Ответы ИПП. 1 Основные трудовые права работников в соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый имеет право на труд
 Скачать 24.44 Mb.
|
|
69. 1.10.3. Футеровка сталеразливочных ковшей. Назначение футеровки и условия ее работы. Действие расплавленного металла на футеровку. Свойства огнеупоров. Огнеупорные материалы, применяемые для футеровки ковшей. Общие требования, предъявляемые к ковшевым огнеупорам. Сталеразливочный припас. Огнеупорные растворы. Кладка футеровки. Конструкция футеровки. Конструкция стопора и узла крепления стакана. Стопор. Установка стопора в ковш. Узел крепления стакана. Стопорное устройство скользящего типа. Ремонт ковшей. Сушка ковша. 1.10.3. Футеровка сталеразливочных ковшей 1.10.3.1. Назначение футеровки и условия ее работы Футеровка сталеразливочных ковшей предназначена для защиты металлоконструкции ковша от действия расплавленного металла и удержания его в ковше. Футеровку выполняют из огнеупорных материалов с различными структурами, химико-минералогическим составом и физическими свойствами. Футеровка должна быть устойчивой к агрессивному действию расплавленного шлака и стали, а скорость охлаждения стали и шлака за время пребывания в ковше должна быть такой, чтобы их жидкотекучесть была достаточной для разливки с минимальным настылеобразованием. Правильный выбор огнеупорного материала, схемы кладки и режима сушки футеровки имеет большое значение, так как расплавленный металл и шлак оказывают агрессивное действие на футеровку. Это приводит к уменьшению срока службы футеровки. Время ремонта футеровки (мелкого и капитального) значительно превышает время работы ковша. По этой причине коэффициент использования ковшей остается до сих пор весьма низким. исходя из условий работы, методов подготовки к работе и стойкости футеровки ковша, её можно условно разделить на три составные части. 1. стопора и сталеразливочные стаканы работают в наиболее тяжелых условиях. Эти элементы футеровки, включая гнездовой кирпич, в который вставляют стакан, образуют стопорный припас. Тяжелые условия работы стопора обусловлены тем, что он со всех сторон омывается расплавленным металлом и в течение всей разливки стали не охлаждается. В не менее тяжелых условиях находится и сталеразливочный стакан, через который проходит вся масса расплавленного металла. Кроме того, поверхности стопора и стакана, омываемые металлом, весьма незначительны в сравнении с поверхностью всей остальной футеровки, поэтому удельная температурная напряженность стакана и стопора весьма высока. В то же время эти элементы футеровки являются наиболее ответственными, так как от них зависит безаварийная и качественная разливка стали. Поэтому стопор и стакан независимо от износа и состояния их поверхности обязательно заменяют другими после каждой разливки. 2. Футеровка днища ковша должна выдержать всё ферростатическое давление жидкого металла. Она дольше какой-либо другой части футеровки находится под действием высоких температур и испытывает наиболее сильный тепловой, а часто и механический удар при приеме первых порций расплавленного металла. Поэтому толщина футеровки днища должна быть больше толщины футеровки стенок. 3. Футеровка стенок ковша находится относительно в наиболее благоприятных условиях. С одной стороны, она (особенно верхняя часть) сравнительно быстро освобождается от воздействия расплавленного металла, с другой – она все время несколько охлаждается через кожух ковша. Ниже рассмотрены факторы, влияющие на стойкость футеровки, и меры, принимаемые для ее увеличения, а также конструкция различных частей футеровки. В (табл. 10) указаны средняя стойкость футеровки и удельный расход ковшевого кирпича, достигнутые на некоторых отечественных заводах в прошлом веке. Таблица 10
Как видно из таблицы, стойкость футеровки и расход ковшевого кирпича на отечественных заводах колеблются в широких пределах. Это объясняется тем, что на длительность кампании ковша оказывают влияние большое число факторов и в первую очередь количество и свойства шлака, качество огнеупоров и кладки, состав и температура разливаемой стали, режим разливки и др. Стойкость футеровки удается значительно увеличить, уменьшив толщину шлакового слоя с 30–40 до 10–12 см. Известно, что особенно интенсивно происходит разъедание футеровки при разливке кипящих сталей, содержащих повышенное количество закиси железа, и марганцовистых сталей, так как марганец весьма активно реагирует с кремнеземом. 1.10.3.2. Действие расплавленного металла на футеровку Расплавленный металл оказывает на футеровку термическое, механическое и химическое воздействие. Характер термического воздействия изменяется в течение каждой разливки. В начальный период наполнения ковша сталью оно выражается в резком тепловом ударе, обусловленном большой разницей температур расплавленного металла и футеровки. Затем термические напряжения определяются длительным воздействием высоких температур, а также изменяющимся характером и степенью нагрева различных слоев футеровки. Если внутренние слои, соприкасающиеся с расплавленным металлом и имеющие после сушки температуру 400–500 °С, весьма быстро нагреваются до температуры металла, то наружные слои, расположенные близко к кожуху и имеющие после сушки температуру 40–50 °С, постепенно нагреваются до 100–120 °С. Суммарное действие всех этих факторов вызывает появление в футеровке значительных термических напряжений. Длительность воздействия высоких температур особенно сильно сказывается в сталеразливочных ковшах большой емкости, в которых, несмотря на применение двух или даже четырех стопоров, время пребывания металла в ковше достигает 1,5–1,8 ч. Механическое воздействие расплавленного металла выражается в ударном действии падающей из печи с большой высоты струи металла и истирающем действии массы металла при наполнении им ковша и при разливке его в изложницы. Ударное действие струи металла воспринимается или днищем, или нижней частью «бойной» стороны внутренней поверхности футеровки кожуха, т. е. стороны, которая находится против сливного носка. Химическое воздействие оказывают главным образом шлаки, которые, хотя и в небольшом количестве, сливают в ковш для предохранения металла от быстрого охлаждения и от окисления его кислородом воздуха. По литературным данным, снижение температуры и активности шлака, которых можно достигнуть добавлением в ковш небольшого количества песка, приводит к увеличению стойкости футеровки на 30–40 %. Совместное воздействие всех перечисленных факторов ведет к интенсивному износу футеровки. Это связано не только с потерей времени на частый ремонт футеровки и большими затратами, но и с отрицательным влиянием на качество стали, так как с увеличением износа футеровки увеличивается количество неметаллических включений в стали. Интенсивность износа футеровки по высоте ковша неравномерная. Верхняя, слабо прогретая при сушке часть футеровки находится под слоем расплавленного металла относительно меньше времени, чем остальная футеровка, но на нее оказывает воздействие наиболее горячий и подвижный, а, следовательно, и более агрессивный шлак. Нижние слои футеровки находятся под воздействием высоких температур значительно больше времени, чем верхние, поэтому рабочая поверхность этой части футеровки размягчается больше, следовательно, процесс истирания ее движущимся металлом и разъедания шлаком идет более интенсивно. В итоге нижние слои оказываются в худших условиях и, как показывают наблюдения, примерно в три раза быстрее изнашиваются, чем верхние слои. Согласно исследованиям, проведенным на ЧМЗ, износ верхних, средних и нижних поясов происходит примерно в отношении 1:1,6:2,95, т. е. нижние ряды футеровки изнашиваются приблизительно в три раза быстрее, чем верхние. Эти значения могут меняться в зависимости от размера ковша, марок разливаемых сталей и других факторов, но они правильно отражают общий характер износа футеровки ковша. 1.10.3.3. Свойства огнеупоров Тяжелые условия, в которых работают огнеупоры в тепловых агрегатах вообще и в сталеразливочных ковшах в частности предъявляют очень высокие требования в отношении соответствия свойств огнеупорных материалов условиям, в которых они работают. Правильный выбор того или иного материала футеровки ковша в зависимости от его размеров и условий его эксплуатации или искусственное изменение некоторых свойств этого материала могут значительно изменить стойкость футеровки а, следовательно, значительно повлиять на производительность работы ковшового хозяйства. Ниже приведены краткие сведения о важнейших свойствах огнеупоров. Огнеупорность (°С) – свойство материала противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Она определяется условной температурой, при которой стандартный образец данного материала деформируется до условно принятых значений. Другими словами, это та предельная температура, которую теоретически может выдержать огнеупор, не расплавляясь, при отсутствии механических воздействий и влияния других факторов, вызывающих дополнительные разрушения. На практике огнеупоры никогда не работают при температурах, характеризующих их огнеупорность. Деформация сжатия при высоких температурах – способность материала противостоять одновременному воздействию высоких температур и сжимающей нагрузке. Она определяется температурой, при которой деформация сжатия под нагрузкой 0,2 МН/м2(2 кг/см2)достигает заранее заданных значений. В соответствии с ГОСТ 4070 обычно определяют три показателя деформации сжатия: температуру начала деформации, температуру при 4 % сжатия и температуру при 40 % сжатия. В отличие от показателя огнеупорности температура деформации сжатия больше соответствует практическим условиям эксплуатации огнеупоров. Предел прочности при сжатии (н/м2 или кг/см2) – способность материала выдерживать давление без разрушения при нормальной температуре; характеризует строительную прочность огнеупора. Объемная масса (г/см3) – отношение массы сухого образца к общему его объему; характеризует плотность изделий. Пористость кажущаяся (открытая пористость) (%) – отношение объема, занятого в образце открытыми (т. е. сообщающимися между собой и с атмосферой) порами, к общему объему образца. Пористость истинная (общая пористость) (%) – отношение объема всех пор (открытых и закрытых) образца к общему объему образца. Дополнительная линейная усадка (%) – необратимое изменение размеров изделий в результате нагревания при высоких температурах. Шлакоустойчивость – способность огнеупорного материала противостоять разрушающему действию шлаков при высоких температурах. Разъедающее действие шлаков выражается в коррозии, т. е. химическом взаимодействии шлака и огнеупора, и в эрозии, т. е. механическом истирании шлаком футеровки. Шлакоустойчивость футеровки определяется химическим составом и температурой шлака, химико-минералогическим составом огнеупора и шлака, структурой огнеупора и вязкостью шлака. Чем выше температура стали и шлака, заливаемых в ковш, тем интенсивнее идет процесс коррозии огнеупоров. О влиянии химико-минералогического состава футеровки на ее шлакоустойчивость можно судить только по отношению к шлаку определенного состава – чем ближе химические составы шлака и огнеупорного материала, тем медленнее идет коррозия футеровки. Поэтому при кислых шлаках кладут футеровку из кислых огнеупоров, при основных шлаках – из основных огнеупоров. Структура огнеупоров – степень пористости, характер пор (открытые или закрытые), их размер, зерновой состав и доля стекловидной связки – также значительно влияет на шлакоустойчивость огнеупора. Чем больше пористость и величина пор, тем интенсивнее идет процесс коррозии; чем крупнее зерна, тем огнеупор устойчивее против коррозии, но менее устойчив против эрозии. Мелкозернистые огнеупоры оказываются более стойкими при динамическом действии шлака, т. е. при его движении во время наполнения ковша и во время разливки стали. Термостойкость – способность огнеупора противостоять механическому разрушению под влиянием резких колебаний температур. Эти колебания, а также разница температуры в различных слоях футеровки вызывают термические напряжения. При превышении допустимой для данного огнеупора величины напряжений футеровка раскалывается или растрескивается, поэтому показателем термостойкости огнеупора является число теплосмен, которые он выдерживает до появления трещин. Иногда определяют число теплосмен, которые выдерживает огнеупор до потери 20 % массы. Термостойкость зависит главным образом от механической прочности огнеупора и теплового режима работы футеровки. Также имеют значение физико-химические свойства огнеупора. Например, чем выше его теплопроводность, чем меньше коэффициент линейного расширения и модуль упругости, тем выше термостойкость огнеупора. 1.10.3.4. Огнеупорные материалы, применяемые для футеровки ковшей Преимущественное распространение для изготовления футеровки сталеразливочных ковшей нашли огнеупорные материалы алюмосиликатного типа, состоящие в основном из окислов Аl2О3 и SiO2. Это объясняется тем, что изделия из этих материалов обладают наиболее высокими показателями химической и термической стойкости, а все остальные свойства в зависимости от предъявляемых к футеровке требований могут быть изменены в широких пределах изменением количественных соотношений окиси алюминия и кремнезема. В соответствии с процентным содержанием этих окислов огнеупоры алюмосиликатного типа, согласно ГОСТ 28874–2004, подразделяются на шесть групп: – полукислые......................................от 65–85 % SiO2 включительно; – шамотные............................................28–45 % Аl2О3 включительно; – муллитокремнеземистые.......свыше 45–62 % Аl2О3 включительно; – муллитовые.............................свыше 62–72 % Аl2О3 включительно; –.муллитокорундовые...............свыше 72–95 % Аl2О3 включительно; – из глиноземокремнеземистого стекла..от 40–90 % Аl2О3 включительно. Наибольшее распространение для изготовления ковшевого припаса получили шамотные огнеупоры. Шамот представляет собой хорошо обожженную при высокой температуре огнеупорную глину. Шамотный кирпич изготовляют из огнеупорной глины, способствующей сохранению формы изделия после обжига и отощителя – шамота или непластичной глинистой породы, которые уменьшают усадку при сушке и обжиге и повышают огнеупорность и термостойкость изделия. Смесь представляет собой неоднородную массу, состоящую из зерен шамота, соединенных между собой связующим глинистым веществом. Свойства шамотных изделий чрезвычайно разнообразны и определяются главным образом химическим составом шихты, ее зерновым строением и технологией изготовления изделий. Влияние химического состава.Наиболее ценной и огнеупорной составляющей шихты является глинозем Аl2О3. Повышение содержания глинозема увеличивает огнеупорность и шлакоустойчивость изделия благодаря высокой температуре плавления глинозема, которая составляет 2050° С. Но установлено, что увеличение содержания Аl2О3 в связке свыше 55–60 % (при содержании глинозема в готовом изделии 46–48 %) не дает существенного повышения шлакоустойчивости. С другой стороны, эксплуатация муллитокремнеземистых огнеупоров вызывает некоторые трудности вследствие их высокой дополнительной усадки и склонности к настылеобразованию. Поэтому муллитокремнеземистые огнеупоры, несмотря на их высокую огнеупорность (1800–1850 °С), широкого распространения для футеровки ковшей, в которые разливают стали рядовых марок, не получили. Применяют эти огнеупоры главным образом при разливке сталей, к которым предъявляют повышенные требования по чистоте. Увеличение количества примесей (CaO, MgO, Fe2O3 и др.) в шихте отрицательно сказывается на огнеупорности и температуре размягчения обожженных изделий. Влияние зернового состава шихты.Введение в шихту зерен шамота одной фракции ведет к образованию пористого кирпича, это снижает механическую прочность и шлакоустойчивость кирпича. В присутствии крупных фракций шамота повышается огнеупорность, термостойкость, газопроницаемость и температура размягчения кирпичей, но понижается их химическая устойчивость при воздействии шлаков и газов. Влияние технологии изготовления.Из технологических факторов наибольшее влияние на свойства огнеупорных изделий оказывают метод прессования, тщательность перемешивания всех составляющих шихты и температура обжига. Метод полусухого прессования в отличие от пластичного метода обеспечивает увеличение плотности и улучшение структуры и, как следствие этого, увеличение механической прочности готовых изделий и возможность получения изделий заданной формы и размеров. Кроме того, при уменьшении количества связки в шихте, которое является одним из следствий полусухого прессования, уменьшается склонность к скалыванию и растрескиванию, в результате чего также повышается шлакоустойчивость футеровки. Этими причинами объясняется повсеместное распространение полусухого способа прессования при производстве огнеупоров. На свойства огнеупорных изделий оказывает влияние очень большое число факторов, а это приводит к тому, что даже в пределах одной подгруппы свойства меняются в весьма широких пределах. Ниже приведены средние показатели шамотных огнеупоров: Химический состав, %: – Аl2О3.................................................................................30–45; – SiO2………………………………….…………………...52–60; – огнеупорность, °С………………….………….......1610–1770; – температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МН/м2 (2 кг/см2), °С…………….…………….....1150–1400; – пористость кажущаяся, %...............................................13–28; – дополнительная усадка при 1350–1450 °С за 4 ч, %..0,2–0,8; – термическая стойкость, число теплосмен……………...5–25; – химическая стойкость при действии: – кислых шлаков………………………....удовлетворительная; – основных шлаков………………………………….…..плохая; – Температура обжига, °С………………………..…1530–1550. Для изготовления сталеразливочных стаканов широкое распространение получили магнезитовые огнеупоры, характерной особенностью которых является высокое содержание в них оксида магния. Массу для формовки стаканов приготовляют из спекшегося магнезита фракции 2,0–0,8 мми клеящих добавок. Обжиг изделий ведут при 1550–1600 °С. Свойства магнезитовых изделий характеризуются следующими показателями: – Химический состав, %: – MgO………………………………………………………………..≥90; – СаО…………………………………………………………….……≤3; – огнеупорность, °С…………………………………….…….….≥2000; – Температура начала деформации под нагрузкой 0,2 Мн/м2 (2 кг/см2)………………………………..……...……..≥1500; – пористость, %.........................................................................15–25; – предел прочности при сжатии, Мн/м2 (кг/см2)…………....39 (400); – объемная масса, г/см3……………………………………………..2,6; – термическая стойкость, число теплосмен………………………1–2; – химическая стойкость при действии: – кислых шлаков………………………………………….…….плохая; – основных шлаков…………………………………….....…..хорошая. Ограниченное применение для изготовления ковшевого и стопорного припаса нашли и некоторые другие огнеупорные материалы. Так, для изготовления пробок и стаканов иногда используют шамотноуглеродистые огнеупоры, характеризующиеся более высокими показателями по сравнению с шамотными огнеупорами. Шихту для их приготовления составляют из огнеупорной глины, графита и шамота. После перемешивания и формовки изделия подвергают обжигу при 900–1000 °С. Характеристика шамотноуглеродистые огнеупоров следующая: Химический состав, %: – С……………………………………………………………..свыше 40; – Al2O3…………………………………………………………..….до 40; – огнеупорность, °С………………………………………………>1900; – пористость кажущаяся, %......................................................25,8–26,8; –объемная масса, г/см3………………………………………..1,83–1,84; – термическая стойкость, число теплосмен…………………………25; – химическая стойкость при действии: – кислых шлаков…………………………………………...…….плохая; – основных шлаков………………………………..удовлетворительная. Вследствие высокой стоимости применение шамотноуглеродистых изделий ограничивается в основном разливкой высоколегированных и специальных сталей. В последние годы находят все большее (хотя и недостаточное) распространение футеровки из набивных масс. |