемая зона в центральной части свода (зона распада) находится в цельном сегменте, а не разнесена на 3 изделия, как в полезной модели 44805, достигается более высокая стойкость центральной части свода из-за отсутствия в ней монтажных швов, а также увеличения в два раза толщины перемычек между отверстиями под электроды. Предлагаемая схема центральной части свода также решает проблему транспортировки крупногабаритных изделий из-за ограничения по габариту не более 2,5 м.
Изготовление сегментов центральной части свода 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. Сформованные изделия по прошествии 12-24 ч извлекаются из оснастки и подвергаются сушке при 450°С.
2
3
2
3
Изготовление огнеупорных сегментов посредством вибролитья из огнеупорного материала на основе табулярного глинозема, содержащего не менее 89 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 3 мас. % повышает термическую стойкость огнеупора, а также его устойчивость к коррозионному воздействую шлака ДСП. Содержание металлической фибры в количестве не менее 2 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 изделия при первой эксплуатации центральной части свода.
Минимальное расстояние между плоскостью, образованной осями подэлектродных отверстий и плоскостью, ограничивающей меньший сегмент, а именно минимальная толщина стенки между отверстием под электрод и краем большего сегмента определялась на основании расчета термических напряжений, возникающих в центральной части свода при эксплуатации. При толщине стенки кольца меньше 150 мм повышается вероятность образования сквозной трещины и последующего разрушения большего сегмента, что приведет к преждевременной остановке ДСП на ремонт и не позволит достичь технического результата.
2
Огнеупорные сегменты, 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.
Выполненные в соответствии с настоящей полезной моделью центральные части свода эксплуатировались на 150-т ДСП. Минимальная толщина стенки между отверстием под электрод и краем большего сегмента составляла 200 мм. Максимальная стойкость центральной части свода составила 830 плавок, что на 40% превысило данный показатель для центральной части свода из трех секторов. Также отмечено отсутствие разрушения перемычек между отверстиями под электроды, что снизило расход электродов. При этом стоимость центральной части по предложенной схеме на 15% меньше, чем при использовании цельного огнеупорного изделия, из-за меньших габаритов изделия и менее дорогостоящей транспортировки.