ФУТЕРОВКА СТАЛЕРАЗЛИВОЧНОГО КОВША

Полезная модель относится к области металлургии и может быть использована, в частности, при выполнении футеровок сталеразливочных ковшей.
Известна футеровка, содержащая арматурный и рабочий слои, в которой рабочий слой стен ковша выполнен с утолщением в верхней и нижней частях, при этом высота утолщенного рабочего слоя верхней части составляет 0,10-0,5 высоты ковша, его толщина равна 1,1-2,2 толщины рабочего слоя, а высота утолщенного рабочего слоя нижней части составляет 0,05-0,3 высоты ковша, при его толщине 1,05-1,7 толщины рабочего слоя. Рабочий слой выполнен из термообработанного периклазоизвесткового на смоляной связке огнеупора, рабочий слой футеровки днища выполнен из периклазоуглеродистого или периклазохромитового огнеупора, а арматурный слой - монолитным из набивных масс алюмосиликатных или кремнеземистых материалов (А.С.1743687 от 24.07.1989, МПК 5 B22D 41/02).
Недостатками известного объекта являются: выполнение арматурного слоя футеровки сталеразливочных ковшей с применением алюмосиликатных и кремнеземистых огнеупорных материалов (использование которых не обеспечивает высокого уровня контрольных функций арматурного слоя футеровки из-за низкой метало- и шлакоустойчивости и приводит к существенным потерям жидкого металла, преждевременному выводу из эксплуатации футеровок и ухудшению технико-экономических показателей производства стали); а также отсутствие теплоизоляционного слоя футеровки. Следствием данных недостатков при эксплуатации стальковшей в условиях внепечной обработки стали является необходимость выполнения арматурного слоя футеровки толщиной не менее 80 мм, что связано:
- с обеспечением необходимой строительной прочности футеровок из алюмосиликатных и кремнеземистых огнеупоров, обладающих невысокими показателями механических свойств;
- с повышенным уровнем потерь тепла теплопроводностью через футеровку из-за отсутствия теплоизоляционного слоя, повышается верхний предел температуры металла, что приводит к повышенному расходу энергоносителей, ферросплавов и раскислителей. Кроме того, при толщине арматурного слоя от 80 до 120 мм существенно снижается «полезный» объем сталеразливочного ковша.
Известны футеровки стен и днища сталеразливочного ковша, где арматурный слой стенок выполнен из шамотного кирпича, рабочий слой выполнен из огнеупоров на основе периклаза. (Полезная модель RU 73250 от 17.12.2007 г., МПК B22D 41/02; Полезная модель RU 51356, от 30.08.2005, МПК B22D 41/02; Изобретение RU 2095192 от 02.07.1996, МПК B22D 41/02).
Недостатками известных объектов являются: выполнение арматурного слоя футеровки сталеразливочных ковшей с применением алюмосиликатных и кремнеземистых огнеупорных материалов (использование которых не обеспечивает высокого уровня контрольных функций арматурного слоя футеровки из-за низкой метало- и шлакоустойчивости и приводит к существенным потерям жидкого металла, преждевременному выводу из эксплуатации футеровок и ухудшению технико-экономических показателей производства стали); а также отсутствие регламента по выполнению теплоизоляционного слоя футеровки. Следствием данных недостатков при эксплуатации стальковшей в условиях внепечной обработки стали является необходимость выполнения арматурного слоя футеровки толщиной не менее 80 мм, что связано:
- с обеспечением необходимой строительной прочности футеровок из алюмосиликатных и кремнеземистых огнеупоров, обладающих невысокими показателями механических свойств;
- с повышенным уровнем потерь тепла теплопроводностью через футеровку в случае выполнения теплоизоляционного слоя из классически применяемых теплоизоляционных фетров, войлоков или картонов, при применении которых толщина теплоизоляционного слоя для исключения раскрытия технологических швов футеровки не может превышать 10 мм; повышается верхний предел температуры металла, что приводит к повышенному расходу энергоносителей, ферросплавов и раскислителей. Кроме того, при толщине арматурного слоя не менее 80 мм существенно снижается «полезный» объем сталеразливочного ковша.
2
Наиболее близкой, принятой за прототип, является футеровка металлургической емкости, содержащая теплоизоляционный, контрольный и рабочий слои, выполненные толщиной, величины которых соотносятся как 1: (2÷15): (6,5÷22). При этом теплоизоляционный слой выполнен из огнеупорного материала, содержащий алюмосиликаты или силикаты магния, контрольный слой выполнен из алюмосиликатных материалов с содержанием оксида алюминия не более 80%, а рабочий слой выполнен из углеродсодержащих огнеупорных материалов. При этом прочность теплоизоляционного слоя составляет не менее 5 Н/мм, а теплопроводность - не более 0,45 Вт/мК при 300°С (Полезная модель RU 37660 от 31.12.2003 г., МПК B22D 41/02).
Недостатком известного объекта является выполнение арматурного (контрольного) слоя футеровки стальковшей с применением алюмосиликатных огнеупорных материалов (в том числе, и содержащих оксид алюминия до 80%), которые в условиях эксплуатации при современных технологиях внепечной обработки стали имеют низкую метало- и шлакоустойчивость и не обеспечивают высокого уровня контрольных функций арматурного (контрольного) слоя футеровки стальковшей. При общем или локальном износе рабочего слоя футеровки, под воздействием расплавов шлака и/или металла, алюмосиликатные огнеупорные материалы имеют высокую скорость коррозионного износа в арматурном слое футеровки, в результате не обеспечивается необходимая степень защиты металлоконструкции кожухов стальковшей от аварийного повреждения (прогара), следствиями чего являются: существенные потери жидкого металла; преждевременный вывод из эксплуатации футеровок и металлоконструкций кожухов стальковшей; ухудшение технико-экономических показателей производства стали, в том числе по причине аварийных простоев агрегатов внепечной обработки стали и аварийных потерь металла.
Применение в арматурном слое высокоглиноземистых материалов с содержанием оксида алюминия не более 80% при прочих равных условиях приводит к значительному увеличению стоимости комплекта футеровки.
Технический результат, достигаемый в заявленной полезной модели, заключается в существенном увеличении «полезного» объема сталеразливочных ковшей без изменения металлоконструкции их кожухов и с обеспечением наиболее эффективных показателей эксплуатации футеровок сталеразливочных ковшей.
Указанный технический результат достигается комплексным проектированием и выполнением рабочего, арматурного и теплоизоляционного слоев футеровок сталеразливочных ковшей.
Футеровка сталеразливочного ковша, имеющего несущий металлический корпус, включает теплоизоляционный, арматурный и рабочий слои, согласно заявляемой полезной модели, арматурный слой футеровки выполнен из периклазсодержащих огнеупорных материалов, причем, по меньшей мере, теплоизоляционный слой футеровки выполнен одинаковой толщины по высоте ковша, а соотношение толщин теплоизоляционного и арматурного слоев к толщине рабочего слоя составляет 1: (2-2,7), при этом суммарная толщина теплоизоляционного, арматурного и рабочего слоев футеровки шлакового пояса не менее 1,1 суммарной толщины всех слоев футеровки стен.
Теплоизоляционный слой футеровки выполнен в один или несколько слоев из теплоизоляционного материала, максимально допустимая температура эксплуатации, которого не менее 1150°С, а коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала не более 0,38 Вт/м*К при средней для средней температуры в пределах 600-800°С.
Применение в арматурном слое периклазсодержащих (неформованных (масс, мертелей, заполнителей, торкрет-масс, бетонов и т.п.) и/или предварительно (прессованных, заливных, вибролитых и т.п.) формованных (изделий, кирпичей, блоков, сегментов, модулей и т.п.) периклазосодержащих (MgO-содержащих, периклазовых, шпинельных, шпинелидных, периклазохромитовых, хромитопериклазовых и т.п.) огнеупорных материалов, обладающих (в сравнении с алюмосиликатными и силикатными материалами) более высокими физико-химическими показателями и прочностными характеристиками (как в естественных условиях, так и при повышенных температурах эксплуатации) позволяет снизить толщину арматурного (контрольного) слоя футеровки с обеспечением:
- высокой устойчивости арматурного (контрольного) слоя футеровки к воздействию расплавов металла и шлака;
- необходимого уровня строительной прочности футеровок.
Конкретные значения толщин слоев футеровки определяется по результатам тепло-физического расчета передачи тепла теплопроводностью по слоям футеровки (в стационарном или нестационарном тепловом состоянии), учитывающего исходные значения условий эксплуатации футеровок сталеразливочных ковшей (температуры металла в сталеразливочном ковше, время пребывания металла в ковше и т.д.), теплофизические свойства применяемых в теплоизоляционном, арматурном и рабочим слоях футеровки огнеупорных материалов, конструктивные особенности футеровки, а также требуемые (но не превышающие предельно допустимые) значения температуры эксплуатации металлоконструкции кожухов сталеразливочных ковшей.
При отношении толщин менее заявляемых величин не обеспечивается необходимая стойкость всех элементов футеровки сталеразливочного ковша, при отношении толщин, превышающих заявляемые величины происходит существенное снижение «полезного» объема сталеразливочного ковша.
Использование теплоизоляционного материала максимально допустимая температура эксплуатации, которого не менее 1150°С, и коэффициент теплопроводности которого не более 0,38 Вт/м*К при средней для средней температуры в пределах 600-800°С, обеспечивает минимальную потерю тепла теплопроводностью через футеровку сталеразливочных ковшей, необходимый уровень строительной прочности футеровок, предельно допустимые значения температуры эксплуатации металлоконструкции кожухов сталеразливочных ковшей. Указанный теплоизоляционный материал обладает достаточной механической прочностью и в процессе эксплуатации не изменяет своей первоначальной формы.
В заявляемой полезной модели понимается следующее: «полезный» объем сталеразливочного ковша - объем, включающий в себя объем рабочего слоя футеровки и «работ».
В заявляемой полезной модели понимается следующее: «полезный» объем сталеразливочного ковша - объем, включающий в себя объем рабочего слоя футеровки и «рабочий» объем сталеразливочного ковша; «рабочий» объем сталеразливочного ковша - объем, включающий в себя объемы расплавов металла и шлака, а также свободный объем над поверхностью «зеркала» шлака, необходимый при внепечной обработке стали.
В свою очередь, увеличение «полезного» объема сталеразливочных ковшей обеспечивает:
1. При сохранении «рабочего» объема сталеразливочных ковшей - существенное увеличение толщины рабочего слоя футеровки в целом или отдельных его элементов с соответствующим улучшением показателей эксплуатации (стойкости) футеровок сталеразливочных ковшей;
2. При сохранении толщины рабочего слоя футеровки - значительное увеличение «рабочего» объема сталеразливочных ковшей с соответствующим увеличением объема (массы) расплава металла в сталеразливочных ковшах.
Также, с увеличением «полезного» объема сталеразливочных ковшей при оптимально-пропорциональном увеличении толщины рабочего слоя футеровок (в целом или отдельных их элементов) и «рабочего» объема сталеразливочных ковшей достигается, как улучшение показателей (стойкости) футеровок сталеразливочных ковшей, так и соответствующее увеличение объема (массы) расплава металла в сталеразливочных ковшах.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на примере (фиг.1), где сталеразливочный ковш в металлоконструкции кожуха 1 имеет футеровку, состоящую из теплоизоляционного слоя 2, арматурного слоя 3, рабочего слоя шлакового пояса 4, рабочего слоя стен 5 и рабочего слоя днища ковша 6.
Фигурой 2 представлена схема остаточной толщины футеровки при максимальном износе.
Заявляемый объект, используется в сталеразливочных ковшах электросталеплавильного цеха емкостью 130 тонн. Футеровка сталеразливочного ковша включает теплоизоляционный слой, выполненный из теплоизоляционного материала, например, из волокнистой плиты алюмосиликатного состава, одинаковой толщиной по высоте ковша, 12 мм. Арматурный слой выполнен из хромитопериклазовых изделий одинаковой толщиной по высоте ковша. Рабочий слой футеровки выполнен периклазоуглеродистыми изделиями, толщиной в стенах 177,8 мм, с увеличением толщины в шлаковом поясе до 228,6 мм. Футеровка рабочего слоя днища выполнена тиксотропной массой.
В начале компании сталеплавильный ковш обеспечивал вместимость жидкости металла в ковше не менее 120 тонн со свободным бортом порядка 500-600 мм. В процессе эксплуатации агрегата, металлический корпус не подвергается воздействию высоких температур, что увеличивает срок его эксплуатации.
В результате, реализация заявленной полезной модели без изменения металлоконструкции кожухов сталеразливочных ковшей обеспечивает улучшение технико-экономических показателей эксплуатации футеровок сталеразливочный ковшей, основными из которых являются: увеличение объема (массы) расплава металла в сталеразливочных ковшах, улучшение показателей эксплуатации (повышение стойкости, снижение удельного расхода огнеупоров и т.п.) футеровок сталеразливочных ковшей, снижение удельных и общих затрат на огнеупоры, исключение аварийных простоев агрегатов внепечной обработки стали и потерь металла, за счет повышения контрольных функций арматурного слоя футеровок (выполняемого из периклазосодержащих огнеупоров) и, соответственно, предотвращения аварийных повреждений («прогаров») сталеразливочных ковшей.