Футеровка ковшей емкостью 300 - 400 т для разливки стали

 

Сущность изобретения: футеровка включает арматурный и рабочий набивные слои, толщина рабочего слоя футеровки изменяется по зависимости 5 Кп + В, где 6 - толщина рабочего слоя; К - коэффициент пропорциональности, равный 4-18 мм/м; h - расстояние от верхней кромки ковша; В - толщина арматурного слоя. Набивной арматурный слой выполнен из песчаных, а набивной рабочий из кварцеглинистых или глиноземистых масс. 1 з.п.ф-лы, 6 табл. 1 ил.

(l 9) (1 l) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 22 О 41/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

КЕ:"."".

Ос ФФ 4

ЬЭ фь

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 . (21) 4768883/02 (22) 22.09.89 (46) 15.07.92. Бюл. hh 26 (71) Мариупольский металлургический комбинат "Азовсталь" (72) А .П. H а го р н ы й. М.А. П ож и в а но в.

Е.А.Иванов, Н.M.Êàðàâàåâ, В.А,Сахно, А.А,Сахно, Е.Н.гаджи, В,В.Поляков и

О.В.Носоченко .. (53) 66.043.1(088,8) (56) Власов Н.Н. и др. Разливка черных металлов. Справочник, M.: Металлургия, с.

198-199.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно, к разливке стали. Для разливки стали используют специальные сталераэливочные ковши, имеющие огнеупорную футеровку. Емкость стандартных ковшей для разливки стали, как правило. соответствует емкости сталеплавильного агрегата, из которого сталь выпускается в ковш, и в современных конвертерных цехах находится в пределах 300-400 т. Огнеупорная футеровка может быть выполнена огнеупорным кирпичем или набивной (или наливной). монолитной массой.

Изготовление футеровки ковшей емкостью 300-400 т для разливки стали из штучных кирпичных изделий — трудоемкий и сложный процес. требует высококвалифицированного ручного труда и тормозит широкое внедрение механизации и автоматизации футеровочных работ, Более простыми и перспективными являются монолитные футеровки ковшей, к основным достоинствам .которых относится возмож2 (54) ФУТЕРОВКА КОВШЕЙ ЕМКОСТЪЮ:

300 — 400 Т ДЛЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ (57) Сущность изобретения: футеровка включает арматурный и рабочий набивные слои, толщина рабочего слоя футеровки измень ется по зависимости д= Kh+ В, где д — . толщина рабочего слоя, К вЂ” коэффициент пропорциональности, равный 4-18 мм/м; h — расстояние от верхней кромки ковша; В— толщина арматурного слоя. Набивной арматурный слой выполнен из песчаных, а набивной рабочий из кварцеглинистых или глиноземистых масс, 1 з.п. ф-лы; 6 табл, 1 ил, ность механизации изготовления футеровки и сокращение или полное исключение рас-хода штучных ковшевых кирпичных иэделий, .заменяемых неформованнйми огнеупорными массами, широкое использование относительно недорогих и недифицитн лх материалов. Сравйительная оценка качества стали, разлитой из ковшей с монолитной набивной и обычной кирпичной футеровкой, показала, что переход на монолитную набивную футеровку не влияет на качество разлитой стали. С экономйческой точки зрения набивные и наливные монолитные футеровки сталераэливочных ковшей равноценны.

Все большее распространение получает набивная (или наливная) огнеупорная футеровка сталеразливочных ковшей. Как и равило, огнеупорная монолитная футеровка состоит иэ двух слоев огнеупорных материалов: арматурного слоя (прилегающего к металлическому корпусу ковша) и рабочего слоя (наносимого на арматурный слой и неФ

1747242 д= Kh+ В, уменьшает полезный объем ковша; повышенные потери разливаемой стали в виде 50 ходимого расхода массы на набивку то рабочего слоя футеровки и увеличение попосредственно контактирующего с расплавом, находящимся в ковше при его использовании). Характеристики набивных масс для монолитной футеровки ковшей, применяемых в черной металлургии наиболее часто, приведены в табл. 1.

Арматурный слой у аналогов с набивным рабочим слоем выполнен кирпичным, что увеличивает трудоемкость работ и не позволяет полностью отказаться от практически не поддающихся механизации и автоматизации процессов кирпичной кладки в футеровке стенок ковша. Толщина рабочего слоя, а так>ке их общая (суммарная) толщина

s ковшах с монолитной набивной футеровкой не регламентируется и принимается произвольно в каждом конкретном случае, исходя из проектной емкости сталеразливочного ковша и необходимости гарантии исключения аварийных случаев при эксплуата ци и.

За прототип изобретения принята набивная монолитная футеровка, рабочий слой стенок которой выполнен из кварцевой массы 1 (см. табл. 1), а арматурный слой— кирпичный, Y стенок ковша рабочий набивной слой футеровки-прототипа имеет ступенчатое утолщение в придонной части. В верхней части по высоте стенок ковша слой набивной футеравки имеет одинаковую толщину, а увеличенная толщина приданного слоя набивной футеровки также одинакова.

Недостатками всех монолитных огнеупорных футеровок ковшей емкостью ЗОО400 т для разливки стали являются относительно низкая стойкость по сравнению с кирпичной футеровкой; большая толщина рабочего слоя и, следовательно, большая толщина всего слоя футеровки (включая рабочий и арматурный слои), принимаемая с целью гарантируемого исключения возможных аварий при эксплуатации без учета процессов уплотнения при набивке, реакции спекания и фазовых превращений во время сушки и последующей эксплуатации, что приводит к увеличению затрат массы на изготовление футеровки и скрапа. особенно при разливке первой плавки-ковша и использования новой футеровки; использование кирпича для арматурного слоя существенно увеличивает трудоемкость изготовления футеровки и ее стоимость.

Цель изобретения — повышение стойкости набивной футеровки„уменьшение необ10

40 лезного объема ковша; уменьшение потерь разливаемой стали в виде скрапа; исключение использования кирпича для араматурного слоя стенок ковша; уменьшение трудоемкости изготовления футеровки и ее стоимости; уменьшение затрат на разливку стали и поэтому уменьшение себестоимости разлитой стали, Указанная цель достигается путем выnoëíåHèÿ арматурного и рабочего слоя футеровки стенок сталеразливочного ковша емкостью 300-400 т набивным с постоянной одинаковой толщиной по высоте стенки арматурного слоя и изменяющейся толщиной рабочего слоя по зависимости где д — толщина рабочего слоя, мм;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, равный 4-18 мм/м;

h — расстояние от верхней кромки ковша,м;

 — толщина арматурного слоя, мм.

Набивной арматурный слой выполнен из песчаных, а набивной рабочий слой — из кварцитовых или глиноземистых масс, Рабочий слой набивной футеровки из высокоглиноземистой массы, содержащей (AI20g +

Т О ) в пределах 65 — 75% и имеющий огнеупорность 1800 С, существенно повышает стойкость футеровки.

На чертеже приведена новая конструкция футеровки в соответствии с изобретением, Арматурный набивной слой I по всей высоте футеровки имеет одинаковую тол щину В, мм, а толщина набивного рабочего слоя 2 изменяется по приведенной зависимости д= Kh + В.

В случае, если в ковш сливают жидкий шлак в верхней рабочей части футеровки стенок сталеразливочного ковша имеется кирпичный шлаковый пояс 3, контактирующий с шлаковым расплавом. Высота шлакового пояса 3 .у сталеразливочного ковша емкостью 300-400 т находится в пределах

0,3 — 0,5 м, В случае, если в ковш не сливается значительНое количество шлака, шлаковый пояс отсутствует (hi = О). Соответствующая изобретению набивная футеровка ковша емкостью 300-400 т для разливки стали может выполняться по применяемой технологии с использованием типовых механизмов, служащих для этих целей (например, системы "Орбита" и других аналогичных).

Конечные и промежуточные значения лщины рабочего слоя набивной футеров1747242 набивного рабочего слоя футеровки происходят неравномерно. что может приводить к повышенному местному вспучиванию и ускоренному местному разрушению этой футеровки при эксплуатации. При повышенной влажности набиваемой массы значение

55 ки 2 легко определяются линейным законом ее изменения по высоте, Использование изобретения приводит к резкому увеличению стойкости футеровки (s 1,5-3,4 раза); позволяет добиться скачко- 5 образного существенного увеличения равномерности износа рабочего слоя футеровки (пределы отношения максимального износа к минимальному износу рабочего слоя футеровки при окончании .ее 10 эксплуатации уменьшаются в 2.3-4,1 раза); скачкообразно уменьшаются потери металла со скрапом (в 2,5-5,8 раза).

Толщина набивного арматурного слоя находится в пределах 90-100 мм. исходя из 15 условий достаточности удаления влаги без разрушения при просушивании, надежной термоизоляции шлакометаллического расплава в ковше при разливке и полноты использования рабочего объема ковша. При 20 толщине арматурного слоя более 100 мм при нагреве во время просушивания и эксплуатации сталеразливочного ковша емкостью 300 — 400 т происходит вспучивание набивной футеровки и частичное ее разру- 25 шение в связи с торможением выхода паров воды. Кроме того, при толщине набивного арматурного слоя футеровки более 100 мм существенно уменьшается полезный рабочий объем ковша. При толщине арматурного 30 слоя менее 90 мм существенно ухудшается термоизоляция металлического расплава в ковше, что приводит к увеличению потерь металла со скрапом. Уменьшение толщины арматурного слоя также уменьшает надеж- 35 ность работы набивной футеровки.

Физическая сущность коэффициента пропорциональности К в соотношении д =

=Kh + В заключается в зависимости пространственного влияния одновременных 40 гидростатического давления столба металлического расплава и его температур на процессы просушивания; механического уплотнения и спекания рабочего слоя футеровки при эксплуатации ковша. Толщина 45 слоя футеровки, уплотняемого и нагреваемого до температуры выделения и испарения влаги, увеличивается в прямо пропорциональной зависимости от давления металлического расплава в эксперимен- 50 тально найденных оптимальных пределах. равных 4 — 18 мм/м. При значениях К меньших 4 или больших 18 ммlм процессы уп- . лотнения, просушивания и спекайия коэффициента К выбирают в указанных пределах ближе к меньшему значению К. При использовании относительно сухой набиваемой массы значение коэффициента К выбирают в указанных пределах ближе к большему значению. Процесс уплотнения и спекания набивной массы рабочего слоя футеровки в результате гидростатического давления столба шлакометаллического расплава распространяется на меньшую толщину при повышении влажности в применяемой массе. Кроме того, увеличение толщины слоя препятствует удалению паров воды, что приводит к механическому разрушению монолитного набивного слоя при его нагреве. Влажность масс, применяемых для набивки футеровки, регламентирована на основании промышленных экспериментов и последующего широкого использования набивных футеровок в промышленности. Влажность применяемых масс колеблется в пределах 7 —.9 ф, (табл. 1).

Изобретение наряду с прототипом было испытано в производственных условиях. Режим сушки и разогрева. новой футеровки ковшей во всех испытаниях был одинаков для прототипа и данного изобретения.

Ковши с набивными футеровками перед, использованием в первый раз подвергаются разогреву и сушке таким образом, чтобы набивной слой разрыхлился и не вспучился, Показателем окончания разогрева и сушки служит температура металлического корпуса ковша. которая должна подняться до +70 С. Продолжительность сушки ковша с толщиной набивного слоя 180 мм состав-, ляет 10 — 12 ч по графику, предусматривающему, что в интервале 20- — 150 С подъем температуры поверхности рабочего слоя набивной футеровки составляет 22 — 28 С/ч, а при 150 С и выше — 60 — 70 С/ч. При влажности формовочной массы менее 7% продолжительность сушки набйвной футеровки сокращается до 8 ч. Результаты испытаний, характеризующие стойкость футеровок сталеразливочных ковшей емкостью 300-400 т, приведены в табл. 2.

Испытания показали. что в соответствии с изобретением рабочий слой набивной футеровки, выполненный из высокоглиноземистой массы, содержащей AlgOa + TiOz a пределах 65-75 с огнеупорностью 1800 С, существенно увеличивает стойкость футе- . ровки.

Данные, характеризующие равномерность износа набивной футеровки-изобретения и футеровки-прототипа сталеразливочных ковшей, приведены в табл. 3.

Данные, характеризующие влияние величины коэффициента К соотношения д= Kh

1747242 - В на равномерность износа футеровки и потери металла со скрапом, оставшимся в ковшах после окончания разливки стали. приведены в табл. 4.

Данные, характеризующие увеличение обьема сталеразливочных ковшей при использовании футеровки-изобретения, приведены в табл, 5.

Результаты экспериментов, характеризу.ощие износ рабочего слоя набивной футеровки и технологичность ее удаления из ковша при ремснте, приведены в табл. 6.

Приведенные в табл, 2 — 5 данные доказывают положительный эффект набивных футерсвок арматурного и рабочего слоев и соответствия толщины набивного рабочего слоя вертикальных стенок ковша емкостью

300-400 т соотношению д= Kh + В; где д— толщина рабочего слоя мм, К вЂ” эмпирический коэффициент. равный 4-18 мм!м; В— постоянная, численно равная толщине арматурного набивного слоя; арматурный набивной слой имеет везде одинаковую тол щи ну.

Приведенные в табл. 6 данные наряду с данными табл, 1 — 5 доказывают оптимальность использования высокоглиноземистого материала в рабочем слое набивной футеровки ковшей «мкостью 300-400 т, В результате использования изобретения достигаются существенное увеличение стойкости монолитной набивной футеровки ковшей емкостью 300-400 т; более равномерный износ футеровки и поэтому исключение возможных аварий, связанных с прорывами жидкой стали; увеличение полезного обьема ковша; улучшение термической работы футеровки и поэтому уменьшение потерь металла со скрапом; уменьшение затрат на разливку стали и поэтому уменьшение себестоимости стали.

Пример 1, 1. Исходные данные.

1.1. Массы, применяемые для набивных футеровок, 1.1.1. Арматурный слой — песок с влажностью 7,5%.

1.1,2. Рабочий слой — кварцитовая масса с влажностью 7,5%, 1,2. Высота от днища ковша до верхней коомки hy = 4,6 м.

1,3, Высота шлакового пояса hi = 0,4 м.

1.4. Высота набивного рабочего слоя (Ьг — hi) =4.2 м.

2. Проектирование и изготовление набивной футеровки.

2.1, Исходя из пониженной влажности масс, выбирают толщину набивного арматурного слоя футеровки равной 100 мм. Указанная выбранная толщина арматурного слоя (2.1) выдерживается по всей высоте футеровки ковша.

2.2 Определяют толщину набивного рабочего слоя футеровки в месте контакта ее с

5 футеровкой днища ковша (2,4) по формуле д = Khz+ В, где К выбирают равным 14 мм/м в связи с пониженной влажностью массы

4 = 14 х 4,6 + 100 = 164 = 165 мм

2.3. Определяем толщину набивного рабочего слоя (2,2) в верхней части, контактирующей с шлаковь м поясом (2.3) д1= 14 х 0,4 + 1iN) = 105.6 = 106 мм.

15 д = 4 х 4.6 + 90 = 108 мм

2.3. Определяют толщину набивного рабочего слоя (2,2) в верхней части, контакти2,4. Изменение толщины набивного рабочего слоя по высоте увеличивается в на-. правлении к днищу ковша по линейному

20 закону и может контролироваться при помощи линейки-штанги или формующей модели (полезный обьем ковша представляет собой перевернутый усеченный конус).

2.5. Изготовленную набивную футеров25 ку высушивают при помощи газовых горелок в соответствии с приведенным режимом.

Пример 2.

1, Исходные данные, 30 1,1, Массы, применяемые для набивной футеровки.

1,1,1. Арматурный слой — песок с влажностью 9%.

1,1,2, Рабочий слой — кварцитовая масса

35 с влажностью 9%

1.2, Высота от днища ковша до верхней кромки hp = 4,6 м. t.3. Высота шлакового пояса hi = 0,3 м.

1.4. Высота набивного рабочего слоя (hz

40 — 61)=42м, 2. Проектирование и изготовление набивной футеровки.

2.1. Исходя из повышенной влажности масс выбирают толщину набивного арма45 турного слоя 90 мм. Указанная выбранная толщина арматурного слоя (2.1) выдерживается по всей длине высоты футеровки ковша.

2,2, Определяют толщину набивного ра50 бочего слоя (2,2) футеровки в месте контакта ее с футеровкой днища ковша (2.4.) по формуле д = КЬ| + В, где К выбирают равным 4 мм/м в связи с повышенной влажностью массы

10

1747242 д, = 18 х 0 + 95 = 95 мм

35 А= Kh+ В, мм, Таблица1

Свойства масс. рекомендуемых для монолитнэй футеровки ковшей рующей с шлаковым поясом (2.3), по формуле д1= 4 х 0,3 + 90 = 91 мм.

2.4. Изменение толщины набивного рабочего слоя по высоте увеличивается в направлении к днищу ковша по линейному закону д= Kh+ В и может контролироваться при помощи штанги или формующей модели (полезный объем ковша представляет собой перевернутый усеченный конус).

2.5. Изготовленную набивную футеровку высушивают при помощи газовых горелок в соответствии с приведенным режимом.

Пример 3.

1. Исходные данные.

1.1. Массы, применяемые для набивки футеровки. э

1,1.1. Арматурный слой — песок с влажностыю 8 .

1.1.2. Рабочий слой — высокоглиноаемистая масса с содержанием (АЬОз + T)Oz) в пределах 65- 5 и влажностью 7%.

1.2. Высота от днища ковша до верхней кромки h2 = 4,4 M

1.3, Высота шлакового пояса h> = О. В ковш не сливается шлак, и зеркало жидкой стали в ковше покрывается термоизоляционным нейтральным слоем порошкообразных твердых материалов.

1,4, Высота набивного рабочего слоя (hz — h 1) = 4,4 — 0 = 0,4 м.

2. Проектирование и изготовление набивной футеровки.

2.1. Выбирают толщину арматурного слоя (2.1) футеровки равной 95 мм по всей высоте футеровки ковша.

2.2. Определяют толщину рабочего слоя (2.2) футеровки в месте контакта ее с футеровкой днища-ковша (2.4) по формуле д2= Kh

+ В, где К выбирают равным 18 ммlм.

Й = 18 х 4,4 + 95 = 174 мм.

2,3. Определяют толщину набивного рабочего слоя (2.2) футеровки в верхней части, находящейся на уровне верхней кромки ковша по формуле

2.4. Изменение толщины набивного

5 слоя по высоте увеличивается в направлении к днищу ковша по линейному закону и может контролироваться при помощи штанги-линейки или формующей модели (полезный объем ковша представляет собой

10 перевернутый усеченный конус), 2.5. Изготовленную набивную- футеровку высушивают при помощи газовых горелок в соответствии с приведенным режимом.

15 Использование изобретения в производстве не требует каких-либо дополнительных затрат, работ и оборудования и может быть рекомендовано для использования на всех предприятиях чернОй металлургии, 20 имеющих сталеразливочные ковши емкостью 300-400 т, при разливке стали в сталеразливочных пролетах сталеплавильных, цехов.

Формула изобретения

25 1, Футеровка ковшей емкостью 300-400 т для разливки стали, включающая арматурный слой и рабочий набивной слой, выполненный с переменной по высоте толщиной, отличающаяся тем, что, с целью

30 увеличения полезного объема и уменьшения потерь стали в виде скрапа, арматурный слой выполнен набивным, а толщина д рабочего слоя изменяется по зависимости где K — коэффициент пропорциональности, равный 4 — 18 мм/и; ,h — расстояние оч верхней кромки ков4D ша,м;

 — толщина арматурного слоя, мм.

2. Футеровка no n. 1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что набивной арматурный слой Bb3полнен из песчаных; а набивной рабочий

45 слой — из кварцитовых или глиноземистых масс.

1747242

Продолжение табл.1

П р и м е ч а н и e. ) содержание 3-5 % шлака феррохромового производства и

1) жидкого стекла; содержание не более 1% (йа20 + К О): содержание 0,8-0,9 % СаО, 1,56 М90 (фракция менее 0,5 мм составляет 69-88 %).

Таблица 2

Значение коэффициентаа К, мм/м

Ко пла

Кол-во ковшей (зкспериментов) Ыатериал футеровки

Рабочего слоя

Арматурного слоя ное

100

14

Кварцитовая

12

31

26

8

Песок н

° 4

Высокоглиноземистая

° !

° Ф

° !

Кварцитовая

I °

Кирпич шамот и ототип

Таблица 3

At ль ьн ок

Таблица 4

24

4

4

4

4

4

Толщина арматурного слоя футе р., мм

120

13

0 .19

18

22

16

16

13

21

36

39

12

11

11

21

16

1747242

Технол ления

Лег

2,2

Лег

Лег

2.1

2,1

Удален но спе и ис

Минералогический состав набивной футе ровки

Кварцитовая

Высокоглиноземистая, содержащая (Al Oa+ Т!02) менее

65%

Высоко линоземистая, содержащая (Alz0g+ TiOz) в пределах 65-75%

В ысокоглиноземистая, содержащая (А120з+ Ti02) более

75%

Средний износ футеровки в течение одной плавки ковша, мм/плавк

Таблица 5

Таблица 6

1747242. Составитель Л.Жукова

Техред M.Mîðãåíòàë

Редактор И.Касарда

Корректор M.Ïîæî

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2461 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откритиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5