Способ прессования оксидоуглеродистых изделий и соответствующая укладка изделий при футеровке сталеразливочных ковшей

Изобретение относится к области металлургии. Способ изготовления периклазоуглеродистого огнеупорного изделия для футеровки рабочего слоя стен и шлакового пояса сталеразливочного ковша включает дозирование, смешивание периклазового порошка, графитосодержащего компонента, смолы и формование периклазоуглеродистого огнеупорного изделия в пресс-форме. Изделия изготавливают в виде ребрового клина прессованием на плашку при соотношении высоты прессования h к гидравлическому радиусу прессования R_г менее 1,20 либо в диапазоне от 1,22 до 1,25 и устанавливают на ребро относительно дна сталеразливочного ковша. Стабильность шовообразующих размеров периклазоуглеродистых огнеупорных изделий в рабочем слое футеровки обеспечена геометрическими размерами гнезда пресс-формы. Обеспечивается повышение стойкости огнеупорной футеровки, снижение простоев ковша на ремонте. 3 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к металлургии, конкретнее к большегрузным сталеразливочным ковшам, применяемым при непрерывной разливке металлов.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении стойкости за счет снижения опережающего износа швов изделий и исключения вертикальных трещин рабочей футеровки стен и шлакового пояса сталеразливочного ковша. Использование изобретения обеспечивает повышение стойкости футеровки с сохранением полезного объема сталеразливочного ковша.

Известен сталеразливочный ковш, содержащий металлический кожух, арматурный и рабочий слои футеровки из кирпичей, выполненных на основе периклаза, гнездовые кирпичи с разливочными стаканами, установленными в днище ковша (А.С. №1743687 B22D 41/02).

Недостатком футеровки известного сталеразливочного ковша является длительное время простоя ковша на ремонте вследствие недостаточной стойкости футеровки ковшей за счет наличия дополнительных зазоров в стыке рабочих слоев стен и шлакового пояса.

Известны способы футеровки сталеразливочного ковша, включающие последовательную кладку огнеупорных кирпичей арматурного и рабочего слоев стен и днища металлического корпуса, при этом кладку рабочего слоя стен сталеразливочного ковша ведут с утолщением по его высоте к днищу, которое увеличивают с учетом среднего времени нахождения стали в ковше и времени взаимодействия расплава стали и шлака с футеровкой, причем утолщенный рабочий слой футеровки нижней части сталеразливочного ковша выполняют высотой 0,2-0,5 внутренней высоты полезного объема сталеразливочного ковша и толщиной 1,4 толщины рабочего слоя, утолщенный рабочий слой футеровки средней части сталеразливочного ковша выполняют высотой 0,15-0,3 внутренней высоты полезного объема сталеразливочного ковша и толщиной 1,25 толщины рабочего слоя, причем огнеупорные кирпичи рабочего слоя верхней части стен сталеразливочного ковша устанавливают на торец к днищу сталеразливочного ковша и ребром вплотную к арматурному слою футеровки, огнеупорные кирпичи рабочего слоя средней и нижней частей стен сталеразливочного ковша укладывают на плашку относительно днища, а огнеупорные кирпичи рабочего слоя днища укладывают на ребро к днищу и плашкой к стене сталеразливочного ковша. (№ RU 2486989 C2, МПК B22D 41/02).

Недостатком известного способа футеровки является низкая стойкость шлакового пояса ковша из-за его тонины, большой расход огнеупоров. В процессе службы огнеупоров наблюдается опережающий износ формованных изделий по шовным поверхностям, так называемый «износ булыжником». Это происходит в результате размывания металлом швов кирпичной кладки стен и шлакового пояса сталеразливочного ковша и быстрого разрушения рабочего слоя футеровки за счет наличия дополнительных зазоров в стыке рабочих слоев стен и стыке рабочих слоев шлакового пояса.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является футеровка металлургической емкости, имеющего несущий металлический корпус, включает теплоизоляционный, арматурный и рабочий слои, отличающаяся тем, что 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 теплоизоляционного, арматурного и рабочего слоев футеровки стен. (№ RU 87651 U1, МПК B22D 41/02).

Недостатком известного объекта является то, что изделия рабочей футеровки прессуют на плашку и устанавливают в сталеразливочном ковше на плашку (Фигура 1 - прототип стальковша № RU87651 U1 B22D 41/02, показано направление прессования изделия - трапецеидального двустороннего клина). В этом случае колебание размеров изделий (ширины и длины) обеспечивается допусками размеров пресс-формы (±0,5 мм), колебания толщины изделий, а следовательно, и толщины шва футеровки ±1 мм (Фигура 2 - схема футеровки из изделий размерами h=100±1 мм, показано образование трещин в местах максимальных изгибающих напряжений). При этом размеры горизонтальных швов при ее монтаже достигают 2 мм. При эксплуатации сталеразливочного ковша происходит опережающий износ горизонтальных швов рабочего слоя футеровки. Вследствие неравномерности размера огнеупора по толщине в изделиях возникают изгибающие напряжения с образованием в месте напряжения вертикальных трещин по телу изделия.

Известен способ изготовления периклазоуглеродистого огнеупора путем дозирования, смешивания периклазового порошка, графитсодержащего компонента, смолы и формования смеси (А.С № SU 1335552 A1, МПК С04В 35/04).

Недостатками способа изготовления периклазоуглеродистого огнеупора является отсутствие описания способа формования изделия и последующей его укладки в сталеразливочном ковше.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в изменении способа формования и укладки изделий рабочей футеровки стен и шлакового пояса без изменения металлоконструкции их кожухов, теплоизоляционного и арматурного слоев футеровки и с обеспечением наиболее эффективных показателей эксплуатации футеровок сталеразливочных ковшей. Указанный технический результат достигается комплексным проектированием дизайна сталеразливочного ковша.

На используемых в производстве огнеупорных изделий современных гидравлических прессах изделия для футеровки сталеразливочных ковшей от 60 до 380 т можно изготовить двумя способами - прессованием на плашку и на ребро.

Известно, что степень однородности сырца зависит не только от внутренних и внешних сил трения прессуемых материалов, но и от геометрии сырца. Так при давлении прессования 100-200 Мпа истинная пористость ε изделий при высоте прессования h жается уравнением Попильского и Смоля: ε_h=ε₀+Ch/R_r (формула справедлива при отношении h/R меньше 6), где R_г - гидравлический радиус прессования, ε₀ - исходная пористость свободно насыпанной шихты, С - постоянная величина. Величину R_г рассчитывают по формуле: R_г=2F/U, где F - площадь изделия, U - периметр изделия.

Чем меньше отношении h/R_г, тем равномернее плотность сырца по высоте прессования. Вместе с тем равномерность плотности не зависит от абсолютного значения давления прессования; ее максимальная величина достигается при уменьшении толщины сырца и его периметра, а также при увеличении площади приложения давления прессования.

Для исключения преждевременного вывода ковшей из эксплуатации из-за опережающего износа горизонтальных швов и возникновения вертикальных трещин предлагается изменить способы изготовления изделий и укладки их в сталеразливонный ковш, изделия прессовать на плашку, устанавливать на ребро.

При таком способе формования и укладки изделий максимальная толщина горизонтальных швов составляет не более 1 мм (фактически 0,5 мм) поскольку стабильность размеров изделий обеспечивается размерами пресс-формы. Данный способ формования позволяет достигнуть необходимых показателей предела прочности на сжатие у изделий. Предел прочности при изгибе при данном способе достигает более высоких значений в сравнении с известными способами.

Прессование периклазоуглеродистых изделий на плашку и установка их в рабочий слой сталеразливочного ковша на ребро оптимально с точки зрения образования однородной структуры штучного огнеупорного изделия с малыми величинами зазоров горизонтальных швов в футеровке сталеразливочного ковша и высокими трещиностойкими характеристиками.

Пример 1

Изобретение иллюстрируется следующими примерами выполнения в кислородно-конвертерном цехе ПАО «ММК» и чертежом. На фиг. 3 показан разрез ковша. Сталеразливочный ковш (фиг. 3) включает металлический корпус 1 высотой Н и внешним диаметром D и последовательно расположенные в нем теплоизоляционный 2, арматурный 3, буферный 4 и рабочий 5 слои футеровки стен и шлакового пояса ковша. Футеровка рабочего слоя стен ковша выполнена кирпичом, сформованным прессованием на плашку и установленным на ребро относительно дна ковша (фиг. 4).

Способ кладки футеровки сталеразливочного ковша осуществляют следующим образом.

На броню дна засыпается слой высокоглиноземистой массы и уплотняется пневмотрамбовками. Арматурная футеровка дна выкладывается шамотными либо муллитокремнеземистыми штучными изделиями с использованием кладочного раствора либо заливается монолитным слоем смесями высокоглиноземистого состава.

После выполнения арматурной футеровки дна на металлоконструкцию стен стальковша производится наклеивание теплоизоляционного картона марки. В зоне шлакового пояса теплоизоляционный материал не устанавливается. Далее производится кладка арматурной футеровки стен шамотными либо муллитокремнеземистыми изделиями. Кладка арматурной футеровки стен производится винтовой или кольцевой кладкой. Зазор между арматурной футеровкой и обортовкой ковша заполняется огнеупорной обортовочной массой. Производится сушка арматурной футеровки.

Рабочая футеровка стен и шлакового пояса выполняется кольцевой кладкой с установкой замкового кирпича. Два нижних кольца футеровки стен выполняются высокоглиноземистыми изделиями для выравнивания кладки рабочего ряда стен.

После выполнения двух выравнивающих колец рабочей футеровки производится кладка контрольного слоя дна. Между кладкой выравнивающих колец и контрольным слоем дна предусматривается зазор, который заполняется раствором ремонтных масс и трамбуется. Кладка контрольного ряда выполняется с использованием раствора алюмосиликатного состава.

Рабочий слой выполнен из периклазоуглеродистых штучных изделий сформованных прессованием на плашку и установленным на ребро относительно дна ковша. Толщина рабочей футеровки М составляет 0,037-0,041 от внешнего диаметра ковша, высота ряда (кольца) h составляет 0,027 от высоты ковша. Величина швов в рабочей кладке не превышает 1 мм. Каждое кольцо закрепляется замковым кирпичом.

Между рабочей и арматурной футеровками предусматривается наличие компенсационного зазора, который заполняется сухим мертелем либо буферной смесью основного или высокоглиноземистого состава.

После выполнения рабочей футеровки стен стальковша производится выполнение рабочей футеровки дна, установка и закрепление аргонных и гнездовых блоков. Между рабочей футеровкой дна и стен оставляется зазор, который заполняется набивной массой высокоглиноземистого состава. Зазор между гнездовым блоком и арматурной футеровкой дна стальковша заполняется густым раствором ремонтной массы высокоглиноземистого состава, до уровня рабочей футеровки зазор заполняется раствором основного состава.

Зазор между металлической обортовкой стальковша и верхним кольцом кладки заполняется пластичной огнеупорной массой.

Сопряжение рабочей футеровки дна и стен, заполненное раствором ремонтных масс основного или высокоглиноземистого составов дополнительно защищается кладкой одного или двух колец футеровки, выполненной из периклазоуглеродистых штучных изделий, установленных по кольцу.

Сушка и разогрев футеровки сталеразливочных ковшей производится природным газом на специальных сушильных стендах.

Проведенные промышленные испытания показали, что использование изобретения позволяет снизить опережающий износ швов и вертикальных трещин, получить увеличение стойкости футеровки рабочего слоя стен и шлакового пояса. Данное описание и пример рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

1. Способ изготовления периклазоуглеродистого огнеупорного изделия для футеровки рабочего слоя стен и шлакового пояса сталеразливочного ковша, включающий дозирование, смешивание периклазового порошка, графитосодержащего компонента, смолы и формование периклазоуглеродистого огнеупорного изделия в пресс-форме, отличающийся тем, что изделия изготавливают в виде ребрового клина прессованием на плашку при соотношении высоты прессования h к гидравлическому радиусу прессования R_г менее 1,20 либо в диапазоне от 1,22 до 1,25 и устанавливают на ребро относительно дна сталеразливочного ковша, при этом стабильность шовообразующих размеров периклазоуглеродистых огнеупорных изделий в рабочем слое футеровки обеспечивают геометрическими размерами гнезда пресс-формы.

2. Футеровка сталеразливочного ковша, имеющего несущий металлический корпус, содержащая теплоизоляционный, арматурный и рабочий слои, отличающаяся тем, что рабочий слой выполнен из периклазоуглеродистых огнеупорных изделий, изготовленных путем дозирования и смешивания периклазового порошка, графитосодержащего компонента и смолы и формования периклазоуглеродистого огнеупорного изделия в пресс-форме в виде ребрового клина прессованием на плашку при соотношении высоты прессования h к гидравлическому радиусу прессования R_г менее 1,20 либо в диапазоне от 1,22 до 1,25, и установленных на ребро относительно дна сталеразливочного ковша, при этом стабильность шовообразующих размеров периклазоуглеродистых огнеупорных изделий в рабочем слое футеровки обеспечена геометрическими размерами гнезда пресс-формы, причем высота ряда рабочего слоя составляет 0,027 от высоты Н сталеразливочного ковша, толщина Μ рабочего слоя футеровки стен и шлакового пояса составляет 0,037-0,041 от внешнего диаметра D несущего металлического корпуса сталеразливочного ковша, между рабочим и арматурным слоями выполнен зазор шириной не более 0,004 внешнего диаметра D несущего металлического корпуса сталеразливочного ковша, заполненный сухим мертелем или буферной смесью основного или высокоглиноземистого состава.

3. Футеровка сталеразливочного ковша, имеющего несущий металлический корпус, содержащая теплоизоляционный, арматурный и рабочий слои, отличающаяся тем, что рабочий слой выполнен из периклазоуглеродистых огнеупорных изделий, изготовленных путем дозирования и смешения периклазового порошка, графитосодержащего компонента и смолы и формования периклазоуглеродистого огнеупорного изделия в пресс-форме в виде ребрового клина прессованием на плашку при соотношении высоты прессования h к гидравлическому радиусу прессования R_г менее 1,20 либо в диапазоне от 1,22 до 1,25, и установленных на ребро относительно дна сталеразливочного ковша, при этом стабильность шовообразующих размеров периклазоуглеродистых огнеупорных изделий в рабочем слое футеровки обеспечена геометрическими размерами гнезда пресс-формы, причем высота ряда рабочего слоя составляет 0,034 от высоты Н сталеразливочного ковша, толщина Μ рабочего слоя футеровки стен и шлакового пояса составляет 0,040-0,047 от внешнего диаметра D несущего металлического корпуса сталеразливочного ковша, между рабочим и арматурным слоями выполнен зазор шириной не более 0,004 внешнего диаметра D несущего металлического корпуса сталеразливочного ковша, заполненный сухим мертелем или буферной смесью основного или высокоглиноземистого состава.