Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

Ковшовая металлургия обусловила более высокие температуры стали на выпуске из сталеплавильного агрегата, большую продолжительность пребывания металла в ковше, повышение основности и реакционной способности ковшовых шлаков, Усиление реакций металла с футеровкой под вакуумом, возрастание эрозии при продувке стали в ковше инертными газами.

Для кладки ковшей обычно использовали огнеупоры системы Al2O3-SiO2: шамотные кирпичи (63 % SiO2; 29 % А12О3) и высокоглиноземистые кирпичи из боксита (14,9 % SiO2; 76,9% А12О3). Практики учитывали, что при разливке стали шамотные кирпичи размягчаются, на их поверхности образуется жидкая фаза высокой вязкости, которая одновременно предохраняет кирпичи от быстрого разрушения, так как жидкая фаза не проникает в кирпич. При организации внепечной обработки ситуация изменяется. Высокая температура металла, высокоосновный шлак, интенсивное перемешивание металла уменьшают вязкость жидкой фазы и ускоряют износ футеровки. Приходится учитывать также, что шамотная футеровка взаимодействует с металлом. Методом э.д.с. установлено, что активность кислорода в металле у стенки ковша значительно выше, чем в центре; последняя в три—шесть раз выше, чем в стали, находящейся в основном ковше [7]. Взаимодействие со сталью снижается при Использовании высокоглиноземистой футеровки. Однако лучшие результаты достигнуты при использовании доломитовой или магнезитовой кладки ковша. Еще лучшие результаты получают при использовании доломитовых или магнезитовых материалов, пропитанных смолой. Углерод пропитки препятствует инфильтрации оксидов железа. Основная кладка ковша тяжелее и более теплопроводна, чем шамотная, она требует использования теплоизоляции из легковесных кирпичей. Основные кирпичи имеют и большее тепловое расширение, чем шамотные кирпичи, поэтому между армирующим и рабочим слоями кладки ковшей обычно делают набивку из смолодоломитовой массы. По данным [8] для футеровки рафинировочных ковшей лучше всего использовать доломитовый кирпич состава, %: SiO2 0,6; А12О3 0,4; Fe2O3 1,0; СаО 57; MgO 41, обладающий следующими характеристиками: объемная плотность 2,89 г/см3; открытая пористость 6 %; условный предел прочности 20МПа; тепловое расширение при 1200 °С 1,4%.

По данным японской фирмы "Куросаки е'ге", обследовавшей 117 установок внепечной обработки (DH, RH, LF, ASEA, VAD, AOD, VOD), работавших в Японии в 1985 г., футеровка установок должна соответствовать условиям рафинирования стали и выдерживать изменения: 1) температуры (800-1700 °С);   2) внутриковшовой   атмосферы; 3) основности шлака (от 0,5 до 3); 4) окисленности стали (от ~ 0 до 0,05 % [О]). Типичными, огнеупорами для футеровки рафинировочных установок являются изделия на основе MgO-Cr2O3 и А12О3 (для стенок); MgO-C (для шлаковой зоны); ZrSiO4 (для днища); Al2O3-SiC-C (для крышки или свода). Срок службы огнеупоров показан на примере установки ковш—печь: футеровка стенок, не контактирующая со шлаком и металлом, из огнеупоров на основе MgO-Cr2O3 выдерживает 50 плавок; боковых стенок, контактирующих с металлом, на основе безобжиговых высокоглиноземистых изделий- 65 плавок; шлаковой зоны на основе MgO-C изделий- 50 плавок; днища из ZrSiOj-изделий - 40 плавок [9]. Фирма "Кобё сэйкосе" (Япония) на основе проведенных специальных испытаний предлагает использовать для футеровки ковшей огнеупоры на основе А12О3 с добавками (до 22 %) MgO [Ю].

Применяемые для продувки металла пористые пробки изготавливают на основе магнезита, хромомагнезита и глинозема. Химический состав пробок на основе MgO следующий, %: SiO2 1,5; Fe2O3 И; А12О3 5,5; Cr2O3 20; СаО 1,2; MgO 60,8. Плотность таких пробок 3,25 г/см3, пористость 16,6—17,4 %. Глиноземистые пробки имеют следующий состав, %: А12О3 89,0-97,0; Fe2O3 0,3; (СаО + MgO) 0,5; (К2О + Na2O) 0,5. Плотность 2,2—2,95 г/см3, пористость 18-35 %. Форма пористых пробок может быть самой разнообразной. Наиболее распространенная форма - коническая пробка в стальном кожухе, заделанная в гнездовой кирпич [ll].

Заслуживает специального упоминания сообщение о создании композитного материала "Calidus" [12]. Шведская фирма ASEA разработала установку ковш—печь, представляющую собой стационарный индуктор повышенной или промышленной частоты, в который опускают сталеразливочный ковш с жид-Ким металлом, выпущенным из плавильной печи. Особенность Ковша заключается в том, что часть его корпуса, охватываемая индуктором, выполнена из композитного керамического материала с фирменным названием "Calidus", в связи с чем вся система также получила это название. Материал Представляет собой упрочненную многослойную керамику, Рассчитанную на значительные механические и термические Нагрузки,   причем   наружный   слой   является   вакуумплотным.

Электромагнитное поле, генерируемое индуктором, проходит через стенку ковша из материала "Calidus" с существенно меньшими индуктивными потерями, чем через стенку из немагнитной стали. Огнеупорная футеровка ковша при этом остается обычной. Печь—ковш может работать как агрегат для плавки и выдержки металла и в этом случае напоминает индукционную тигельную печь. Как рафинировочный агрегат для внепечной обработки стали установка имеет преимущества перед известными системами: появляется возможность на одном стенде проводить операции нагрева, легирования, перемешивания, продувки инертными газами и вакуумирования. По сравнению с установками дугового нагрева здесь отсутствует перегрев шлака и связанный с этим повышенный износ футеровки.