Устройство футеровки сталеразливочных ковшей

Публикация: 12.12.2022
Время чтения: 7 мин.
Просмотров: 983

Футеровка сталеразливочных ковшей – это многослойная защита внутренней части корпуса стальковша от агрессивного воздействия расплавленного металла. Она представляет собой «слоеный пирог» из огнеупоров с разным химическим составом и физическими свойствами.

Футеровка устойчива к высоким температурам, агрессивному воздействию расплавленного металла и шлака, циклическим температурным изменениям. Однако в процессе эксплуатации футеровочные слои изнашиваются, поэтому их приходится периодически менять.

Содержание

Конструкция сталеразливочных ковшей
Устройство футеровки стальковшей
Применяемые огнеупорные материалы
Расчет футеровки сталеразливочного ковша
Сушка футеровки
Как и когда следует проводить ломку футеровки ковша

Конструкция сталеразливочных ковшей

Стальковш состоит из следующих элементов:

корпус (кожух с металлоконструкциями);
дозирующие приспособления;
футеровка.

Наибольшее распространение в металлургии получили сталеразливочные ковши в виде усеченного конуса, они строго сцентрированы и сбалансированы. Для изготовления стальковшей используется листовая сталь различной толщины. Номинальная емкость ковша регламентируется ГОСТ, она может составлять от 500 кг до нескольких сотен тонн.

В качестве дозирующих механизмов используются стопорные устройство или ковшевые затворы. Избыток шлака отводится по шлаковому желобу, их может быть один или два.

Футеровка стальковша защищает металлоконструкцию от разрушения и предотвращает преждевременное остывание жидкого металла ниже требуемой температуры.

Устройство футеровки стальковшей

Футеровка стальковшей имеет трехслойную структуру. Каждый футеровочный слой выполняется из разных огнеупоров и выдерживает определенное количество плавок.

Футеровочные слои начиная с внешнего:

рабочий;
арматурный;
теплоизоляционный.

Внешний слой непосредственно соприкасается с жидким металлом и шлаком. Из-за тяжелых условий эксплуатации он изнашивается быстрее всего и подлежит замене через 60-100 плавок.

Арматурный слой является несущим, он обладает высокой механической прочностью и износостойкостью. Стойкость арматурной футеровки составляет 500-800 плавок в зависимости от применяемых материалов и условий эксплуатации.

Теплоизоляционный слой продлевает время нахождения расплавленного металла в стальковше. Он характеризуется низкой теплопроводностью, высокой термостостойкостью и отличными прочностными свойствами. Теплоизоляция способна выдержать 1000 и более плавок.

Применяемые огнеупорные материалы

Рабочий футеровочный слой изготавливается из неформованных огнеупоров. Также могут использоваться торкрет-массы, наносимые методом набрызгивания.

Арматурный слой футеровки может быть выполнен из следующих материалов в зависимости от условий эксплуатации:

огнеупорный шамотный (алюмосиликатный) кирпич;
безобжиговые кварцитовые огнеупоры;
периклазохромитовые или периклазоуглеродистые огнеупорные блоки;
кирпич огнеупорный муллитокорундовый;
огнеупорные бетоны с высоким содержанием оксида алюминия.

Бетон позволяет создать монолитный арматурный слой с повышенной прочностью и жесткостью. В результате увеличивается количество плавок, разливаемых из одного стальковша.

Теплоизоляция сталеразливочного ковша чаще всего выполняется из муллитокремнеземистых (керамоволокнистых) плит. Материал обладает низким коэффициентом теплопроводности, повышенной стойкостью к изгибающим нагрузкам и высоким температурам. Он эффективно компенсирует тепловые напряжения и характеризуется малой усадкой, выигрывая по этим показателям у асбестокартона и муллитокремнеземистого рулонного материала.

Расчет футеровки сталеразливочного ковша

К основным этапам расчета футеровки относятся:

Определение объема ковша и распределение нагрузки

При расчете футеровки учитывается объем сталеразливочного ковша, который может варьироваться от нескольких десятков до сотен тонн. Объем определяет, какое количество материала потребуется для футеровки стенок, днища и верхней части ковша. Также учитывается распределение термической нагрузки, которая может достигать 1600-1700°C в местах контакта с расплавом.

Выбор материалов для футеровки

В зависимости от условий эксплуатации используются различные виды огнеупорных материалов. Наиболее распространенными являются высокоглиноземистые кирпичи, которые обладают высокой стойкостью к агрессивным воздействиям расплавленного металла и шлаков. Например, для футеровки ковша объемом 100 тонн может потребоваться около 2000-3000 высокоглиноземистых кирпичей.

Конструкция футеровки

Ковш обычно делится на несколько функциональных зон:

Днище: здесь нагрузки наиболее высоки из-за давления расплава. Для повышения устойчивости часто используется несколько слоев футеровки.
Стенки: в зависимости от интенсивности использования, стенки могут футероваться различными марками кирпича. Верхняя часть стенок, контактирующая с атмосферой, требует применения материалов с повышенной устойчивостью к термическим шокам.
Верхняя зона (воронка): требует дополнительной защиты из-за повышенного износа при разливе стали.

Пример расчета: для ковша объемом 100 тонн требуется футеровка, состоящая из нижнего слоя высокоглиноземистого кирпича толщиной 150 мм и верхнего слоя толщиной 100 м.

Общая толщина футеровки составляет 250 мм, что обеспечивает надежную защиту при температуре расплава до 1700°C.

Расчет продолжительности службы футеровки

На срок службы футеровки влияют такие факторы, как частота разливов, температура расплава, интенсивность очистки ковша и качество материалов. В среднем, футеровка сталеразливочного ковша должна выдерживать около 50-100 разливов стали, что составляет примерно 3-6 месяцев эксплуатации в зависимости от интенсивности производства.

Сушка футеровки

Сушка является ключевым этапом подготовки оборудования к процессу разливки стали, обеспечивающим долговечность и надежность работы ковшей. Этот процесс требует точного соблюдения технологических режимов и использования специализированного оборудования. Ниже приводится подробное описание основных аспектов сушки футеровки, включая используемое оборудование, режимы работы и технологические требования.

Оборудование для сушки

Для сушки футеровки сталеразливочных ковшей применяются специализированные установки, которые могут быть оснащены как газовыми, так и электрическими горелками. Выбор типа горелки зависит от технологических предпочтений предприятия и доступности того или иного типа энергоресурсов. Установки могут быть выполнены в горизонтальной конфигурации, где ковш размещается на тележке в горизонтальном положении и перемещается в зону нагрева.

Система управления и режимы нагрева

Ключевым элементом установки для сушки является система автоматического управления, которая позволяет точно регулировать температуру и скорость нагрева в соответствии с заданными технологическими параметрами. Система управления обеспечивает равномерный разогрев всей поверхности футеровки и предотвращает ее преждевременное разрушение из-за термических напряжений.

Технологический процесс сушки

Процесс сушки начинается после установки ковша на стенд или тележку сушильной установки. В случае использования газовых горелок, необходимо обеспечить подачу газа и воздуха в оптимальных пропорциях для достижения эффективного и безопасного горения. В случае электрических горелок, важно контролировать расход электроэнергии и обеспечивать равномерный нагрев. Режим нагрева обычно включает в себя несколько этапов, начиная с предварительного прогрева при более низкой температуре и заканчивая основным этапом нагрева, когда температура постепенно повышается до установленной величины. Важно следить за данными о температуре и скорости нагрева, чтобы избежать перегрева или недостаточного прогрева футеровки.

Завершение процесса сушки и подготовка к разливке

После достижения необходимой температуры и выполнения всех этапов технологического процесса, сушка футеровки завершается. Ковш остается в установке до полного остывания или перемещается в зону литейных работ в зависимости от планирования производственного процесса. Важно обеспечить, чтобы переход от сушки к процессу разливки стали происходил в оптимальные сроки, чтобы предотвратить переохлаждение футеровки, что может негативно сказаться на качестве последующего литья.

Как и когда следует проводить ломку футеровки ковша

По завершении эксплуатационного срока проводится ломка изношенной футеровки сталеразливочного ковша. Этот этап необходим для проведения капитального ремонта агрегата.

Чтобы ускорить процесс и минимизировать тяжелый ручной труд, при каждом капитальном ремонте в футеровку замуровывают специальное приспособление. Оно состоит из клина с крыльями и каркаса с направляющими. К клину присоединяется трос, который выводится наружу под обортовку каркаса стальковша. При необходимости трос подцепляют краном и медленно подтягивают, в результате крылья разворачиваются и ломают футеровку.