Опыт и перспективы применения жаростойкого бетона для изготовления футеровки прибыльных надставок сталеплавильного производства

Максимальное увеличение прочности при сжатии наблюдается при расходе добавки 1 % по сравнению с чистым гипсом и составляет 7,3 МПа, в то время как незначительно изменяется прочность при изгибе и сроки схватывания.

Из результатов рентгенофазового анализа на рисунке 3, б можно увидеть присутствие примеси кварца, что обуславливает повышение прочности гипсового вяжущего.

Вывод. Введение таурита в качестве добавки от 1до 2 % повышает марку гипсового вяжущего до Г - 7 (прочность при сжатии 7,01 - 7,3 МПа, прочность при изгибе 3,7 - 3,8 МПа). Показатели предела прочности при сжатии и изгибе, сроки схватывания для марки Г - 7 соответствуют требованиям ДСТУ Б В.2.7 - 82:2010. Последующее увеличение процентного содержания таурита 3 - 5 % постепенно снижает прочностные показатели до марки Г - 6.

Результаты исследований подтверждают возможность использования таурита ТС - Д в качестве добавки для повышения прочностных характеристик гипсовых вяжущих.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Бутт Ю. М., Сычева М. М., Тимашев В. В. Дегидратация. Химическая технология вяжущих материалов. - М. : Высшая школа, 1980. - 472 с.

2. Крестовиков А. Н., Вигдорович В. Н. Химическая термодинамика. - М. : Госстройиздат, 1973. - 256 с.

3. Пащенко А. А., Сербин В. П., Старчевская Е. А. Вяжущие материалы. - К. : Высшая школа, 1985. - 440 с.

4. Пригожин И., Дежи Р. Химическая термодинамика. - Новосибирск, 1965. - 210 с.

5. Amathieu L., Boistelle R. Crystallization kinetics of gypsum from dense suspension of hemihydrates in water. J. Cristal Growth, 1988, vol.88, n 2, pp. 183 - 192.

6. Murat M., Karmazsin E., Cinétique d'hydratation des sulfates de calcium sémihydratés. Essai d'interprétation des courbes "Vitesse - degree d'avancement". In: Compterendu du Colloque International de la R.I.L.E.M. 25 - 27 mai 1977. - France,Saint-Remy-Les-Chevreuse, 1977, pp. 217 -236.

7. Onorato, Ettor. The fine structure of gypsum (CaSO4-2H2O). Zeitschift feur Kristallographie, Kristallgeometrie, Kristallphysik, Kristallchemie, 1929, vol. 71, pp. 277 - 325.

8. Ridge M. J. Mechanism of setting of gypsum plaster. Rev. Pure and appl. Chem., 1960, vol. 10, no4, pp. 243 - 276.

9. Ridge M. J., Bright J. E. Twin crystals of precipitated gypsum. - Miner. Mag., 1962, vol. 33, no259, pp. 347 - 348.

10. Rumyansev B. M., Adriamov R. A. Improvement of water resistance of gypsum products. -Izvestiya Vysshikh Uchebnykh zavedenii, Stroitel'stvo, 1995, vol. 12, pp. 51 - 60.

11. Smadi M., Rami H., Akour A. Potential use of phosphogypsum in concrete, Cement and Concrete Research, 1999, vol. 29, no9, pp. 1419 - 1425.

УДК 666.974.2: 621.746.464

ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЖАРОСТОЙКОГО БЕТОНА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФУТЕРОВКИ ПРИБЫЛЬНЫХ НАДСТАВОК СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

А. Ю. Конопляник, к. т. н., доц.

Ключевые слова: прибыльная надставка, жаростойкий бетон, шамотный кирпич, футеровка, виброустановка, слитки

Постановка проблемы. На Алчевском металлургическом комбинате при разливке спокойной стали в слитки массой 10 - 14 тонн применяют прибыльные надставки, футерованные шамотным кирпичом. Применение таких надставок показало их существенные недостатки, заключающиеся в больших трудозатратах, связанных с устройством кирпичной кладки сложной конфигурации и невысокой стойкостью футеровки, равной 12 - 17 наливов. Кроме того, большие потери тепла через боковую поверхность надставки приводят к увеличению распространения усадочных дефектов в тело слитка, а наличие большого количества швов в кирпичной кладке футеровки - к подвисанию слитка при съеме надставки и, как следствие, образованию на нем поперечных трещин. Производственный опыт эксплуатации

прибыльных надставок массой до 12 т показал, что устранения этих недостатков можно добиться путем применения двухслойной футеровки из жаростойкого бетона, которая изготовляется механизированным способом [1; 2].

Цель работы состояла в разработке составов жаростойких бетонов, конструктивных решений и технологических приемов изготовления двухслойной футеровки применительно к прибыльным надставкам для слитков массой 10 - 14 т.

Результаты исследования: технология разливки спокойной стали в условиях комбината должна обеспечивать разливку стали в слитки массой 13,8, 11,8 и 10,7 т с прибыльными надставками типа Д-13, 11С-1 и Д-10 соответственно. Конструктивные особенности надставок с двухслойной футеровкой определяются параметрами внутренней полости головной части слитка.

При разработке конструкции за основу была принята прибыльная надставка, содержащая металлический корпус с постоянным и рабочим слоями из жаростойкого бетона, в которой боковая поверхность постоянного слоя выполнена расширяющейся к верху надставки [3].

Указанная прибыльная надставка хорошо зарекомендовала себя при разливке стали в слитки массой до 12 т, когда отношение длины прямолинейного участка («свободной длины») рабочего слоя футеровки к его толщине в нижней части не превышает 10. Например, на Макеевском металлургическом комбинате, где масса слитка составляет 8,2 т, а отношение «свободной длины» рабочего слоя к его толщине равно 8,8, срок службы рабочего слоя футеровки составляет 40 - 50 наливов[1].

При массе слитка более 12 т и, соответственно, больших размерах внутренней полости надставки, «свободная длина» рабочего слоя увеличивается, а ее отношение к толщине этого слоя становится более 10. При этом, в результате одностороннего действия температуры и возникающих при этом усилий, рабочий слой футеровки в нижней его части выгибается внутрь надставки и отслаивается от постоянного слоя. Выгиб рабочего слоя происходит во время съема прибыльной надставки с головной части слитка, когда поверхность рабочего слоя резко охлаждается, а температура на поверхности чугунного корпуса остается высокой. Величина выгиба оказывается тем больше, чем больше отношение «свободной длины» рабочего слоя к его толщине. При последующих наливах в образовавшийся между постоянным и рабочим слоями зазор проникает расплавленный металл, застывает там, что при съеме прибыльной надставки с головной части слитка приводит к разрушению рабочего слоя в его нижней части. Все это ведет к снижению срока службы прибыльной надставки.

В надставках, используемых на Алчевском металлургическом комбинате, отношение «свободной длины» рабочего слоя к его толщине составляет: 9,3 для надставки типа Д-10, 9,4 для надставки типа 11С-1 и 12,50 для надставки типа Д-13. Таким образом, при разработке конструктивных решений для надставок типа Д-10 и 11С-1 нет необходимости удержания рабочего слоя футеровки от выгиба, а при разработке конструктивных решений для надставок типа Д-13 возникает необходимость такого удержания.

Поскольку конфигурация внутренней полости надставок 11С-1 и Д-10 отличается незначительно из-за близких по массе параметров слитков, то конструктивные решения внутренней полости этих надставок практически одинаковы. На рисунке 1 приведена конструкция прибыльной надставки типа Д-10 с двухслойной футеровкой из жаростойкого бетона.

При разработке конструкции прибыльной надставки типа Д-13 на внутренней поверхности стенок корпуса (по середине длинных сторон) выполнили ребра шириной, равной толщине постоянного слоя футеровки. При этом поверхности ребер, которые находятся в контакте с рабочим слоем футеровки, выполнили сходящимися внутрь надставки и расходящимися к верху надставки под углом 5 - 10 градусов. Ширина между ребрами принята увеличивающаяся к верху надставки с 80 до 140 мм в связи с увеличением к верху надставки толщины рабочего слоя футеровки. Такое конструктивное решение корпуса образует своеобразный «ласточкин хвост», который в середине длинных сторон надежно удерживает рабочий слой от выгиба. Конструкция прибыльной надставки типа Д-13 с двухслойной футеровкой из жаростойкого бетона приведена на рисунке 2.

Для изготовления двухслойной футеровки разработали и применили жаростойкий бетон на глиноземистом цементе следующего состава, мас %:

Шамотный заполнитель фракции 1 - 10 мм - 63,6

Глиноземистый цемент - 20,5

Жидкое стекло - 15,9

Разработанный состав жаростойкого бетона обладает высокими физико-механическими и огневыми характеристиками, а именно: Прочность на сжатие:

- после сушки при t = 110°С 20,3 МПа

- после нагрева до t = 800°С 18 МПа

- при температуре t = 400°С 20,1 МПа

- при температуре t = 800°С 18,2 МПа Кажущаяся плотность:

- после сушки 2 020 кг/м3 Открытая пористость:

- после сушки 21,2 % Температура деформации под нагрузкой 0,2 МПа:

- начало размягчения 1 110°С

- 4 % деформации 1 270°С Коэффициент теплопроводности

- при t=600°C 0,9 Вт/м°С

- при t=1000°C 1,02 Вт/м°С Термическая стойкость, 25 800 ОС—* воздух теплосмен Коэффициент линейного термического расширения а-10"6

в интервале температур 100 -1000 С 2,73 - 5,55 Огнеупорность, С 1380 С

Для улучшения теплоизолирующей способности футеровки в состав бетона постоянного слоя добавляли вспученный перлитовый песок в количестве 1,05 %.

Отработку технологического процесса изготовления и эксплуатации футеровки производили на прибыльных надставках типа Д-10. Для сравнения параллельно изготавливали прибыльные надставки, футерованные жаростойким бетоном и шамотным кирпичом.

Футеровку из жаростойкого бетона изготавливали на разработанной установке виброударного действия (виброустановке), схема которой приведена на рисунке 3. Всего было изготовлено 6 прибыльных надставок с двухслойной футеровкой из жаростойкого бетона.

II

V \

3

У" » ч * " 'р.  4

т -— ----" "

' -;—гт- а Л Л йч дскрщ }ч ь Г.- А  '

^ к ¿1, _

4 4

Л й

Рис. 1. Конструкция прибыльной надставки для слитков массой 10,7т с футеровкой из жаростойкого бетона: 1 - постоянный слой футеровки; 2 - рабочий слой; 3 - корпус прибыльной

Надставки

Приготовление бетонной смеси производили в бетоносмесителе принудительного перемешивания емкостью 0,3 м3. Вначале в бетоносмеситель подавали сыпучие материалы в последовательности: шамотный заполнитель, глиноземистый цемент и перлитовый песок (для постоянного слоя) и перемешивали в течение 2 минут. Затем добавляли необходимое количество жидкого стекла и всю смесь перемешивали в течение 3 минут.

КПО

Рис. 2. Конструкция прибыльной надставки для слитков массой 13,8т с футеровкой из жаростойкого бетона: 1 - постоянный слой футеровки; 2 - рабочий слой; 3 - корпус прибыльной

надставки; 4-ребра

Рис. 3. Виброустановка для изготовления футеровки прибыльных надставок

из жаростойкого бетона: 1 - прокладки из микропористой резины толщиной 30мм; 2 - прокладки из резины средней жесткости толщиной 15 мм; 3 - прокладки из жесткой резины толщиной 20 мм; 4 - металлическое кольцо; 5 - вибратор; 6 - вибросердечник для изготовления рабочего слоя футеровки; 7 - съемный сердечник для изготовления постоянного слоя футеровки; 8 - упоры; 9 - рабочий слой футеровки; 10 - постоянный слой футеровки; 11 - корпус прибыльной надставки

Вначале изготавливали постоянный слой футеровки 10. Для этого, включив предварительно вибратор 5, подавали бетонную смесь из бетоносмесителя в зазор между корпусом надставки 11 и съемным сердечником 7. Бетонную смесь уплотняли в течение 4 -5 мин. После выдержки отформованного постоянного слоя в течение 15 - 20 мин извлекали съемный сердечник, а прибыльную надставку с изготовленным постоянным слоем снимали с виброустановки и подавали на сушку. Сушку постоянного слоя осуществляли на газовых горелках в течение 5 ч по режиму: подъем температуры до 150 ОС и выдержка в течение 1,5 ч, подъем температуры до 350 ОС и выдержка в течение 3,5 ч.

После сушки постоянного слоя на его поверхность наносили разупрочняющийся при нагреве слой массы толщиной 0,3 - 0,5 мм состава: 50 % лигносульфоната технического плотностью 1,15 г/см3 и 50 % тонкодисперсного отхода производства кремнийсодержащих ферросплавов. Сушка нанесенного слоя осуществлялась за счет тепла, аккумулированного постоянным слоем футеровки.

Для изготовления рабочего слоя футеровки 9 корпус надставки 11 с постоянным слоем 10 помещали на виброустановку и, включив вибратор 5, подавали бетонную смесь в зазор между вибросердечником 6 и постоянным слоем. После уплотнения бетонной смеси и выдержки отформованного рабочего слоя, прибыльную надставку снимали с вибросердечника и снова устанавливали на сушку. Сушку рабочего слоя осуществляли по тому же режиму, что и постоянного.

Испытание прибыльных надставок производили в мартеновском цехе комбината. Прибыльные надставки, футерованные жаростойким бетоном, считались опытными, а футерованные шамотным кирпичом - сравнительными. Опытные и сравнительные прибыльные надставки эксплуатировали на одном составе по действующей на комбинате технологии.

Футеровку надставок в процессе эксплуатации перед каждой плавкой очищали от шлака и наносили на рабочую поверхность защитную обмазку толщиной 7 - 10 мм следующего состава: 100 % песка (с содержанием глины 10 - 20 %), затворенного водой с добавкой лигносульфоната технического. Сталь разливали из 300 т ковшей сифонным способом согласно действующей на комбинате технологической инструкции. После окончания разливки зеркало металла утепляли слоем перлито-угольной смеси.

Стойкость рабочего слоя футеровки опытных надставок составила в среднем 30 наливов. Рабочий слой вышел из строя из-за износа бетона в его нижней части, при этом величина износа составила более 25 мм. Средняя стойкость футеровки сравнительных прибыльных надставок составила 12 - 17 наливов.

Для оценки влияния футеровки из жаростойкого бетона на качество разливаемого металла провели сравнительные исследования слитков, отлитых с прибыльными надставками, футерованными жаростойким бетоном и шамотным кирпичом. Исследования показали, что усадочные дефекты в слитках, отлитых с прибыльными надставками, футерованными жаростойким бетоном, с уменьшенным на 266 кг расходом металла в прибыли, локализуются в пределах прибыльной части и не входят в тело слитка, что свидетельствует о лучшей теплоизолирующей способности этих надставок и возможности снижения отходов металла с головной обрезью.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Завадский М. Я., Прядко В. М., Виноградов Н. М. и др. Разработка и внедрение составов жаростойких бетонов, новой конструкции и технологии изготовления футеровки прибыльных надставок сталеплавильного производства // Огнеупоры. - 1987. - № 1. - С. 53 -56.

2. Завадский М. Я., Прядко В. М., Конопляник А. Ю. и др. Технология изготовления футеровки прибыльных надставок из жаростойкого бетона // Черная металлургия. Бюлл. науч.-техн. информ. - 1991. - № 11. - С. 72 - 74.

3. А. с. № 835611. СССР. Прибыльная надставка. / М. Я. Завадский, В. М. Прядко, В. В. Лифар и др. // Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки. - 1981. - № 21. - С. 53.