Оборудование для разливки стали
Сталеразливочный ковш
При наклоне конвертера или по желобу из мартеновской или двухванной печи сталь поступает непосредственно в ковш. При этом в ковш попадает также и часть шлака (до 2—3 % от массы металла), который предохраняет металл от быстрого остывания во время разливки и воздействия на него атмосферных газов. Вместе с тем попадание большого количества шлака в ковш может привести к нежелательным последствиям — повышенному угару раскислителей, рефосфорации, переходу части газов из шлака в металл, поэтому на практике стараются отсечь основную часть шлака после схода металла. Оставшийся шлак сливают в специальную шлаковую чашу.
Сталеразливочный ковш представляет собой выполненный из сальных листов футерованный сосуд, имеющий форму усеченного конуса, расширяющегося кверху (рис.). Емкость ковшей находится в пределах 5—480 т; помимо жидкой стали ковш должен вмещать немного шлака (2—3 % от массы металла), который предохраняет металл от быстрого охлаждения во время разливки.
Сталеразливочный ковш:
а — общий вид (1 — цапфа; 2 — носок для слива шлака; 3 — стопорный механизм: 4 — стопор; 5 — скоба для кантования ковша);
б — установка стопора и стакана в ковше (1 — стакан; 2 — гнездо стакана; 3 — шамотная кладка; 4 — стержень стопора; 5 — шамотная катушка; 6 — пробка);
в — шиберный затвор в открытом (/) и закрытом (//} положениях (1—гнездовой кирпич; 2 — разливочный стакан; 3 — неподвижная плита; 4 — подвижная плита; 5 — стакан-коллектор; 6 — шток гидроцилиндра)
Кожух ковша изготовляют сварным из листовой стали толщиной до 30 мм. Среднюю часть кожуха опоясывают снаружи массивным стальным кольцом, к которому крепят две цапфы. За эти цапфы ковш поднимают крюками сталеразливочного крана. Для того, чтобы ковш не мог самопроизвольно перевернуться, цапфы крепят несколько выше его центра тяжести.
Отношение диаметра кожуха к высоте находится в пределах 0,75—0,90; конусность стен составляет 3—3,5 %.
Стойкость футеровки ковша в зависимости от ее вида составляет от 10 до 100 плавок. Она меньше при разливке низкоуглеродистых сталей, так как в этом случае температура металла выше, а шлак, содержащий повышенное количество оксидов железа, активно взаимодействует с огнеупорной футеровкой ковша. Промежуточные ремонты футеровки торкретированием позволяют повысить стойкость на 30—50 %.
Сталеразливочные ковши подразделяют на ковши с кирпичной футеровкой из шамотного или магнезитового кирпича и с монолитной футеровкой, а также на ковши, со стопорным устройством и ковши с шиберными затворами.
Ковши с футеровкой из шамотного кирпича наиболее распространены. Футеровка стен состоит из арматурного слоя кирпича, примыкающего к кожуху, и рабочего, соприкасающегося с жидким металлом и шлаком; днище ковша выкладывают кирпичом в три-пять рядов. Толщину футеровки стен в нижней части ковша делают большей, чем в верхней, так как здесь она более длительное время находится под воздействием жидкого металла.
Арматурный слой футеровки служит 12—18 мес. Рабочий слой изнашивается и его заменяют после разливки 10—20 плавок; после выкладки нового рабочего слоя футеровку просушивают в течение 6—20 ч.
Ковши с футеровкой из магнезитового кирпича выполняются аналогичным образом, но показывают более высокие показатели по стойкости.
Ковши с монолитной футеровкой. Арматурный слой и днище в этом случае выкладывают из шамотного кирпича, а рабочий слой выполняют из монолитной огнеупорной массы.
По способу изготовления различают набивные и наливные монолитные футеровки. Масса для набивной футеровки состоит из молотого огнеупорного материала (кварцита или магнезита) с добавкой связующих (например, огнеупорной глины) и влаги (6—10 %). Массу набивают между шаблоном и арматурным слоем кирпича с помощью пескометных машин; набивка большегрузного ковша длится 30—40 мин, в то время как выкладка рабочего слоя шамотным кирпичом продолжается около 8 ч.
Наливную футеровку получают заливкой жидкоподвижной самотвердеющей смеси в зазор между шаблоном и арматурной кладкой ковша. Смесь составляют из молотого кварцита с добавкой 2—4 % отвердителя (шлак феррохромового производства) и водного раствора жидкого стекла (до 30 %). Наливка футеровки длится около часа, твердение массы 1—2 ч. После изготовления набивного или наливного слоя ковш сушат в течение 8—16 ч.
Преимущества монолитной футеровки — сокращение длительности ремонта ковша и удешевление за счет снижения расхода шамотного кирпича, существенное снижение затрат ручного труда на футеровку. Расход массы составляет 2—4 кг/т стали.
Для разливки стали из ковша по изложницам служит стакан со стопором или шиберным, а иногда поворотным затворами.
Стакан вставляют в днище ковша в специальный гнездовой кирпич (см. рис.); иногда вместо гнездового кирпича делают набивное гнездо, заполняя зазор между стаканом и футеровкой днища огнеупорной массой. Стакан имеет форму усеченного конуса с отверстием для струи жидкого металла. Обычно это отверстие имеет круглое сечение, его диаметр («диаметр стакана») составляет 25— 120 мм, высота стаканов в зависимости от емкости ковша равна 120— 440 мм.
Разливочные стаканы могут быть изготовлены из шамота, магнезита, шамотно-графитированной массы и из шамота с магнезитовой втулкой. Недостаток шамотных стаканов заключается в том, что они размываются струей стали, при этом увеличивается опасность загрязнения стали неметаллическими включениями. В связи с этим наибольшее распространение получили стаканы из магнезита. Они практически не размываются, а наоборот, часто затягиваются при разливке, что исправляется периодической промывкой их кислородом.
После установки стакана вновь отфутерованный или отремонтированный ковш сушат и прогревают до 700—800 °С. В просушенный ковш устанавливают стопор.
Стопор служит для закрывания и открывания отверстия стакана. Он представляет собой (см. рис.) металлический стернь диаметром 40—60 мм, защищенный от воздействия жидкой стали и шлака шамотными трубками (катушками). Нижний конец стержня имеет нарезку, на которую навинчивают огнеупорную пробку (см. рис.) обычно из высокоглиноземистого шамота. При длительной разливке стержень стопора теряет прочность и может изгибаться, поэтому иногда применяют воздухоохлаждаемые стопоры. В этом случае стержень стопора делают полым; в полость вставляют трубку, через которую подают сжатый воздух. В настоящее время с целью ускорения разливки иногда применяют двухсто-порные ковши, позволяющие разливать сталь одновременно в две изложницы.
Для подъема и опускания стопора служит стопорный рычажный механизм (см. рис., а).
Стопор служат одну разливку, после чего его заменяют. Перед установкой в ковш набранный стопор сушат в специальных печах или сушильных камерах при температуре около 200 °С в течение 20—24 ч.
Тяжелые условия службы стопора, особенно при длительной выдержке больших масс металла в ковше, обработке его в ковше инертными газами и вакуумом, привели к необходимости создания шиберных затворов, расположенных снаружи ковша (рис., в).
Шиберный затвор собирают и подготавливают к плавке на специальном стенде и затем крепят к днищу ковша под разливочным стаканом, вставляемым с наружной стороны ковша. Быстрота установки шиберного затвора и высокая надежность обусловили его широкое внедрение в сталеплавильных цехах. Однако успешная разливка нескольких плавок возможна лишь при использовании высококачественных огнеупорных плит и тщательной сборке и установке затвора. В отечественной практике нашли применение плиты из корунда и периклаза, позволяющие разливать от одной до трех плавок.
Шиберный затвор работает в менее тяжелых условиях, чем стопор (стопор находится в объеме жидкой стали), и поэтому более надежен в эксплуатации.
Промежуточные ковши применяют при разливке стали на МНЛЗ и при разливке спокойной стали сверху для уменьшения разбрызгивания струи металла при ее ударе о дно изложницы, что позволяет уменьшить количество плен на слитках.
Промежуточные ковши служит буферной емкостью, позволяющей непрерывно разливать сталь из двух и более сталеразливочных ковшей методом «плавка на плавку», а главное поддерживать постоянным ферростатический напор и скорость разливки металла. Ковши снабжены стопорами или шиберными затворами и позволяют отливать до четырех слитков одновременно.
Ковш имеет стальной кожух и футерован изнутри шамотным кирпичом. В днище установлен один или несколько стаканов, снабженных стопорами. Для уменьшения теплопотерь ковш накрывают футерованной крышкой. Емкость промежуточных ковшей достигает 70-80 т.
Промежуточная воронка применяется при разливке спокойной стали сверху для уменьшения разбрызгивания струи металла; имеет металлический кожух, который футеруют огнеупорной массой из шамотного порошка и огнеупорной глины на жидком стекле с добавкой графита; в нижней части воронки устанавливают разливочный стакан диаметром от 18 до 40 мм. Воронки либо устанавливают на прибыльную часть изложницы, либо подвешивают к сталеразливочному ковшу.
Торкретирование футеровки ковшей
Торкретирование — это нанесение огнеупорной массы на внутреннюю поверхность футеровки ковша. Обычно торкретируют изношенные участки футеровки. Торкрет-покрытие должно прочно сцепляться с рабочей поверхностью футеровки, а при попадании в ковш металла сплавляться с ней, образуя единое целое. Благодаря торкретированию повышается стойкость футеровки ковша и снижается расход ковшевых огнеупоров.
Торкретирование ковшей осуществляют несколькими способами: полусухим, пульповым и пламенным. Полусухое торкретирование заключается в нанесении огнеупорной массы влажностью 8 — 15 %; при пульповом торкретировании на футеровку наносят водную суспензию огнеупорного материала влажностью 20 — 30 %; при пламенном сухую массу наносят с помощью факела пламенной горелки.
Наиболее широко применяется полусухое торкретирование. При этом способе применяют торкрет-установки, которые увлажненную огнеупорную массу подают на поверхность футеровки с помощью сжатого воздуха через специальное сопло. Футеровка ковша перед торкретированием должна иметь температуру в пределах 60 — 80 "С. Торкретирование осуществляют последовательным нанесением нескольких слоев толщиной по 5—10 мм до получения общего слоя требуемой толщины.