Отбор огнеупорного материала для
сталелитейного производства
1
Отбор
огнеупорного
материала
сталелитейного производства
для
Томас Вёрт (Thomas Vert), профессиональный
инженер, Магистр экономики управления
Предисловие от доктора Джеффа Смита (Dr. Jeff
Smith)
2
Copyright © 2016 Американское керамическое общество и John Wiley & Sons, Inc.
Все права защищены. Опубликовано издательством John Wiley & Sons, Inc, Хобокен, Нью-Джерси.
Издано одновременно в Канаде.
Ни одна из частей этой публикации не может быть воспроизведена, сохранена в поисковой системе или
передана в любой форме или любым другим способом: электронным, механическим, фотокопированием,
записью, сканированием или иным способом, за исключением случаев, разрешенных в соответствии со
статьями 107 или 108 Закона Соединенных Штатов Америки об авторском праве, без предварительного
письменного разрешения издателя или разрешения путем уплаты соответствующей пошлины за
копирование в Copyright Clearance Center, Inc., 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, (978) 750-8400, факс
(978) 750-4470 или в сети по адресу www.copyright.com. Запросы к издателю для получения разрешения
следует направлять в Отдел разрешений, John Wiley & Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030, (201)
748-6011, по факсу (201) 748-6008 или через Интернет по адресу http://www.wiley.com/go/permission.
Ограничение ответственности /отказ от гарантии: хотя издатель и автор приложили все усилия для
подготовки этой книги, они не дают никаких заверений или гарантий в отношении точности или полноты
содержания этой книги и, в частности, отказываются от любых подразумеваемых гарантий коммерческой
ценности или пригодности для определенной цели. Никакие гарантии не могут быть созданы или продлены
торговыми представителями или письменными торговыми материалами. Содержащиеся здесь рекомендации
и стратегии могут не подходить для вашей ситуации. Вы должны проконсультироваться с профессионалом
в случае необходимости. Ни издатель, ни автор не несут ответственности за упущенную выгоду или любые
другие коммерческие убытки, включая, помимо прочего, особые, случайные, косвенные или иные убытки.
Для получения общей информации о наших других продуктах и услугах или для технической поддержки,
пожалуйста, свяжитесь с нашим отделом обслуживания клиентов в Соединенных Штатах по телефону (800)
762-2974, за пределами США по телефону (317) 572-3993 или по факсу (317) 572- 4002.
Wiley также публикует свои книги в различных электронных форматах. Некоторый контент, который
появляется в печатном виде, может быть недоступен в электронных форматах. Для получения
дополнительной информации о продуктах Wiley посетите наш веб-сайт www.wiley.com.
Данные каталогизации в публикации Библиотеки Конгресса:
Имена: Вёрт, Томас (Vert, Thomas), 1964 - автор.
Название: Отбор огнеупорных материалов для сталелитейного производства / Томас Вёрт.
Описание: Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, 2016 год.
Включает библиографические ссылки и указатель.
Идентификаторы: LCCN 2016003691 | ISBN 978-1-119-21986-6 (материал) ISBN 978-1-119-21988-0
(электронный формат публикации)
Темы: LCSH: Огнеупорные материалы. Металлургические заводы - Оборудование и материалы. Сталь Металлургия. Классификация: LCC TN677.5. V47 2016 | DDC 669 / .82 - LC запись доступна по адресу
http://lccn.loc.gov/2016003691
Напечатано в Соединенных Штатах Америки.
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
3
4
Содержание
Глава 7
7.0 Обзор огнеупорных материалов для
основных кислородных конвертеров (ОКК)
7.1 Защитная подина / стенка ОКК
7.2 Обзор горловины ОКК
7.3 Обзор площадок ОКК со стороны
выпуска
7.3 Обзор площадок ОКК со стороны
загрузки
7.5 Обзор опорных колец ОКК
7.5 Обзор стадиона ОКК
7.7 Днище ОКК
7.8 Огнеупорные шпуры ОКК
Глава 8
8.0 Электродуговая печь (ДСП)
8.1 Защитная подина / стенка
8.2 Рабочая подина - под/заправка
8.3 Рабочие стенки
8.4 Системы перемешивания аргона для
ДСП
8.5 Огнеупорная дельта свода ДСП
8.6 Огнеупорные шпуры ДСП
Глава 9
9.0 Огнеупорные материалы для
сталеразливочных ковшей
9.1 Защитное днище /стенка
сталеразливочного ковша
9.2 Рабочее днище сталеразливочного ковша
9.3 Системы перемешивания
сталеразливочного ковша
9.4 Системы регулирования расхода
сталеразливочного ковша
9.5 Рабочая боковая стенка
сталеразливочного ковша (полая часть)
9.6 Рабочая шлаковая зона
сталеразливочного ковша
9.7 Опорное кольцо сталеразливочного
ковша
9.8 Огнеупорные материала дегазатора
Глава 10
10.0 Огнеупорные материалы,
предназначенные для машин непрерывного
литья заготовок /разливочного устройства
10.1 Защитная футеровка разливочного
устройства МНЛЗ
10.2 Рабочая футеровка разливочного
устройства МНЛЗ
10.3 Управление потоком разливочного
устройства МНЛЗ
10.4 Системы управления потоком МНЛЗ
Глава 11
11.0 Стратегии закупки
Глава 12
12.0 Итоговый отчет
Библиография
Предметный указатель
Предисловие
VII
Слова благодарности
IX
Самоотверженность
XI
Вступление
XIII
Глава 1
1
1.0 Безопасность
2
1.1 Цель доступности
13
1.2 Совокупная стоимость владения
15
1.3 Обзор потока энергии и тепла
21
1.4 Качество - нейтрально к процессу
производства стали
26
1.5 Окружающая среда
33
Глава 2
35
2.0 Обзор термического, механического и
химического (ТМХ) анализа
36
2.1 Термальный. Обзор высокой
температуры
38
2.2 Растрескивание при резких перепадах
температуры
61
2.3 Механическое воздействие
73
2.4 Механическое истирание
77
2.5 Износ огнеупоров. Растворение
79
2.6 Износ огнеупоров. Проникновение
86
2.8 Взаимодействие ТМХ анализов с
89
проектированием по правилу выходного дня
и анализом обломков
Глава 3
93
3.0 Отбор - Обзор сырья
94
3.1 Обзор оксида магния (MgO)
98
3.2 Обзор алюмосиликатов (Al2O3 – SiO2) 107
3.3 Углерод - Обзор Графита (C)
113
3.4 Антиоксиданты (предпочтительные
118
оксидообразователи)
3.5 Обзор смол, пека и связующих веществ 123
3.6 Специальное сырье
126
3.7 Доломит
130
Глава 4
132
4.0 Способы монтажа и технология сушки
133
огнеупорных материалов
4.1 Кирпичи
139
4.2 Методы изготовления литой футеровки,
торкретирование и шоркретирование
142
4.3 Обзор пластичных масс, трамбовочных
огнеупорных масс и растворов
150
4.4 Обзор способов монтажа и сушки
153
огнеупорных материалов
4.5 Выбор изоляционных плит и рулонной
159
изоляции
Глава 5
162
5.0 Обзор текстуры огнеупорного материала, 163
испытаний и листов технических данных
Глава 6
182
6.0 Безопасность ковша
183
6.1 Защитное днище / стенка
185
6.2 Рабочее днище / стенки
187
6.3 Желоб
189
192
V
193
196
199
203
208
215
220
225
234
240
241
243
247
255
263
269
273
278
279
282
286
292
301
308
312
317
320
323
324
326
330
334
338
353
354
359
360
361
363
VI
Предисловие
Литературные эксперты говорят нам, что хорошее предисловие является неотъемлемой частью успешной
книги. Они указывают на то, что человек, удостоенный чести подготовить предисловие, понимает не только
свою роль в представлении автора читателю, но и то, что делает произведение особенным и достойным
владения им. Когда Том Вёрт попросил меня написать предисловие к его книге, я почувствовал не только
честь быть удостоенным этого, но и облегчение, приняв приглашение, поскольку знал, что обе ожидаемые
задачи будет довольно легко выполнить.
Том Вёрт мой друг. Мы встречались около двух лет назад на совещании по вопросам производства
огнеупорных материалов. Он работал в Dofasco Steel, а я в университете Миссури-Ролла. Дофаско в
Гамильтоне, недалеко от Торонто. Да, Том - канадец. Он часто говорит «не правда ли?». И он один из
лучших людей, которых я когда-либо встречал. Любящий муж и отец, преданный слуга сообщества и,
возможно, что наиболее уместно в данном вопросе, он является выдающимся инженером-огнеупорщиком.
За прошедшие годы компания Тома сменила название и теперь называется ArcelorMittal Dofasco, так же как
и мой университет, который сейчас называется Научно-техническим университетом штата Миссури Но что
не изменилось, так это наша дружба, наши коллегиальные обсуждения огнеупоров и наше стремление
узнать больше, и помочь другим узнать больше об этих странных огнеупорных материалах, которые стали
краеугольным камнем нашей карьеры. Видите ли, Том по образованию инженер-керамик, но по выбору
инженер-огнеупорщик. Он не специалист по изучению огнеупоров, вникающий в основы огнеупоров и
пытающийся разрабатывать новые материалы; это описание может быть более подходящим для меня. Но
Том? Том, возможно, эксперт в сфере применения огнеупоров на лучшем сталелитейном заводе, который я
когда-либо встречал. Его опыт заключается в понимании характеристик, которые контролируют свойства
огнеупора и, следовательно, производительность, которую можно ожидать. Этот опыт был получен в
результате многолетней напряженной работы, обсуждений с экспертами всего мира, обзора рукописей и
данных об эффективности футеровки, и особенно из первых рук от производителей стали, использующих
огнеупорые материалы на ежедневной основе; карьера посвящена лучшему пониманию огнеупорных
характеристик.
Том и команда сотрудников компании потратили годы на то, чтобы собрать все типы данных, связанных с
эффективностью их огнеупорных футеровок, сведенных в набор заметок, которые можно использовать для
обучения других.
В конечном итоге, мы с Томом использовали эти заметки для преподавания на
краткосрочных курсах в ArcelorMittal, так что я лично знаю содержание. Краткосрочные курсы привели к
большему количеству дискуссий, а вопросы, заданные участниками, привели к улучшенному и
дополнительному содержанию.
Книга «Выбор огнеупорных материалов для сталеплавильного
производства» является кульминацией всех этих усилий. В нескольких словах, книга определяет ключевые
характеристики, которые контролируют характеристики футеровки, предоставляет списки подходящих
материалов для футеровочных форм, используемых в процессе производства стали, и включает примеры и
тематические исследования проблем, которые были преодолены путем тщательного выбора и применения
различных огнеупорных материалов.
Нужна ли вам эта книга? Хорошо, если ваши интересы связаны с огнеупорами в процессе производства
стали, тогда ответ прост. Как часто становится доступной книга, в которой содержится так много
информации, которая так предметна? Лично я уже освободил особое место на своей книжной полке.
Доктор Джефф Смит
VII
VIII
Слова благодарности
Книга
Ванесса Маззетти-Суччи была не только вдохновителем для создания этой книги, но и усердно работала в
течение последних двух лет, чтобы помочь завершить ее, вычитать и улучшить ее.
Магдалена Забинская и Мишель Адамсон помогли скомпилировать и отформатировать материалы, а
Магдалена сделала большую часть редакционных изменений. Магда взяла на себя задачу, не зная, сколько
усилий потребуется. Она должна была изучить новое программное обеспечение, новую терминологию,
навыки рисования и т. д. Ее тяжелая работа была неоценима, и я никогда не смогу отблагодарить ее за то,
что было достигнуто благодаря ее усилиям; она действительно была основной движущей силой в этой
публикации. Спасибо также Стивену Чангу, который помог сделать много пиктограмм, использованных в
этой книге.
Рецензент
Доктор Карлос Поглиоса Нету - друг в промышленной отрасли, которого я никогда не смогу отблагодарить.
Он лично рассмотрел каждую главу, предлагая предложения, форматы и возможности. Этот окончательный
пересмотр был бы невозможен или не так хорошо организован без его участия! Он рассмотрел все это в
дополнение к своей обычной работе с Magnesita, и я искренне благодарен.
Поставщики
Было много людей из отделов продаж, маркетинга и особенно из отделов исследований и разработок
ключевых поставщиков огнеупоров, которые на протяжении многих лет укрепляли мое понимание, в том
числе покойный доктор Бо Брезни, Доминик Колавито, доктор Стив Либби и мои друзья в
Kawasaki/Shinagawa Refractories, Krosaki-Harima Refractories, Magnesita, RHI, Narco and Harbison-Walker. Я
также хотел бы поблагодарить персонал в области разработок и исследований, а также маркетинга из
Kerneos, Calderys, Lafarge, Almatis и других, которые помогли мне понять «суть высоких технологий»!
Закупки
Мне повезло работать со многими замечательными закупщиками, такими как Лиза Камара, Дженнифер
Пассалент, Том Узелак, Рик Хишон, Дайан Лаурентино, Шелби Паппас и Стив Реслер, которые позволили
нам достичь минимальной стоимости за тонну в группе ArcelorMittal, поскольку мы работали в команде.
Операторы
В течение многих лет я был рад работать с удивительной командой оперативного и технологического
персонала, которая помогла мне понять феномен субботней ночной смены! Такие люди, как Майк Прайс,
Том Куль, Пол Расмуссен, Стив Камерон, Рон Баннистер, Стив Уотерфолл, Джо Стейси, Санджай Сагар,
Донгшенг Ляо, Джей Джей, Стив Гаймер, Рик Мур,
Роб Уэйнман и многие другие.
Каменные работы
Я начинал в команде, занимающейся каменными работами, в качестве студента на летних каникулах,
занимавшегося кирпичной кладкой литейных ковшей и торкретированием основных кислородных
конвертеров (ОКК), и этот опыт был бесценным.
Я хотел бы поблагодарить всех специалистов, которых повстречал за эти годы: Рон Сецкорн, Джим
МакХью, Джерри Фитцпатрик, Клаудио ДиПьетро, Дэйв Мюррей, Сэмми, Литтл Джо и всех остальных, за
то, что они научили меня критичности подхода к людям, увлеченных их ремеслом.
Академики
Я провел много дискуссий с людьми в академическом мире об огнеупорах, и я должен сделать специальное
обращение к доктору Джеффу Смиту (Миссури-Ролла), который любезно написал предисловие к этой книге,
и доктору Мишелю Риго (Политехническая школа), за их вклад в образование на протяжении многих лет.
ArcelorMittal
Я хотел бы поблагодарить ArcelorMittal Inc. и ранее Dofasco Inc. за предоставленную мне возможность
работать в этой великой отрасли и за разрешение опубликовать эту книгу для улучшения работы всей
отрасли. Компании состоят из невероятных людей, которые увлечены передачей знаний, особенно
следующему поколению.
IX
Глава и фотография на обложке
Я хотел бы поблагодарить Стива Уотерфолла за удивительные фотографии, которые вы видите на обложке
и во вступлении каждой главы. Фотографический талант Стива является дополнением к его портрету
отличного инженера по металлургии.
Специалисты по огнеупорам металлургических заводов
Наконец, я хотел бы поблагодарить многих других экспертов по огнеупорам, таких как Патрик Тассо
(Дюнкерк), Филипп Блюменфельд (Fos), и специалистов из JFE Steel, Nippon, BHP и других, за наш
мозговой штурм в стремлении улучшить огнеупорные характеристики ... действительно бесценный.
Чтобы закончить - мы начнем с того, с чего начали: таким образом, есть три ключевых правила, которые
применимы в конструкции / выбору огнеупоров:
1. Вы никогда не сможете выбрать / разработать идеальное решение, но вы можете быть оптимальным!
2. Если вы найдете оптимальное решение, параметры работы изменятся, и вам придется начинать процесс
заново! 3.
3. Это всегда будет интересно!
Я желаю специалистам по выбору огнеупорных материалов всего наилучшего в этой сложной, уникальной и
специализированной сфере.
Том Верт
Обратите внимание ... все фотографии / схемы без спецификации представлены с разрешения ArcelorMittal
Dofasco Inc.
X
Самоотверженность
«За каждым успешным мужчиной стоит женщина». В моем случае у меня есть три женщины, которым
посвящена эта книга: моя удивительная жена и две сказочные дочери, Натали и Мелани. Бог по-настоящему
благословил меня тем, что привел их в мою жизнь, и каждая сделала мою жизнь лучше! Натали и Мелани настоящие источники радости, и я так горжусь тем, чего они уже достигли, и знаю, сколько они еще
достигнут в своей жизни!
Я много раз говорил, что Кармела - «лучшее, что когда-либо случалось со мной», и это абсолютно верно!
Никто не сможет иметь лучшего партнера, лучшего друга и супругу, чем она. Ее радость, любовь, терпение
и доброта вдохновляют меня совершенствоваться каждый день. Она любит говорить, что вышла на пенсию
в 34 года, чтобы заботиться о нашей семье; но я думаю, что лучше сказать, что она сменила карьеру и
решила пожертвовать потенциальной высокопрофессиональной карьерой в университете МакМастер, чтобы
вместо этого стать цементирующей основой нашей семьи. Она позаботилась о том, чтобы через все взлеты и
падения, расцветы и испытания в нашей жизни мы были сосредоточены и знали, что неважно, что будет,
главное, что мы любимы на 110%! Я знаю, что не смог бы достичь того, что имею без нее!
Эта книга является результатом 25 лет изучения огнеупоров; однако способность сосредоточиться,
проводить время, исследовать, путешествовать и просто учиться — это потому, что я знаю, что у Кармелы
всегда было все остальное под контролем, и за это я ей действительно благодарен. Хотя она и не написала
книгу, она действительно значима для меня, и я благодарю ее за ее поддержку, и я благодарю Бога за то, что
мы соединились вместе!
XI
XII
XIII
ВСТУПЛЕНИЕ
Почему вы выбираете огнеупор, который вы делаете? Как вы выбираете? С чего начать процесс отбора?
Эта книга началась с этих вопросов из-за того, что у нас появился новый инженер в области огнеупоров, и
мне пришлось выяснить, как ее обучить. С чего начать? У меня было несколько книг, которые были
написаны о огнеупорах, но на самом деле не было ничего, чтобы пройти через пошаговый процесс и учесть
все вовлеченные факторы. Это лучшая книга, которую я помню, с начала моей карьеры. Она была
опубликована в 1974 году компанией Chesters, производтелем огнеупорных материалов для сталелитейных
заводов - за 15 лет до того, как я начал работать с огнеупорами!
Поэтому я решил использовать системный подход и проработать ее в течение первых 2-4 лет и записать
наши обсуждения - это основа книги, которую вы собираетесь прочитать.
Ответы на первые три вопроса - одним словом, они СЛОЖНЫ. Это всегда баланс конкурирующих
интересов между эксплуатацией, закупками и поставщиками. Инженер / специалист по отбору огнеупоров
находится на распутье, чтобы решить, какой материал подходит для каждого применения.
Цель этой книги не выбирать огнеупоры для какого-то отдельного объекта или процесса, или оборудования,
но вместо этого, - обеспечить шаг за шагом процесс для того, как сделать это.
Эта книга будет достаточно подробным руководящим курсом, чтобы обеспечить хорошую прочную основу
для отбора материала, но с гораздо меньшей глубиной, необходимой для фактического проектирования
материала с точки зрения производителя огнеупоров. В первых пяти главах будет описан процесс, а в
следующих пяти главах изложены основные принципы работы сталелитейного цеха.
Обратите внимание, что примеры будут только для производства стали, поскольку они составляют ~ 80%
всех денежных средств, потраченных металлургическим заводом (~ 50% мирового рынка огнеупоров).
Однако, этот процесс может быть использован в любом огнеупорном применении в любой отрасли.
Предпосылки для этой книги - 25 лет проб / ошибок, успехов / неудач, пота и, да, иногда и слез, которые
определили проверенную и истинную методологию успеха. Мера успеха огнеупоров сталелитейного завода
заключается в том, чтобы достичь один из лучших балансов всех аспектов требований, не жертвуя
безопасностью или окружающей средой, при этом обеспечивая максимальную эксплуатационную
готовность для сталелитейных предприятий и минимальные затраты на тонну, хотя, конечно, это не
идеально и постоянно меняется.
Таким образом, есть три ключевых правила, которые применимы в конструкции / отбору огнеупоров:
1. Вы никогда не сможете принять идеальное решение, но вы можете быть оптимальным!
2. Если вы найдете оптимальное решение, параметры работы изменятся, и вам придется начинать процесс
заново!
3. Это всегда будет интересно!
Я желаю специалистам по отбору огнеупорных материалов всего наилучшего в этой сложной, уникальной и
специализированной сфере.
Том Верт
XIV
Глава 1
15
1.0 Безопасность
Безопасность на любом промышленном объекте имеет первостепенное значение и абсолютно необходима
при изготовлении стали. Работа с расплавом при температуре выше 1600°C в непосредственной близости от
людей требует большой осторожности. В огнеупорной конструкции требования к безопасности
учитываются во всех аспектах проектирования.
В настоящем обсуждении компонент безопасности будет разбит на четыре следующих ключевых области:
1.
2.
3.
4.
Сдерживание процесса
Дым от ковша
Керамические волокна
Кремнезем
Сдерживание процесса
Прежде всего, главная цель - добиться нулевых выбросов. Это означает, что расплавленная жидкость
(жидкий чугун или сталь) не должна выходить из резервуаров неконтролируемым образом. Существует
серьезный риск травмирования людей и(или) повреждения оборудования. На рис. 1.1 и 1.2 показан прорыв
подины ковша и дано представление о влиянии прорывов.
Рис. 1.1: Прорыв подины ковша
Рис. 1.2: Повреждение после прорыва ковша
Все области, облицованные огнеупорным материалом в цехе (в частности, основной кислородный конвертер
(ОКК), дуговая сталеплавильная печь (ДСП), ковш с горячим металлом, ковш со сталью, разливочное
устройство и т.д.), имеют этот присущий им риск. Недопущение такого риска должно быть включено в этап
проектирования. Риск увеличивается по мере повышения температуры жидкой стали и интенсивности
обработки. Судя по моему опыту, частота прорывов в отрасли примерно следующая для каждой емкости:
Сталеразливочные ковши
Наибольший ~ 2-3 прорыва в год для собственно сосуда (шлаковая зона, полая часть, подина,
аргоновые пробки) и ~ 3-6 в год для заслонок (в основном незначительные по своей природе, но
могут быть катастрофическими).
2
Сталеразливочный ковш состоит из четырех ключевых секций, как показано на рисунке 1.3.
Опорное кольцо
Шлаковая зона
Полая часть
Подина
Рис. 1.3.: Конструкция сталеразливочного ковша
В качестве примера, частота и тип прорыва ковша показаны на рисунке 1.4.
Прорывы ковшей (исключая систему заслонок)
Шлаковая
зона
Полая
часть
Подина
Аргон
Рис. 1.4: Пример прорыва сталеразливочного ковша
3
Из этого примера можно сделать несколько ключевых выводов (более подробная информация будет
представлена в разделе, касающемся сталеразливочных ковшей).
Шлаковая зона (обычно на уровне ванны) ковша - зона наибольшего риска, потому
что обработка стали происходит здесь наиболее интенсивно (высокая температура,
перегретый шлак).
Применение разных конструкций и использование разных маршрутов сталеразливочных ковшей
приведут к получению разных результатов.
Стальные ковши также имеют высокий риск прорыва вокруг систем скользящих заслонок, как показано на
рисунке 1.5 (только в качестве примера).
Число прорывов ковшовых заслонок, в год
Значительный
Незначительный
Значительный
Рис. 1.5. Пример прорыва заслонки сталеразливочного ковша
Из этого графика можно сделать несколько ключевых выводов (более подробная информация будет
представлена в разделе, касающемся сталеразливочных ковшей).
Для заслонок сталеразливочных ковшей конструкция заслонок и ассортимент продукции из стали,
проходящей через систему, приводят к различным результатам.
Не только изменения огнеупорных материалов, но и изменения в системах и (или) составе
персонала могут оказывать негативное воздействие на этот показатель.
4
Ковш с горячим металлом (рис. 1.6)
Данный сосуд имеет самый низкий риск прорыва. Он используется только в качестве транспортного
сосуда, и его прорывы редки из-за низкой температуры кристаллизации жидкого железа (1535 ° C).
Железо довольно быстро кристаллизируется и поэтому является «самоуплотняющимся».
В случаях, когда для обессеривания используется ковш с горячим металлом, риск возрастает по мере
увеличения интенсивности перемешивания и количества удаляемой серы. Это создает область типа
шлаковой линии, характеризующуюся повышенным износом.
Желоб
Полая часть
Подина
Рис. 1.6. Расположение ковша для заливки чугуна
Основной кислородный конвертер (ОКК) (рис.
1.7)
Средний риск ~ Один раз в два года, в
зависимости от того, насколько хорошо
осуществляется контроль сосуда (более
высокий риск отмечается для сосудов с
донными фурмами и (или) съемной подиной)
Донные фурмы связаны с высоким риском,
особенно при конструкции подины с
кислородной продувкой,
из-за большого
размера фурм (диаметр ~ 25 мм), а риск
потери дутьевого давления во время
обработки может привести (и приведет) к
прорывам через сам трубопровод.
Особые сложности возникают со съемными
днищами вокруг области стыка между стеной
и подиной, поскольку шов должен отличаться
высокой целостностью, в противном случае
может произойти сбой с соответствующим
прорывом.
Прорывы через стенки встречаются реже, но
могут произойти, если футеровка сосуда
становится тонкой.
Рис. 1.7. Схема ОКК
5
Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) (рис. 1.8)
Средний риск ~ один раз в год - основной риск заключается в появлении «горячих точек» в шлаковой
зоне печи из-за высоких температур от электродов печи и всей площади шлаковой зоны.
Типичные места прорыва находятся под горелками или инжекторами, или рядом с задней контактной
панелью (когда печь наклоняют для отведения тепла уровень ванны поднимается на задней контактной
панели).
С топкой связан определенный риск, особенно при использовании дверной фурмы, поскольку угол
высокого потока кислорода может приводить к быстрому износу отверстия в дне сосуда.
Прорывы могут также происходить около торкретированной разделенной линии (на месте соединения
верхнего слоя кирпича и боковой стенки с водяным охлаждением), когда опорное основание
становится слишком большим.
Шлаковая зона
Подина
Стена
Рис. 1.8: Размещение ДСП
Разливочное устройство (рис. 1.9)
Риск низкий и редкий, поскольку она является, скорее, защитным, а не технологическим сосудом,
несмотря на сохраняющиеся высокие температуры.
Обратите внимание, что сюда не относятся прорывы заслонок разливочного устройства или сбои в
работе погружного разливочного стакана (ПРС) у литейной машины.
Прорывы могут произойти в области стакана из-за плохой трамбовки между подиной и гнездовым
блоком, рядом с литейным шпуром.
Прорывы также произошли в области стены возле кожуха ковша. Это происходит потому, что
конструкция арматуры может привести к
«перетеканию» стали обратно на боковую стенку разливочного устройства. Это создает зону высокого
износа, и сталь вытекает из задней части разливочного устройства.
Рабочая футеровка
Постоянная футеровка
Забетонированная
подкладка
Рис. 1.9: Схема разливочного устройства
6
Система регулирования потока
Краткая информация
Первостепенная цель сталелитейного производства заключается в полном исключении прорывов. Это
означает, что расплавленная жидкость (жидкий чугун или сталь) не должна бесконтрольно выходит из
сосуда. Все остальные цели являются несущественными по отношению к ней. Проектирование всегда
должно быть в приоритете и им не следует поступаться ни при каких условия.
Дым от ковша
Вторая ключевая проблема для здоровья и безопасности работников - образование паров в результате
первоначального нагрева и сушки сосудов в любом материале, содержащем смолу или связанном с
каучуком.
МАИР (Международное агентство по исследованию рака) классифицирует формальдегид как «вероятный
канцероген для человека» (класс 2А), который в высоких концентрациях способен вызывать раздражение
глаз и горла. Министерство труда (МТ) провинции Онтарио (Канада), средневзвешенное по времени
значение контакта с веществом (СВЗКВ) для формальдегида составляет одну часть на миллион (промилле).
Хроническое чрезмерное воздействие фенолов может оказывать вредное влияние на печень и почки,
вызывать раздражение глаз и дерматит. Министерство труда провинции Онтарио (Канада),
средневзвешенное по времени значение контакта с веществом (СВЗКВ) для фенола составляет 5 промилле.
Сотрудники металлургических комбинатов жаловались на головные боли, тошноту и раздражение глаз и
горла из-за загрязнённости воздуха. Эти
симптомы
могут
быть
вызваны
компонентами, выделяющимися вместе с
Предел
дымом из связанного со смолой кирпича.
безопасного
Они
появляются
намного
ниже
воздействия
допустимого уровня; однако проблема
заключается в том, что обоняние рабочих
% дыма
воспринимает дымы на уровне, гораздо
Допустимый
ниже допустимого (например, рис. 1.10)
уровень
Время
Рис. 1.10: Пример воздействия дыма
Это обычный материал, содержащийся в кирпиче MgO-C, глиноземно-магниево-углеродном (AMC или
MAC) кирпиче или других типах кирпича, которые не обжигаются, но связаны с углеродом. Другой
областью является смесь для стыков для ОКК, которая также содержит эти материалы и содержится в
некоторых материалах для горячего ремонта ОКК.
В нормальном состоянии ОКК и ДСП не представляют проблем, поскольку системы отходящих газов
удаляют пары при сгорании / высыхании и не создают проблем для работников из-за ограниченного
фактического воздействия.
Однако они могут создавать проблемы для сталеразливочных ковшей и ковшей для разлива горячего
металла, и вам необходимо убедиться, что материалы создают «низкий уровень дыма» и соответствуют
применимым стандартам.
С внутренней точки зрения, ключевым моментом является обеспечение правильной работы подогревателей
ковша. Цеха предварительного нагрева имеют мусоросжигательную установку, работающую на дожигании
из-за близости сотрудников к месту работ, и это единственное решение, позволяющее предотвратить
проблемы со здоровьем и безопасностью сотрудников.
Указанное альтернативное решение позволяет исключить влияние на затраты, связанные с огнеупорными
материалами или ресурсами для производства огнеупоров. Единственными постоянными расходами
являются расходы на техническое обслуживание системы и на увеличение потребления природного газа. В
принципе, дожигание обеспечивается путем «повторного сжигания» газов до продуктов полного сгорания,
которые не содержат вредных компонентов в высоких концентрациях. Продолжается реализация
существующих программ сушки ковша, горелки и обеспечения высыхания. Вокруг стойки ковша
устанавливается корпус для улавливания всех дымов. Контролируемые воздухозаборники окружающего
воздуха используются для подачи воздуха для обеспечения горения и регулирования температуры
отходящих газов. Установлена камера для сжигания с горелкой, призванная обеспечить достаточное время и
температуру нейтрализации выбросов, с их превращением в продукты полного сгорания. Воздуховоды и
вытяжной вентилятор используют для направления улавливаемых газов через мусоросжигатель и удаления
«очищенных» отработанных газов в здание, как показано на рисунке 1.11.
7
Концептуальный
Концептуальны
дизайн
й дизайн
ДЫМОВАЯ ТРУБА
ОБЛАСТЬ
РАЗБАВЛЕНИЯ
Рис. 1.11: Сушилка для футеровки, склеенной смолой
Сосуд со склеенной смолой футеровкой
Предохранительная оболочка
Горелка для сушки / твердения
Контролируемый воздухозаборник
Каналы отработанного газа
Сжигатель летучего мусора
Горелка мусоросжигателя
Впуск воздуха разрежения
Вытяжной вентилятор очищенных отработавших газов
Управление потоком вытяжного вентилятора
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Другим механизмом управления поступающим кирпичом было использование третьего лица, измеряющего
дымность кирпича. Один из возможных специальных тестов, предложенных Университетом штата
Пенсильвания, заключается в следующем:
Пиролиз-газовая хроматография / масс-спектрометрия (Py-GC / MS) были выполнены на каждом образце.
Используемый прибор представлял собой газовый хроматограф Hewlett Packard 5890 Series II, оснащенный
МСД 5971А и аналитической пиропробой 1000 CDS. Каждый образец был отдельно пиролизован при трех
разных температурах: 300, 480 и 700°С и хроматографически разделен с использованием колонки Restek
Rtx-5ms (30 м х 0,25 мм) с температурной программой, начинающейся при температуре 60°С, которая затем
постепенно увеличивается до 150°С со скоростью 6°С/мин, с последующим увеличением с 12 до 220°С, с
конечным увеличением с 25 до 320°С. Окончательное время выдержки составило 10 минут. Этот метод не
является количественным, и масса каждого пиролизованного образца не была одинаковой. Тем не менее,
аналитик пытался поддерживать эквивалентную массу для каждого образца, и поэтому количество видов,
выделившихся в процессе пиролиза, можно сравнить для оценки различий между каждым образцом.
Эксперименты по термохимолизу гидроксида тетраметиламмония (ГТМА) были проведены для изучения
распределения полярных частиц, которые могут не поддаваться газовой хроматографии. ГТМА облегчает
метилирование кислотных функциональных групп, одновременно расщепляя группы, связанные c простыми
и сложными эфирами. Реакция происходит в инжекторном отверстии газового хроматографа. Примерно в
три раза больше ГТМА, чем в образце, добавляют в лодочку для пиролиза кварца.
Контактное лицо в отношении этого теста:
Контактное лицо:
Пеннсильванский государственный университет
Испытание огнеупорного кирпича для низкодымного кирпича
Запросить качественный химический анализ пиролизированных образцов - анализы Py-GC / MS
8
Керамические волокна
Что такое синтетические стекловидные волокна?
Синтетические стекловидные волокна (ССВ) представляют собой группу волокнистых неорганических
материалов, которые изготавливаются из камня, шлака, глины или стекла. ССВ отличаются от природных
минеральных волокон, например, асбеста, тем, что не имеют кристаллической молекулярной структуры и не
сохраняются в организме в течение длительных периодов времени. ССВ находят все большее применение в
качестве материала-заменителя асбеста. Они в основном используются для тепло- и звукоизоляции,
армирования других материалов и фильтрации.
Существует две широкие категории CCВ: нити и вата. Нити состоят из непрерывных стеклянных нитей, в то
время как вата подразделяется на стекловату, каменную вату, шлаковату и огнеупорные керамические
волокна (ОКВ).
Пути воздействия
ССВ чаще всего попадают в организм при вдыхании. Некоторые волокна могут откладываться в носовых и
ротовых полостях и на слизистых оболочках, выстилающих легкие. Большинство волокон,
откладывающихся в носовой полости и верхних дыхательных путях легких, легко удаляются из организма
слоем слизи и переносятся в желудок для выведения из организма. Волокна, откладываемые в самых
глубоких частях легких, где происходит газообмен, удаляются из организма в течение более длительного
времени. Волокна также могут проникать во внешний слой кожи.
Влияние на здоровье
Сплошная стеклянная нить, стекловата, каменная вата, шлаковая вата
Применение, обслуживание или удаление сплошных стеклянных нитей, стекловаты, каменной ваты или
шлаковой ваты было связано с острым раздражением кожи, раздражением глаз и нарушениями
функционирования верхних дыхательных путей - такими, как боль в горле, заложенность носа, боль в
гортани и кашель.
Из-за недостаточности доказательств канцерогенности для людей и относительно низкой стойкости в
организме, МАИР не может классифицировать сплошные стеклянные нити, стекловату, каменную вату и
шлаковату в плане их канцерогенности для человека.
Огнеупорные керамические волокна
Применение или удаление огнеупорных керамических волокон (ОКВ) было связано с острым раздражением
кожи, раздражением глаз и нарушениями функционирования верхних дыхательных путей - такими, как боль
в горле, заложенность носа, боль в гортани и кашель.
ОКВ, вдыхаемые глубоко в легкие, сохраняются в течение более длительного времени, чем их аналоги ССВ.
Была высказана обеспокоенность по поводу канцерогенных свойств ОКВ. Основными органами-мишенями
при раке являются легкие и плевра. Исследования на животных выявили повышенную частоту опухолей
легких и образование мезотелиом после воздействия ОКВ. Тем не менее, недостаточно данных о
канцерогенности ОКВ для людей.
В результате МАИР классифицировала ОКВ как возможно
канцерогенные для человека.
Также существует опасение, что некоторые материалы ОКВ могут превращаться в свободный
кристаллический кремнезем (кристобалит) при температуре выше 1800°F (982°C). Воздействие
повышенных уровней кристобалита в течение длительных периодов времени может вызвать необратимое
заболевание легких. Предполагается, что свободный кристаллический кремнезем вызывает рак легких.
9
Существует два типа ОКВ.
представлено сравнение обоих.
Один является обычным, а другой - биорастворимым. В таблице 1.1
Таблица 1.1: Сравнение обычных и биорастворимых ОКВ
Обычный
Биорастворимый
Al2O3 - SiO2
MgO - Ca - SiO2
Возможный канцероген
Не канцероген
Остаются в легких в течение 10 лет
Остаются в легких в течение 2 недель
Соотношение сторон = D / L
Растворяется в воде
- чем больше D/L, тем менее вредно было
волокно - лучше иметь более короткое, более
толстое волокно, чем длинное тонкое волокно
Биорастворимая вата
Это новые виды ваты представляют собой ССВ, разработанные для замены огнеупорных керамических
волокон. Результаты хорошо спланированных долгосрочных исследований вдыхания на животных не
показали какого-либо значительного увеличения частоты опухолей легких или каких-либо мезотелиом.
Пределы воздействия
Пределы воздействия для ССВ, показанные в таблице 1.2, основаны на Регламенте Министерства труда
провинции Онтарио, касающемся контроля воздействия биологических или химических веществ (O. Reg.
833) и документе Американской конференции государственных специалистов по промышленной гигиене
(ACGIH).
Таблица 1.2: Пределы воздействия для ССВ
Тип ССВ
8-часовой
воздействия
предел
(волокна / см3)
Оценка МАИР от 2002
года
Волокна из стекловаты
1
Не
классифицируется
канцероген для человека
как
Волокна из каменной ваты
1
Не
классифицируется
канцероген для человека
как
Волокна из шлаковой ваты
1
Не
классифицируется
канцероген для человека
как
Огнеупорные керамические волокна
0,2
Возможно
человека.
для
канцерогенный
Все пределы воздействия представляют собой респирабельные волокна (длина больше 5 микрон,
соотношение сторон больше или равно 3: 1).
10
В последние годы, когда работодатели исследовали пути повышения эффективности и снижения затрат,
большее внимание стало уделяться здоровью и безопасности. Многие компании начали внедрять
«стратегию контроля» в отношении использования ОКВ для отделов, использующих эти материалы. ОКВ
являются компонентом ССВ, широко используемым для обеспечения эффективной, недорогой и
высокотемпературной изоляции. ОКВ состоят из смеси кремнезема и глинозема и были первоначально
разработаны в качестве замены асбеста. МАИР классифицирует ОКВ как «возможные канцерогены для
человека». Необходимость в улучшенной стратегии контроля возникла в результате того, что в 2000 году
Американская конференция государственных специалистов по промышленной гигиене включила ССВ в
свой список «Уведомление о предполагаемых изменениях», указав, что СВЗКВ будет сокращен до более
низких уровней.
Механизмы контроля
Работодатели выполнили целый ряд мероприятий, направленных на количественную оценку и контроль
воздействия ОКВ на работников. Были проведены образовательные программы для сотрудников, в ходе
которых сотрудники были ознакомлены с литературой и информацией о возможных последствиях ОКВ для
здоровья работников. Использование специализированных процедур обработки и средств индивидуальной
защиты было важным компонентом этого обучения.
Поскольку некоторые результаты испытаний указали на воздействие на сотрудников, приближающееся к
будущим предлагаемым СВЗКВ, работодатели разработали подходящие планы реагирования. Работодатели
могут выявлять и систематически оценивать / рационализировать каждое применение ОКВ в отдельности.
Цель состоит в том, чтобы исключить материал ОКВ, заменить альтернативный материал или, по крайней
мере, уменьшить воздействие ОКВ на сотрудников для каждого приложения, как показано в таблице 1.3.
Таблица 1.3: Оценка потенциальных заменителей ОКВ
Применение ОКВ
Стратегия
Старый материал
Новый материал
Прокладка ковша
Исключить
1” Рулонная изоляция
ОКВ
ноль
Изоляция погружного
разливочного стакана
Замена
Бумага ОКВ
Термическое напыление
Подогреватели ковшей
Замена
Модули ОКВ
Огнеупорная смесь
Уменьшать
воздействие
Рулонная изоляция
ОКВ
Высокотемпературное
обертывание из глины
Замена
Модули ОКВ
Огнеупорная смесь
Замена
Рулонная изоляция
ОКВ
Канат для жидкого
цементного раствора
Рулонная изоляция
ОКВ
Рулонная изоляция
ОКВ
Рулонная изоляция
ОКВ
Рулонная изоляция
ОКВ
Вата из нержавеющей
стали
Рулонная изоляция
ОКВ
Изменение конструкции
крыши
Изоляция
термокаталитического
детектора
Покрытия для
предварительного
разогрева разливочного
устройства
Предварительный
подогрев погружного
разливочного стакана
Упаковочная шпилька /
колпак ОКК
Замена
Разливочные дверцы ОКК Замена
Байонетная прокладка в
CC
Уплотнители крышки
разливочного устройства
Упаковочная крыша
УДМ/ керамиковая
бутыль для
распределения орошения
поглотительной колонны
Уменьшать
воздействие
Замена
Исключить
11
Песок с MgO
Предварительно
разрезанные прокладки
Канат для жидкого
цементного раствора
Работодатели использовали подход, сводящий к минимуму использование волокон и(или) обеспечивающий
переход к биорастворимым веществам в максимально возможном количестве случаев (например, рис. 1.12 и
1.13).
Рис. 1.12. Крышки сушилки ковша ОКВ
Рис. 1.13. Крышки сушилки литого ковша
Кремнезем
Что такое кремнезем?
Кремнезем или диоксид кремния (SiO2) — это природное соединение (например, пляжный песок). Диоксид
кремния может присутствовать в аморфной форме, кристаллической форме или быть связанным в виде
силиката. Кристаллическая форма кремнезема или свободный кристаллический кремнезем (СКК)
(например, кварц, кристобалит и тридимит) вызывает наибольшую озабоченность с точки зрения
воздействия на здоровье.
Влияние на здоровье
Кремнезем (СКК) может вызывать заболевание, только при его вдыхании. Опасность кремнезема
существует, если он находится в воздухе или может попасть в воздух и при этом иметь очень малый размер.
Контакт с чрезмерными количествами переносимого по воздуху СКК в течение многих лет может вызвать
фиброзную болезнь легких, известную как силикоз. Это заболевание приводит к потере эластичности
легких. Ранними симптомами являются одышка во время физической работы и сухой кашель. Силикоз —
это заболевание, вызывающее появление новой рубцовой ткани даже после того, как человек больше не
подвергается воздействию СКК. МАИР пришла к выводу, что вдыхание кварца или кристобалита является
канцерогенным для человека. Кристобалит и тридимит являются более опасными, потому что они вызывают
рост новой рубцовой ткани. Избегание воздействия - единственный способ предотвратить силикоз,
поскольку в настоящее время не существует никакого лечения этого профессионального заболевания.
Приемлемый предел безопасного воздействия
Требование законодательства
Средневзвешенная во времени концентрация - максимальная допустимая концентрация, установленная
ACGIH, для вдыхаемого кристаллического кремнезема составляет 0,05 миллиграмма на м3 (мг/ м 3) в
среднем за рабочий день или рабочую неделю. Когда уровни кремнезема высоки, необходимо реализовать
программу контроля воздействия кремнезема.
Существует два ключевых фактора снижения риска, с которым могут помочь производители огнеупорных
материалов:
1. Материал с 60% Al2O3 или более снижает риск (чем больше глинозема, т.е. чем меньше свободного
кремнезема, тем лучше).
2. Низкое содержание свободного кремнезема (чем больше свободного кремнезема, тем выше риск).
Например, сырье на основе муллита (Al2O3 - SiO2) не содержит свободного кремнезема, и это хорошо. В
области разливочного устройства оливин связывает свободный кремнезем, что тоже хорошо.
** Обратите внимание, что риск для здоровья работника возникает только при демонтаже, когда пыль
находится в воздухе. Это воздействие может быть уменьшено с помощью респираторов.
12
1.1 Цель доступности
В конце концов огнеупорная футеровка является защитным слоем для технологического сосуда, позволяет
осуществлять любой процесс (например, сталелитейный, нефтехимический, известковый обжиг и т.д.) и
производить продукт для данной отрасли промышленности. Следовательно, цель футеровки включает в себя
три компонента для любого огнеупорного материала с точки зрения производительности:
• Соответствовать требованиям технологического процесса
• Соответствовать целевому рабочему циклу ковша
• Соответствовать целевым показателям износа футеровки
Соответствовать требованиям технологического процесса
• Огнеупорные материалы были названы «ахиллесовой пятой» производства стали и даже «необходимым
злом» из-за их влияния на обработку стали, если что-то пойдет не так
• Если процесс производства стали проходит гладко, а огнеупорная конструкция идеально подходит, тогда
проблема с огнеупорным материалом может никогда не возникнуть (хотя всегда будет сохраняться
проблема стоимости)
• Быть прозрачным или невидимым для процесса труднее в узких местах, потому что это означает, что
совершенство недостижимо. Поэтому могут быть установлены целевые сроки службы, чтобы
минимизировать воздействие.
Ключевой целью является согласование срока службы огнеупорных материалов с основными циклами
технического обслуживания процессов для узких мест. В любых основных технологических потоках
существуют обычные схемы обслуживания, необходимые для технологического оборудования. Они
должны быть известны и использованы.
• Пример № 1 - Поток ОКК имеет периоды газовой очистки ОКК и непрерывного литья под давлением
(НЛД), которые требуют остановок каждые 8 недель и проведения серьезных работ раз в 6 месяцев.
Таким образом, срок службы днища ОКК устанавливается на 8 недель, а смена футеровки печи - раз в 6
месяцев, чтобы свести к минимуму влияние на результаты производства стали.
• Пример № 2 - Поток ДСП имеет срок службы пресс-формы в НЛД в качестве ключевого останова
производства - например, 1000 нагревов.
Поэтому срок службы подины печи ДСП рассчитан на 1000 нагревов (для приведения в соответствие).
По мере увеличения срока службы узкого места, при перемещении формы до 1200 нагревов, срок
службы печи должен соответствовать; в противном случае потребуются дополнительная остановка
производства, произойдет потеря производительности.
Минимизировать частоту ремонта узких мест
• Время производства, потерянное на ОКК, или является критическим временем и навсегда потеряно.
Производственные потери обычно в 5-10 раз превышают стоимость самого огнеупорного материала в
узких местах.
• Поэтому конструкция рабочей футеровки с узким местом может быть «выше заданной», для сведения к
минимуму ремонта и увеличения производственных мощностей.
• При работе без узких мест может допускаться более низкое качество футеровки и(или) более частое
проведение ремонта (например, цех с несколькими ОКК может выбрать использование дешевой
футеровки и переходить на новую печь при износе старой).
• Рабочие огнеупоры без узких мест по-прежнему рассчитаны на самые низкие затраты на эксплуатацию,
однако существует большая гибкость.
Предсказуемость конструкции благоприятна во всех случаях:
• Когда срок службы огнеупорного материала сильно варьируется (высокое стандартное отклонение),
тогда становится чрезвычайно трудно планировать отключения и т.д., что приводит к более высоким
затратам.
• Срок годности ОКК варьируется от 400 до 1000 плавок без прогноза. Это приводит к трудностям в
планировании отключений ОКК и доменной печи (ДП) и, следовательно, к более высоким затратам на
техническое обслуживание при меньшем совместном использовании рабочей силы, большем количестве
контрактов, большим затратам времени и т.д. Срок службы 1300 +/- 100 нагревов приводит к очень
предсказуемому сроку службы и минимальным затратам на техническое обслуживание.
• Срок службы сталеразливочного ковша - ранние остановки приводят к уменьшению количества
используемых ковшей и в какой-то момент замедляют процесс выплавки стали в соответствии с темпом
работы ковшей - нежелательные задержки. Это также может привести к введению дополнительного
количества ковшей в эксплуатацию, что кажется положительным моментом, однако приводит к более
высоким скоростям износа из-за большей термоцикличности, большему окислению и меньшей
13
предсказуемости, как показано на рисунке 1.14. Оптимальная конструкция в единственном решении.
КОЭФФИЦИЕНТ ИЗНОСА (мм / млн) х 10000
% ВРЕМЕНИ СТАЛИ В КОВШЕ
Рис. 1.14: Теория износа в шлаковой зоне - скорость износа в зависимости от доли стали
Обратите внимание, что процесс обслуживания диктует целевые показатели износа:
Процесс обслуживания
(диктует)
срок
службы
огнеупорн
ого
материала
Например - кирпич с опорным кольцом ОКК - (765-300) / 1200 - 0,38 мм/ч.
* Целевая скорость износа определяется не огнеупорным материалом, а владельцем процесса. *
Целевая скорость износа также предусматривает допуск на риск - цель в плане толщины может быть
основана на предотвращении риска прорывов и(или) тепловой нагрузки на кожух сосуда.
В конце концов огнеупорная футеровка является защитным слоем для технологического сосуда, позволяет
осуществлять любой процесс (например, сталелитейный, нефтехимический, известковый обжиг и т.д.) и
производить продукт для данной отрасли промышленности. Следовательно, цель футеровки включает в себя
три компонента для любого огнеупорного материала с точки зрения производительности:
•
Соответствовать требованиям технологического процесса
•
Соответствовать целевому рабочему циклу ковша
•
Соответствовать целевым показателям износа футеровки
14
1.2 Затраты на эксплуатацию
Затраты на эксплуатацию (ЗНЭ) — это методология анализа, которая пытается включить все затраты,
связанные с использованием огнеупорного материала - от покупки до утилизации, включая влияние на сам
процесс. С базовой точки зрения, она начинается с того, что представляет собой общую стоимость / тонну
огнеупорного материала, включая все затраты (огнеупорный материал, технологический процесс и т.д.), и
делится на общий произведенный тоннаж. Пример ССВ для печи ОКК, который будет использоваться для
демонстрации способа выполнения этих расчетов и их фактического эффекта, заключается в следующем.
Существуют шесть основных областей:
1. Фактическая покупка основного огнеупорного материала
2. Расходы на логистику
3. Затраты на установку и демонтаж
4. Затраты на техническое обслуживание огнеупорных материалов
5. Энергетические расходы на огнеупорные материалы
6. Операционное воздействие
Закупка огнеупорных материалов
Первой и наиболее очевидной стоимостью, которая привлекает наибольшее внимание, является сама
стоимость покупки. В некоторых случаях она может представлять собой «шок от ценника», когда
футеровка ОКК может стоить более 1 млн. долларов США в рамках разовой покупки. Поэтому она всегда
будет привлекать внимание тех, кто находится в процессе покупки, как область потенциального снижения
расходов.
Эта стоимость покупки затем разбивается по следующему уравнению:
Общая стоимость огнеупорных материалов (долл. США) = вес необходимого материала (кг) Х цена
материала (долл. США/ кг)
Вес необходимого материала зависит от конструкции сосуда, и единственный способ изменить ее
заключается в том, чтобы сделать футеровку более тонкой в областях с низким износом, без риска
подорвать другие области, как показано на рисунке 1.15.
Рис. 1.15. Локальный износ из-за различной толщины материала
15
Цена материала является другой переменной, и на нее влияет выбранный материал (например, сплавленное
зерно, чистота материала, поставщик и т.д.). Обратите внимание, что сначала нужно всегда выбирать
материалы, чтобы соответствовать тепломеханическому и химическому (TMХ) анализу конструкции (будет
обсуждаться в следующей главе), а не иметь более низкую цену за кг только для целей снижения цены!
Это всегда будет ключевым моментом давления для людей, покупающих огнеупорные материалы, полагая,
что это товар, а не сконструированный материал. (Конечно, мы знаем, что это не так!)
Всегда существует компромисс между производительностью и стоимостью. В качестве примера см.
рис. 1.16. По мере увеличения чистоты цена за кг растет в геометрической прогрессии. Это верно
для большинства компонентов, например, MgO, графита и т.д.
Рис. 1.16: Влияние чистоты материала на цену
Последней частью этого уравнения является, конечно, стоимость за тонну огнеупорных материалов,
согласно уравнению:
Стоимость / тонна
Стоимость огнеупорных материалов (долл. США) / тонн стали, произведенной в рамках кампании.
Тонны произведенной стали - количество осуществленных плавок X средний размер плавки
16
Поэтому существуют только три варианта для снижения стоимости за тонну:
1. Уменьшите стоимость огнеупорных материалов (как представлено ранее)
2. Увеличьте срок действия кампании или количество плавок на производственной единице (более
длительный срок службы) - (меньше простоев)
3. Увеличьте средний размер плавки (обычно ограничено конструкцией сосуда или кранов)
В случае проектирования все три варианта были и продолжают использоваться:
1. Пример - перепроектирование материалов в ОКК в зонах с низким уровнем износа или в шлаковой зоне
ковша (MgO более низкой чистоты, графит с низкой чистотой и т.д.), что поддерживает срок службы плавок
и размер плавок, но снижает первоначальные затраты.
2. Пример - повторное проектирование подины ДСП с переходом от 500 плавок к 1200 плавкам путем
изменения конструкции с тем же размером кирпича и затратами, но с более длительным сроком службы, что
приводит к снижению затрат / тонну.
3. Пример - перепроектирование ковша для увеличения среднего размера плавки - более тонкие защитные
футеровки, более высокий кожух ковша - тот же срок службы ковша, такие же затраты на огнеупорные
материалы - но более низкая стоимость за тонну.
Доступны все варианты, хотя некоторые из них более ограничены в зависимости от конструкции самого
металлургического завода.
Расходы на логистику
Расходы на логистику связаны с транспортировкой, хранением и администрированием.
1. Транспортные расходы — это расходы, связанные с доставкой продукта из Японии, Европы, Китая или
Канады на завод. Естественно предположить, что чем ближе завод-производитель, тем ниже затраты, но это
не всегда так. Например, был случай, когда кирпич, привезенный из южной части США на грузовиках в
Канаду, был дороже, чем кирпич, привезенный из Европы морским транспортом! Когда вы отправляете
предложение, полезно спросить о цене поставки («франко-борт» сталелитейный завод), а не о цене на складе
поставщика («франко-борт» точка производства).
2. Административные расходы — это расходы, связанные с оформлением документов,
администрированием и т.д. Если вы имеете дело с небольшим поставщиком несложных систем - с большим
количеством документов и т.д., у вас возникнет больше связанных с заказом расходов. Еще один хороший
пример - если вы поместите материал в программу, в которой оплата взимается за вес, или партию груза.
Поставщик несет ответственность за ее реализацию, и вам не нужно производить расчеты по ней, что
приводит к уменьшению количества людей в группе логистики и возможной экономии.
3. Затраты на хранение — это затраты, связанные с хранением большого количества товаров в любом
месте, с расходами на финансирование складирования. Многие поставщики хранят материал на местном
складе и должны платить за это, и затраты включены в цену. В идеале вы можете хранить материал на
сталелитейном заводе, но это стоит денег, которые вы обычно платите, когда материал поступает на место.
Кроме того, использование слишком большого места для хранения приводит к возникновению проблем с
безопасностью; когда места недостаточно, это вызывает неудовлетворительную организацию производства.
Идеальное состояние для производителя - произвести изделие, отправить его и установить немедленно - в
системе нет никаких запасов. Это позволяет снизить цены, так как затраты устраняются, но также
увеличивает риск того, что при отсутствии запасов, при возникновении производственных или
транспортных проблем, может возникнуть серьезная проблема дефицита. Хорошим примером является то,
что кирпич для ОКК, поступающий из Китая в США, может «застрять» в Сиэтле во время забастовки
доковых рабочих, что вызовет серьезную панику, из-за которой придется продлить срок службы ОКК с
торкретированием, до момента прибытия кирпича.
Затраты на установку и демонтаж
Затраты на установку и демонтаж — это затраты, связанные с установкой первоначальной футеровки
кладочной группой (собственными силами или с привлечением подрядчика), а также расходы на снос и
утилизацию конечного продукта кампании.
1. Затраты на установку - это затраты, связанные с кирпичной кладкой самой печи с помощью следующей
базовой формулы: Стоимость установки = количество человек для установки X количество человеко-часов
X долл. в час
Для снижения этих затрат вы можете (со ссылкой на три варианта) только упростить и ускорить работу,
чтобы сократить количество людей или необходимое время, или вы можете привлекать людей, взимающих
более низкую ставку оплаты труда.
17
С точки зрения конструкции, печь может быть спроектирована с различным количеством типов кирпича и
панелей, чтобы либо достичь оптимальной структуры износа или ускорить время кладки кирпича.
Некоторые области могут быть описаны очень подробно, поскольку спроектированная с запасом
многослойная облицовка может значительно увеличить время укладки кирпичей. Количество используемых
панелей обычно зависит от того, является ли печь узким местом или нет.
Другим примером стоимости установки является дно ковша, представляющее собой сборное дно из двух
частей (в отличие от поштучной кладки), используемое для минимизации времени кладки кирпича и для
обеспечения эргономической безопасности (баланс безопасности, стоимости и скорости).
2. Расходы на демонтаж — это расходы, связанные с демонтажем огнеупорного материала. Формула
базовой стоимости описывается следующим образом:
Стоимость демонтажа = количество часов демонтажа Х долл./ час + Утилизированные тонны Х
долл./т
Для уменьшения этой стоимости, вы можете только упростить и ускорить работу, чтобы сократить
необходимое для нее время. Обычно это минимальная стоимость в целом, поэтому она не рассматривается
столь пристально.
С этим также связана стоимость утилизации материала. Многие огнеупорные материалы могут быть
переработаны, или проданы внешним потребителям (кирпич MgO-C продан в качестве продукта,
подлежащего вторичной переработке), или захоронены (если нет спроса на переработанный продукт, платят
за его захоронение на основе цены за тонну). Тем не менее, это может быть значительная стоимость.
Примером является магнезитохромитовый кирпич, в котором оксид хрома меняет валентность во время
выплавки стали, а затем может стать опасным для окружающей среды, поскольку он может выщелачиваться
в воду, если хранится на обычной свалке. Материал должен быть утилизирован как опасные отходы, что
очень дорого. Следовательно, этот материал может быть спроектирован вне системы, чтобы исключить
указанную стоимость, а также обеспечить положительный экологический эффект.
Затраты на техническое обслуживание огнеупорных материалов
Эксплуатация может быть неопределенной, и износостойкость огнеупоров будет зависеть от параметров
процесса. Обслуживание / горячий ремонт огнеупорных материалов применяется для рабочих футеровок,
когда они испытывают большую, чем ожидалось, степень износа. Горячий ремонт применяется для
достижения желаемых целей при работе футеровки.
Этот раздел включает в себя материалы для торкретирования и горячего ремонта
1)
Стоимость установки материала
A)
Оборудование
У компании есть выбор владеть оборудованием для торкретирования или шоткретирования, однако
при отсутствии специалистов внутри вашей компании, вы можете отойти от этого, поскольку
техническое обслуживание является сложным и дорогостоящим.
У вас также есть возможность сдавать/ брать в аренду машины у поставщиков с полным контрактом
на обслуживание, при котором они обслуживают оборудование и гарантируют доступность.
18
B)
Люди - есть три варианта того, кто может заниматься торкретированием и / или шорткретированием
и / или горячим ремонтом:
1. Свои сотрудники – положительной стороной является уровень квалификации команды, но
недостатком являются дополнительные работники, которые не несут ответственности за процесс.
2. Операторы - недостатком является необходимость приобретения навыков, а преимуществом
является предотвращение простоев.
Операторы могут нести ответственность за печь. На самом деле, в данном случае мотивация
заключается в поддержании стабильного процесса для снижения своей нагрузки. В противном
случае они могут сделать перерыв, пока печь заправляется внутренним персоналом или
подрядчиками. Имеет место также экономия средств, потому что операторам платят за то, что они
все равно находятся там.
3. Подрядчик - у некоторых заводов есть подрядчики, занимающиеся торкретированием.
Это в конечном итоге обходится дороже, чем выполнение работы с использованием собственной
рабочей силы в некоторых случаях. Кроме того, применяется та же логика, что и для кладки:
операторы несут ответственность, если им придется самим топить печь.
2)
Стоимость материала.
Обратитесь к тому же уравнению из Части A), изложенному ниже:
Эта стоимость покупки затем разбивается по следующему уравнению:
Общая стоимость огнеупорных материалов (долл. США) = вес необходимого материала (кг) Х цена
материала (долл. США/ кг)
Масса материала
Существует баланс между уходом за печью и сокращением времени до ее повторного
использования.
Операторы привыкли судить на глаз, чтобы определить, куда пойдет материал для горячего
ремонта. Обычно операторы проводят торкретирование кратно количеству мешков, независимо от
того, что фактически необходимо для печи.
Сегодня лазер — это величайший инструмент оператора. Он выделяет самые тонкие участки
футеровки, и операторы проводят торкретирование на целевых участках.
Цена материала (долл. США / кг)
Цена материала является другой переменной, и на нее влияет выбранный материал (например,
сплавленное зерно, чистота материала, поставщик и т.д.). Обратите внимание, что сначала нужно
всегда выбирать материалы, чтобы соответствовать тепломеханическому и химическому (TMХ)
анализу конструкции (будет обсуждаться в главе 2), а не иметь более низкую цену за кг только для
целей снижения цены!
Поставщики могут попытаться изменить материал для торкретирования, а затем добавлять
стоимость каждый раз, когда они меняют материалы, для увеличения своей прибыли. Необходимо
провести контролируемые испытания, чтобы оправдать дополнительные расходы на снижение
фактической стоимости тонны.
Единственный способ оправдать повышение цены — это проектирование в соответствии с ТМХ
анализом или увеличение ожидаемого срока службы.
Энергетические расходы на огнеупорные материалы
Нагреть / Высушить
Любая новая футеровка должна быть нагрета для удаления влаги, загрязнений и смол, а также для
доведения футеровки до температуры процесса.
Общая стоимость энергии (долл. США) = Общее количество часов высыхания X Потребление энергии в час
X Стоимость единицы энергии
Пример 1: Высыхание ковша ОКК
Общая стоимость энергии (долл. США) = 40 часов высыхания X 1000 БТЕ / ч X 2 долл. США / БТЕ = 80 000
долл. (80 000 долл. США - это не истинное число). Однако, в целом, это небольшая сумма.
Пример 2: Выгорание ОКК
19
Пример 3: Практика «экологической» ДСП
Эксплуатационное воздействие огнеупорного материала
** Обратитесь к разделу 1.1 «Цель доступности», чтобы увидеть случаи остановки процесса и связанных с
этих последствий.
Обратите внимание, что эксплуатационные затраты обычно уменьшают фактические затраты на
огнеупорные материалы. В таблице 1.4 приведен пример типа эксплуатационных воздействий, которые
можно увидеть; но он не является всеобъемлющим, и каждый оператор должен будет рассчитать это для
своей собственной печи.
Таблица 1.4: Пример типа оперативного воздействия на работу печи
Ремонт
Всего
Частота
минимумов
Минимумов
(№ в год) / ремонт
в год
Повторная футеровка
печи
Изменения подины
Показатели фурмы/
крутящий момент
Показатели, считанные
лазером
Шпур - Вставки
Контактная панель
Шпур - Трубы
Шпур - Лицевые
стороны
Шпур - блоки
Входное отверстие
Опорное кольцо /
стадион
Обслуживание подины
Загрузочная
платформа обслуживание
мин.
мин.
мин.
мин.
мин.
в год
в месяц
в неделю
в день
за плавку
Стоимость задержки
долл. / (подтверждено финансовым
минута учетом)
Плавок Плавок в год
Общая стоимость задержки
производства огнеупоров
20
1.3 Обзор потока энергии и тепла
Одной из ключевых целей огнеупорных материалов является сохранение тепла в ОКК или котле. Энергия
стоит дорого, и если вы включите ее в процесс, вы не захотите ее потерять.
Есть две ключевые цели для тепла:
удержание тепла для процесса
защита корпусов печей от коробления / растрескивания / и т.д.
Основой для огнеупорных материалов является то, что эти цели должны быть достигнуты, и понимание
теплового потока через футеровку является критическим.
Мы должны начать с некоторых ключевых определений:
Теплопроводность (K) - способность проводить тепло по материалу.
Теплоемкость (C) - способность материала сохранять тепло.
Температуропроводность (δ) - способность рассеивать тепло по материалу.
Плотность (ρ) - плотность материала.
δ=К/С.ρ
Пример материалов с высокой проводимостью по сравнению с низкой проводимостью показан на рисунке
1.17. Чем быстрее тепло может рассеиваться из системы, тем ниже градиент температуры от передней части
к задней части кирпича, тем ниже напряжение, способствующее растрескиванию.
ПРОВОДНИК
Высокая
температуропроводность
Высокая теплопроводность
ИЗОЛЯТОР
Низкая
температуропроводность
Низкая теплопроводность
Рис. 1.17: Примеры теплового потока материала
Хорошим примером из домашнего быта будет сравнение алюминиевой и чугунной сковородками.
Алюминий нагревается и охлаждается быстрее - высокая температуропроводность; по сравнению с чугуном,
который обладает высокой теплоемкостью и удерживает тепло, на его нагрев и охлаждение уходит больше
времени, но он лучше сохраняет постоянную температуру.
Следует также отметить, что существует три способа перемещения тепла через систему:
1. Проведение
Q = a / x K (t 1 -t 2 )
Q = тепловой поток
а = площадь поверхности
x = пройденное расстояние (толщина) t = время
К = константа проводимости материала
Следовательно, с самой простой точки зрения, количество теплового потока через стену (при условии, что
размер стенки не изменяется) в основном определяется толщиной материала и проводящей способностью
через материал. Отметим также, что проводимость продукта зависит от двух ключевых факторов –
используемого сырья (которое является изолятором) и процента его пористости.
21
Изоляционные материалы имеют низкую теплопроводность, в то время как некоторые другие огнеупорные
материалы (например, MgO-C) - высокую теплопроводность. Смотрите диаграмму на рис. 1.18.
Используется
Американского
общества
с
разрешения
керамического
Рис. 1.18: Теплопроводность различных огнеупорных кирпичей (по Руху и Споттс МакДауэл)
Следует отметить, что проводимость в отношении потери тепла напрямую коррелирует с температурой (Т).
2. Конвекция
Конвекция - второй способ движения тепла и включает в себя движение жидкости по внешней поверхности
для более или менее быстрого отвода тепла.
Конвекция может быть естественной (сталеразливочный ковш в воздухе) или принудительной
(разбрызгивание воды на внешнюю оболочку доменной печи). Для естественной конвекции используется
обычное уравнение:
Q =0.7(1/Tвоздух) 0,18 (T внешняя оболочка - Т воздух) 1.27
Чем больше разница между температурой оболочки и температурой окружающей среды, тем быстрее она
будет естественным образом охлаждаться. Это имеет смысл, так как зимой ковши охлаждаются быстрее,
чем летом, примерно на 50%.
Принудительная конвекция имеет более высокий коэффициент охлаждения, так как более холодный воздух
/ вода вынуждены проходить через корпус для быстрого отвода тепла. Уравнения и факторы становятся
намного более сложными и не будут обсуждаться здесь, за исключением того, что связь между конвекцией
и температурой ближе к T 1,5 ... лучше, чем проводимость, но ниже, чем излучение.
22
3. Излучение
Излучение на самом деле является самым быстрым методом отвода тепла и определяется уравнением:
Q = (5.67 х 10-8) (ε ) (T внешняя оболочка4 - Т воздух 4)
ε – излучательная способность поверхности
Здесь важно отметить, что соотношение между излучением и температурой составляет T 4, что намного
выше, чем проводимость или конвекция.
Хорошим примером, где это применимо, являются сталеразливочные ковши. Поскольку цены на
энергоносители продолжают расти, производители стали постоянно пытаются сохранить температуру,
добавленную в ковш. Во многих случаях основное внимание уделяется безопасности футеровки ковша для
повышения коэффициента изоляции; однако, поскольку он связан только с температурой напрямую, было
бы эффективнее сосредоточиться на поддержании ковша на всех этапах, не связанных с обработкой,
поскольку потери радиации кратны четвертной степени!
Тепловое моделирование
Здесь следует отметить, что расчеты теплового потока могут быть выполнены «старой школой» (вручную)
или с помощью электронной таблицы (см. Пример в таблице 1.5), или даже с помощью компьютерных
моделей.
Таблица 1.5: Пример компьютерного анализа теплового потока трехслойной огнеупорной футеровке
Шлаковая
линия
настоящее
время
ДАННЫЕ
Радиус ковша внутри стального кожуха (футы)
Рабочая толщина футеровки (дюймов)
Безопасная толщина футеровки (дюймов)
Постоянная толщина футеровки (дюймов)
Толщина стального кожуха (дюймов)
Высота шлаковой линии (футы)
Рабочая проводимость футеровки (Вт / мК)
Безопасная проводимость футеровки (Вт / мК)
Постоянная проводимость футеровки (Вт / мК)
Проводимость стального кожуха (Вт / мК)
Температура стали (град. C)
Температура наружного воздуха (град. C)
Коэффициент пленки (горячая лицевая поверхность)
Коэффициент пленки (холодная лицевая поверхность /
кожух))
Коэффициент пленки (внешний кожух)
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
термический анализ ковша в
2,4583
0,1870
0,0790
0,0110
0,0381
1,3721
9,0000
2,4000
0,2500
50,0000
1630,0
20,0
50
70
Шлаковая
линия
1/2
настоящего
времени
2,4583
0,0940
0,0790
0,0110
0,0381
1,3721
9,0000
2,4000
0,2500
50,0000
1630,0
20,0
50
70
Шлаковая Шлаковая Шлаковая Шлаковая
линия
линия
линия
линия
0
пробный 1/2
0 пробный
настояще
пробного
е время
2,4583
2,4583
2,4583
2,4583
0,0000
0,1870
0,0940
0,0000
0,0790
0,0900
0,0900
0,0900
0,0110
0,0000
0,0000
0,0000
0,0381
0,0381
0,0381
0,0381
1,3721
2,2900
2,2900
2,2900
9,0000
9,0000
9,0000
9,0000
2,4000
1,5000
1,5000
1,5000
0,2500
0,0000
0,0000
0,0000
50,0000 50,0000 50,0000 50,0000
1630,0
1630,0
1630,0
1630,0
20,0
20,0
20,0
20,0
50
50
50
50
70
70
70
70
30
30
30
30
30
30
0,00805
0,001064
0,00106
0,00159
0,00208
0,000674
0,00004
0,001549
200029
1630
1417
1205
888
472
337
330
0,00747
0,00102
0,00052
0,00159
0,00208
0,000674
0,00004
0,001549
215597
1630
1410
1298
956
507
362
354
0,00690
0,00098
0,00000
0,00159
0,00208
0,000674
0,00004
0,001549
233172
1630
1402
1402
1032
547
389
381
0,00435
0,000637
0,00064
0,00173
0,00000
0,000404
0,00002
0,000928
369793
1630
1394
1159
520
520
371
363
0,00401
0,000611
0,00031
0,00173
0,00000
0,000404
0,00002
0,000928
401966
1630
1384
1259
564
564
402
393
0,00367
0,000587
0,00000
0,00173
0,00000
0,000404
0,00002
0,000928
438895
1630
1372
1372
614
614
437
427
РАСЧЕТЫ
Общее сопротивление (R)
Сопротивление на горячей лицевой поверхности
Сопротивление внутреннего слоя № 1
Сопротивление внутреннего слоя № 2
Сопротивление внутреннего слоя № 3
Сопротивление между кожухом
Сопротивление внутреннего слоя № 4
Сопротивление снаружи
Общий тепловой поток (Q)
Температура стали (град. C)
Температура на горячей поверхности кирпича
Температура на границе раздела WL / SL (град. C)
Температура на границе SUPL (град. C)
Температура на границе раздела PL/ SS (град. C)
Температура на границе раздела SS
Температура на наружном кожухе (град. C)
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
23
Некоторые ключевые примечания:
Одномерные модели являются базовыми и могут дать только «интуитивное ощущение» для
фактических результатов теплового потока.
Обычно создаются двумерные модели, обеспечивающие хорошее решение проблемы. Для
цилиндрических сосудов, таких как, ковши, следует использовать цилиндрические уравнения, как
показано ранее, что дает лучший результат.
Одним из ключевых допущений во всем моделировании является коэффициент пленки для
конвекции - такие допущения лучше всего рассчитываются на основе фактических тепловых
сканирований, дающих температуру внешнего кожуха, поскольку они не всегда доступны и точны.
Иными словами, используйте их в качестве переменной для точной настройки вашей модели.
Большинство моделей всегда будут давать результаты в устойчивом состоянии, однако при
производстве стали в реальной жизни установившееся состояние редко достигается, поскольку это
периодический процесс! Всегда принимайте это во внимание, чтобы не перегружать требуемую
изоляцию.
Конструкции футеровок для термических систем
Конструкция футеровки представляет собой баланс (как и все в огнеупорах) между тремя ключевыми
областями: тепловым потоком (защита кожуха, тепловые потери), прочностью изоляционного материала
(целостность футеровки) и химическим износом (повышенная коррозия).
В таблице 1.6 приведены плюсы и минусы для разных типов изоляции, хотя многие из них используются в
сочетании.
Таблица 1.6: Плюсы и минусы для разных типов изоляции
Материал
Кирпич
Преимущества
Недостатки
• Высокопрочная стабильная
• Толще, чем панели или защитные панели,
футеровка;
которые могут занимать емкость сосуда;
• Свойства хорошо определены,
• Кирпичные стыки могут быть источниками
поскольку изменчивость установки проникновения металла в сосуды с жидкостью;
устранена
• Требуются квалифицированные
• Возможности огнеупорности, для профессионалы для установки.
запуска процесса, если он
разработан таким образом
Монолитный • Высокопрочная стабильная
• Толще, чем плиты или защитные панели,
подкладка; свойства могут быть
которые могут занимать емкость сосуда;
скорректированы за счет
• Требуются квалифицированные
вариативности установки;
профессионалы для установки.
• В случае правильной установки,
отсутствуют стыки для
проникновения металла
Плита
• Средняя прочность, лучше, чем • Прочность может быть недостаточно высокой
рулонная изоляция.
в зависимости от температуры процесса, что
• Может быть тонкой с целью
приводит к деградации материала и потере
увеличения емкости сосуда
изоляции и опоры футеровки.
• Простой монтаж.
• Небольшой огнеупорный показатель,
возможно проникновение металла.
Рулонная
• Может быть тонкой для
• Небольшая прочность, которая может
изоляция
увеличения емкости сосуда
привести к деградации материала и потере
• Простой монтаж.
изоляции и опоры футеровки.
• Небольшой огнеупорный показатель,
возможно проникновение металла.
Микро-плита • Можно сделать очень тонкой,
• Небольшая прочность, которая может
чтобы увеличить вместимость
привести к деградации материала и потере
сосуда.
изоляции и опоры футеровки.
• Простой монтаж.
• Небольшой огнеупорный показатель,
возможно проникновение металла.
24
Последний вопрос, который необходимо обсудить, — это баланс между температурами кожуха и
химической коррозией
По мере увеличения количества изоляции вы будете повышать температуру футеровки, и,
следовательно, износ возрастает в геометрической прогрессии.
Однако по мере увеличения количества изоляции температура кожуха будет снижаться.
Поэтому, как уже говорилось ранее, проектирование огнеупоров всегда является балансом, как показано на
рисунке 1.19.
Количество изоляции
Температура футеровки / скорость коррозии
Износ
Температура кожуха
Рис. 1.19: Баланс утеплителя на футеровке
25
1.4 Качество - нейтрально к процессу производства
стали
Требования конечного пользователя
Спрос со стороны конечных потребителей (автомобилестроение, упаковка и т.д.) будет сохраняться на более
тонкие и легкие высокопрочные стали. Это приводит к необходимости производства «более чистой стали»;
что, в свою очередь, диктует необходимость уменьшения размера и количества включений в стали. С точки
зрения огнеупорного материала, огнеупорные материалы, как минимум, должны быть инертными по
отношению к стали. В будущем, способность футеровки очищать сталь от загрязнений станет обязательной.
Ключевые требования:
1. Отсутствие сбора нежелательных химических элементов (например, C для продуктов E-ULC <30
промилле).
2. Нет повторного окисления огнеупорного материала в сталь (например, диоксид кремния).
3. Свести к минимуму размер включения продуктов раскисления (например, глинозема).
4. Не образуются жидкие оксиды, которые могут стать вредно твердыми в конечном стальном продукте.
5. Активная очистка продуктов окисления (огнеупоры на основе извести, способные поглощать
глиноземные включения).
6. Огнеупорные системы, которые предотвращают захват воздуха и / или поглощение азота.
7. Минимизировать размер включения в конечный продукт (банки D&I, шаровые подшипники), который
должен составлять менее 20 микрон (а возможно 10 микрон) в будущем, что посягает на
технологический минимум. На рис. 1.20 показан пример уменьшения веса и, следовательно, толщины D;
жестяные банки в течение прошлых 30 лет.
Критическая толщина фланца
уменьшилась с 200 мкм до 80
мкм.
Дефекты >20 мкм теперь будут
вызывать слезы на производстве
Рис. 1.20: Уменьшение веса и толщины в течение 30 прошлых лет
** Источник - Будущая роль сталеплавильных огнеупоров (Future Role of Steelmaking Refractories)
Из предыдущих заметок химическое / физическое взаимодействие с самими огнеупорами не должно
приводить к какому-либо улавливанию нежелательных элементов (например, углерода для ULC или
оксидов из футеровки, приводящей к включениям).
Производители огнеупорных материалов должны активно помогать сталелитейным компаниям производить
продукцию, соответствующую строгим требованиям их клиентов.
Науглероживание
Существует много споров по этой теме в литературе по отношению к реальности, как показано на рисунке
1.21.
26
Кирпич для сталеразливочного ковша науглероживание
Теория № 1
Магнезиально-углеродистый
кирпич
имеет
связующее на 15% углерода + 3% смолы. Углерод
(С) из кирпича будет поглощаться сталью в
изделии ULC, так как он настолько низок, что сразу
же захватывает любой доступный для него углерод.
Теория № 2
Поверхность ковша подвергается воздействию
воздуха ~ 75% времени работы ковша. В течение
этого периода времени на поверхности образуется
5-миллиметровый раскисленный слой (прим.).
Поскольку на поверхности, касающейся самой
стали, нет доступного углерода, то происходит 0%ное поглощение углерода.
Рис. 1.21: Теории поглощения углерода из ковша кирпичей MgO-C в сталь
Диаграмма на рисунке 1.21 показывает две текущие теории поглощения углерода из стали во время
обработки.
Для получения поглощения углерода, необходимо иметь:
свободный углерод, доступный на поверхности в контакте с жидкой сталью
низкое количество углерода встали, способствующее поглощению (движущая сила)
восстановительную среду для того, чтобы углерод не окислялся в первую очередь
Реальность такова, что каждая оценка завод / марка стали будет отличаться, и вы должны сами
проверить реальные образцы.
1.
2.
3.
Образование включений из осколков огнеупорных материалов
Части огнеупорных материалов могут быть смещены с футеровок - обычно из-за откола маленьких
или больших кусков.
Однако крайне редко эти кусочки попадают в саму сталь, даже если они выбиты из погружного
разливочного стакана по закону Стокса. Закон Стокса гласит, что скорость восходящего
сферического включения равна
v=2gr2
(𝑝𝑠 −𝑝𝑖 )
9𝜂
Где:
r - радиус сферы,
ps - плотность стали,
pi - плотность включения,
- коэффициент вязкости стали.
27
Поскольку плотность большинства огнеупорных материалов составляет около 2,5 г / см 3, а стали 7,0 г / см 3 , скорость плавания очень высока.
Фактор после этого - радиус сферы, который представляет собой явление в квадрате, так как
отколотые куски становятся все больше и больше, и они очень быстро всплывают. В таблице 1.7
показана работа по сопоставлению размера / типа дефекта и его влияния на конечные продукты.
Из литературы известно, что включения встали редко можно найти при размере более 500 микрон
(или 0,5 мм); поэтому отколотые куски огнеупорного материала на 25 мм или более будут иметь
время плавания в диапазоне секунд и будут редко видны
Таблица 1.7: Корреляция между размером дефекта / типом включений и влиянием на конечное
изделие
Обзор чистоты стали
Тип включения
Размер включения
(мкм)
ковшовый песок
>100
Засорение в разливочном / 50-100
затопленном входном
сопле
Формовой порошок
50-100
Шлак разливочного
устройства
Переокисление в форме
Раскисление в ковше
Количество
включений в
одной плавке
редкий
>100
Потенциальное
влияние изделия
>100
Большинство
изделий
В основном для
подшипниковых
марок или тянутых
и железных банок
20-50
>100
20-50
<10
>100
>1000
Все изделия
Большинство
изделий
Образование включений от реакции с огнеупорными
материалами
Включения
могут
образовываться
при
взаимодействии огнеупорного материала и
самой стали.
Первый тип — это тот, который происходит
естественно, а не по замыслу.
Это в основном зависит от свободной энергии
Гиббса (рис. 1.22); проблема заключается в том,
что огнеупорный материал должен быть
спроектирован таким образом, чтобы не
разрушаться при эксплуатации, то есть оксид не
разрушается, выделяя в систему свободный
кислород, соединяющийся с алюминием в стали,
образуя оксид алюминия, наносящий ущерб
конечному продукту.
Р
ис. 1.22: Свободные энергии образования
простых оксидов в сравнении с Т, в
пересчете на эквивалент (ссылка 23)
28
Из диаграммы видно, что при температурах выплавки стали (1600-1700 ° C) нестабильными
оксидами с свободной энергией Гиббса от 0 до 150 кДж/экв. являются диоксид кремния, оксид
хрома и оксид железа.
Есть много исследований, показывающих, что в первые годы выплавки стали и в конце 1980-х
годов у ковшей, имевших более высокий свободный кремнезем (глиняные ковши на 50-70%
кремнезема), была бы более низкая чистота стали.
Основываясь на этой работе, производители стали всегда стремились к тому, чтобы во всех
бочковых огнеупорных материалах содержалось более 70% Al 2O3, и чтобы было минимизировано
количество свободного кремнезема.
Для цехов, производящих очень чистые стали, они будут указывать только основные материалы
футеровки (на основе MgO и CaO).
Переход на кирпич AMC / MAC в отрасли продолжает двигать нас в направлении нереактивных
огнеупоров.
Это также важно для футеровки спрея разливочного устройства, которая касается стали. В
настоящее время многие футеровки содержат 30% диоксида кремния, однако футеровки основаны
на оливине, поэтому диоксид кремния не является свободным и не выделяется при температурах
выплавки стали.
Была проведена работа с порошками разливочного типа с основными флюсами, которые на самом
деле очистят сталь, поглощая глинозем из ванны. Работа, выполненная П. Расмуссеном (рис. 1.23),
показывает, что свободный кислород в стали может быть снижен с 23 до 20 промилле при
использовании основных потоков.
Рис. 1.23: Чистота стали
29
Второй тип взаимодействия — это тот, который служит цели, и материалы, которые предназначены для
взаимодействия со сталью (например, «скользкий» погружной разливочный стакан) .
Включения могут быть сформированы взаимодействием огнеупора и самой стали, и в некоторых
случаях этому способствуют.
Пример, как и в предыдущем случае с разливочным порошком.
Другой пример - «скользкий погружной разливочный стакан» или «скользкие сопла». В этих
случаях огнеупорный материал настроен так, чтобы в смеси содержалась свободная известь (CaO),
способствующая реакции между глиноземом в стали и свободной известью, согласно фазовой
диаграмме, представленной на рисунке 1.24.
Жидкость
Рис. 1.24: Двойная диаграмма состояния системы CaO-Al2O3
Рис. 12715 - Система CaO-AI2O3. (A) - (B) Расчетные фазовые диаграммы.
H.H. Мао, М. Селлеби и Б. Сандман С., АЛЬФАД: Комп. Диаграммы фаз сцепления термохим. 28 [3] 307312 (2004).
Используется с разрешения Американского керамического общества
30
Хотя эта реакция подходит к закупорке, она не может быть хороша для конечного продукта. Куда идет этот
алюминат кальция? Согласно закону Стокса, если скорость литья не слишком высока, он может соединиться
с шлакообразующей смесью, и это положительно. Если он не успевает смешаться, в стали может быть
дефект, в зависимости от конечного продукта клиента. Это часть того, что сейчас называется «включением»
для сталелитейных цехов!
Следовательно, вы можете использовать огнеупоры для очистки стали, но это должно проводиться под
строгим контролем!
Формирование включений от притока воздуха к огнеупорным материалам
Другой ключевой областью контроля, которая не имеет отношения к огнеупорам, но связана с системой,
является вход воздуха.
Как только сталь станет чистой и все всплывет, последнее, что вам нужно, — это чтобы сталь подверглась
воздействию воздуха и собирала кислород (превращающийся в оксид алюминия) и азот. Это ключевая
функция системы заслонки ковша и системы управления потоком разливочного устройства.
Основные направления представлены в таблице 1.8.
Таблица 1.8. Контроль включения для заслонки ковша и системы контроля потока
Зона
Проблема
Система
заслонки
ковшей
Поступление
воздуха между
пластинами
заслонок ковша
Система
управления
потоком
разливочного
устройства
Механизм управления
- Высокое давление на лицевую поверхность, чтобы ограничить любые
разрывы
- Контроль стальных ребер в пластинах и их удаление, чтобы ребра
не образовывали клиньев, открывающих систему для воздуха
- Аргон вводят в заслонку, чтобы закрыть ее, чтобы воздух не мог попасть
внутрь
Поступление
воздуха между
пластинами и
верхними соплами
- Хорошая долговечная огнеупорная прокладка (на глиняной основе)
с углеродом, обеспечивающая герметичное уплотнение и
предотвращающая любые прорывы стали через это соединение
- Аргон вводят в заслонку, чтобы закрыть ее, чтобы воздух не мог
попасть в поток стали
Поступление
воздуха между
нижним соплом и
кожухом ковша
- В этой области проведено много работы: ключевые
области, на которые стоит обратить внимание:
Геометрия сопла, соединение кожуха в соответствии с
уплотнением Материал для уплотнения
- Очистка кислородом между плавками
Поступл
ение
воздуха
через
стопорн
ый
стержен
ь
Поступление
воздуха через
систему
заслонок
Поступление
воздуха после
изменений
погружного
разливочного
стакана
- Стержень стопора, хотя и выглядит цельным, может иметь
отверстие внизу через центр для механизма зацепления и подачи
аргона в поток стали.
- Ключевые точки вокруг конструкции уплотнения в верхней точке
соединения предотвращают попадание воздуха.
- В механизме заслонок есть два шарнира - первый между соплом и
пластиной, заполненный раствором.
- Сама верхняя пластина может иметь доступ воздуха, если пластина
трескается, и вакуум, образованный высокой скоростью литья, будут
всасывать воздух через трещину
- Пластина также имеет углубленную канавку для аргона, если есть
трещина для защиты от проникновения
- Второе соединение в системе находится между пластиной и самим
погружным разливочным стаканом
- Высокое давление на этот стык ограничит любые промежутки для
воздуха
- После изменений погружного разливочного стакана, этот зазор более
подвержен проникновению воздуха, и аргон обволакивает эту область,
чтобы предотвратить повторное окисление стали
31
Рис. 1.25: Контроль включения для заслонки ковша и системы контроля потока
32
1. 5 Окружающая среда
Хромовая руда
Хром встречается в окружающей среде в основном в двух валентных состояниях: трехвалентный хром (Cr
III) и шестивалентный хром (Cr VI). Воздействие может происходить из природных или промышленных
источников хрома. Хром (III) гораздо менее токсичен, чем хром (VI). Хром (VI) в почвах может создавать
риск дерматита и рака при вдыхании летучих частиц. Однако встречающиеся в природе частицы, такие как
истертые кристаллические материалы, вряд ли имеют MMAD (массовый медианный аэродинамический
диаметр) менее 10 мм и поэтому слишком велики, чтобы глубоко проникать в легкие. Кроме того, хром (VI)
может быть в водорастворимой форме, которая является либо полностью неканцерогенной, либо очень
слабо канцерогенной.
Считается, что загрязненные почвы хромом (VI) также представляют риск дерматита, поскольку он может
поглощаться кожей. Поглощение хрома (VI) из водных растворов кожей зарегистрировано в ряде
исследований. Однако, в отличие от водных растворов хрома, связанный с почвой хром не сразу доступен
для поглощения кожей; сначала его нужно выщелочить из почвы. Как сообщается в литературе, только
небольшой процент хрома, связанного в почве, может быть извлечен в виде хрома или хрома (VI).
Следовательно, в случае воздействия на кожу загрязненных почв степень поглощения хрома (VI) будет
зависеть от того, сколько хрома (VI) может выщелачиваться из почвы.
Хромированная руда встречается чаще всего в хромовом кирпиче MgO (MgO - Cr2O3), используемом в
материалах для снятия коррозии с дегазаторов R-HOB и других областях металлургической
промышленности.
В момент доставки из компании по производству огнеупоров, они безвредны, однако при нагревании в
процессе производства стали валентность хрома может изменяться в присутствии щелочей с Cr 3+ до Cr 6+,
являющегося вредным для здоровья, Он используется из-за высокой температуры плавления 2100 ° C, а
также потому, что не содержит углерода. С точки зрения металлургии, производители стали, которые
производят сверхнизкоуглеродистую (ULC) сталь, предпочитают использовать огнеупорную футеровку с
MgO - Cr2O3, поскольку она не содержит углерода. Тем не менее, MgO - Cr2O3 обычно имеет более высокую
скорость износа, чем кирпич MgO-C, поэтому он является слишком дорогостоящим в зависимости от
применения.
Большинство установок, имеющих размораживание типа Ruhrstahl Heraeus Oxygen Blowing (R-HOB), имеют
гораздо больший поверхностный контакт с кирпичом. На рисунке 1.26 представлен R-HOB, в котором
рециркулирует сталь из ковша, поднимается вверх на одну трубку, удаляет углерод, а затем отправляет
восстановленную сталь обратно на другой трубку.
Верхний заброс кислорода
Вакуумный
насос -экстракция
газов
Трубки, где циркулирует сталь
Диаграмма предоставлена Magnesita Refractories SA
Рис. 1.26: Схема для процесса R-HOB
33
Этот более высокий контакт с площадью поверхности будет склонен к науглероживанию, поэтому они
используют MgO Cr2O3 для снижения взаимодействия с конечным стальным продуктом. В отрасли
продолжается работа по минимизации использования хромовой руды.
Радиоактивность
РМПП — это аббревиатура от «радиоактивный материал природного происхождения» (NORM), который
потенциально включает в себя все радиоактивные элементы, обнаруженные в окружающей среде. Тем не
менее, этот термин используется более конкретно для всех встречающихся в природе радиоактивных
материалов, где человеческая деятельность увеличила вероятность облучения по сравнению с неизмененной
ситуацией.
Более чем на 95% рынка требуется циркония в форме циркона (силикат циркония). Этот минерал
встречается в природе и добывается, требуя небольшой обработки. Он используется главным образом в
литейном производстве, производстве огнеупоров и керамической промышленности. Цирконы обычно
имеют активность до 10,000 Bg/кг U-238 и Th-232. Обычно не делается никаких попыток удалить
радионуклиды из циркона, поскольку это неэкономично. Поскольку циркон используется непосредственно в
производстве огнеупорных материалов и глазурей, продукты будут содержать аналогичные количества
радиоактивности. Более высокие концентрации могут быть обнаружены в диоксиде циркония (оксид
циркония), который получают путем высокотемпературного плавления циркона для отделения диоксида
кремния.
Почти все огнеупорные материалы содержат низкие уровни естественной радиации (радиоактивные
элементы находятся в породе, огнеупоры - просто сформованная порода). Огнеупорные материалы с более
высоким уровнем радиации запускают детекторы радиации, расположенные у ворот металлургических
заводов. Они не опасны для здоровья и работают на основе диоксида циркония (ZrO2 SiO2). Продукты, в
которых они встречаются — это погружной разливочный стакан, дельты ДСП, песок для колодезного
колодца, некоторые виды кирпича и некоторые насадки.
Это, скорее, проблема осведомленности, а не проблема здоровья и / или окружающей среды.
34
Глава 2
2.0 Обзор термического, механического и химического
(ТМХ) анализа
Следующая глава этой книги вообще не будет посвящена огнеупорным материалам, хотя это, конечно,
искушение, если вы - специалист по отбору огнеупорных материалов. Первый вопрос, который приходит
вам на ум, это то, какой материал и способ установки решат проблему. Этот вопрос нарочно не будет
обсуждаться до глав 3 и 4, поскольку ключом к отбору огнеупоров является глава 1, отвечающая на вопрос
«В чем проблема»? Какую проблему, связанную с износом вы пытаетесь решить после того, как цели были
определены в главе 1.
В отношении всех существующих проблем с огнеупором или любыми новыми анализируемыми
установками, полный термический, механический и химический (ТМХ) анализ является первым шагом,
который необходимо предпринять. Эти механизмы и их комбинации являются механизмами износа
футеровки огнеупоров, а их анализ, по сути, представляет собой исследование процесса, в котором
представлены огнеупоры. Все разработчики и специалисты по отбору огнеупоров должны запомнить
следующую фразу (хотя, конечно, в шутку): «95% проблем, связанных с огнеупорами, связаны с
управлением процессом и не имеют ничего общего с огнеупорами».
Общий контрольный список, составляющий анализ «ТМХ», показан в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - ТМХ анализ
Типы
износа
Виды
воздействия
Пиковая
температура (Т)
Примеры
Температура выпуска плавки
Термический
Термоудар (6Т)
Частота и
амплитуда
изменения
температуры
Ударное воздействие
Механический
Истирание
Приложенное
напряжение
Химический (и
термохимический)
Растворение
Проникновение
Температура изотермического
выдерживания
Расчетный параметр
Химический состав и
физические свойства
материала (чистота,
размеры и т. д.)
Свойства теплового
расширения, вязкость
Чистка гарнисажа кромки, сила
воздействия металлической
струи
Прочность
/
эластичность
и
процесс разрушения
материала
Энергия перемешивания, воздействие
частиц пыли
Плотность, прочность /
вязкость, соотношение
матрица / зерно
Масса кирпича, довлеющая на
нижний слой кирпича (доменная
печь)
Шлаковое матричное
разрушение при высоких
температурах
Проникновение жидкого шлака
36
Прочность / ползучесть
Минимизировать
размер пор и
оптимизировать
распределение пор
распределение, чистота
сырья. Плоскость
замораживания
перемещена на
поверхность
Термомеханический
Химикомеханический
(и термомеханический
химический)
Напряжение
теплового
расширения
Скол в зонах
проникновения
Расширение больших литых фасонных
изделий
Несовпадение теплового
расширения отколовшегося
кирпича полости ковша зоны
проникновения в зависимости от
исходного материала
Свойства теплового
расширения и конструкция
теплового потока
Минимизировать
размер пор и
оптимизировать
распределение пор
по размеру,
чистоте сырья,
использование не
смачиваемых
материалов,
перемещение
плоскости
замораживания
близко к
поверхности,
минимизировать
тепловое
расширение
Ключом к этому анализу является анализ подхода к огнеупорным материалам. Для проведения такого
анализа специалисты по огнеупорам будут полезны, поскольку металлурги обычно понимают процесс
производства стали, но не понимают огнеупорных свойств и, следовательно, не могут оценить влияние
первого на второе.
Затем ТМХ анализ сравнивают с огнеупорными свойствами, чтобы выбрать подходящий материал.
Обратите внимание, что важно упомянуть, что текущее состояние данных о поставщиках бесполезно, так
как они предоставляют информацию, которая вам не поможет. Таблицы данных поставщиков являются
неэффективными, потому что, во-первых, они предоставляют общий химический состав, который вводит в
заблуждение (и обычно любые ключевые компоненты не учитываются), и, во-вторых, большинство важных
тестов, таких как тестирование шлака, не имеют моделирующего стандарта. Идеальной ситуацией, с точки
зрения потребителя, было бы знать используемые минералы, их расположение в распределении частиц по
размерам и технические характеристики, такие как горячий модуль разрушения при температуре, механизм
разрушения и кривые теплового расширения, а не просто значения. На основе этого обсуждения, для
конечного пользователя имеет решающее значение играть активную роль в процессе отбора огнеупорного
материала - но об этом в главе 5!
Таким образом, извечный вопрос «В чем проблема?» является ключом к началу отбора огнеупорного
материала. В этой главе более подробно рассматриваются ключевые механизмы износа футеровки:
2.1 Обзор анализа ТМХ
2.2 Обзор высокой температуры (то же название, что и в подразделе)
2.3 Термальное ΔT - растрескивание огнеупорного материала при резких перепадах температуры
2.4 Механическое воздействие
2.5 Механическое истирание
2.6 Химическое растворение
2.7 Химическое проникновение
2.8 Взаимодействие ТМХ с проектированием по правилу выходного дня и анализом обломков
37
2. 1 Обзор по высокой температуре
В этой главе основное внимание будет уделено влиянию высокой температуры на огнеупоры, что в
некотором роде противоречит логике, поскольку огнеупоры рассчитаны на высокие температуры. Тем не
менее, все огнеупоры имеют температуру плавления, и даже в более низкой точке, чем вы думаете!
Почему важна высокая температура? Поскольку высокая температура влияет на четыре ключевых области
модели огнеупоров / отбора:
1. Свойства плавления самого огнеупора со структурной точки зрения, либо общая «просадка» материала,
либо, что более реалистично, небольшое количество жидкости, вызывающее ползучесть материала.
2. Скорость коррозии огнеупоров увеличивается, как правило, в геометрической прогрессии, выше
определенной температуры (все химические реакции возрастают с повышением температуры из-за
подвижности атомов). Это будет обсуждаться в разделах 2.6 и 2.7.
3. Фазовые изменения типа огнеупора (например, диоксид кремния, диоксид циркония).
4. Тепловое расширение (этот вопрос будет рассмотрен в разделе «Термальное растрескивание», раздел 2.3).
Здесь также следует отметить, что огнеупоры по своей природе неоднородны и представляют собой разные
части одного и того же кирпича / литого / и т.д., которые могут меняться, в то время как на другие части не
будет оказано никакого воздействия!
Плавильные свойства огнеупора
Огнеупоры плавятся, и это утверждение следует различать рядом факторов:
Однофазный минерал (например, MgO)
Многофазные минералы (например, шпинель - MgO.Al2O3)
Большая часть огнеупоров (смесь нескольких минералов)
Краткое изложение, с которого следует начать, заключается в том, что все огнеупоры плавятся, однако
ключевой вопрос заключается в том, сколько жидкости действительно образуется при определенной
рабочей температуре и плохо ли это. Сейчас я говорю загадками, но надеюсь дальше все прояснится.
Давайте начнем с пуристической точки зрения (хотя никакие используемые огнеупоры на самом деле не
являются чистыми)! На рисунке 2.1 показаны основные огнеупорные материалы и их температуры
плавления:
Рис. 2.1. Основное тугоплавкое сырье и их температуры плавления. См. Справочник по технологии
промышленных огнеупоров
38
На рисунке 2.1 показано, что по существу имеется семь (7) ключевых оксидов, которые используются для
огнеупоров. С наиболее упрощенной точки зрения можно определить температуру процесса (например, при
выплавке стали в ОКК ~1650°C) и убедиться, что основное сырье не будет жидким при этой температуре.
Мы действительно должны отметить, что очень редко, или почти никогда не используются чистые
материалы, поэтому лучше взглянуть на минералы, используемые в огнеупорах, как показано на рисунке
2.2:
Справочник по технологии промышленных огнеупоров
Таблица IV.1 Точки плавления тугоплавких веществ (ссылка 11)
Рис. 2.2. Температура плавления тугоплавких веществ
НАЗВАНИЕ
Точка
Точка
Температура
ФОРМУЛА плавления плавления
Таммана,°C
°С
°F
ОКСИДЫ
ИЗВЕСТЬ; CALC3A
CaO
ПЕРИКЛАЗА; МАГНИЙ
MgO
БАДДЕЛЕИТ; ОКСИДZrO2
ЦИРКОНИЕВЫЙ
ЦИРКОН; ZIRC. СИЛИКАТ
ZrO2 SiO2
ЦИРКОНАТ КАЛЬЦИЯ
CaOZrO2
ХРОМИЧЕСКИЙ ОКСИД; ХРОМИЙ Cr203
МАГНЕЗИТО- АЛЮМИНАТ;
MgO Al2O3
ШПИНЕЛЬ
ДИКАЛЬЦИЙ СИЛИКАТ
2CaO SiO2
КОРУНД; АЛЬФА-ОКСИД
Al2O3
АЛЮМИНИЯ
ТИТАНАТ КАЛЬЦИЯ; ПЕРОВСКИТ CaOTiO2
МАГНЕЗИТО- ХРОМИТ; ХРОМ
MgOCr2O3
ШПИНЕЛЬ
МУЛЛИТ
3Al2O3 2SiO2
ФОРСТЕРИТ; OIMAG. СИЛИКАТ
2 MgO SiО2
ДИАЛЮМИНОВЫЙ СИЛИКАТ
Al2О3 SiО3
РУТИЛ; ШАМА
TiО2
КРЕМНЕЗЕМ; КРИСТОБАЛИТ
SiО2
ХРОМИТ ЖЕЛЕЗА; ХРОМИТ
FeO Cr203
БЕСКИСЛОРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
УГЛЕРОД; ГРАФИТ
C
КАРБИД ТИТАНА
TiC
БОРИН НИТРИД
BN
НИТРИД ТИТАНА
TiN
ДИБОРИД ТИТАНА
TiB2
КАРБОРУНД; КАРБИД КРЕМНИЯ SiC
КАРБИД БОРА
B4C
2927
2852
5300
5165
2130
2070
2700
4890
1960
2550
2550
2330
4620
4620
4225
1850
1850
1680
2135
3875
1530
2130
3865
1530
2054
3730
1470
Одним из ключевых определений здесь
является
«температура
Таммана»,
которая
является
теоретической
величиной, но, по сути, является точкой,
в которой первая жидкость видна в
минерале.
(Важное
примечание:
огнеупоры - это область минералогии, а
не химии, и это будет основным
моментом в этой книге.) Это вопрос,
касающийся
«размягчения»
или
«ползучести» материала.
Опять же, я должен упомянуть здесь,
что образование жидкости в огнеупоре
1950
3540
1400
это и хорошо, и плохо. Хорошо - с той
1920
3490
1380
точки зрения, что это может сделать
1910
3470
1370
1868
3395
1340
материал
более
«гибким»
в
1857
3375
1330
определенный
момент,
устраняя
1723
3135
1230
напряжения
ИЛИ
способствует
1700
3090
1210
спеканию
для
создания
более
прочной
3650s
6600s
2670
структуры.
Плохо
–
в
случае,
когда
3140
5685
2290
коррозия
является
ключевым
3000s
5430s
2180
2930
5305
2130
механизмом
износа,
она
будет
2900
5250
2110
ускоряться выше этой температуры.
2700s
4890s
1960
Интересно
отметить,
что
при
2350
4260
1700
температуре производства жидкой стали (~1650°C) только шесть (6) оксидов не содержат жидкости! Также
все не оксиды не разжижаются, однако некоторые из них реагируют на кислород в воздухе и в любой
невосстанавливающей атмосфере будут происходить реакции и их расход.
Теперь это приближает нас к реальности (обратите внимание, что тема «структуры» будет рассмотрена в
разделе 5.1, который позволит лучше понять неоднородность огнеупоров и ее роль) и тот факт, что
огнеупоры представляют собой смесь минералов.
Лучший способ понять это получится посредством анализа фазовых диаграмм. Теперь, мой хороший друг
доктор Джефф Смит хотел бы провести часы, дни и недели над изучением этого вопроса, в том числе
«правил фаз» и эвтектических систем и т.д.; однако, для специалиста по отбору огнеупорного материала
более практичным будет получение базового понимания (так как мы на самом деле не разрабатываем
материалы, хотя мы можем внести свой вклад). Затем мы рассмотрим ключевые фазовые диаграммы
огнеупоров и основные идеи или критические характеристики, которые нам понадобятся.
1975
3585
39
1410
Фазовые диаграммы для
огнеупорного материала
начинающих
специалистов
по
отбору
Фазовые диаграммы могут быть чрезвычайно сложными и пугающими, и на полное понимание предмета
понадобится 1-2 семестра бакалавриата по керамике. Тем не менее, базовое понимание можно достичь
посредством ключевой информации из соответствующих диаграмм без выполнения заданий на протяжении
4-8 месяцев, без прослушивания лекций и сдачи экзаменов, на которые потребуется обучение в
университете!
Для изучения огнеупоров чаще всего используются двух- и трехфазные диаграммы компонентов, поэтому
мы сосредоточимся только на них. Чтобы понять ключевые принципы, мы рассмотрим диаграмму CaOAl2O3 для двух фаз и диаграмму CaO-Al2O3 –SiO2 для трех фаз. Как только эти принципы будут
установлены, вы сможете браться за любые другие схемы.
Двойные диаграммы
CaO-Al2O3 (Рисунки 2.3, 2.4 и 2.5)
Двухфазная диаграмма — это, в основном, диаграмма, показывающая, как минеральные компоненты
смешиваются друг с другом - один справа, другой слева и показаны все комбинации смесей при всех
температурах (примечание - допускаем стандартное давление).
Жидкость
Рис. 2.3. CaO-AI2O3
Система CaO-AI2O3. (A) - (B) Расчетные фазовые диаграммы.
H.H. Mao, M. Selleby, and B. Sundman C, ALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem, 28 [3]
307-312 (2004).
Используется с разрешения Американского керамического общества
40
Основные положения:
1. Первое, на что следует обратить внимание, это точка пересечения самой высокой линии кривой, а левая
ось показывает температуру плавления первого оксида, в данном случае извести или CaO, которая
составляет 2927°C.
2. Второе ключевое примечание - это точка пересечения самой высокой линии кривой, а правая ось
показывает температуру плавления второго смешиваемого оксида, в данном случае оксида алюминия или
AI2O3, которая составляет 2054°C.
3. В-третьих, мы можем взглянуть на наклон верхних линий. Обратите внимание, что каждое построение
над верхней линией графика является жидким, как отмечено. Наклон линии говорит о том, как быстро
образуется жидкость - если линия крутая - небольшие изменения в составе приведут к большим изменениям
в процентном содержании жидкости. Если она более пологая, то небольшие изменения в составе не будут
сильно влиять на процентное содержание жидкости. Как правило, чем круче уклон, тем более
проблематичным он является, поскольку образование жидкости может очень быстро привести к высокой
скорости коррозии!
4. Следующее, что мы можем видеть, это то, что точка, где жидкость и твердое вещество встречаются при
температуре (обратите внимание, что эта верхняя линия называется линией ликвидуса). Из этого мы можем
также определить построение этой точки плавления. Из примера видно, что при 33% CaO и 67% AI2O3
температура плавления составляет ~ 2120°C.
5. Точка, где мы видим самую низкую температуру плавления, — это место, где встречаются две линии
ликвидуса, и называется температурой эвтектики. В этом случае это 1360°C при ~ 51% извести и 49%
глинозема. Обратите внимание, что это критическая точка, потому что, как только вы достигнете этой
температуры, в неоднородной среде, которая является огнеупорным материалом, вы начнете получать
минимальное количество образующейся жидкости.
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 2.4. CaO-AI2O3
Система CaO-AI2O3, Ca3A = Ca3AI2O6; Ca12AI7 = Ca12AI14O33; Ca = CaAI2O4; Ca2 = CaAI4O7; CaA6
= CaAI12O19;
Д.А. Жеребцов и Г.Г. Михайлов Ceram. Int. 27 [1] 25-28 (2001)
41
6. Как только вы начнете смешивать композиции в середине диаграммы, обратите внимание на некоторые
ключевые аспекты. Прежде всего, есть минералы, образованные с помощью комбинации компонентов, с
различными соотношениями компонентов, имеющих разную кристаллографию, чтобы упаковать
правильные атомы в правильные пространства.
В этом случае мы имеем пять (5) комбинаций минералов между чистой известью и глиноземом. Это:
Трикальций алюминат, 3CaO • Al2O3 (C3A)
Гептаалюминат додекакальция, 12CaO • 7Al2O3 (C12A7)
Монокальций алюминат, CaO • Al2O3 (CA)
Монокальций диалюминат, CaO • 2Al2O3 (CA2)
Монокальций гексаалюминат, CaO • 6Al2O3 (CA6)
Каждый из них и их смешивание называются твердыми растворами, что означает, что различные
соотношения извести и глинозема по существу смешиваются друг с другом. Почему это важно? Это важно
потому, что каждый из них также имеет различную температуру плавления.
7. Точка, в которой вы переключаетесь между двумя минералами внутри фазовой диаграммы, называется
эвтектоидом.
Как показано на рисунке 2.4, точка, в которой вы переходите из CA6 и CA2, находится при 83,5% Al2O3.
Другими словами, если у вас есть >83.5% глинозема, то вы получите смесь Са6 и чистого глинозема.
Обратите внимание, что можно рассчитать точное количество жидкости и минералов в любом месте на
фазовой диаграмме - она включает в себя принцип, называемый «правилом рычага», но здесь он не
рассматривается (см. Фазовые диаграммы Американского керамического общества для керамистов).
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 2.5. Системы CaO-Al2O3
Система CaO-AI2O3, Ca3A = Ca3AI2O6; Ca12AI7 = Ca12AI14O33; CaA = CaAI2O4; CaA2 = CaAI4O7;
CaA6 = CaAI12O19;
Д.А. Жеребцов и Г.Г. Михайлов, Ceram. Int. 27 [1] 25-28 (2001)
42
8.Наконец, ключевым моментом всего является то, что при температуре обработки присутствует жидкость,
как этого избежать? В приведенном выше примере при температуре стали 1600°C мы видим, что любая
смесь в диапазоне 42-62% CaO будет на 100% жидкой!! Очень плохо для огнеупоров! Если мы
разрабатываем огнеупор, мы бы постарались быть как можно дальше от этого пространства с точки зрения
жидкости, не жертвуя какими-либо другими свойствами (поскольку огнеупоры — это всегда баланс,
конечно!). Если мы стремимся быть в пределах >78% глинозема, мы будем иметь большинство огнеупоров
с точкой плавления >1762°С (хотя и не все, так как жидкость всегда образует выше эвтектической
температуры, даже в небольших количествах).
Основные точки для специалистов по отбору огнеупорного материала
Для каждой фазовой диаграммы мы отметим ключевые факторы для этого конкретного изображения, и то,
как оно влияет на решения, касающиеся огнеупорного материала. Для фазовой диаграммы CaO • Al2O3
ключевые моменты:
Первая жидкость находится на эвтектиках при 1390°С, поэтому с точки зрения огнеупора, мы
должны быть очень осторожными в отношении комбинации минералов, чтобы избежать наличия
жидкости.
Фазовая диаграмма является основой для изучения образования шлаков в металлургических
процессах. Правильно подобранные шлаки, как правило, будут близки к диапазону 50/50 извести и
глинозема, что делает их очень текучими со способностью поглощать включения глинозема из
самой стали.
В случае воздействия на огнеупор, свободная известь будет разъедать кирпич из оксида алюминия
или огнеупора по причине низкой температуры плавления. Тем не менее, реакция может быть также
использована для помощи инженеру по огнеупорам, как известно, соотношение СаО и Al2O3 может
образовать огнеупорный минерал такой как СА6 с температурой плавления >1750°C . Эту реакцию
очень эффективно используют в стальных подинах ковша, используя очень чистые (>90%)
огнеупорные смеси на основе оксида алюминия в сочетании со шлаком ковша и образуя этот
огнеупорный минерал.
Фазовая диаграмма CaO • Al2O3 также является основой для большинства, поскольку в них
используются различные формы цементов на основе алюмината кальция, чтобы образовать связи,
обычно состоящие из CA и / или CA2, которые являются прочными и имеют температуры
плавления свыше 1600°C. Более подробное обсуждение цементов на основе алюмината кальция
состоится в главе 3.
43
CaO-MgO (Рис. 2.6)
Следующая бинарная фазовая диаграмма, которую мы обсудим, это диаграмма известняка и магнезии:
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Жидкость
Рис. 2.6. CaO-MgO
Система CaO-MgO, расчитанная.
Y. Yin, B. B. Argent, J. Phase Equilib., 14 [5] 588-600 (1993)
На первый взгляд, мы видим, что она сильно отличается от диаграммы глинозема и извести тем, что она
намного проще, с меньшим количеством твердых растворов и, следовательно, без эвтектоидов!
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала
Для фазовой диаграммы CaO • MgO ключевыми положениями являются:
Первая жидкость находится на эвтектиках при ~2370°С, поэтому с точки зрения огнеупорности —
это очень надежная система. Оба минерала, составляющие конфигурацию, имеют индивидуальные
температуры плавления свыше ~2700°C, и поэтому они составляют хорошую систему с высокой
температурой плавления, которую можно использовать для огнеупоров сталелитейного завода.
Доломитовый кирпич, используемый во многих сталелитейных цехах, основан на этой фазовой
диаграмме. Доломит представляет собой осадочную карбонатную породу, и огнеупорная форма
обнаруживается при нагревании и сжигании углекислого газа в соответствии со следующей
реакцией: (уравнение 1):
CaMg(CO3)2 = CaO + MgO + 2CO2
ур. 1
Типичный доломитовый кирпич имеет соотношение 60% CaO и 40% MgO, что близко к
естественной точке эвтектики.
Существует серьезная проблема при использовании доломитовых огнеупоров. Такие огнеупоры
необходимо защитить от гидратации, так как известь и магний чувствительны к гидратации и
распадаются, или разрушаются при повышенном количестве влажности и температуры.
44
CaO-SiO2 (Рис. 2.7)
Следующая фазовая диаграмма бинарных систем, которую мы обсудим, это диаграмма известняка и
кремнезема:
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Жидкость
Рис. 2.7. CaO-SiO2
Система CaO-SiO2, рассчитанная фазовая диаграмма. Вставка представляет фазовую диаграмму,
ссылки 9-11.
А. И. Зайцев, Б. М. Moгутно Н V е , org. Мотер . 3 , 3 [8] 975-984 (1997); Inorg. Moтер. ( Перевод с
английского языка), 33 [8]
823-831 (1997).
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала
Для фазовой диаграммы CaO-SiO2 ключевыми положениями являются:
Первая жидкость находится на эвтектиках при ~1444°С, поэтому с точки зрения огнеупорности —
это плохая комбинация для материалов, которые будут с трудом поддаваться обработке при
производстве стали.
Хотя известь и кремнезем в чистом виде имеют довольно высокие температуры плавления,
комбинация очень быстро образует жидкости, что видно по крутому наклону линий ликвидуса.
Незначительные изменения в соотношениях оксидов могут дать значительные изменения в
температуре плавления. Опять же, это означает, что это не та система, в которой вы хотите
создавать огнеупорные изделия.
Минералы, образованные твердым раствором на этой диаграмме, такие как волластонит и белит, в
большей степени используются в керамической плитке и фарфоре, а также в качестве
изоляционного волокна («минеральная вата»).
45
MgO-Al2O3 (Рис. 2.8)
Следующая бинарная фазовая диаграмма, которую мы обсудим, это диаграмма оксида магния и оксида
алюминия:
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Жидкость
Рис. 2.8. MgO-Al2O3
Система MgO-Al2O3, Температурно-составные равновесия плавления. Spl = шпинель на основе
твердого раствора MgAl2O4; Per = периклаз MgO; Crn = корунд Al2O3; ss = твердый раствор.
T.I. Barry, A. T. Dinsdale, J.A. Gisby, B. Hallstedt, M. Hillert, S. Jonsson, B. Sundman, J.R. Taylor, J. Phase
Equilib., 13 [5] 459-475 (1992).
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала:
Для фазовой диаграммы MgO-Al2O3 ключевые моменты:
Точки плавления магния и глинозема очень высоки (> 2000°C), поэтому бинарная система очень
прочна для огнеупоров. Положительным является то, что, хотя твердые растворы образуются, почти
нет увеличения образования жидкости по всей диаграмме.
Самым замечательным в этой фазовой диаграмме, и поэтому для огнеупорной конструкции,
является то, что бесконечное количество сочетаний алюминия / окиси магния может быть создано
без ущерба высокой термостойкости. Поэтому, если вам нужен более богатый магнием материал
для основных шлаков, богатый глиноземом для кислых шлаков или смесь для многоцелевого
использования, все это есть в наличии.
Кроме того, когда мы говорим о сталеразливочных ковшах, мы видим, что вы можете использовать
предварительно отформованную или предварительно сплавленную шпинель в изделии или вы
можете сформировать шпинель на месте, в зависимости от искомых свойств. В некоторых случаях
оба способа используются для оптимальных свойств. С 2000 года шпинель «реанимировалась» для
использования в огнеупорах сталеплавильного завода и широко используется.
Еще одним ключевым критерием проектирования является то, что магнезиально-глиноземная
реакция является обширной (~ 3-5 об.%), что может представлять проблему для устойчивости к
тепловому удару, но очень хорошо для закрытия кирпичных стыков в полостях ковша (будет
обсуждаться позже, в главе 9).
46
Al2O3 - SiO2 (Рис. 2.9)
Следующая бинарная фазовая диаграмма, которую мы обсудим, это диаграмма глинозема и кремнезема:
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Жидкость
Рис. 2.9. Al2O3 - SiO2
Система SiO2-AL2O3. Бинарное фазовое равновесие. (vA) Ближняя муллитная область равновесия ssAl2O3 -жидкость (эта работа); (B) пересмотренная бинарная фазовая диаграмма.
F.J. Klug, S. Prochazka, R.H. Doremus, J. Am. Ceram. Soc., 70 [10] 750-759 (1987).
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала
Для фазовой диаграммы Al2O3 - SiO2 следующие положения представляются ключевыми:
Этот оксид алюминия имеет более высокую температуру полного плавления (>2000°C), чем
диоксид кремния (~1720°С) и небольшое количество смешения между двумя компонентами
приводят к быстрым падениям огнестойкости. С левой стороны диаграммы видно, что только 8%
добавленного глинозема понижают температуру плавления до 1587°C, что ниже температуры
выплавки стали.
На другой стороне диаграммы небольшие количества кремнезема также быстро снижают линию
ликвидуса, но она все еще выше нормальных температур выплавки стали.
Очень важной точкой этой фазовой диаграммы является стабильный твердый раствор муллита (~
70% Al2O3 - и 30% SiO2). Это соединение важно при изготовлении и использовании огнеупоров со
всеми огнеупорными материалами, изготовленными из минералов с содержанием глинозема > 70%,
которые представляют собой смесь муллита и корунда (чистого глинозема) с очень хорошими
огнеупорными свойствами.
Как только вы нацеливаетесь на алюмосиликатные огнеупоры ближе к 50-60% глинозема, тогда
точки плавления падают и образуется больше жидкостей, что приводит к более высоким скоростям
коррозии в присутствии агрессивных шлаков. До 1990-х годов, перед появлением металлургических
ковшей, в сталеплавильных ковшах использовали глиняный кирпич в диапазоне глинозема 50-60%
с гораздо более высокими скоростями износа и воздействия шлака. По мере того, как
разрабатывалось сырье с использованием высокочистых табулярных и плавленых глиноземов и
чистых муллитов, скорость износа снижалась, а срок службы стального ковша увеличивался.
На этой диаграмме также следует обратить внимание на левую сторону для коксовых кирпичей,
которые содержат >95% кремнезема. Как упомянуто выше, небольшие количества глинозема могут
очень быстро создавать большие количества жидкости, и это должно наблюдаться в данном
применении.
47
MgO - SiO2 (Рис. 2.10)
Следующая бинарная фазовая диаграмма, которую мы обсудим, это диаграмма магнезии и кремнезема:
Используется
Американского
общества
с
разрешения
керамического
Жидкость
Рис. 2.10. MgO-Si02
Система Al2O3 - SiO2, рассчитано. Crs = кристобалит (SiO 2 ); Trd = тридимит (SiO 2 ).
P. Wu, G. Eriksson, AD Pelton, M. Blander, ISIJ Int., 33 [1] 26-35 (1993).
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала
Для фазовой диаграммы MgO-SiO2 следующие положения являются ключевыми:
Этот магний имеет более высокую температуру полного плавления (> 2800°C), чем диоксид
кремния (~1720°C), и небольшая величина смешивания между двумя компонентами приводит к
быстрому снижению огнестойкости. Можно видеть, что линии ликвидуса очень крутые, и это
показывает быстрое образование жидкости с небольшими изменениями в соотношении минералов.
В точке эвтектики около 54% диоксида кремния и 46% оксида магния температура плавления
составляет всего 1546°C, что ниже температур производства стали. Поэтому огнеупоры,
основанные исключительно на этих двух минералах, могут быть поставлены под сомнение
Обратите внимание, что существует два (2) твердых раствора чистого кремнезема и магнезии. Это:
Форстерит - Mg2SiO4 или MgO22SiO2 - эвтектоид при 1863 ° С и
Клиноэнстатит – MgSiO3 или MgO.SiO2 - эвтектоид при 1557 ° C
Для получения огнеупорной конструкции предпочтительнее иметь уровни диоксида кремни < 28%,
чтобы избежать нижних зон ликвидуса.
Для производства стали одним из основных видов сырья является MgO, поэтому понимание роли
примесей во всех формах (SiO2, Al2O3, FeO и т.д.) имеет решающее значение для получения
наилучшей возможной основы для хорошего продукта.
48
MgO - B2O3 (Рис. 2.11)
Следующая бинарная фазовая диаграмма, которую мы обсудим, это диаграмма триоксида магния и дибора:
Используется с разрешения
Американского
керамического общества
Жидкость
Рис. 2.11. MgO - B2O3
Система B2O3-MgO, MgB2 = MgB407, Mg2B = Mg2B205, Mg3B = Mg3B206 и Mg = MgO.
T. Mutluer, M. Timucin J,. Am. Ceram. Soc., 58 [5-6] 196-197 (1975).
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала
Для фазовой диаграммы MgO - B2O3 следующие положения являются ключевыми:
Этот магний имеет более высокую температуру полного плавления (> 2800°C), чем триоксид
дибора (~ 500°С), а также небольшая величина смешения между двумя компонентами приводят к
быстрым падениям огнестойкости. Можно видеть, что линии ликвидуса очень крутые, и это
показывает быстрое образование жидкости с небольшими изменениями в соотношении минералов.
Это имеет решающее значение в огнеупорах, так как магний может содержать B2O3 в виде сырья,
особенно из основы морской воды, и это может привести к проблемам в эксплуатации при
формировании стекол с низкой температурой плавления, что снижает коррозионную стойкость.
Можно видеть, что эвтектика находится при 1146°C, и поэтому в этой системе жидкости
образуются рано.
49
Тройные диаграммы
Теперь, когда мы разобрались с бинарными диаграммами, мы можем перейти к трехфазным или тройным
диаграммам, которые становятся ближе к реальности формирования шлаков при производстве стали и
механизмам износа.
Чтобы понять ключевые принципы, мы рассмотрим диаграмму CaO-Al2O3-SiO2 для трех фаз. Как только эти
принципы будут усвоены, вы сможете браться за любые другие схемы.
Три фазы: CaO-Al2O3-SiO2 (Рис. 2.12- 2.17)
Трехфазная диаграмма — это, в основном, диаграмма, показывающая, как минеральные компоненты
смешиваются друг с другом: один вверху, один внизу слева и один внизу справа. В центре находятся все
возможные комбинации смесей при любых температурах (примечание - допускаем стандартное давление).
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 2.12. CaO-Al2O3-SiO2
Система CaO-Al2O3-SiO2. Оптимизировано
G. Eriksson, A.D. Pelton, Metall. Trans. B. 24B{5] 807-816 (1993).
50
Основные положения:
1. Первое, на что следует обратить внимание, это то, что три угла представляют три чистых оксида и их
отдельные температуры плавления - в данном случае кремнезема при 1723°C, извести при 2572°C. и
глинозема при 2054°С.
2. Второе, на что следует обратить внимание, это то, что три внешних линии составляют три бинарные
фазовые диаграммы, если вы смотрите на них со стороны. Диаграмма на рисунке 2.13 очень хорошо
показывает это, вид сбоку показывает бинарную диаграмму CaO-Al2O3 с одной стороны. Если мы
перевернем диаграмму, то увидим парности CaO-SiO2 и Al2O3 -SiO2 .
Используется с
разрешения
Американского
керамического
общества
Рис. 2.13. Система CaO-Al2O3-SiO2 - вид сбоку, отражающий двойную диаграмму CaO-Al2O3 на одной
стороне.
http://ceramicartsdaily.org/ceramic-glaze-recipes/glaze-chemistry-ceramic-glaze-recipes-2/how-glazesmelt-in-search- of-the-elusive-eutectic/
3. В-третьих, мы можем взглянуть на наклон линий. Чтение тройных диаграмм похоже на чтение
топографических карт. Чем ближе линии друг к другу, тем круче уклон и тем быстрее образуется жидкость
для данного изменения температуры. Полезно взглянуть на трехмерную диаграмму (рис. 2.13), которая дает
нам очень хороший вид трехмерной фазовой диаграммы. Вы можете быстро сопоставить плотно
прилегающие линии с крутыми уклонами и широко разнесенные линии с «пологими холмами» перепадов
температуры. Обратите внимание, что каждая композиция над поверхностью «горных вершин» является
жидкой. Как правило, чем круче уклон, тем более проблематичным он является, поскольку образование
жидкости может очень быстро привести к высокой скорости коррозии!
4. Следующая ключевая точка — это то место, где мы видим самую низкую температуру плавления, и
именно там точка «самой низкой долины» находится в горах, где встречаются поверхности с самой низкой
температурой, и является начальной точкой плавления. В этом случае это 1170°С при ~ 62% диоксида
кремния, ~ 23% извести и 15% глинозема. Обратите внимание, что это критическая точка, потому что, как
только вы достигнете этой температуры, в неоднородной среде, которая является огнеупорным материалом,
вы начнете получать минимальное количество образующейся жидкости.
51
Используется
с
разрешения
Американского
керамического
общества
Рис. 2.14. Система CaO-Al2O3-SiO2
http://ceramicartsdaily.org/ceramic-glaze-recipes/glaze-chemistry-ceramic-glaze-recipes-2/how-glazesearch-of-the-elusive-eutectic/
melt-in-
5. Как только вы начнете смешивать композиции в середине диаграммы, обратите внимание на некоторые
ключевые аспекты. Прежде всего, есть минералы, образованные с помощью комбинации компонентов, с
различными соотношениями компонентов. Поля цветов на диаграмме (рис. 2.14) показывают
выделяющийся минерал в каждой области, хотя он смешан с минералами из соседних областей.
Основные из них перечислены ниже:
Кристобалит / Тридимит (SiO2 )
Корунд Al2O3)
Известь (CaO)
Муллит (3Al2O3-2SiO2)
Псевдоволластонит (CaO-SiO2)
Ранкинит (3CaO-2SiO2)
Анортит (CaO-Al2O3-2SiO2)
Геленит (2CaO-Al2O3-SiO2)
52
6. Один из следующих ключевых моментов - выяснить, как построить график, где композиция может
лежать на диаграмме или из точки, выполнить обратный расчет композиции. Для этого нам нужно знать, как
читать рисунок 2.15. Сначала мы должны отметить стрелки, отмечающие три стороны треугольника (см.
красную точку в качестве примера). Они отмечены по сторонам для обозначения конкретных градиентов - в
этом случае каждые 20% увеличения в компоненте. Из диаграммы на рисунке 2.15 мы используем
кремнезем в качестве примера. Если вы находитесь на пике с чистым кремнеземом, вы на 100% с 0% двух
других компонентов. По мере удаления от пика процент SiO2 снижается все ниже и ниже, пока вы не
достигнете 0% в основании треугольника. Такой же расчет можно сделать из любого из чистых углов
глинозема или извести.
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 2.15. CaO-Al2O3-SiO2
Система CaO-Al2O3-SiO2. Оптимизировано
G. Eriksson, A.D. Pelton, Metall, Trans. B. 24B[5] 807-816 (1993).
В примере, представленном на рисунке 2.16, мы демонстрируем, как проявляет себя состав 60% диоксида
кремния, 30% оксида алюминия и 10% извести. Этот метод параллельных линий оснований / пиков может
быть снова использован для построения и / или считывания композиций с любой фазовой диаграммы.
53
Используется
с
разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 2.16. CaO-Al2O3-SiO2
Система CaO-Al2O3-SiO2. Оптимизировано
G. Eriksson, A.D. Pelton, Metall, Trans. B. 24B[5] 807-816 (1993).
7. Следующий ключевой аспект - определить, какова истинная начальная температура плавления для
данной композиции, и увидеть, что все композиции лежат на поверхности и не являются точечными
значениями. Сначала мы должны взглянуть на еще один ключевой момент, а именно на треугольники
Алькемаде. Эти треугольники также представлены на фазовой диаграмме и выделены цветом на рис. 2.17
для простоты использования.
54
Используется
с
разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 2.17: CaO-Al2O3-SiO2
Система CaO-Al2O3-SiO2. Оптимизировано
G. Eriksson, A.D. Pelton, Metall, Trans. B. 24B[5] 807-816 (1993).
Треугольники Алькемаде представляют собой три первичные минеральные фазы из точек треугольника,
которые будут составлять любые твердые растворы, причем состав находится в пределах треугольника.
Если мы рассмотрим наш предыдущий пример и изобразим его графически, треугольник Алькемаде
демонстрирует состав из 60% кремнезема, 30% оксида алюминия и 10% известняка, он будет находиться в
пределах треугольника с первичными минеральными фазами кремнезема, муллита и анортита.
8. Наконец, ключевым моментом, который необходимо знать при температуре обработки, является то, где
находится жидкость и как ее избежать? На примере (рис. 2.17) первая жидкость на диаграмме состояния
тройной системы является самой низкой эвктектической точкой внутри треугольника Алькемаде или, если
ее нет, в смежном треугольнике. На примере, несмотря на то что состав находится в точке №1(~1600°C);
самая низкая точка плавления внутри Алькемаде находится в точке №2 при ~1368°C. В этом заключается
основное отличие, этот момент следует рассматривать в составе огнеупорной конструкции. Конструкции
для огнеупоров и связанные с ними шлаки должны быть рассчитаны на треугольники Алькемаде с высокой
температурой плавления при низкой скорости износа. Поскольку кремнезем является таким основным
потоком в системе, попытка оставаться как можно ближе к чистому оксиду алюминия даст наилучший
результат.
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала
Для каждой фазовой диаграммы мы отметим ключевые факторы, и то, как они влияют на решения,
касающиеся огнеупорных материалов. Для фазовой диаграммы CaO-Al2O3-SiO2 ключевыми положениями
являются:
Первая жидкость находится в эвтектической точке при 1170°C, если состав находится в этой
области. Также присутствует множество огнеупорных поверхностей ликвидуса, особенно со
стороны известняка и кремнезема; поэтому с точки зрения огнеупорного материала следует быть
особенно внимательными в отношении пропорций минералов, чтобы избежать раннего образования
жидкости. Очень важно оставаться близко к пиковому значению 100% оксида алюминия (несмотря
на дороговизну), если у вас возникли серьезные проблемы с коррозией (минимум 80% оксида
алюминия).
Это же положение объясняет тенденцию последних 30 лет, в рамках которой происходит движение
от 50-60% оксида алюминия к >80% оксида алюминия для стальных ковшей, поскольку ковши
превратились из просто сосудов для хранения/переноса в сосуды для обработки.
Следует отметить, что данная диаграмма очень популярна среди тех, кто занимается керамической
посудой или сантехнической продукцией, поскольку фазы с низкой точкой плавления подходят для
глазури.
55
CaO- MgO-Al2O3 (Рис. 2.18)
Следующая тройная фазовая диаграмма, которую мы рассмотрим, это диаграмма известняка, оксида магния
и оксида алюминия:
Используется
с
разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 2.18: CaO-MgO-Al2O3
Система CaO-MgO-Al2O3
I.H. Jung, S.A. Decterov, A.D. Pelton, J. Phase Equilib, Diff., 25 [4] 329-345 (2004)
На первый взгляд, мы видим, что она сильно отличается от диаграммы CAS из-за областей с более низкой
точкой плавления, и она намного проще с менее твердыми растворами.
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала
Основные положения для фазовой диаграммы CaO-MgO-Al2O3:
Большая часть диаграммы имеет области очень хорошей высокотемпературной рефракторности
только с малой областью, выделенной как жидкая <1600°C. По этой причине в стальной
промышленности используются огнеупорные материалы MgO-C, доломит и шпинель (включая
AMC - оксид алюминия, оксид магния и углерод).
Одним из ключевых моментов на этой диаграмме является то, что доломитовые кирпичи,
используемые во многих сталелитейных цехах, сложно противопоставить шлакам из алюмината
кальция. Как видно из диаграммы, химия смещается в область с низкой температурой плавления,
что приводит к очень высокой скорости износа!
56
MgO-Al2O3-SiO2 (Рис. 2.19)
Следующая тройная фазовая диаграмма, которую мы рассмотрим, это диаграмма оксида магния, оксида
алюминия и кремнезема:
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 2.19: MgO-Al2O3-SiO2
Система MgO-Al2O3-SiO2; составная, Э.Ф. Осборн и А. Муан, обновленные и перерисованные
диаграммы фазового равновесия оксидных систем, Пластина 3, опубликовано Американским
керамическим обществом и Эдвардом Ортоном мл., Керамический фонд, 1960. Температуры до ~1550°C
находятся на шкале геофизической лаборатории; температуры выше 1550°C находятся на
международной шкале 1948. Э.Ф. Осборн и А. Муан, Государственный университет Пенсильвании,
Государственный колледж, Пенсильвания; частное сообщение, 1960.
На первый взгляд мы можем отметить, что эта комбинация минералов также может давать хорошие
огнеупорные материалы, пока уровень кремнезема держится на уровне <25%, соответственно, жидкости с
более низкими точками плавления не образуются.
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала
Для фазовой диаграммы MgO-Al2O3-SiO2 основными являются следующие положения:
Большая часть диаграммы имеет области с очень хорошей высокотемпературной рефракторностью,
тем не менее, мы можем отметить влияние кремнезема, который расплавляет систему, создавая
компаунды с низкой точкой плавления, такие как кордиерит и сапфирин в диапазоне температур
1300-1400°C. По этой причине в стальной промышленности используются огнеупорные материалы
MgO-C и шпинель (включая AMC - оксид алюминия, оксид магния, углерод и MAC - оксид магнияоксид алюминия-углерод), и стараются избегать шлаки с высоким содержанием оксида алюминия.
57
CaO-MgO- SiO2 (Рис. 2.20)
Следующая тройная фазовая диаграмма, которую мы рассмотрим, это диаграмма известняка, оксида магния
и кремнезема:
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 2.20: CaO-MgO-SiO2
Система CaO-MgO-SiO2; составная. Э.Ф. Осборн и А. Муан, обновленные и перерисованные диаграммы
фазового равновесия оксидных систем, Пластина 3, опубликовано Американским керамическим
обществом и Эдвардом Ортоном мл., Керамический фонд, 1960. Температуры до ~1550°C находятся на
шкале геофизической лаборатории; температуры свыше 1550°C находятся на международной шкале
1948. a=1336°C, b=1430°C, c=1436°C, d=1490°C.
Э.Ф. Осборн и А. Муан, Государственный университет Пенсильвании, Государственный колледж,
Пенсильвания; частное сообщение, 1960.
Основные положения для специалистов по отбору огнеупорного материала
Для фазовой диаграммы CaO-MgO-SiO2 основными положениями являются:
Присутствует большая область минералов с низкой точкой плавления (с центром на диопсиде CaOMgO-SiO2), которых следует избегать. Если соотношение CaO / SiO2 <1.5, то получается область, в
которой образуются жидкости.
Обратите внимание, что это имеет критическое значение при выборе сырья оксида магния для
огнеупорных материалов. Необходимо знать чистоту оксида магния (например, 95% MgO); тем не
менее, также необходимо знать примеси и их соотношение. Например, если примеси составляют
1% CaO, 2% SiO2, 2% других в соотношении с 3% CaO, 1% SiO2 и 1% других, получится
кристаллография MgO, которая будет выглядеть по-разному. Под микроскопом примеси, как
правило, находятся на границах зерен, а жидкости будут присутствовать на граничных линиях в
первом примере по сравнению со вторым примером.
58
Фазовые изменения огнеупорного материала
Большинство изменений в огнеупорных материалах являются едва различимыми и медленными, и не
разрушительными, тем не менее, есть два ключевых изменения, которые следует рассмотреть, поскольку
они играют основную роль в огнеупорных материалах, получаемых в сталелитейных цехах: цирконий и
кремнезем.
Цирконий
Цирконий - отличный материал с очень высокой точкой плавления ~2700°C. В его естественном виде он
имеет две фазы – моноклиническую (при низких температурах <1200°C) и тетрагональную (при
повышенных температурах >1200°C). Не вдаваясь в теорию кристаллической структуры, важно отметить,
что при температуре около 1200°C (см. левую часть диаграммы на рис. 2.21) ZrO2 будет
трансформироваться
между
этими
двумя
фазами,
и
это
изменение
сопровождается
расширением/сокращением объема примерно на 7% (в зависимости от нагрева или охлаждения). Такое
изменение чрезвычайно разрушительно, поскольку вызывает растрескивание и потерю прочности
материала.
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Жидкость
Рис. 2.21: CaO-ZrO2
Система ZrO2-CaZrO3 (A) полная диаграмма,
V.S. Stubican, J.R. Hellmann, Adv. Ceram , 3 [Sci.Techno.Zirconia] 25-36 (1981). V.S. Stubican, S.P. Ray, J. Am.
Ceram. Soc., 60 [11-12] 534-537 (1977).
Во избежание этой проблемы цирконий «стабилизируют», как правило, известняком или иттрием (хотя
иттрий слишком дорогой, чтобы использовать для огнеупорных материалов). Добавление приблизительно
8% по весу известняка способствует получению минерала со стабильной кубической кристаллической
структурой, не подверженной проблемам расширения/сжатия.
59
Кремнезем
Кремнезем представляет собой чрезвычайно сложный однофазный минерал, как показано на рисунке 2.22,
изменяющий фазы с низкого на высокий кристобалит (расширение в пределах 1,8%) или из кварца в
тридимит или кристобалит (расширение в пределах 13%), что имеет разрушительный эффект для
огнеупорных материалов. Нагревание и охлаждение огнеупорных материалов на основе кремнезема (кирпич
из коксовой печи или кирпичи из кремнезема в доменных печах) - чрезвычайно сложный процесс,
выполняемый только специализированными компаниями. Обратите внимание, что создание чистого
плавленого кремнезема очень эффективно при растрескивании. Расплавленный кремнезем имеет
практически нулевое расширение, поэтому, напряжение почти отсутствует.
Справочник методов изготовления
промышленных
огнеупорных
материалов (стр.168)
Рис. 2.22: Фазовые переходы и плотность SiO2
(ссылки 3, 11, 21)
60
2.2 Растрескивание при резких перепадах температуры
Растрескивание при резких перепадах температуры представляет собой основную проблему при
производстве стали для огнеупорных материалов из-за высоких температур процессов и их «серийного»
характера и отсутствия непрерывности, что приводит к высокой и частой цикличности температур.
Растрескивание может обозначаться по-разному: шелушение, скалывание, отслаивание или расслоение. Все
это тепловые трещины, которые возникают на небольшом расстоянии от горячей поверхности футеровки и
проходят параллельно этой горячей поверхности.
Пример: пластины скользящего затвора ковша в сталелитейном производстве чрезвычайно подвержены
растрескиванию. Они в считанные секунды нагреваются от комнатной температуры до температуры 1600°C
и в случае неверного проектирования их срок службы снижается до 1-3 циклов.
Будут рассмотрены следующие факторы, связанные с растрескиванием:
1. напряжение и деформация
2. тепловое расширение
3. влияние указанных факторов на огнеупорные материалы
4. и, наконец, параметры конструкции для снижения воздействия растрескивания
1. Напряжение / деформация
Как показано на рисунке 2.23, существует два типа нагрузок, которым может быть подвержена конструкция:
1. Нагрузка в условиях регулирования напряжения
2. Нагрузка в условиях регулирования деформации
Нагрузка в условиях регулирования напряжения
Это сила внешней нагрузки, воздействующей на огнеупорную конструкцию
Это сила тяжести, механическая нагрузка и нагрузка от давления
Отличным примером являются кирпичи в нижней части ковша, которые испытывают наибольшее
напряжение в результате суммарной нагрузки множества кирпичей сверху.
Ключевыми свойствами в данном случае являются плотность и прочность (предел прочности
MOR). Они могут быть измерены ASTM стандартами. Теоретически, если нагрузка превышает
прочность материала, то материал разрушается.
НАПРЯЖЕНИЕ
НАПРЯЖЕНИЕ = НАГРУЗКА / ПЛОЩАДЬ
НАГРУЗКА = P
ДЕФОРМАЦИЯ
Рис. 2.23: Нагрузки от напряжения/деформации
В действительности большинство керамических материалов не разрушается при нагрузке в результате
сжатия (> 90% не разрушаются при сжатии). Исключение обнаруживается не в сталелитейном производстве,
а в конструкциях футеровки высотой сотни футов (в нефтехимической промышленности).
В результате может возникать сжимающая сила, достаточная для разрушения огнеупорных
материалов.
61
Нагрузка в условиях регулирования деформации
Вторым типом нагрузки является деформационная или внутренняя нагрузка.
Внутренняя нагрузка создается вследствие теплового расширения огнеупорного материала, поскольку он
нагревается и выдерживается при этой температуре. Это основной тип нагрузки для огнеупорных
материалов, который приводит к наиболее значительному повреждению материала.
Обратите внимание, что, если бы тепловое расширение происходило свободно, то не возникало бы никаких
проблем, однако, как правило, присутствуют стальной кожух/границы, которые ограничивают рост
огнеупорных материалов, поскольку они находятся в сосудах (т.е. стальной кожух, сегменты кромок,
непрерывное литье).
Тепловое расширение разделено на две основные части, как показано на рисунке 2.24:
Материал с непрерывным линейным изменением нагревается до определенной температуры, после
чего он охлаждается; изменение исходных размеров материала происходит вследствие химической
реакции внутри материала.
Материал с обратимым линейным изменением нагревается до определенной температуры;
изменение исходных размеров материала происходит вследствие естественного атомного
расширения сырья, используемого в огнеупорных материалах.
Повторный
нагрев
% линейное изменение
Непрерывное
изменение
линейное
Нагрев
Охлаждение
Обратимое линейное изменение
Температура
Рис. 2.24: Схематическое представление теплового расширения: непрерывное и обратимое линейное
изменение
62
Обратите внимание, что обратимое линейное изменение значительно варьируется (от 0.05% для
расплавленного кремнезема до 2.7% для MgO), как показано на рисунке 2.25.
Справочник методов изготовления
промышленных
огнеупорных
материалов (стр.168)
Рис. 2.25: Линейное тепловое расширение огнеупорных материалов
63
Обратите внимание, что повышенное расширение приводит к повышенному напряжению. Существует
несколько способов обойти эти явления, первый из которых заключается в добавлении припуска на
тепловое расширение в конструкцию сосуда, как показано в уравнениях 2 и 3.
Припуск на тепловое расширение
T.E. = α = (1 + %PLC) x (%RLC x T) x t
ур. 2
T.E. = a = тепловое расширение
%PLC = непрерывное линейное изменение в процентах
%RLC = обратимое линейное изменение в процентах
T = температура
t = толщина материала
T.E.A = припуск на тепловое расширение
T.E.A. = 0.5 x T.E. (правило Тома)
Пример: Тепловое расширение кирпича из печи KOBM T.E. = ~50 мм, таким образом, T.E.A. = (50 / 2) = 25
мм.
Возможны два прямых следствия:
1. Не достаточно расширительной бумаги / малый припуск = кирпичи будут трескаться, поскольку они
будут расширяться в ограниченном пространстве. (Они не смогут поглотить напряжение).
2. Слишком много расширительной бумаги / большой припуск = между стыками кирпича будут
образовываться зазоры, в результате чего повысится риск провара стали, и/или произойдет скольжение
кирпичей.
Другой областью, где это заметно, является область со скалыванием в результате защемления и/или
образование узловатых уплотнений, которые способствуют разрушению по углам горячей стороны
радиальных стыков кирпичей, как показано на рисунке 2.26.
a)
Свободное расширение
под воздействием напряжения
b) Ограничительное расширение и растрескивание
Растрескивание
Ограничение
Свободное
расширение
воздействием температуры
Ограничение
Скалывание в
результате защемления
под
Рис. 2.26: Скалывание в результате защемления и/или образование узловатых уплотнений по углам
горячей поверхности радиальных стыков кирпичей.
64
Видно, что передняя (горячая) сторона кирпича расширяется больше, чем задняя (холодная), и если
припуск на тепловое расширение и/или размягчение кирпича недостаточен, произойдет скалывание
в результате защемления.
Здесь следует отметить, что это подтверждает тот факт, что одномерные и даже двухмерные
тепловые расчеты бесполезны для истинного анализа огнеупорных материалов и что в большинстве
стальных сосудов не существует стационарного состояния. Поэтому сначала следует посмотреть,
что происходит в реальности, а затем уже попытаться смоделировать ситуацию.
Анализ материала при деформационных нагрузках
Для измерения внутренней нагрузки не существует тестовых испытаний ASTM или какого-либо другого
испытания для точного измерения этой характеристики, поскольку проведение испытаний при большом
значении вариативности представляется сложным.
Одним из испытаний, которое используется (хотя и не эффективно), является испытание предела прочности
при нагреве (HMOR); тем не менее, оно предполагает наличие однородной структуры кирпича, огнеупорной
смеси и т.д., а также однородную температуру по всему материалу. Поскольку огнеупорные материалы
никогда не бывают однородными, и при росте температурного градиента по всему материалу, а также
температуры свойства таких материалов изменяются, поскольку состоят из различных соединений,
реагирующих при разных температурах - данный процесс сложно поддается измерению.
С теоретической точки зрения расчет напряжения представлен на рисунке 2.27:
S – термическое напряжение
E – модуль упругости
– тепловое расширение
T – изменение температуры
S = E (полностью закрепленная футеровка)
ур. 4
Напряжение
НАПРЯЖЕНИЕ (S) = ТЕРМИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
x МОДУЛИ УПРУГОСТИ
Деформация
Рис. 2.27: Теоретический расчет напряжения
Другим ключевым фактором является то, что материал будет вести себя по-разному в зависимости от
температуры. Как видно на рисунке 2.28, при комнатной температуре огнеупорные материалы
демонстрируют свойства хрупких материалов (А), тем не менее, при повышенных температурах они
показывают «ползучесть» (размягчение в результате образования жидкости) и ведут себя как пластичные
материалы (B).
65
НАПРЯЖЕНИЕ, МПА
Ползучесть также определятся как «зависящая от времени
деформация» и будет увеличиваться при росте температуры.
ДЕФОРМАЦИЯ
Следует обратить внимание, что такая ситуация, как
правило, не связана со сталеплавильными огнеупорными
материалами, поскольку большая часть перефутеровки
происходит в течение месяцев (самый длительный процесс
для печей ОКК составляет 6 месяцев). Вопрос времени будет
более актуальным при разработке печных кирпичей или на
коксовом заводе, или в случае с любым сосудом, поскольку
здесь речь идет о сроке от 5 до 40 лет.
Для условий, когда материал подвергается нагрузке
вследствие напряжения или деформации, следует выбрать
другой тип огнеупорного материала. (Обратите внимание,
что на рисунке 2.29 представлено сравнение типа 1 материала, подвергающегося нагрузке в результате
внешнего
напряжения,
с
небольшим
колебанием
температуры, и типа 2 - материала с высокой цикличностью
изменения температуры за короткие периоды времени).
Рис. 2.28: Характеристики хрупкого (А) и пластичного (B) материала в зависимости от роста
температуры
Тип 1
Тип 2
Рис. 2.29: Нагрузка в результате напряжения и деформации для материала с небольшим колебанием
температуры (Тип 1) и высокой цикличностью изменения температуры (Тип 2).
На рисунке 2.30 представлены два примера хрупкой керамики при низких температурах, но с нагрузкой в
результате напряжения (чашка кофе): пластичный материал с некоторым внутренним образованием жидкой
фазы, поглощающей деформацию, и материал пластичного типа.
Экспоненциальная
функция хрупкости = 90%
Al2O3
чистота
=
пониженная
прочность,
т.е. чашка кофе
НАПРЯЖЕНИЕ
НАПРЯЖЕНИЕ L
ДЕФОРМАЦИЯ L
Экспоненциальная
функция
“подушки”
или
пластичный
материал = 65% Al2O3 Примеси
сглаживаются
ДЕФОРМАЦИЯ
Рис. 2.30: Хрупкая керамика при низкой температуре (90% Al2O3) и пластичный материал (65%
Al2O3)
66
Я помню разговор с Бо Брезным из бывшей компании по производству огнеупоров NARCO, в котором он
сказал, что нам нужно сделать материал либо максимально прочным для нагрузок в результате напряжения
(сопротивление возникновению трещин), либо самой большой «подушкой» для нагрузок в результате
деформации (сопротивление распространению трещин).
Некоторые другие практические правила, разработанные с течением времени в отрасли:
1. Жесткость (хрупкость) увеличивается с увеличением содержания оксида глинозема, при этом плотность
также увеличивается (возможно, за счет уменьшения количества примесей, которые способствуют
образованию жидкой фазы и снятию напряжения).
2. Химически связанные высокоглиноземистые кирпичи обладают большей гибкостью (больше подушки
благодаря поглощению напряжения и изгибу в процессе нагрева), чем обожженные высокоглиноземистые
кирпичи (более чувствительны к трещинам, поскольку после обжига теряется вся гибкость, и часть
образующейся при обжиге жидкой фазы теперь становится стеклом и подвержена распространению
трещин).
3. Плотность, по-видимому, оказывает существенное влияние на жесткость (хрупкость) кирпича. При
повышении плотности также повышается жесткость (главным образом в результате меньшего количества
пор, которые могут препятствовать образованию трещин).
4. Кирпич с более высоким тепловым расширением всегда будет более подвержен скалыванию, чем кирпич
с низким тепловым расширением (например, расплавленный оксид алюминия с расширением <0.05% не
растрескивается, кирпичи из оксида магния при расширении 2.5% демонстрируют чрезвычайную
склонность к скалыванию).
Две теории предотвращения растрескивания
Очевидным является тот факт, что мы хотим избежать растрескивания, поскольку оно обладает
разрушающим эффектом, который не способствует достижению наших коммерческих целей. Поэтому
предотвращение растрескивания является ключевым моментом. Существуют две теории предотвращения
растрескивания, они будут описаны ниже:
1. Не допускайте проявления трещин: используйте самый прочный материал и убедитесь, что нет никаких
трещин и/или дефектов, которые могут послужить отправной точкой для образования трещин. Данная
теория более применима к фарфоровой и технической керамике, чем к огнеупорным материалам, поскольку
последние всегда имеют трещины и дефекты, так как они являются разнородными материалами. Уравнения
5 и 6 применяются к этим типам материалов:
ур. 5
ур. 6
Где:
R, R’ – коэффициенты сопротивления термическим напряжениям
Sigma – прочность (σ +)
µ– коэффициент Пуассона
E – модуль упругости
– коэффициент линейного расширения
По существу, при таком сценарии высокопрочные материалы должны быть устойчивыми к растрескиванию,
поскольку трещины не формируются, однако это не характерно для огнеупорных материалов. Как только
появляется трещина, она катастрофически быстро распространяется.
2. Предотвратите распространение трещины: поскольку мы знаем, что трещины и дефекты присутствуют
всегда, правильным решением будет являться остановка растрескивания, чтобы не дать трещинам
распространиться. И это единственный способ, применимый к огнеупорным материалам!
В уравнении 7 отражено такое поведение:
ур. 7
67
R” – коэффициент сопротивления термическому напряжению
y– работа разрушения (область под кривой деформации-напряжения, которая, по существу, измеряет
пластичность)
σ – прочность
µ– коэффициент Пуассона
E – модуль упругости
Согласно данному сценарию, чтобы улучшить сопротивление растрескиванию, необходимо повысить
«работу разрушения» и снизить прочность или, другими словами, создать «подушечный» кирпич, который
будет поглощать напряжение.
Следует отметить, что была проделана некоторая работа с целью разработки испытания, способного
измерить работу разрушения.
Это испытание - модифицированный вариант испытания модуля разрушения (MOR) или испытания на
раскалывание с использованием клина; он изменен для включения формы надреза с целью измерения
смещения / деформации вдоль прилагаемой нагрузки, как показано на рисунке 2.31.
Рис. 2.31: Испытания на раскалывание с использованием клина для огнеупорных материалов с
разрешения Г. Гармут
Ключ к решению вопроса о стойкости огнеупорного материала к растрескиванию
Чтобы понять сложный механизм изнашивания, нам следует перейти к обсуждению создания рабочей
среды! Есть несколько вариантов, и все они были опробованы с переменным успехом, в зависимости,
конечно, от применения.
Остановим наше внимание на примере подины печи, используемой на металлургическом заводе
«Максхютте» (Kloeckner); данная область является одной из самых подверженных растрескиванию в
сталелитейной промышленности, как показано на рисунке 2.32. Подина печи участвует в процессе, согласно
которому природный газ и кислород впрыскиваются через серию фурм в ванную с расплавленной сталью в
ОКК. Жидкая ванная находится при температуре 1650°C, а область рядом с фурмой (из-за реакции с
природным газом) - при температуре приблизительно 200°C; такой уровень поддерживается на протяжении
всего процесса. На рисунке 2.32 представлен пример естественного растрескивания, развивающегося из-за
напряжения; эта проблема была решена в начале 1990-х гг.
Пример: Кирпич подины печи KOBM
Растрескивание
кирпича подины
Кислород + известняк
Расплющивание с
образованием пор
Природный газ
Трещины имели глубину до
200 мм и наблюдались на
кирпичах (от 1 до 10 шт.) по
всей подине.
Рис. 2.32: Схематическое изображение растрескивания кирпича подины в камере печи KOBM
68
Существует шесть способов повышения стойкости к растрескиванию, все они будут рассмотрены далее.
№ 1) Высокая теплопроводность / высокая температуропроводность
Чем быстрее тепло рассеивается из системы, тем ниже градиент температуры от передней части к задней
части кирпича, тем ниже напряжение, способствующее растрескиванию. Примеры характеристик материала
проводника и изолятора представлены на рисунке 2.33.
Представим несколько кратких определений, встречающихся далее по тексту:
Теплопроводность (K) - способность проводить тепло по материалу.
Теплоемкость (C) - способность материала сохранять тепло.
Температуропроводность (δ) - способность рассеивать тепло по материалу.
Плотность (P) - плотность материала.
ПРОВОДНИК
Высокая
температуропроводность
Высокая теплопроводность
ИЗОЛЯТОР
Низкая
температуропроводность
Низкая теплопроводность
Рис. 2.33: Примеры характеристик материала проводника и изолятора
Хорошим примером будет сравнение алюминиевой и чугунной сковородки. Алюминий нагревается и
охлаждается быстрее благодаря высокой температуропроводности, по сравнению с чугуном, который
обладает высокой теплоемкостью и удерживает тепло, на его нагрев и охлаждение уходит больше времени,
но он лучше сохраняет постоянную температуру.
В случае нашего примера с кирпичом подины печи KOBM мы обнаружили, что более высокое количество C
предотвращает растрескивание (другие коэффициенты оставались постоянными). При более высоких
уровнях углерода графит является непрерывной фазой, поэтому отсутствует оксидная связь, что
способствует предотвращению растрескивания благодаря более высокому значению К и более низкой
прочности.
№ 2) Чем тоньше футеровка / поперечное сечение, тем лучше для растрескивания
Чем быстрее тепло может рассеиваться из системы, тем ниже градиент температуры от передней части к
задней части кирпича, тем ниже напряжение, способствующее растрескиванию.
Другой способ снизить температурный градиент, а также разницу теплового расширения между горячей и
холодной поверхностями, заключается в уменьшении расстояния между ними с помощью более тонкой
футеровки. На Рисунке 2.34 мы видим, что разница (T) между температурой горячей и холодной
поверхности значительно ниже в случае более тонкой футеровки.
69
Рис. 2.34: Разница в температуре (T) между горячими и холодными поверхностями
В нашем примере для кирпича подины печи ОКК нам удалось улучшить стойкость к растрескиванию,
изменив поперечное сечение кирпича с 150 мм на 100 мм. (Хотя от горячей к холодной поверхности разница
отсутствует - кирпич меньшего размера обеспечил меньшее поперечное тепловое расширение в кирпиче и
меньшее растрескивание. См. Рис. 2.35.
Рис. 2.35: Практический пример снижения поперечного сечения в подине печи ОКК
№ 3) Материалы низкой прочности демонстрируют меньший уровень растрескивания
С учетом проведенной ранее работы над свойствами материала мы еще раз кратко рассмотрим коэффициент
сопротивления растрескиванию (R”). Чем выше значение для данного огнеупорного материала, тем лучше
будет устойчивость к образованию трещин.
Формула показана в ур.8
ур. 8
R” – коэффициент сопротивления термическому напряжению
y– работа разрушения (область под кривой деформации-напряжения, которая, по существу, измеряет
пластичность)
σ – прочность
µ– коэффициент Пуассона
E – модуль упругости
Согласно данной формуле, чтобы улучшить сопротивление растрескиванию, необходимо снизить прочность
или, другими словами, создать «подушечный» кирпич, который будет поглощать напряжение.
Следует обратить внимание, что это противоречит интуитивному пониманию многих людей, поскольку они
думают, что, если сделают его прочнее, он не расколется.
Мы провели работы на подине печи KOBM, чтобы снизить прочность материала за счет повышения уровня
углерода и уменьшения количества антиоксидантов. В результате это привело к меньшему растрескиванию
материала.
70
№ 4) Высокая работа разрушения (способность поглощать трещины)
Существует пять основных способов увеличить работу разрушения:
1. Повышенная пористость (чем выше пористость материала, тем больше вероятность того, что трещина во
время формирования дойдет до поры, и эта пора поглотит напряжение, и трещина прекратит
распространение). Тем не менее, более высокая пористость может привести к более высокой коррозионной
стойкости, но об этом мы поговорим позже!
2. Большое количество микродефектов (чем больше микродефектов в материале, например, фаза плавления
вокруг зерна MgO высокой чистоты, тем больше вероятность того, что трещина во время формирования
перейдет в этот дефект, и последний поглотит напряжение, в результате чего трещина прекратит
распространение).
3. Используйте зерна из спеченного сырья, а не расплавленные зерна
Расплавленные зерна с меньшей вероятностью будут поглощать трещину, поскольку она будет проходить
вдоль границы зерна и продолжать распространение (даже потенциально вытягивая зерно из матрицы), что
схематически представлено на Рисунке 2.36.
Трещина
Рис. 2.36: Поглощение трещин в расплавленном зерне: трещина проходит вдоль границы зерна
Спеченные материалы с большей вероятностью могут поглотить трещину, поскольку по существу они
представляют собой микродефекты в самом материале. Небольшие трещины могут образоваться вдоль
границы зерна, а затем перейти на другое мелкое зерно и остановиться, что показано на рисунке 2.37.
Трещина
Рис. 2.37: Поглощение трещин в спеченном зерне: трещины поглощаются микродефектами
4. Добавьте размягчающие материалы. Примером является использование порошков смолы в кирпиче MgOC, которые, по существу, создают небольшую жидкую фазу при повышенной температуре, которая
становится поглотителем напряжения. (Обратите внимание, что незначительные количества B2O3 также
могут обеспечить аналогичный эффект).
5. Иглы из нержавеющей стали (или любые волокна) использовались в качестве «перекрытий трещин»,
которые, по существу, не дают трещине распространяться, удерживая ее вместе со стальными иглами. Они
эффективны только до точки плавления игл, и в этом случае они превращаются в поры.
71
№ 5) Использование сырья с низким тепловым расширением
С учетом проведенной ранее работы над свойствами материала мы должны вспомнить, что напряжение
создается из-за теплового расширения и его ограничения. Если мы используем сырье с низким тепловым
расширением (например, плавленый SiO2), то разница напряжений между передней и задней частью
материала сводится к минимуму. В Таблице 2.2 представлено линейное обратимое расширение различных
материалов при температуре 1000°C.
Таблица 2.2: Линейное обратимое расширение при температуре 1000°C для различных материалов
Огнеупорный материал % лин. расш. при
1000°C
1. 95% кремнезем
2. 98% периклаза
3. станд. магнезит
4. станд. форстерит
5. станд. магнезито- хромитовый
6. отаб. кубический цирконий
7. станд. хромито-магнезитовый
8. станд. хромитовый (руда)
9. 99% оксид алюминия
10. 90% оксид алюминия
1,1
8
1,4
7
1,3
5
1,1
6
1,1
2
0,9
9
0,9
9
0,8
4
0,8
2
0,7
3
Огнеупорный материал % лин. расш. при
1000°C
11. 80% оксид алюминия
0,65
12. станд. циркон
0,55
13. 60% оксид алюминия
0,58
14. муллит
0,49
15. сверхпрочный огнеупор
0,58
16. самосвязанный карборунд
0,42
17. связанный Si3N4 карборунд
0,375
18. станд. кордиерит
0,22
19. кварцевое стекло
0,04
20. B-сподумен
0,00
В случае с подиной печи KOBM тепловое расширение материала было снижено путем увеличения уровня
углерода и уменьшения количества антиоксидантов. В результате это привело к меньшему растрескиванию
материала.
№ 6) Добавьте припуск на тепловое расширение и/или кирпичные стыки
Есть старый каверзный вопрос касательно огнеупоров, который задают старшие товарищи: «есть ли там
раствор, чтобы удерживать кирпичи вместе или отделять их друг от друга?» - Ответ на этот вопрос с
подвохом - и то, и другое! Швы удерживают их плотно вместе, чтобы предотвратить проникновение через
футеровку, но также отделяют для снижения теплового напряжения.
Припуск на тепловое расширение используется в конструкции сосуда в качестве поглотителя напряжения,
обеспечивая контролируемый рост, как обсуждалось ранее.
Напомним, что недостаточный припуск на тепловое расширение приведет к растрескиванию кирпичей,
поскольку они будут расширяться в ограниченном пространстве. (Они не могут поглотить напряжение.)
Однако слишком большой припуск приведет к образованию зазоров между стыками кирпичей, что увеличит
риск провара стали и/или скольжения кирпичей.
В случае с подиной печи KOBM мы спроектировали толщину стыков кирпичей и составили схему
облицовки, обеспечивающую эту большую толщину для поглощения теплового расширения. Это стало
ключевым моментом в нашем успехе по минимизации растрескивания подины печи KOBM.
Таким образом, растрескивание является очень разрушительным механизмом износа в футеровках из
огнеупорных материалов; однако есть способы спроектировать материал и конструкцию, чтобы свести к
минимуму его влияние даже в самых экстремальных областях.
72
2.3 Механическое воздействие
Механическое воздействие аналогично растрескиванию, поскольку оно также связано с распространением
трещин. Воздействие не является такой большой проблемой при производстве стали для огнеупорных
материалов, однако по-прежнему может быть важным фактором во многих областях (например, воздействие
горячего металла и лома на загрузочную платформу ОКК; ударные подушки, расположенные в нижней
части ковша и т.д.).
Мы рассмотрим этот вопрос в двух ключевых областях:
Загрузка и воздействие лома
Загрузка и воздействие горячего металла
1. Воздействие лома
Воздействие лома на загрузочную платформу ОКК значительно, и это продолжает оставаться самой
высокой зоной износа большинства ОКК во всем мире. Сила воздействия лома на футеровке печи зависит
от:
1. Высоты: чем больше высота падения материала, тем выше сила воздействия
2. Объема: чем выше объем лома, тем выше воздействие. Следует обратить внимание, что этот момент
сильно варьируется от цеха к цеху, поскольку японские производители обычно имеют наименьший объем
(5%) из-за низкой доступности лома на местах. Это приводит к снижению скорости износа загрузочной
платформы.
В некоторых цехах - самые высокие объемы лома (27%) из-за конструкции сосуда, которая позволяет
использовать более высокий объем лома.
3. Угол установки печи: чем ближе к перпендикулярному расположению под углом 90 градусов, тем выше
сила воздействия и поглощения зоны воздействия, что показано на рисунке 2.38.
Приложение силы 90
градусов
Зона ударного
воздействия
Приложение силы — 45
градусов
Зона ударного
воздействия
Рис. 2.38: Сила воздействия лома в зависимости от угла установки печи
4. Размер/форма: существует разница в силе воздействия между 20 тоннами легкого и ворсистого
измельченного материала или пакетированием и 20-тонным гарнисажем разливочного устройства. В 1980-х
годах японские сталелитейные заводы проделали работу, показавшую, что степень износа может удвоиться
или утроиться при использовании материала большего размера не только на загрузочной платформе, но и на
стадионе и подине во время фактического процесса продувки кислородом.
73
С этим мало что можно сделать, потому что все, что связано с увеличением переработки лома, будет
намного дороже, чем дополнительное торкретирование / подварка печи.
2. Ударное воздействие жидкого металла
Ударное воздействие жидкого металла на загрузочную платформу ОКК или дно ковша также является
значительным, и это одна из основных причин износа большинства ОКК во всем мире.
Сила воздействия горячего металла на футеровке печи является взаимозависимостью трех факторов:
1. Высота
2. Угол воздействия
3. Диаметр воздействующей струи
Высота
С ростом высоты сила удара также увеличивается (пропорционально)
Основополагающая и лучшая работа, проделанная в этом направлении, была проведена Р.С. Падфильд в
1970 году: «Взаимосвязь между жаропрочностью и эффективностью огнеупоров ОКК». Он сравнил
механику силы, которую вызывает капля дождя, ударяя по крылу самолета, с заливкой горячего металла в
ОКК или заливку стали из ОКК в ковш, чтобы показать зависимость высоты / угла от ударного давления.
74
Ударное давление х 10 3 , фунт / в.дюйм
Используется
с
разрешения
Американского керамического
общества
Высота, футов
Рис. 2.39. Соотношение между ударным давлением и высотой.
На рисунке 2.39 показано, что большие высоты и более крутые углы приводят к более высокой силе и,
следовательно, большему износу.
Угол воздействия
По мере увеличения угла ударного воздействия сила удара также увеличивается (см. Рис. 2.39).
Диаметр воздействующей струи
По мере увеличения диаметра потока сила удара уменьшается (обратно пропорционально), как показано на
рисунке 2.40. Предполагая, что объем постоянен, энергия сосредоточенной силы более пагубна, чем более
широкий поток. Это трудно спроектировать, потому что диаметр отверстий обычно задается скоростью
выпуска печи и желаемым количеством переноса шлака.
Сила
Диаметр
Рис. 2.40. Соотношение между силой и диаметром для износа от удара струи
75
Ключ к решению вопроса сопротивления огнеупорного материала механическому ударному
воздействию
Для этого сложного механизма изнашивания, мы теперь переходим к обсуждению того, как
сконфигурировать рабочую среду! Есть несколько вариантов, и все они были опробованы с переменным
успехом, в зависимости, конечно, от применения.
Проектирование аналогично проектированию для теплового ударного воздействия, которое требует
использования большего количества материала для разрушения, чтобы поглотить напряжение.
Не повторяя содержание всей главы 2.3, давайте рассмотрим основы ускорения процесса разрушения
материала или, другими словами, - создание «подушечного» кирпича, который будет поглощать
напряжение. В предыдущей главе были рассмотрены пять способов ускорения процесса разрушения.
Это две ключевые области проектирования механической ударопрочности (металлолом и горячий металл);
другие варианты воздействия (например, очистка ковшей с помощью Gradall) могут следовать этим
принципам.
76
2.4 Механическое истирание
Истирание относится к механическому износу поверхности материала, обычно частицами, захваченными в
жидкости или газе, которые ударяются о поверхность. Как правило, истирание вызвано качением, трением,
ударом и т. д., а также быстро движущимися жидкостями.
Разница между ударом и истиранием заключается в том, что удар — это быстрое, скоротечное, большое
приложение силы, тогда как истирание - это более медленное, повторяющееся приложение силы в течение
более длительного периода времени.
Абразивный износ — это воздействие:
Размер частиц: обычно при увеличении размера частиц увеличивается абразивный износ, как
показано на рисунке 2.41.
Износ
Размер частиц
Рис. 2.41. Взаимосвязь между износом и размером частиц
Форма частиц: частицы с гладкими краями будут определять меньший износ, чем частицы с
острыми, твердыми углами.
Твердость частиц: чем тверже частицы или чем больше разница между твердостью частиц и
огнеупоров (мягче), тем больше будет износ.
Количество частиц: большее число частиц, очевидно, вызовет больше урона.
Скорость: более высокая скорость приведет к большему износу (критическое значение при
перемешивании в ковше - чем выше интенсивность перемешивания аргоновых пробок или фурмы,
тем выше износ).
Угол ударного воздействия: аналогично ударному износу, чем круче угол, тем выше износ, как
показано на рисунке 2.42.
Приложение силы 90 градусов
Приложение силы 45 градусов
Рис. 2.42. Взаимосвязь между углом ударного воздействия и истиранием
77
Ключ к решению вопроса сопротивления огнеупорного материала механическому истиранию
Существует несколько вариантов конструирования огнеупоров для повышения стойкости к истиранию.
Главный из них - следует иметь в наличии огнеупорный материал, который тяжелее и плотнее, чем
материал, который истирает его. В таблице 2.3 приведены некоторые примеры твердости огнеупорных
материалов.
Таблица 2.3: Твердость некоторых огнеупорных материалов
Вещество
Твердость по
Моосу
Корунд
Al2O3
9
Шпинель
MgAl2O4
7.5-8
Циркон
ZrSiO4
7.5-8
Хром
Шпинель
MgCr2O4
(7.5-8)
Муллит
Al6SI2O1
Кремнезем
(кварц)
Вещество
КАРБИД
Твердость по
Моосу
SiC
9,5
B4C
9+
TiC
(9+)
НИТРИД
ТИТАНА
TiN
9+
(7.5)
УГЛЕРОД
(РАЗНЫЙ)
C
(4-6)
SiO2
7
ГРАФИТ
C(gr.)
2+
Цирконий
ZrO2
6,5
ТИТАНИЯ
(РУТИЛ)
ТiO2
6-6.5
Магний
(Периклаза)
MgO
6
3
КРЕМНИЯ
КАРБИД
БОРА
КАРБИД
ТИТАНА
Вы можете видеть, что материалы с высоким MOR будут иметь лучшую ударопрочность.
Кроме того, если у вас есть пыль кремнезема с твердостью по Моосу 7, у вас должна быть огнеупорная
футеровка из материала > 7, чтобы противостоять абразивному повреждению.
Еще одно ключевое замечание: выбранный вами огнеупор должен не только иметь более прочные основные
крупные зерна, но и матрицу, удерживающую его вместе, которая также должна быть прочнее, в противном
случае матрица изнашивается, а прочные зерна просто выпадают!
С точки зрения процесса выплавки стали, основным фактором контроля износа является снижение
интенсивности перемешивания, если это возможно. Более высокие скорости перемешивания приводят к
более высоким скоростям износа, как показано на рисунке 2.43.
Скорости
износа
Скорости
перемешивания
Рис. 2.43. Соотношение между скоростью перемешивания и скоростью износа
78
2. 5 Износ огнеупоров. Растворение
Растворение — это чисто химическое воздействие, соответствующее шлаку к кирпичу
Растворение зависит от нескольких факторов, таких как разность концентраций, площадь поверхности,
толщина слоя шлака, вязкость шлака, скорость движения шлака, время и температура. Простейшей моделью
для коррозии огнеупорных материалов является растворение в шлаке, и она схематически представлена на
рисунке 2.44а.
Рис. 2.44. Модель растворения огнеупора в шлаке
Основным механизмом износа является растворение основного компонента оксида в огнеупоре
шлаком. Например, кристаллы магния растворяются в виде MgO в шлаке. В основном это похоже
на растворение сахара или соли в воде, и кинетика контролируется путем перехода через
диффузионный слой на поверхности огнеупора.
Если шлак достаточно богат огнеупорным компонентом, т.е. насыщен этим компонентом,
растворение прекращается, как с солью в воде. Чем выше недонасыщенность шлака, тем быстрее
растворение.
Разница в концентрации
Шлаку требуется 7% MgO
Разница между содержанием шлака в процентах MgO и желаемым содержанием.
Если шлак содержит 3% MgO, он будет разъедать кирпич с содержанием MgO 90% для его
получения.
Шлак
3% MgO
79
7% MgO
Кирпич
90% MgO
Наоборот, для данного состава огнеупорного материала (скажем, магния в основе), насыщающее
содержание MgO также говорит нам о том, как много MgO мы должны добавить в шлак,
содержащийся в этом сосуде для того, чтобы замедлить коррозию огнеупора. Если степень
насыщения превышена, твердые кристаллы, содержащие MgO, будут выпадать в осадок. В случае
переизбытка шлак будет очень «вязким» и быстро станет твердым при охлаждении. Это негативно
повлияет на процесс производства стали.
Иногда растворение не так просто, и шлак вступает в реакцию с огнеупором, образует новые
твердые фазы, создавая «реакционный или пассивирующий слой», как показано на рисунке 2.44b.
Это очень выгодная ситуация, в которой коррозия может быть сильно замедлена. Однако это не так
уж эффективно для огнеупоров, контактирующих со шлаком, потому что реакционный слой обычно
содержит смесь новых твердых веществ и жидкости.
Насыщающее содержание и уровень под насыщением шлака относительно огнеупорного
компонента определяются составом шлака, температурой на границе раздела шлак / металл /
огнеупор и начальным содержанием MgO шлака. Более высокие расхождения между насыщением и
фактическим уровнем шлака приведут к необходимости износа огнеупоров.
Коэффициент переноса, который определяется скоростью переноса через слой, а толщина
слоя зависит от состава и температуры шлака, а также от количества шлака или расплава,
перемешиваемых внутри конвертера. При интенсивном перемешивании слой раздела огнеупор /
шлак «вымывается».
Простейшая модель для коррозии огнеупора: Пример контролируемой растворением коррозии шлаком
представлен на рисунке 2.44b.
80
Быстрое
растворение
магнезиальных
скоплений в
шлаке
Содержание MgO (%) в шлаке
Более медленная
коррозия мелкой
матрицы с
высоким
содержанием
углерода
Крупное зерно магния
(электроплавленное > крупный
макрокристалл)
Интенсивность
коррозии
сопровождалась поглощением MgO в
шлаке.
Насыщение шлака MgO
Это
контролируется
уровнем
недостаточного насыщения MgO
шлака и уменьшается до нуля, когда
шлак насыщается MgO (от 20 до 23%
для этого состава шлака)
Лабораторный тест
74 [SiO 2 / [Ca)] =
0,9
1630°C
Время (мин)
Рис. 2.44b: Модель коррозии огнеупоров: контролируемое растворение шлака
предоставлена Shinagawa Refractories Co. Ltd.
81
На рис. 2.45 приведена сводка основных параметров процесса растворения шлака.
Взаимодействие ТМХ анализов
ХИМИЧЕСКИЙ
Высокая
температура
Химическое
растворение
Химическое
проникновение
Ускоренная
коррозия
Высокая дельта Т
Механическое
истирание
Скалывание
секции
Механическое
воздействие
ТЕРМИЧЕСКИЙ
МЕХАНИЧЕСКИЕ
Рис. 2.45: Коррозия огнеупора: основные параметры процесса
Еще раз обратите внимание, что все три фактора (температура, химический состав и механический износ)
участвуют в процессе.
82
В реальных ситуациях все не так просто, поскольку коррозия никогда не приводит к растворению одного
твердого оксидного вещества. Структура огнеупорного материала сложна:
содержит поликристаллические агрегаты с примесными фазами на границах кристаллов.
содержит мелкую матрицу из смеси разных фаз и разной пористости.
Коррозия происходит на поверхности, но шлак может проникнуть в огнеупор, создавая содержащий
жидкость реакционный слой. Такой мягкий слой может разрушаться под действием сил трения вследствие
перемешивания расплава.
Все вместе, и хотя и сложные, множественные параметры процесса обычно контролируют растворение и
эрозию огнеупоров:
Состав шлака (из-за недостаточного насыщения шлака, возможного образования нового твердого вещества
и вязкости шлака)
Температура расплава: действует по тем же параметрам.
По мере повышения температуры износ увеличивается в геометрической прогрессии, как показано на
рисунке 2.46.
Износ
Температура
Рис. 2.46: Соотношение коррозионного износа и температуры
Перемешивание расплава: влияет на скорость диффузии, а также на воздействие эрозии
Скорость движения шлака
Шлак, который просто находится в неподвижном состоянии рядом с кирпичом, будет испытывать
меньший износ по сравнению со шлаком, который перемешивают с аргоном. Свежий шлак
постоянно поступает к поверхности кирпича.
Низкая скорость - уменьшение коррозионного воздействия шлака
Высокая скорость - увеличение коррозионного воздействия шлака
Пример для стального ковша показан на рисунке 2.47. В положении 4-5 часов наблюдается самая высокая
скорость движения шлака. Оба механизма износа взаимодействуют, перемешивая аргон и электрод при
нагреве УДМ.
Аргоновая вставка
Электрод
Рис. 2.47: Пример среднего значения скорости движения шлака в стальном ковше
83
Время
Чем дольше шлак там осаждается, тем выше износ
Вот почему многие компании также контролируют время задержки, а не только количество плавок.
Площадь поверхности
Те же теории, что сахарная пудра против сахарного кубика
Чем больше площадь поверхности огнеупора, которая подвергается воздействию, чем больше она
беззащитна, тем больше она подвергается действию коррозии.
Толщина шлакового покрытия
Шлак образует покрытие вблизи поверхности кирпича и будет действовать в качестве защитного
слоя, как показано на рисунке 2.48.
Шлаковое покрытие и кирпич имеют разные коэффициенты теплового расширения. При
теплообмене проникшие слои могут отколоться.
Шлак
Шлаковое покрытие
Кирпич
Риск растрескивания и
скалывания
Рис. 2.48: Шлаковое покрытие на поверхности кирпича, выступающее в качестве защитного слоя
Вязкость шлака
Вязкость — это мера сопротивления жидкости, которая деформируется под действием напряжения
сдвига или растяжения. В повседневном смысле вязкость — это «густота» жидкости, т. е.
«разжиженность», имеющая более низкую вязкость, а мед «густой», имеющий более высокую
вязкость.
Разжиженные шлаки подвержены сильным воздействиям; все огнеупоры имеют пористость ~ 7-10%
в кирпиче, и они уязвимы
Густой и липкий: меньше воздействия
На коррозию огнеупоров также влияет чувствительность основных семейств огнеупоров к различным
химическим свойствам шлака.
В качестве упрощенного подхода в таблице 2.4 показаны общие тенденции устойчивости к коррозии
основных огнеупорных композиций:
Огнеупоры, обогащенные глиноземом, не противостоят окисленным шлакам (обогащенным FeO и
MnO), однако огнеупоры на основе магния работают намного лучше.
Огнеупоры, обогащенные глиноземом, устойчивы к шлакам, обогащенным кремнеземом
(эквивалент кислых шлаков), а огнеупоры на основе магния - нет. Вы можете видеть это на
предыдущих микроснимках, показывающих растворение магния в шлаке SiO 2 -CaO.
Огнеупоры, обогащенные глиноземом, не сопротивляются шлакам, обогащенным CaO
(эквивалентно основным шлакам), но огнеупорам на основе магния и долома (эквивалентно
основным огнеупорам) им получается намного лучше. Однако огнеупоры на основе доломов не
выдерживают окисленных шлаков, поэтому они не могут использоваться в ОКК, где шлаки
являются основными, а также окисленными. Такие шлаки требуют огнеупоров на основе магния.
84
Таблица 2.4: Общие тенденции совместимости шлаков и огнеупоров
Тип огнеупорного
Основной компонент шлака
материала|
FeO, MnO
SiO2
AL2O3
CaO
Низкоглинозёмис Плохой
тый
Высокоглиноземи Обедненный
стый
МагниевоПодходящий
хромный
Магний
Хороший
Хороший
Хороший
Подходящий
Хороший
Хороший
Подходящий
Хороший
Подходящий
Хороший
Обедненный
Подходящий
Хороший
Магниево
углеродный
Доломит
-Хороший
Подходящий
Подходящий
Хороший
Подходящий
Подходящий
Обедненный
Хороший
85
2.6 Износ огнеупоров. Проникновение
Проникновение огнеупоров жидкими шлаками может быть столь же вредным или хуже, чем коррозия
материалов (в сочетании с теплообменом) для износа огнеупоров.
Проникновение зависит от диаметра пор огнеупора, плотности огнеупора, поверхностного натяжения
жидкости и угла смачивания.
Диаметр пор огнеупорных материалов
Большие поры всасывают в шлаке
Меньшие поры не обязательно подразумевают снижение проникновения шлака
Если поры становятся достаточно маленькими, они начинают испытывать впитывающие свойства и
всасывают еще больше шлака, как показано на рисунке 2.49.
Износ
Диаметр пор
Рис. 2.49: Связь между износом при проникновении и диаметром пор
Отметим также, что мы ищем любую пористость, которая должна быть закрытой по сравнению с открытой
пористостью, поскольку шлаку будет труднее проникать.
Закрытая пористость - когда поры не связаны с поверхностью
Открытая пористость - когда поры связаны с поверхностью
Количество связанной пористости в огнеупоре может быть измерено путем проверки его проницаемости.
Чтобы измерить проницаемость, закройте четыре стороны образца и пропустите газ под давлением через
образец, чтобы увидеть, сколько его будет проходить до другой стороны. Высокопроницаемые материалы
будут иметь более глубокое проникновение.
Плотность огнеупоров
Очень легкий материал с низкой плотностью очень плох для проникновения, потому что он
действует как губка.
Обычная тенденция, если смотреть только с точки зрения коррозии, состоит в том, что более
высокая плотность ведет к большему сопротивлению
Нам бы хотелось, чтобы материалы были очень густыми (например - как в кофейной чашке). Тем
не менее, материалы с высокой плотностью, с низкой пористостью имеют тенденцию к
растрескиванию и раскалыванию, поскольку они хрупкие.
86
Поверхностное натяжение жидкости ( )
Более высокое поверхностное натяжение жидкости будет с меньшей вероятностью давать
прилипать к кирпичу и предпочтительнее материала низкого поверхностного натяжения, как
показано на рисунке 2.50. В этом отношении можно повлиять на конструкцию шлака в
сталелитейном цехе.
* Желательно
Не будет
прилипать к
кирпичу.
Высокая
Низкая
Поверхность
огнеупора
* Не желательно
Покроет
огнеупор и
проникнет
Например,
ртуть
Низковязкие
шлаки
Рис. 2.50: Влияние поверхностного натяжения жидкости на проникающий износ
87
Контактный угол смачивания
На рисунке 2.51 показан угол смачивания жидкости на поверхности.
Рис. 2.51: Угол смачивания жидкости на поверхности
Проникновение и циклическое температурное воздействие
Пропитка огнеупоров жидкими шлаками в сочетании с термоциклированием приводит к отколу, как
показано на изображении ковша на рисунке 2.52. Минимизация глубины проникновения является ключом к
успеху в предотвращении этого механизма износа.
Рис. 2.52: Откол, вызванный проникновением жидкого шлака, в
сочетании с термическим циклированием
88
2.7 Взаимодействие ТМХ анализа с проектированием по
правилу выходного дня и анализом обломков
В этом последнем разделе этой главы рассматриваются три ключевых темы:
1. Взаимодействие ТМХ анализов
2. Проектирование по правилу выходного дня
3. Анализ «обломков»
Обзор всех трех тем поможет все обобщить и, по существу, оставит одну тему, чтобы они могли понять то, о
чем мы говорили в первой части, что ключом к отбору огнеупорного материала должен сначала быть
вопрос: «В чем проблема»? Проблему с каким износом вы пытаетесь решить после того, как цели были
определены в главе 1.
1. Взаимодействие ТМХ анализов
Для всех существующих проблем с огнеупором или любых новых установок, которые проектируются,
полный ТМХ анализ является первым шагом, который мы должны сделать, и мы рассмотрели ключевые
компоненты диаграмм первого раздела с деталями ключевых механизмов термического, механического и
химического износа. Давайте теперь рассмотрим взаимодействия между этими явлениями, как показано на
рисунке 2.53.
Взаимодействие ТМХ анализов
ХИМИЧЕСКИЙ
высокая
температура
Химическое
растворение
Химическое
проникновение
Ускоренная
коррозия
Высокая дельта Т
Механическое
истирание
Скалывание
секции
механическое
воздействие
ТЕРМИЧЕСКИЙ
МЕХАНИЧЕСКИЙ
Рис. 2.53: Диаграмма взаимодействий ТМХ анализов
На самом деле эта диаграмма, хотя и беспорядочная, намного лучше отражает то, что на самом деле
происходит в процессе эксплуатации, с множеством взаимодействий и никогда без одного единственного
механизма износа.
Хорошим примером был бы шиберный затвор ковша:
Высокая абразивная среда со скользящими огнеупорными поверхностями
Высокая степень теплового ударного воздействия от заливки стали до отключения
Высокая степень химического воздействия паров кальция для кальциевых сталей
Поэтому, если мы хотим разрабатывать для истирания и использования очень твердые и прочные
материалы, мы быстро потерпим неудачу в случае теплового воздействия, поскольку нам нужны мягкие,
гибкие материалы. Если мы проектируем строго для теплового ударного воздействия, то истирание быстро
изнашивает пластины. Если мы попытаемся использовать очень плотный материал с небольшим размером
пор для коррозии или использовать материал магнезиального типа, пластина не выдержит теплового удара,
или двух, в процессе воздействия высокой температуры! Не существует идеального ответа, и изменчивость
процесса в цехе от плавки до плавки и изо дня в день добавляет дополнительные проблемы.
Так что же нам делать? Мы идем на компромисс, мы поддерживаем баланс. Мне нравится сравнивать его
со сказкой «Златовласка и три медведя» - это сбалансированный подход.
89
Другим хорошим примером проблемы является противоударное уплотнение стального ковша. Dofasco
представила работу в этой области, а разделы статьи показаны в таблице 2.5, в которой описана сложность
механизма износа и взаимодействия ТМХ.
Таблица 2.5: ТМХ анализ для стального противоударного уплотнения стального ковша
Тип
Термический
Механическ
ие
Механизм
износа
Высокая
температура
Термоциклиро
вание
Описание
Ударное
воздействие
Истирание
Химический
Сталь
Химическое
воздействие
Воздействие
шлака
% плавок выявлено при >1640 ° C
широко используемые подогреватели ковшей и крышки в цехе
ковши
в среднем плавок в день
сила воздействия выпуска металла: комбинация высоты /
угла выпуска и времени, которое требуется для создания
лужи жидкости, которая будет смягчать удар падающей
струи.
% времени, когда операторы производят выпуск металла
напротивоударное уплотнение стального ковша.
в ковшах идет перемешивание с аргоновыми пробками на всех
плавках
время пребывания в ковше варьируется (последняя пробка, чтобы
начать
литье)
% плавок с низким содержанием углерода, алюминий раскислен
% плавок - кальций-кремний, обработанный конечным
кальцием в стали 30 част./млн.
химический состав синтетического шлака и текучесть;
необходимо использовать шлак, который останется на дне
после литья
время нахождения шлака на дне варьируется от 2 до 15
минут, в зависимости от наличия крана
Рис. 2.54 представляет собой схематическое изображение износа на пяти ступенях (новой для
растрескивающего износа) для дна ковша перед литьем. Подробное описание механизма износа
представлено в таблице 2.6.
Стадия 1 – Новая подина / Поверхность
Стадия 2 - Образование вертикальных трещин формируется силой струи металла и температурой,
а также характеристиками теплового расширения /
сжатия
Стадия 3 - Шлаковая инфильтрация трещин и дна,
образованная текучестью шлака, химическим
составом и распределением пор по размерам на
поверхности. Минимизация количества и размера
трещин помогает.
Стадия 4 - Образование горизонтальных трещин
формируется несоответствием характеристик
расширения и прочностных свойств, проникающих
и непроникаемых слоев
Стадия 5 - Отколы / слябы - трещины сливаются и
большие участки, обычно толщиной 25-100 мм и
диаметром до 250 мм, откалываются от подины
Рис. 2.54: Механизм износа подины сборного ковша
90
Таблица 2.6: Описание механизма износа в сборной подине ковша в Dofasco
Стадия
Описание стадии
Новая подина /
поверхность
Новая подина доставлена в
Dofasco и готова к установке,
или новая поверхность была
выставлена в процессе.
Стадия 1
Образование
вертикальной трещины
Стадия 2
Инфильтрация шлака
Стадия 3
Основные рабочие
параметры,
влияющие на эту
стадию
Предполагается
правильная сушка и
предварительный
нагрев
Подина вводится в
эксплуатацию, и после 1-15
плавок (в зависимости от
материала подины) в области
противоударного уплотнения
образуются вертикальные
трещины. Трещины выглядят
как «футбольная сетка»,
количество и размер ячеек
также зависят от материала.
Сила струи металла
является ключевой
(см. рис. 2.39) высота падения
струи, угол наклона
и время для
заполнения
жидкостью являются
ключевыми
параметрами
Шлак осаживается на подине
ковша и начинает проникать в
трещины и саму поверхность.
Глубина проникновения
основана на минералогии
используемого огнеупора и
распределении пор по размерам
в материале.
Текучесть шлака и
химический состав.
Высоковязкие
шлаки с
минимальным
количеством оксидаплавня не
проникают в подину
ковша.
Основные параметры материала,
влияющие на эту стадию
•
•
•
•
Более низкий коэффициент расширения
материалов
Материалы с низким постоянным
линейным изменением
Материалы с меньшим коэффициентом
прочности и эластичности
Материалы с повышенной
разрушаемостью, которые
деформируются ползучестью при
рабочих температурах
Ключевым моментом здесь является
определение спецификации подины,
содержащего магний, а не только шпинель,
поскольку магний связывает проникающий
шлак быстрее, чем шпинель. Это связано с
тем, что шпинель должна сначала
отсоединить магний, прежде чем он сможет
реагировать со шлаком, свободный магний
может реагировать немедленно. Реакция
шлака, которая герметизирует поверхность
дна Dofasco, была определена с помощью
микроскопа и приведена ниже:
FeO + MnO + Al2O3 + MgO
= (Fe, Mn, Mg)O- Al2O3…сложная
шпинель
(1)
Это сложное образование шпинели является
обширным и закрывает поры горячей
поверхности для большего проникновения
шлака. Обратите внимание, что проблема со
свободным магнием заключается в том, что,
если она не добавлена в правильном
количестве и пропорции, и с правильными
добавками, это приведет к микротрещинам в
материале. Основными способами улучшения
стойкости к проникновению шлака является
разработка правильной структуры и
распределения пор по размерам в материале.
Обратите внимание, что эти параметры
соответствуют рабочей температуре.
Образование
горизонтальных
трещин
Стадия 4
Из-за несоответствия в
коэффициентах расширения,
прочности материала и
модуля упругости, а также
изменениях температуры в
подине во время
эксплуатации, начинают
образовываться трещины
между зонами
проникновения и зонами дна,
защищенными от
проникновения.
Скалывание /
растрескивание
подины
Вертикальные трещины и
горизонтальные трещины
соприкасаются, и крупные
участки дна, толщиной 25-100
мм, диаметром до 250 мм,
начинают откалываться /
отслаиваться от подины.
Стадия 5
Термоциклирование
дна
91
Невозможно контролировать, минимизация
проникновения шлака минимизирует толщину
этого слоя.
Как видите, проблемы чрезвычайно сложны, и это заставляет проектировщика / специалиста по отбору
огнеупоров идти на важные компромиссы. Давайте вспомним о трех ключевых правилах, которые
применимы в конструкции / отборе огнеупоров:
1. Вы никогда не сможете выбрать / разработать идеальное решение, но вы можете быть оптимальным!
Если вы все-таки найдете оптимальное решение, параметры работы изменятся, и вам придется начинать
процесс заново!
3. Это всегда будет интересно!
2. Проектирование по правилу выходного дня
Выражение «по правилу выходного дня — это просто конструирование, которое в основном пытается
сосредоточиться на учете наихудших сценариев и сохранении присутствия полного риска.
Если вы разрабатываете применение, основанное на средних температурах, средней дельте T, среднем
химическом составе и т.д., оно будет подвержено преждевременному провалу. Наихудший сценарий для
сталелитейного завода обычно случается в субботу вечером, когда надзор ослабевает, а операторы
вынуждены производить сталь - такие вещи, как «горячие плавки» с температурой отвода 1700 ° C или
перегретые шлаки и т. д., как правило, требуют присутствия.
При проектировании это необходимо учитывать. Один мудрый старый гуру в области огнеупоров однажды
сказал: «Если вы смоделируете субботний вечер, остальная часть недели будет в порядке!»
3. Анализ «обломков»
Этот раздел является первым «советом или рекомендацией» из многих, которые следует соблюдать в
каждой из глав. Этот может быть самым важным.
Специалист по отбору огнеупоров никогда не сможет достичь оптимальной конструкции / стоимости, если
не захочет испачкаться!
Чтобы по-настоящему понять механизмы износа, вы должны быть готовы перерыть груды мусора в
сталелитейном цехе. Лазерный анализ толщины гарнисажа стального ковша покажет вам степень износа, но
если вы попадете в ковш, вы найдете гораздо больше. Если вы выдолбите кирпич или два отбойным
молотком, монтировкой или кирпичным молотком, вы, возможно, заметите:
Мягкость кирпича от окисления связки, которую вы можете почувствовать, когда выкапываете его
Белая задняя поверхность от окисления газами, поступающими на обратную сторону во время
предварительного нагрева и / или во время циклического процесса
Вертикальные, горизонтальные трещины - сколько? Где? Как глубоко от горячей лицевой стороны?
Углы по всей поверхности?
Проникновение шлака/стали в стыки
Глубина проникновения шлака (мелкого / крупного)
Растворение матрицы или зерен или того и другого
Все это скажет вам в десять раз больше о механизме износа, чем любое изучение данных или компьютерный
анализ процесса. Это также дает вам ключи для дальнейшего созидания!
Глава 3
93
3.0 Отбор - обзор сырья
Почему сырье так необходимо для отбора огнеупорных материалов? Почему мы уделяем ему так много
внимания? На рисунке 3.1 представлен общий обзор эксплуатационных качеств огнеупоров, и видно, что
стойкость футеровки строится на основе сырья. Установка и производство могут усугубить ситуацию, но не
могут исправить или улучшить производительность, если вы начнете с некачественного сырья.
ТМХ Анализ
Глава 2
Условия
эксплуатации
Целевой
показатель
износа
Глава 1
Сырье
Глава 3
Техника
производственной
установки
Глава 4
Текстура и свойства
огнеупорных
материалов
Глава 5
Стойкость
футеровки
90 % нет
взаимосвязи
Стандартное
тестирование
Рис. 3.1: Обзор основных эксплуатационных характеристик огнеупоров
Обратите внимание, что большинство поставщиков не хотят говорить о своем сырье, думая, что это
собственный секретный рецепт (например, Coca-Cola или Kentucky Fried Chicken), однако, действительно
полезное групповое обсуждение между сталелитейным заводом и производителем огнеупоров может
начаться только с акцентом на эту область. Сталелитейные заводы, которые действительно добились успеха
в этом отношении и совместно разработали материалы, изготовленные по индивидуальному заказу,
работали на основе этой модели. Обратите внимание, что это должно быть осуществлено вместе с
персоналом НИОКР огнеупорных материалов, а не с торговым персоналом, потому что они обычно не
имеют глубоких знаний для таких обсуждений, это схематически представлено на рисунке 3.2.
Мы хотим пробиться сквозь «толщу шелухи» и напрямую обсудить с НИОКР технические предпосылки о
том, почему какой-то материал лучше или хуже, из чего он сделан, и использовать механизмы, о которых
нам не могут рассказать специалисты по продажам и маркетингу.
Маркетинг
Продажи
НИОКР
Заказчик стали
Рис. 3.2: Представление отношений между заказчиком и поставщиком для улучшения огнеупорных
характеристик
На этом этапе я кратко расскажу о стандартных испытаниях, но представлю более детальное рассмотрение в
главе 5. Стандартные испытания, такие как ASTM, ISO подходят только для базовой информации, такой как
плотность, пористость, определение прочности при холодном раздавливании и т.д. Эти показатели только
указывают вам на то, как будет себя вести идеальный образец в лаборатории при комнатной температуре
или заданной температуре в одномерном тестовом режиме и не смогут показать, что произойдет в процессе
эксплуатации.
Когда речь идет об огнеупорной смеси, торкрет-массе и т.д., различия в качестве установки значительно
перевесят лабораторное моделирование и снова создадут ложное впечатление о реальных характеристиках.
94
Обратите внимание, что для утверждения «стандартного» теста ASTM и т.д. может потребоваться 7–10 лет,
поскольку конечным пользователям, производителям, университетам и поставщикам сырья трудно
договориться о том, как это следует делать. Кроме того, они не сообщают вам, что произойдет в процессе
эксплуатации.
Также обратите внимание на то, что существуют некоторые хорошие прогнозы для применений в
нефтехимической промышленности, которые имеют более низкие температуры и более
стандартизированные условия, которые можно было воспроизвести. Между стандартными испытаниями и
эксплуатационными характеристиками футеровки в сталелитейной промышленности практически нет
корреляции (~ 90% без связи). Слишком сложно восстановить окружающую среду, такую как шлак, цикл,
время и т.д.
Однако это руководство для «странных» вещей. Например, если вы запросите ценовое предложение и у
трех или четырех поставщиков есть кирпич с CCS 300 МПа, а у одного поставщика CCS 100 МПа, это
покажет, что что-то не верно.
Сырье
Напоминание о том, что огнеупоры являются минералами, которые могут составлять ~ 40-80% от стоимости
огнеупорной продукции (кирпич против монолита) и что поставщики стали неохотно предоставляют сырье
(или дают нам возможность говорить с техническим персоналом), потому что тогда мы получаем более
глубокие сведения об их ценообразовании. Тем не менее, я хотел бы повторить, что эти знания являются
ключом к успеху в отборе огнеупоров для самой низкой ССВ. Наиболее успешные области ССВ — это
когда мы изготавливаем изделия на заказ с нашими огнеупорными аналогами НИОКР, включая сырье,
которое позволяет нам достичь баланса между производительностью и стоимостью.
Исходные материалы с точки зрения производительности имеют ключевое значение, поскольку они
определяют точки плавления, точки размягчения, распределение частиц по размерам, распределение пор по
размерам и т.д. и должны быть известны для эффективного отбора.
На этом этапе я хотел бы повторить часть главы 2, чтобы показать, что существуют ключевые огнеупорные
материалы, которые мы будем обсуждать, исходя из их полезности при использовании огнеупоров
сталелитейного завода.
Плавильные свойства огнеупора (Пересмотрено)
Огнеупоры плавятся, и это утверждение следует различать рядом факторов:
Однофазный минерал (например, MgO)
Многофазные минералы (например, шпинель - MgO.Al2O3 )
Смесь нескольких минералов - большинство огнеупоров
Краткое изложение, с которого следует начать, заключается в том, что все огнеупоры плавятся, однако
основным вопросом остается вопрос о количестве жидкости, образующейся при определенной рабочей
температуре и плохо ли это? Я говорю сейчас загадками, но надеюсь далее прояснить это. С точки зрения
пуриста (хотя никакие используемые огнеупоры на самом деле не являются чистыми!), на рисунке 3.3a
показаны основные огнеупорные материалы и их температуры плавления.
Рис. 3.3a: Основные огнеупорные материалы и их температуры плавления (Справочник по
технологии промышленных огнеупоров)
95
На рисунке 3.3b показано, что, по существу, имеется семь из (7) ключевых оксидов, которые используются
для огнеупоров. С наиболее упрощенной точки зрения можно определить температуру процесса (например,
при выплавке стали в ОКК ~ 1650°C) и убедиться, что основное сырье не будет жидким при этой
температуре.
Говоря об этом, мы действительно должны отметить, что вы редко, или даже никогда не будете
использовать чистые материалы, поэтому лучше взглянуть на минералы, используемые в огнеупорах, как
показано на рисунке 3.3b.
Справочник по технологии промышленных огнеупоров
НАЗВАНИЕ
ОКСИДЫ
ИЗВЕСТНЯК; ОКСИД
КАЛЬЦИЯ
ПЕРИКЛАЗА; МАГНИЙ
БАДДЕЛЕИТ; ЦИРКОНИЙ
СИЛИКАТ ЦИРКОНИЯ;
ЦИРКОНИЙ; СИЛИКАТ
ЦИРКОНАТ КАЛЬЦИЯ
СЕСКВИОКСИД ХРОМА,
ХРОМ
МАГНЕЗИТО- АЛЮМИНАТ;
ШПИНЕЛЬ
ДИКАЛЬЦИЙ СИЛИКАТ
КОРУНД; АЛЬФА-ОКСИД
АЛЮМИНИЯ
ТИТАНАТ КАЛЬЦИЯ;
ПЕРОВСКИТ
МАГНЕЗИТО- ХРОМИТ;
ХРОМ ШПИНЕЛЬ
МУЛЛИТ
ФОРСТЕРИТ; СИЛИКАТ
ДИАЛЮМИНИЙ СИЛИКАТ
РУТИЛ; ДИОКСИД ТИТАНА
ДИОКСИД КРЕМНИЯ;
КРИСТОБАЛИТ
ХРОМИТ ЖЕЛЕЗА; ХРОМИТ
БЕСКИСЛОРОДНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
УГЛЕРОД; ГРАФИТ
КАРБИД ТИТАНА
БОРИН НИТРИД
НИТРИД ТИТАНА
ДИБОРИД ТИТАНА
КАРБОРУНД; КАРБИД
КРЕМНИЯ
КАРБИД БОРА
ФОРМУЛА
XLP.
°C
XLP.
°F
TAMXLAN
N
ТЕМП,°С
CaO
2927
5300
2130
MgO
ZrO2
ZrO2 SiO2
28S2
2700
2550
5165
4890
4620
2070
1960
1850
CaO ZrO2
Cr2O2
2550
2330
4620
4225
1850
1680
MgO Al2O3
2135
3875
1530
2CaO SiO2
Al2O3
2130
2054
3865
3730
1530
1470
CaOTiO2
1975
3585
1410
MgO Cr2O3
1950
3540
1400
3Al2O3 2SiO2
2MgO SiO2
Al2O3 SiO2
ТiO2
SiO2
1920
1910
1868
1857
1723
3490
3470
3395
3375
3135
1380
1370
1340
1330
1230
FeO Cr2O3
1700
3090
1210
C
TiC
BN
TiN
TiB2
SiC
3650* 6600*
3140 5685
3000* 5430*
2930 5305
2900 5250
2700* 4890*
2670
2290
2180
2130
2110
1960
B2C
2350
1700
Рис. 3.3b: Температура плавления тугоплавких веществ
96
4260
Таким образом, оставшаяся часть главы 3 будет более подробно рассматривать каждое из основных видов
сырья и их использование в огнеупорных конструкциях. Пример для MgO приведен на рисунке 3.4.
Поставщики
огнеупорных
материалов
Поставщики
сырья
Природный
источник сырья
Геология
Природный
источник
Морская вода /
Солевой раствор
Примеси
Сырье
Геологическое
образование
Определяет
уровень примесей
Например, Мертвое
море, Израиль - самое
чистое
Размер
кристалла
Имеет отношение: расплавленный материал имеет более крупные кристаллы
% расплавленный
/ полученный
спеканием
Изготовлено
Рис. 3.4: Процесс MgO, который будет использоваться в качестве огнеупорного материала
97
3.1 Обзор оксида магния (MgO)
Оксид магния, вероятно, является ключевым ингредиентом огнеупоров в сталелитейном производстве в
современном мире, и понимание его ключевых характеристик имеет решающее значение для внедрения
улучшений и соотношения цена / качество для любого сталелитейного цеха. Он имеет высокую температуру
плавления в своей самой чистой форме ~ 2800 ° C и изготавливается из минералов в грунте либо в какойлибо морской воде.
MgO никогда не встречается в природе в виде чистого оксида. Следовательно, он должен быть изготовлен,
как показано на рисунке 3.5. В таблице 3.1 показаны различные источники MgO, а в таблице 3.2
представлены некоторые примеры среднего содержания в различных солевых растворах.
Изготовленный MgO
Грунт
Вода
- 12-69% MgO в виде минералов
- 31-88% примесей
- Натуральный
- 0,1-9% MgO в виде минералов
- Означает меньше, чем наземные
источники, однако практически нет
примесей
- Основная примесь - вода
- Синтетический
Рис. 3.5: Производство сырья MgO
Таблица 3.1: Различные источники MgO
Название минерала
Идеальная формула
Периклаз, встречается редко и в
небольших количествах только
в природе
Брусит
Форстерит оливин
Магнезит
Брейнерит
Оливин
Доломит
Серпентин
MgO
Идеальное
содержание MgO
(масса-%)
100 00
Mg(OH)2
Mg2Si04
MgCOs
(Mg,Fe)(CO3)2
(Mg,Fe)2SiO4
Ca,Mg(CO3)2
(Mg,Fe)3Si2Os(OH)4
69,1
57,2
47,8
38,8
32,0
21,8
12,4
Таблица 3.2: Примеры солевого раствора и содержания MgO
Солевой раствор
Пример
Среднее содержание
MgO (масса-%)
Скважины для добычи солевого
раствора
Мичиган, США
Внутриматериковые озера/моря Мертвое море, Израиль
Континентальный высокий
Цинхай, Китай
Высотные
водоносные
горизонты
Атакама, Чили
Морская вода
Океан средний
98
9,0
4,6
2,6
1,0
0,12
Эти магнезиальные минералы превращаются в MgO для огнеупорного использования путем химической
обработки и / или их нагрева, чтобы получить чистую форму, которую мы хотим использовать. Мы не
будем углубляться в их производство, и только представим несколько основных принципов:
Магний морского происхождения чище натурального магния
Расплавленный магний чище полученного спеканием магния
Высокие уровни общих примесей оказывают негативное влияние на качество магния
Обратите внимание, что понимание значимости исходного материала является ключевым и будет более
подробно обсуждаться в разделе 5.1, однако пример типичного запроса подробных данных приведен в
таблице 3.3, и мы обсудим эти соотношения.
Таблица 3.3: Пример типичного запроса на цену сталеразливочного ковша в Dofasco
Характеристики огнеупорного кирпича сталеразливочного ковша
КВАЛИФИКАЦИОННЫЙ ЛИСТ DOFASCO
Тип
кирпича
I/ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
- используется для стойкости к шлаку и стойкости к
окислению
a/ Расплавленный магний (%)
%MgO
%SiO2
%Al2O3
%Fe2O3
%CaO
%B2O3
Размер кристалла (микроны)
Источник магния (т.е. природный, морская вода, солевой
раствор)
Страна происхождения
b/ полученная спеканием магния (%)
%MgO
%SiO2
%Al2O3
%Fe2O3
%CaO
%B2O3
Размер кристалла (микроны)
Источник магния (т.е. природный, морская вода, солевой
раствор)
Страна происхождения
Цена
Важность чистоты магния
Обратите внимание, что ключевыми
компонентами MgO являются
1) % MgO
2) Размер кристалла
3) Примеси
4) % полученный спеканием /
расплавленный
Производитель
ность
(скорость
износа)
Чистота
80
1) % MgO
100
% чистоты
Рис. 3.6: Соотношение производительности и
чистоты сырья: идеал - работать в «лучшей
зоне»
Почему нас это волнует?
Производительность, процентная чистота и цена взаимосвязаны.
Мы хотим работать в «лучшей зоне» между чистотой и ценой, как показано на рисунке 3.6.
Цель жизни (для огнеупорного инженера): найти лучшую зону!
99
Эти кривые цены / чистоты зависят от применения. Например, посмотрите на разницу между 1) нижним
кирпичом шлаковой линии (рис. 3.7) и 2) нижней центральной секцией ОКК (рис. 3.8).
a)
Нижний кирпич шлаковой линии
Если вы достигнете чистоты более 94%, производительность может не сильно пострадать
Вы будете платить существенно больше за небольшие улучшения производительности
Производительность
(скорость износа)
80
94
% чистоты
Рис. 3.7: Соотношение между производительностью и чистотой для нижнего кирпича шлаковой
линии.
b)
Нижняя центральная секция ОКК
Критическое применение с необходимостью чистоты > 98%.
Производительность
(скорость износа)
80
100
% чистоты
Рис. 3.8: Соотношение между производительностью и
чистотой для нижней центральной секции ОКК
2) Размер кристалла
Графики производительности и чистоты очень похожи на производительность и размер кристалла по
отношению к стоимости.
Размер кристаллов — это размер отдельных кристаллов внутри зерен MgO, как показано на рисунке 3.9.
Важность этого в скорости химической реакции (подумайте о сахарной пудре против кускового сахара в
кофе).
> Если бы вы добавили в кофе большой кусочек сахара, он растворился бы намного медленнее, чем
сахарная пудра.
> Эффект монокристалла MgO - шлак не может проникнуть (при условии одинаковой чистоты):
-
При ~ 1000 мкм шлак не может проникнуть или найти слабые места.
При ~ 100 мкм шлак проникает через каждую границу зерна, как показано на рисунке 3.10.
100
Размер зерна
Размер кристалла
Рис. 3.9: Связь между размером кристалла и размером зерна
Воздействие монокристаллического MgO
Модель повреждения MgO
В случае спеченного
MgO
проникновение
посторонних веществ
распознается
по
границам
поликристалла
и
вблизи
прореагировавшей
поверхности.
Монокристаллический
MgO
не
имеет
проникновения
посторонних веществ, и его
износ
почти
не
распознается.
Монокристаллический
MgO
Спеченный MgO
С разрешения Shinagawa Refractories Co. Ltd.
Рис. 3.10: Влияние монокристаллического MgO на проникновение шлака
Примеры размера кристалла / уровня чистоты MgO и его влияния на качество сырья показаны на рисунке
3.11. Вы можете видеть круглые края на кристаллах, из которых следует, что жидкость образовалась вдоль
границ зерен из-за уровней примесей. Острые прямоугольные края предполагают минимальное образование
жидкости вдоль границ зерен.
С разрешения Shinagawa Refractories Co. Ltd.
Рис. 3.11: Уровень чистоты зерен MgO: (а) острые прямоугольные края (минимальное образование
жидкости) и (б) закругленные края (большее образование жидкости)
101
3) Примеси
В отношении примесей нужно проверить три важных момента: общее количество, уровень B2O3 и
отношение C / S (или отношение известь / кремнезем).
a) Общее количество примесных соединений: Al2O3, CaO, SiO2, B2O3, FeO, Fe2O3
По мере увеличения общего количества примесей размер кристаллов уменьшается, а затем увеличивается
скорость износа, как показано на рис. 3.12.
Низкий износ
Высокий износ
0
Примеси
1
Степень износа
2
3
Рис. 3.12: соотношение между скоростью износа и примесями для зерен MgO. Числа не точны - но
такие отношения зависят и от применения.
**Числа не точны - но отношения такие (это зависит от применения).
b) % B2O3
При температурах выплавки стали (1600°C) даже при небольших количествах B2O3 (менее 0,001%)
жидкость будет образовываться при 1155°C, как показано на фазовой диаграмме на рисунке 3.13. Она
формируется вдоль границ зерен, как показано на рисунке 3.14. Таким образом, даже если у вас > 98% MgO,
это не имеет значения. Кристалл выскочит из-за слабости небольшого количества образующейся жидкой
фазы.
Используется
Американского
общества
Жидкость
Две жидкости
Рис. 3.13: Двойная фазовая диаграмма B2O3 и MgO
102
с
разрешения
керамического
На рисунке 3.15 показана взаимосвязь между скоростью износа и количеством B2O3 в зернах
MgO.
Фаза зерна MgO с B2O3 (или
>1% примесей)
Зерна MgO с B2O3 (или > 1%
примесей) плавятся раньше, чем
MgO при 1155 °C. Жидкая фаза
образуется на границах зерен
Образование жидкой фазы B2O3
(или >1% примесей) приводит к
отслоению кристалла MgO
Рис. 3.14: Образование жидкости на границах зерен MgO в присутствии B2O3
Низкий износ
Высокий износ
0
1
Степень износа
2
B2O3
3
Рис. 3.15: Соотношение между скоростью износа и количеством B2O3 в зернах MgO (цифры не точные,
но соотношение такое)
103
Следует отметить, что при использовании специальных добавок в кирпиче MgO-C (например, B4C3, MgB2)
необходимо использовать только небольшое количество, которое приведет к образованию жидкости и
нанесению покрытия на графит. Если вы используете слишком много добавок, MgO будет разрушен.
Соотношение сырье/катализатор
Соотношение извести и диоксида кремния должно быть больше или равно 2, чтобы достичь только твердой
фазы, как показано на тройной диаграмме на рисунке 3.16. Соотношение может быть меньше 0,2, но это не
распространено.
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 3.16: Тройная диаграмма CaO-Al2O3-SiO2
Рис. 11323-Система CaO-Al2O3-SiO2. Оптимизирован
G. Eriksson, A.D. Pelton, Metall. Trans. B. 24B{5] 807-816 (1993).
104
% полученные спеканием / расплавленные зерна
Существует два типа зерен - полученные спеканием (нагретые для частичного плавления, как показано на
рисунке 3.17) и расплавленные (полностью расплавленные и охлажденные с образованием кристаллов).
+ Нагрев
Насадка
Поры
Граница зерна
Рис. 3.17: Схематическое изображение полученного спеканием зерна MgO
105
Основная сводка показана в таблице 3.4:
Таблица 3.4: Краткое изложение различий между полученным спеканием и расплавленным MgO
Полученный спеканием
Расплавленный
Температуры
1200°C (ниже чем
расплавленный)
2500°C (с использованием ДСП)
Примеси
Расплавленный
Расплавленный
Форма кристалла
Круглые края
Острые края
Источник сырья
Грунт
Морская вода
Проникновение шлака
Больше возможностей для
химической коррозии
Меньше возможностей для
химической коррозии
% примесей
Причина, по которой это имеет решающее значение, та же, что обсуждалась ранее с размером кристалла чем больше кристалл, тем выше скорость износа, как показано на рисунках 3.18 и 3.19.
Размер кристалла
Рис. 3.18: Соотношение примесей и размера кристаллов
Проникновение шлака
(а) Меньшая площадь поверхности для коррозии,
меньшая вероятность химической коррозии
(б) Большая площадь поверхности для коррозии,
большая вероятность химической коррозии
Рис. 3.19: Проникновение шлака (представьте, что конец изображения - поверхность) - Различия в
атаке размера кристалла: (а) небольшая площадь поверхности и (б) большая площадь поверхности.
С разрешения Shinagawa Refractories Co. Ltd.
Таким образом обобщается ключевой ингредиент огнеупоров в сталелитейном производстве в современном
мире, и понимание его основных характеристик имеет решающее значение для улучшений и соотношения
цена / качество для любого сталелитейного цеха.
106
3.2 Обзор алюмосиликатов (Al2O3-SiO2)
Алюмосиликаты намного сложнее, чем магний, поскольку на фазовой диаграмме представлен широкий
спектр минералов, как показано на рис. 3.20, которые создают ряд минералов, используемых в огнеупорах.
Из фазовой диаграммы Al2O3-SiO2 мы можем разбить группу на четыре ключевых раздела:
Кремнеземистые огнеупоры
Низкие глиноземные огнеупоры
Высокие глиноземные огнеупоры
Чистые глиноземные огнеупоры
Каждый из них будет подробно обсуждаться в следующих разделах.
Жидкость
Используется с разрешения Американского керамического общества
Рис. 3.20: Al2O3-SiO2
Система SiО2-AI2О3. Бинарное фазовое равновесие. (vA) Ближняя муллитная область равновесия ssAI2О3-жидкость (эта работа); (B) пересмотренная двойная фазовая диаграмма.
F.J. Klug, S. Prochazka, R.H. Doremus, J. Am. Ceram. Soc., 70 [10] 750-759 (1987).
107
Кремнеземистые огнеупоры
Из рисунка 3.20, если мы начинаем с дальней левой стороны, мы имеем диоксид кремний, который
используется в качестве огнеупорного материала, главным образом, в коксовых печах и печах с
форсированной тягой. В чистом виде он имеет температуру плавления ~ 1700 ° C, но небольшие количества
глинозема быстро сбрасывают его в эвтектический сплав при температуре чуть ниже 1600 ° C.
Как обсуждалось в главе 2, основная специфика кремнезема - его чрезвычайно сложные фазовые изменения
с соответствующим расширением, которое может разрушить огнеупор во время нагревания и охлаждения,
как видно на рисунке 3.21.
Справочник по технологии
промышленных огнеупоров
Рис. 3.21: Фазовые переходы и плотность SiO2
Другим ключевым моментом, который следует упомянуть, является использование плавленого кремнезема в
качестве специализированного продукта, который является кремнеземом, нагретым до температуры выше
2000 ° С, который по существу переходит в стеклообразную фазу с почти нулевым тепловым расширением.
Это может быть реальным преимуществом в применениях без шлака (например, электродные муфты УДМ).
108
Низкие глиноземные огнеупоры
Огнеупоры с низким содержанием глинозема слабо определяются как огнеупоры, содержащие <50%
глинозема, как показано на рисунке 3.22 (ключевая эвтектика - первая жидкость при 1600 °C).
Низкоглинозёмистый
Печатается с разрешения Американского керамического общества
Рис. 3.22: Двойная фазовая диаграмма Al2O3-SiO2, представляющая площадь огнеупоров с низким
содержанием алюминия
Сырьем для производства этих продуктов являются глины (смесь Si, O, Al, OH). Например:
Каолинит (Al2O3.2SiO2.2H2O)
Пирофиллит (Al2O3.4SiO2.H2O)
Монтомориллонит (Al2O3.4SiO2.6H2O)
Для создания необходимых минералов сырье сначала нагревают для удаления воды, а затем образуют смесь
кремнезема + муллита, как показано на фазовой диаграмме (рис. 3.22).
Кирпичи или бетоны, изготовленные таким способом, как правило, используются в условиях низких
температур и называются «огнеупорной глиной». (В сталелитейном производстве они могут быть найдены в
производстве чугуна или в изоляции). Обратите внимание, что из-за правил по свободному кремнезему
количество этих материалов в последние годы уменьшилось.
Высокие глиноземные огнеупоры
Огнеупоры с высоким содержанием глинозема слабо определяются как огнеупоры, содержащие от 50 до
90% глинозема, как показано на рисунке 3.23 (ключевая эвтектика при 1830°C).
109
Высокоглиноземистый
Печатается с разрешения Американского керамического общества
Рис. 3.23: Двойная фазовая диаграмма Al2O3-SiO2, представляющая площадь огнеупоров с высоким
содержанием алюминия
Я предпочитаю относить их в две категории:
1. Глиняные материалы (50-70% глинозема с кремнеземом)
Сырьем для производства этих продуктов является группа силлиманита, которая имеет три полиморфа с
одинаковой химической формулой (Al2O3.2SiO2) - силлиманит, андалузит и кианит.
Для создания необходимых минералов сырье нагревают, чтобы снова образовать смесь кремнезема +
муллита, но в основном муллита, как показано на фазовой диаграмме. Следует отметить, что минеральный
андалузит имеет тенденцию к более низкому тепловому расширению, чем другие минералы, и используется
в тех случаях, когда существует проблема теплового удара (стальные бочки для ковшей).
Изготовленные таким образом кирпичи или огнеупорные смеси, как правило, используются при
применениях среднего температурного диапазона, например, в ковшах для заливки чугуна, разливочных
станках и иногда в стальных бочках в ковшах с более низкой температурой выпуска металла.
Обратите внимание, что муллит не образуется естественным путем, но его можно сцементировать или
расплавить до его наиболее стабильной формы при 72% Al2O3. Поставщики расскажут о продуктах на
основе муллита такого типа.
2. Материалы на основе гидрата оксида алюминия (~ 58-80% оксида алюминия, но <1% оксида кремния)
Сырьем, используемым для производства этих продуктов, являются семейства бокситов или диаспор,
которые представляют собой вариации одной и той же химической формулы (Al2O3.H2O) с различными
уровнями содержания структурной воды.
Для создания необходимых минералов их нагревают, чтобы снова образовать смесь глинозема + муллита +
стекла, но в основном муллита, как показано на фазовой диаграмме.
Тем не менее, для большинства металлургических применений используется более высокая форма оксида
алюминия, либо коричневого расплавленного глинозема, белого расплавленного глинозема, либо
полученного спеканием / табулярного глинозема, как видно на рисунке 3.24.
110
Кальциниров
анный
глинозем
Нагрев –
1200°C
Боксит
полученный
спеканием /
табулярный
глинозем
Нагрев Электрослия
ние
NaOH /
процесс Баера
коричневый
электрокорунд
Нагрев Электрослияние
Нагрев –
1800°C
Чистый
Средний дорогой
ассортимент
Можно использовать в
лучших условиях
Белый
расплавленный
глинозем
Содержит примеси
Более дешевый
-Можно использовать в
более низких условиях
Наиболее чистый
Самый дорогой
Используется в самых сложных
условиях
Рис. 3.24: Технологическая схема производства различных агрегатов на основе глинозема и их
применение
Изготовленные таким образом кирпичи или огнеупорные смеси, как правило, используются в
высокотемпературных применениях, таких как стальные бочки и днища ковшей, огнеупоры для литейных
цехов и т.д. Для достижения оптимальной производительности важно знать, какое сырье используется.
Процентное содержание глинозема в зависимости от производительности
Производительность глинозема может значительно варьироваться в зависимости от широкого выбора сырья.
Например, для кирпича из 70% глинозема, который я видел, производительность сталеразливочного ковша
варьируется от 50 до более 100 плавок с одинаковыми упрощенными техническими данными поставщика, в
которых говорится, что 70% глинозема / 30% кремнезема.
Таблица 3.5 показывает пример того, сколько вариаций вы можете сделать, чтобы получить 70%
глиноземного кирпича, но это лишь незначительный расчет. Можно сделать много вариаций, и все с
разными точками плавления, разным размером частиц и т.д., что приводит к значительной вариативности
характеристик. Вот почему вы можете указать свои листы технических данных, а не использовать
предоставленные поставщиками.
Таблица 3.5: Примеры вариантов сырья для некоторых спецификаций 70% кирпича Al2O3.
Сырье
Al2O3
Другое
SiO
2
Глина 1
Глина 2
Андалузит
Муллит 1
Муллит 2
Боксит 1
Боксит 2
Коричневый
расплавленный
глинозем
Белый расплавленный
глинозем
Табулярный глинозем
41
48
61
70
75
88
89
93
56
48
37
27
21
6
5
2
3
4
2
3
4
6
4
5
99
0,2
0,8
99
0,2
0,8
Комбинации для 70% глинозема
100% муллит № 1
Комбинация № 1
85% муллита № 2/15% глины 1
Комбинация № 2
35% боксита № 1/65% андалузита
Комбинация № 3
30% коричневый расплавленный оксид
Комбинация № 4
алюминия / 70% андалузита
111
Чистые глиноземные огнеупоры
Чистые глиноземные огнеупоры обозначены как огнеупоры > 90% глинозема, как показано на рисунке 3.25.
Печатается с разрешения Американского керамического общества
Рис. 3.25: Двойная фазовая диаграмма Al2O3-SiO2, представляющая площадь огнеупоров с чистым
содержанием алюминия.
Обратите внимание, что огнеупоры этого типа используются только в условиях сильного износа с
небольшим термическим циклом, потому что на этом уровне глинозема они имеют тенденцию быть очень
хрупкими и склонными к растрескиванию и тепловому удару.
112
3.3 Углерод - Обзор графита (C)
В огнеупорах используются три вида углерода - графит, связующие и порошки; однако мы будем обсуждать
только графит в этом разделе и оставим смолы, пек, связующие вещества и порошки для раздела 3.6.
Углерод является четвертым наиболее распространенным элементом во вселенной по массе и 15-м наиболее
распространенным элементом на земной коре. Он имеет химический символ C и является неметаллическим
(однако он может действовать как металл при проведении тепла и электричества).
Он имеет множество форм в природе, от угля до алмазов, как показано на рисунке 3.26.
Рис. 3.26: Различные формы источников углерода
Графит также является ключевым ингредиентом огнеупоров в сталелитейном производстве в современном
мире, и понимание его ключевых характеристик имеет решающее значение для внедрения улучшений и
соотношения цена / качество для любого сталелитейного цеха.
Он имеет высокую температуру плавления в своей наиболее чистой форме ~ 3680 °C и образован из
углерода, как показано на рисунке 3.22, как естественным, так и синтетическим путем.
Элементарный
углерод
Кристаллич.
Алмаз
Некристаллич.
Графит
Природный
графит
Синтетический
графит
Рис. 3.27: Различные формы источников графита
Углерод используется в огнеупорах благодаря:
Высокой температуре плавления
Высокой коррозионной стойкости и отсутствию жидкотекущего шлака
Высокой термостойкости
Недостатком углерода является его низкая стойкость к окислению (особенно при
температурах выплавки стали) и его поглощение жидкой сталью (особенно при
производстве сверхнизкоуглеродистых сталей).
Одна из самых интересных вещей в графите — это его физическая структура,
представляющая собой серию тонких хлопьев (или блинов), сложенных друг на
друге, как показано на рисунке 3.28.
Рис. 3.28: Графит — это
физическая структура
113
Эта структура вызывает изменение свойств в зависимости от направления хлопьев. Что касается хлопьев, то
для них характерны:
Более высокая теплопроводность
Меньшее тепловое расширение
Более высокая электропроводность
Меньшая прочность («скольжение» хлопьев)
Это очень важно в огнеупорных материалах, так как производство выполняется для того, чтобы горячая
поверхность всегда была на краю хлопьев, обеспечивая минимальную площадь поверхности для
воздействия кислорода и / или шлака.
Обратите внимание, что понимание значимости сырьевого материала является ключевым и будет
обсуждаться более подробно в разделе 5.1, однако, пример конкретного запроса подробных данных
приведен в Таблице 3.6, и мы обсудим эти соотношения.
Таблица 3.6: Пример квалификационного листа Dofasco для стального ковша огнеупорного кирпича
Характеристики огнеупорного кирпича сталеразливочного ковша
КВАЛИФИКАЦИОННЫЙ ЛИСТ DOFASCO
Тип
кирпича
I/ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
- используется для стойкости к шлаку и стойкости к
окислению
c/ Графит(%)
Тип (т.е. Природный, синтетический)
Страна происхождения
Размер хлопьев
%Нелетучий углерод
%SiO2
%Al2O3
%Fe2O3
Обратите внимание, что ключевыми компонентами графита являются
1) % C / примесей
2) Размер хлопьев
Важность чистоты углерода
1) % C
Почему нас это волнует?
Производительность, процентная чистота и цена взаимосвязаны.
Мы хотим работать в «лучшей зоне» между чистотой и ценой, как показано на рисунке 3.29.
Цель в жизни (для огнеупорного инженера): найти лучшую зону!
Производительность
(скорость износа)
90
100
% чистоты
Рис. 3.29: Соотношение между производительностью и чистотой %C в графите: Идеальной ситуацией
является «лучшая зона».
114
Эти кривые цены / чистоты зависят от применения. Например, посмотрите на разницу между а) нижним
кирпичом шлаковой линии (рис. 3.30) и б) нижней центральной секцией ОКК (рис. 3.31).
a) Нижний кирпич шлаковой линии
Если вы достигнете чистоты более 94%, производительность не сильно пострадает, и вы будете платить
существенно больше за небольшие улучшения производительности.
Производительность
(скорость износа)
80
94
% чистоты
Рис. 3.30: Соотношение между производительностью и чистотой для нижнего кирпича шлаковой
линии
б) Нижняя центральная секция ОКК
Критическое применение с необходимостью чистоты > 98%.
Производительность
(скорость износа)
80
100
% чистоты
Рис. 3.31: Соотношение между производительностью и чистотой для нижней центральной секции ОКК
2) Графит - размер хлопьев
Размер хлопьев — это размер
отдельных
хлопьев
графита
(наибольшая длина хлопьев). Пример
показан на рисунке 3.32.
Предоставлена Shinagawa
Refractories Co. Ltd.
Рис. 3.32: Микроструктура хлопьев графита (увеличение х200)
115
Скорость химической реакции имеет большую значимость (подумайте о сахарной пудре против кускового
сахара в кофе).
> Если бы вы добавили в кофе большой кусочек сахара, он растворился бы намного медленнее, чем
сахарная пудра.
> Влияние размера хлопьев - Шлак не может проникнуть (при той же чистоте)
При ~ 500 мкм стойкость к окислению высокая
При ~ 100 мкм стойкость к окислению низкая
Как указывалось, ранее, размер хлопьев очень важен в огнеупорных материалах, так как производство
выполняется для того, чтобы горячая поверхность всегда была на краю хлопьев, обеспечивая минимальную
площадь поверхности для воздействия кислорода и / или шлака.
Производительность для графита по существу:
• Чем больше размер хлопьев, тем лучше рабочие характеристики (меньшее окисление, меньшая коррозия,
более высокая теплопроводность), как показано на рисунке 3.33.
Цена + размер
хлопьев
Производительность
(скорость износа)
Размер хлопьев (микроны)
Рис. 3.33: Соотношение между размером хлопьев и производительностью
Чем выше отношение ширины / толщины хлопьев, тем лучше производительность (особенно
тепловой удар)
На рисунке 3.34 представлен пример микроструктуры кирпича MgO-C. Обратите внимание, что для
специализированных применений доступен сверхтонкий графит, который, по существу, разделяет
графит на отдельные хлопья. Он дорогой, но используется для специализированных применений,
таких как наружные разливочные стаканы (станок для отливки); подовый кирпич ОКК.
25
мкм
FM: Магнезитовый
порошок
RG: Обычный графит
116
FM: Магнезитовый
порошок
FG: Чешуйчатый
графит
25
мкм
“Тонкий графит” отдельные микрогранулы магния
Поглощенное тепловое расширение магния
Предоставлен Shinagawa Refractories Co. Ltd.
Рис. 3.34: Различия в микроструктуре кирпича MgO-C с добавлением обычного и чешуйчатого
графита для специального применения
3) Общий % C, использованный в материале
Один из ключевых вопросов всегда таков: какой процент углерода необходимо выбрать для огнеупора?
На этот вопрос лучше всего ответить после краткого анекдота. Будучи молодым инженером по огнеупорам,
я хотел знать ответ на этот вопрос касательно шлаковой зоны ковшей. Поэтому я попросил одного из
поставщиков огнеупоров изготовить мне три одинаковых кирпича на основе сырья, с единственным
изменением - три уровня углерода - 5%, 10% и 15%. Все три были помещены в шлаковую линию ковша по
шесть панелей на ковш для двух ковшей с чередованием. (Это сделало меня популярным среди технологов,
но не очень популярным среди каменщиков!)
Результаты были поразительны тем, что общая скорость износа была статистически одинаковой для всех
трех уровней, однако кирпич с 5% C образовывал защитное покрытие из шлака, которое периодически
отслаивалось; кирпич с 15% С изнашивается быстрее, но не отслаивается; и кирпич 10% C находился где-то
посередине.
Сводная информация о % C основана на анализе и испытаниях ТМХ и должна определяться для каждого
процесса.
Так обобщается один из ключевых ингредиентов огнеупоров в сталелитейном производстве в современном
мире, и понимание его основных характеристик имеет решающее значение для внедрения улучшений и
соотношения цены / качества для любого сталелитейного цеха.
117
3.4 Антиоксиданты (предпочтительные
оксидообразователи)
1. Зачем их использовать?
Антиоксиданты используются в огнеупорах для защиты углерода в материале (особенно углерода в кирпиче
MgO-C) от окисления. Углерод окисляется прямо или косвенно при контакте с кислородом.
Непосредственно углерод и кислород объединяются, чтобы сформировать CO (газ) при ~ 1400 °C.
Косвенно, при температуре выше 1500°С углерод окисляется в результате реакции с MgO с углеродом,
образуя Mg (газ) и CO (газ). Обратите внимание, что если условия правильные (низкая скорость износа и
стабильные условия), то Mg может быть повторно окислен до плотного слоя MgO на горячей поверхности
кирпича, как показано на рисунке 3.35:
ПРЯМОЕ ОКИСЛЕНИЕ
С
+
02
=
2C0
НЕПРЯМОЕ ОКИСЛЕНИЕ MgO + C = Mg (пар) + CO (в ОКК при 1600°C)
Холодная поверхность
Горячая поверхность
MgO
Рис. 3.35: Непрямое окисление углерода в кирпиче MgO-C: образование плотного слоя
Обратите внимание, что антиоксиданты имеют три основные функции:
Предпочтительные оксидообразователи (вместо углерода)
Предотвратить проникновение кислорода в кирпич, закупоривая поры
Возможное повторное окисление с образованием плотных слоев вблизи поверхности
Обратите внимание, что антиоксиданты используются только в кирпиче, соединенном смолой, и не
используются в кирпиче, соединенном пеком, поскольку эффективность низкая и пек образует другую
структуру (это будет обсуждаться в разделе 3.6).
Есть четыре переменные, с которыми конструктор огнеупоров может работать:
1. Тип антиоксиданта: Al, Si, Mg, Al-Mg, B4C, MgB2, SiC
2. Количество антиоксиданта (обычно от 0 до 5%)
3. Соотношение разных типов в одном кирпиче (например, A / B и т.д.)
4. Определение размера антиоксидантов (меньше / больше - контроль скорости реакции)
В конце дня вы пытаетесь определить эффективность в сравнении с ценой, которую вы заплатите за
сочетание этих четырех переменных. Давайте сначала рассмотрим каждый тип антиоксиданта, а затем три
другие ключевые области.
2. Тип антиоксиданта: Al, Si, Mg, Al-Mg, B4C, MgB2, SiC
Алюминий (Al)
Алюминий является антиоксидантом № 1, используемым в огнеупорах в сталелитейном производстве,
потому что он эффективен и дешев (он используется везде). Наиболее эффективен до 1500 °C.
Механизм, который действует с его использованием, показан следующим образом:
Al + O2 = Al2O3
Al + C = Al4C3 (обратите внимание, что это блокатор пор).
Вторая реакция в присутствии MgO:
Al + O2 + MgO = Al2O3.MgO (шпинель) – используется реже.
118
Есть недостаток в использовании Al: когда образуется карбид алюминия, особенно в присутствии какойлибо влаги, происходит значительное расширение с соответствующими трещинами и износом материала.
Для футеровок, которые используются периодически, это может быть проблемой.
Кремний (Si)
Кремний является вторым антиоксидантом, наиболее часто используемым в огнеупорах в сталелитейном
производстве, потому что он также эффективен и дешев (он используется везде). Он наиболее эффективен
до 1300°C, поэтому он не так хорош, как Al, но реагирует при более низких температурах.
Механизм, который действует с его использованием, показан следующим образом:
Si + O2 = SiO2
Вторая реакция в присутствии MgO:
Si + O2 + MgO = Mg2SiO4 (форстерит)
Обратите внимание, что он обычно не обнаруживается сам по себе, потому что образующийся диоксид
кремния может быть жидким образователем, как мы знаем из нашей работы по фазовой диаграмме в главе 2.
Обычно 1-2% добавляют с другими антиоксидантами в смеси, чтобы получить наилучший эффект. Обычно
его используют в сталеразливочных ковшах, поскольку он реагирует при низких температурах, образуя
первоначальный блокатор пор.
Есть недостаток в использовании Si: SiO2 в огнеупорах является расплавом, что приводит к увеличению
скорости износа при химическом воздействии, особенно в глиноземном кирпиче.
Магний (Mg)
Теоретически это был бы высокоэффективный антиоксидант, однако на практике Mg в виде порошка был
бы легко воспламеняющимся и / или взрывоопасным, и поэтому он не подходит для использования в
огнеупорах.
Сплав Al-Mg
Алюминиево-магниевый сплав (Al-Mg) является третьим наиболее используемым антиоксидантом в
огнеупорах в сталелитейном производстве, поскольку он также эффективен и достаточно дешев (но более
высокой стоимости, чем Al или Si). Наиболее эффективен при температурах выплавки стали.
Механизм, который действует с его использованием, показан следующим образом:
Al-Mg + O2 = Al2O3 + MgO + Al2O3.MgO (шпинель)
Он также имеет вторичное преимущество в том, что он способствует механизму косвенного окисления в
кирпиче ОКК Mg (г) + O2 = MgO. Единственным недостатком этого антиоксиданта являются более высокие
цены.
В качестве примера для кирпича ОКК в таблице 3.7 приведены компромиссные соотношения трех верхних
используемых антиоксидантов:
Таблица 3.7: Сравнение антиоксидантов Al, Si и Al-Mg сплава
Al
Si
Al-Mg
Стойкость к
окислению
Сила и механическое
сопротивление
2
3
1
2
3
1
Термостойкость
1
3
2
Стоимость
2
1
3
1- Лучший; 2- Хороший; 3- Худший
119
Карбид кремния (SiC)
SiC можно использовать, но очень редко, в огнеупорах в сталелитейном производстве, потому что он дешев,
но не очень эффективен. Механизм, который действует с его использованием, показан следующим образом:
SiC + O2 = SiO2 + CO
Недостатком является то же, что и у Si с образованием SiO2, но вам не поможет дополнительный механизм
создания форстерита (Mg2SiO4).
Карбид бора (B4C)
B4C может быть использован, но очень редко в огнеупорах в сталелитейном производстве, потому что он
очень дорогой, но и очень эффективный!
Механизм, который действует с его использованием, показан следующим образом:
B4C + O2 = B2O3 (жидкость) + CO B2O3 + 3 MgO
= Mg3B2O6
Это очень эффективно, потому что образующийся B2O3 (жидкий) покрывает графит и быстро забивает
поры. Он обычно используется только в применениях с высоким износом из-за его высокой стоимости.
Есть еще один недостаток: если используется слишком много и / или в сочетании с шлаком MgO, это может
привести к более высокому износу, как мы знаем из фазовой диаграммы B2O3 + MgO = легкоплавкие
соединения при 1155 °C. Поэтому обычно он будет использоваться только в диапазоне от 0,5 до 1%.
Борид магния (MgB2)
MgB2 может быть использован, но очень редко в огнеупорах в сталелитейном производстве, потому что он
очень дорогой, но и очень эффективен! Механизм, который действует с его использованием, показан
следующим образом:
MgB2 + O2 = MgO + B2O3 B2O3 + 3 MgO = Mg3B2O6
Это очень эффективно, потому что образующийся B2O3 (жидкий) покрывает графит и быстро забивает
поры. Он обычно используется только в применениях с высоким износом из-за его стоимости. Он имеет
самый высокий уровень стойкости к окислению, поэтому обычно он используется только в диапазоне от 0.5
до 1%. Обратите внимание: испытания, проведенные на AMD, показали небольшую разницу в скоростях
износа в ОКК для карбида бора по сравнению с боридом магния.
Обобщая тип антиоксиданта, в таблице 3.8 представлена хорошая обзорная диаграмма, которая показывает
баланс стойкости к окислению против цены. (Обратите внимание, что термические и механические
сопротивления не показаны).
Таблица 3.8: Баланс стойкости к окислению в сравнении с ценой для различных антиоксидантов
Антиоксидант
Потеря % C
Соотношение цен
0 АО
95
0
3% SiC
70
1
3% Si
50
1
3% Al
35
1,2
Al2MgO4
25
2,0
3% B4C
20
8,0
MgB2
не применимо
не применимо
120
3. Количество антиоксиданта
Вторым ключевым фактором является количество антиоксиданта. Рисунок 3.36 показывает пример
используемого количества в сравнении с эффективностью антиоксиданта. Следует отметить, что для
каждого отдельного применения необходимо найти свою точку баланса. (Это только общие примеры.)
Эффективность
% Антиоксидант
Рис. 3.36: Пример взаимосвязи между эффективностью и % антиоксиданта
Одно из ключевых соотношений, которое необходимо понять, показано на рисунке 3.37: более широкое
использование антиоксидантов дает более высокую прочность, но также и более низкую стойкость к
тепловому удару.
Мы наблюдаем схожее поведение при коррозии и окислении. Существует также оптимальное количество
антиоксиданта для лучшей производительности, как показано на рисунке 3.38. Этот баланс основан на
каждом рабочем состоянии.
Прочность
Прочность
Термостойкость
%
Антиоксидант
Рис. 3.37: Пример соотношения между прочностью и % окислителя, связанного с термостойкостью
Химическая
атака /
Окисление
Баланс
Растрескивание
Степень
износа
% Антиоксидант
Рис. 3.38: Пример взаимосвязи между коррозией / окислителем и % окислителя
121
4. Соотношение различных типов антиоксидантов в одном кирпиче (например, A / B и т.д.)
Мы не будем углубляться в эту тему, так как она очень зависит от индивидуального применения и не имеет
общих рекомендаций. Тем не менее, следует отметить, что смешивание различных типов в различных
соотношениях является еще одним расчетным критерием, который можно использовать для нахождения
правильного баланса между износостойкостью и стоимостью для достижения наилучших компромиссов.
5. Определение размера антиоксидантов (меньше / больше - контроль скорости реакции)
Мы также не будем углубляться в эту тему, за исключением того, что скажем, что существует общее
правило, согласно которому размер антиоксиданта можно варьировать, чтобы получить разные
характеристики расширения и разные скорости реакции. Оно довольно редкое, однако, но это еще один
расчетный критерий, который можно использовать, чтобы найти правильный баланс
122
3.5 Обзор смол, пека и связующих веществ
В огнеупорах используются три вида углерода - графит, связующие и порошки; однако мы обсудим только
смолы, пек и связующие вещества в этом разделе, поскольку графит был рассмотрен в разделе 3.3.
Смолы, пек и связующие вещества — это клей, который скрепляет современные огнеупоры по двум
основным причинам:
В процессе производства придает кирпичу прочность
В процессе эксплуатации процесс сушки / нагрева создает из кирпича углерод и газы, а остаточный
углерод остается со всеми преимуществами, описанными в разделе 3.3 и выделенными ниже:
Высокая температура плавления
Высокая коррозионная стойкость и отсутствие смачивания шлака и жидкого металла
Высокая термостойкость
Вплоть до 1970-х годов практически все огнеупоры удерживались вместе посредством спекания и обжига,
однако в 1980-х годах появилось связующее сырье вместе с углеродом на основе асфальтового пека и
смолы. Следует отметить, что Европа всегда отдавала предпочтение продуктам на основе пека, в то время
как Япония - материалам, склеенным смолой.
Остаточный углерод
С точки зрения «клея», и смола, и пек эффективны с точки зрения того, что они осуществляют, без реальной
разницы, за исключением факторов здоровья и безопасности при обращении с материалами.
Интересным представляется то, что этот материал, который составляет всего 2-3% кирпича, по-прежнему
является основным фактором в производительности кирпича и является предметом повышенного внимания,
поскольку технология основных компонентов была доведена до совершенства.
Двумя основными типами являются каменноугольный пек и синтетическая фенольная смола. Оба из них
при нагревании дают ~ 50% углерода в кирпиче, однако структуры этих двух компонентов различны, как
показано на рисунке 3.39.
а) Каменноугольный
пек при нагревании обратите внимание на
созданный длинный
тонкий графит
б) Синтетическая
фенольная смола при
нагревании - обратите
внимание на созданный
более короткий
матричный графит
Рис. 3.39: Структура а) каменноугольного пека и б) синтетической фенольной смолы
123
Преимущества двух типов показаны в таблице 3.9:
Таблица 3.9: Краткое изложение преимуществ пека и фенольной смолы
Характеристика
Углеродный пек
Остаточный сформированный
графит
Аналогичный
Пористость
Больший диаметр - хуже
Углеродные смолы
Аналогичный
Меньший диаметр - лучше
Стойкость к окислению
Выше
Ниже
Прочность (Комнатная темп.
MOR)
Ниже
Выше
Модуль продольной упругости
Ниже
Выше
Гибкость кирпича (Смягчение)
Лучше
Хуже
Ударная вязкость
Выше
Ниже
Коэффициент теплового
расширения
Аналогичный
Аналогичный
Охрана труда и техника
безопасности
Хуже
Лучше
Экологические проблемы
Выше
Ниже
Два примера будут полезны для иллюстрации различий между этими двумя системами склеивания.
1) Плиты шибера стальковша
Одна компания в течение многих лет использовала шиберные пластины со смоляной связкой, и
благодаря разработке и дизайну мы смогли получить в среднем ~ 5-7 единиц тепла на комплект
пластин, причем основными факторами являются термический удар, окисление и кальциевая атака.
Перейдя на углеродистую плиту (по сути, пластину с высокой огнестойкостью, в которой основным
компонентом является пек), они смогли удвоить срок службы в среднем до 10-14 единиц тепла в
течение одной недели! Единственным изменением, по существу, была система склеивания.
Следует отметить, что углеродистые плиты намного дороже в изготовлении (разогрев в печах
с восстановительной газовой атмосферой) и более дорогостоящие при покупке, но общая стоимость
тонны стали была значительно снижена, включая уменьшение людей для установки плит.
Для такого сильного окисления, термического удара это было правильное решение для
рассматриваемой компании.
2) Кирпичи ДСП в двухванной печи
Конструкция одинарного мачтового электрода с двойной оболочкой уникальна и ставит ключевые задачи,
как показано в анализе ТМХ. Анализ показан в таблице 3.10.
124
Таблица 3.10: «ТМХ» анализ электродуговой печи
Тип износа
Вид воздействия
Термический
Пиковая температура
(Т)
Термический удар
растрескивание при
резких перепадах
температуры (6 Т):
частота и амплитуда
изменения
температуры
Механические
Истирание
Ударное воздействие
Химический
Растворение
Проникновение
Шибер стальковша
Температура крана:
Цель - 1650 °C Макс. 1700 °C
Благодаря конструкции с
двойной оболочкой
максимальная
производительность
составляет 24 единицы
тепла в день, что
составляет всего 12
единиц тепла в день на
печь.
Движение стали и шлака по
поверхности кирпича
Влияние завалки лома на
кирпич
Химический состав шлака,
время обработки и
температура
Текучесть шлака,
высокий окислительный
потенциал, так как нагрев
/ период / печь очень
низкие
Ключевые свойства
Чистота используемого
сырья. Процент углерода и
целостность углеродной
связи.
Сопротивление тепловому
удару определяется низкой
прочностью при нагреве,
низким MOE, низким тепловым
расширением, высокой
теплопроводностью
Прочность при нагреве
Прочность при нагреве, высокая
работа разрушения
Чистота сырья и размещение
минералов, распределение пор по
размерам
Стойкость к окислению,
основанная на количестве и
источниках углерода, а также
распределении пор по размерам
Ключевыми свойствами, необходимыми для огнеупоров для двухванной электропечи, были потребность в
высокой стойкости к тепловому удару и стойкости к окислению из-за относительно низкого объема
производства в каждой печи. Эти условия привели к выбору связанных пеком магнезиально-углеродных
кирпичей, а не магнезиально-углеродных. Лучшая стойкость к тепловому удару обусловлена смягчающими
свойствами пека при промежуточных температурах, а лучшая стойкость к окислению - благодаря
углеродной структуре, образованной пеком.
Другое
Следует отметить, что поставщики смолы и пека теперь предоставляют смеси своих продуктов для
достижения наилучшего сочетания.
Кроме того, порошки пека (мелкая сажа) используются для придания смягчающих свойств огнеупорам,
поэтому системы склеивания становятся еще более сложными.
Экологические факторы
Как каменноугольный пек, так и синтетическая фенольная смола имеют ключевой недостаток - при
отверждении этих кирпичей они выделяют пары, которые могут вызвать проблемы для здоровья,
безопасности и окружающей среды.
Компании получили многочисленные жалобы от сотрудников из-за воздействия паров, включая тошноту,
головные боли и раздражение горла / глаз. Было обнаружено, что описанные симптомы согласуются с
реакцией на вдыхание продуктов разложения из тугоплавких смол.
Некоторыми продуктами, выделяемыми в различных концентрациях, являются бензол, фенол,
формальдегид и сажа. Стратегии для решения этих проблем:
Удаление прожога в отдаленном месте, вдали от персонала (нереальное решение)
Улучшенная технология горелки для балансировки природного газа, кислорода и т.д. с целью
максимально эффективного сжигания (хорошо, но не полностью)
Продолжайте находить способы снизить количество связующего в кирпиче (трудно получить менее
2%)
Предварительная сушка и / или обжиг на месте производителя (высокая стоимость и возможная
деградация материала)
Сбор и последующее сжигание паров (дорого, но эффективно на 100%)
125
3.6 Специальное сырье
Есть другие виды сырья, которые используются в огнеупорах, но не в больших объемах. Есть три (3),
которые мы подробно обсудим в этом разделе:
Хромит (и магний-хром)
Циркон / Цирконий
Карбид кремния
Температура (С)
1. Хромит (и магний-хром)
Хромированная руда относится к семейству шпинелей (XY2O4), где основными минералами являются
шпинель (MgO.Al2O3), пикрохомит (MgO.Cr2O3), герцинит (FeO. Al2O3) и хромит (FeO.Cr2O3). Фазовая
диаграмма, используемая для кирпичей из магнезиального хрома, показана на рисунке 3.40, на котором
показаны основные характеристики прямого раствора MgO и MgCr2O4, составляющего большую часть
магнезиального кирпича в промышленности. Он имеет очень высокую температуру плавления (~ 2300 °C) и
поэтому очень полезен при температурах выплавки стали.
С разрешения Wiley and Sons
Вес
Рис. 3.40: Двойная фазовая диаграмма MgO-MgCr2O4
У нее есть два ключевых недостатка:
Экологический аспект шестивалентного хрома (обсуждается в разделе 1.5)
Это очень пористый кирпич, который при использовании в шлаковой линии ковша с установкой
доводки металла подвержен быстрому износу и разрушению.
Хромированная руда встречается чаще всего в хромовом кирпиче MgO (MgO - Cr2O3), а также в материалах
для снятия коррозии с дегазаторов R-HOB в сталелитейной промышленности.
Она используется из-за высокой температуры плавления 2300 °C, а также потому, что не содержит углерода.
С металлургической точки зрения, производители стали, которые производят сверхнизкоуглеродистую
(ULC) сталь, предпочитают использовать огнеупорную футеровку с MgO-Cr2O3, поскольку она не содержит
углерода.
126
Обратите внимание, что для сталей ULC некоторые производители используют установку дегазатора
вакуумного бака, в то время как для других заводов используют тип R-HOB с гораздо большим
поверхностным контактом с кирпичом (см. Рис. 3.41). R-HOB, в котором рециркулирует сталь из ковша,
поднимается вверх на одну трубку, удаляет углерод, а затем отправляет восстановленную сталь обратно на
другой трубку. Этот более высокий контакт с площадью поверхности будет склонен к науглероживанию,
поэтому они используют MgO Cr2O3 для снижения взаимодействия с конечным стальным продуктом.
Верхний заброс
кислорода
Вакуумный насос экстракция газов
Трубки, где
циркулирует сталь
Рис. 3.41: Обзор процесса R-HOB
2. Циркон / Цирконий
Цирконий — это ZrO2, также известный как бадделеит, и встречается только в Бразилии в этой естественной
форме. Он имеет очень высокую температуру плавления > 2300°C и обладает отличными огнеупорными
свойствами. Тем не менее, у него есть проблемы со стабильностью, как обсуждалось в главе 2.
127
Циркон — это ZrSiO4, он обнаружен в виде песка во Флориде в США и в Южной Африке и широко
используется в качестве материала для ковшового песка. Двойная фазовая диаграмма SiO2-ZrO2
представлена на рисунке 3.42. Диоксид циркония, ZrO2, может быть извлечен путем нагревания до
температуры выше 1700 °С, а затем использован в качестве огнеупорного сырья.
SiO2- ZrO2
Рис. 02400-Система Zr02-Si02, предложена.
C, mon и tet относятся, соответственно, к
кубической, моноклинной и тетрагональной
симметрии. Crist = кристобалит, Trld =
тридимит, ZrO2
(mon) = бадделеит, а ZrSi04 = циркон.
W.C. Butterman, W.R. Foster, Am. Minera 52
[5-6] 880-885
(1967)
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 3.42: Двойная фазовая диаграмма SiO2 -ZrO2
Следует отметить, что другим материалом, используемым в скользящих затворах и погружных разливочных
стаканах в огнеупорах глиноземистого графита является сплавленный глинозем-диоксид циркония. Он
также отличается превосходными свойствами высокой температуры, хотя это очень дорого. Рисунок 3.43
показывает двойную фазовую диаграмму для Al2O3-ZrO2.
Al2O3- ZrO2
Рис. Zr-088-Система ZrO2- Al2O3. Т =
тетрагональный; М = моноклинный; F =
флюоритовый тип (куб.).
S. N. Lakiza, L.M.Lopato, J. Am. Ceram.Soc.,80
[4] 893-902 (1997).
2600
2200
Используется с разрешения Американского
керамического общества
Рис. 3.43: Двойная фазовая диаграмма Al2O3-ZrO2
128
3. Карбид кремния
Карбид кремния представляет собой искусственное сырье, полученное из кварцевого песка и кокса в
реакции следующим образом: SiO2 + C = SiC + 2CO
Это черный материал в гранулированной форме при использовании в огнеупорах.
Ключевым преимуществом использования карбида кремния являются:
Очень прочный материал и устойчивый к трению / воздействию
Высокая проводимость для отвода тепла от процесса - хорошо для теплового удара
Несмачивающие свойства шлака
У него есть два ключевых недостатка:
Он вступает в реакцию с кислородом, начиная с 800 °C, и поэтому в окислительной среде не
является хорошим огнеупором.
Когда он вступает в реакцию с кислородом, он образует кремнезем, который наносит ущерб
большинству огнеупоров в сталелитейном производстве.
По этим причинам, это узкоспециализированное огнеупорное сырье и используется в нескольких ключевых
применениях:
Доменные печи (восстановительная атмосфера, поэтому здесь очень хороший огнеупор)
С горячим жидким чугуном (желоба BF, торпеды, горячие металлические ковши) его используют в
сочетании с глиноземом и углеродом. Его несмачивающие свойства хороши для этих шлаков, и
окисление, когда оно происходит, создает кремнезем, который является приемлемым в этих
кислотостойких огнеупорных ситуациях.
Некоторые огнеупорные материалы для литейного производства - используются преимущественно
в целях окисления для защиты углерода.
129
3.7 Доломит
Доломит — это название осадочной карбонатной породы и минерала, которые состоят из карбоната
кальция-магния CaMg (CO3)2, обнаруженного в кристаллах.
При нагревании углекислый газ удаляется, а смесь извести и магния остается, что дает высокоогнеупорный
материал с высокой температурой плавления, как показано в химическом уравнении и фазовой диаграмме
на рисунке 3.44:
CaMg(CO3)2 -> CaO + MgO + 2CO2
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Жидкость
Рис. 3.44: Двойная фазовая диаграмма CaO - MgO
Ключевые моменты
Первая жидкость при 2370 °C (очень высокая) - очень хорошо для огнеупоров
Очень стабильный огнеупор - используется в качестве доломита, главным образом, в стальных ковшах
электроцеха, использующих систему кремнеземистого шлака, которая защищает кирпич. Ключевой
проблемой этого материала является гидратация - будет реагировать с любой свободной водой (даже
влагой) и образовывать гидраты, которые крошатся при комнатной температуре.
Следует отметить, что доломит является недорогим и легкодоступным во многих странах, что является
одной из основных причин его использования на металлургических заводах. Другая важная причина
заключается в том, что, поскольку CaO и MgO настолько стабильны, они очень инертны к стали и очень
хороши для изготовления сталей высокой чистоты с меньшим количеством включений (см. Раздел 1.4).
Обычно используются три вида огнеупорных изделий из доломита:
1.
Обожженные кирпичи
Обожженный кирпич изготавливается путем смешивания доломитового сырья с надлежащим
распределением зерен по размерам с временными связующими веществами на водной основе, а
затем прессования их в кирпичные формы. Затем их обжигают, что спекает их вместе для конечного
продукта.
130
Стандартный доломитовый кирпич имеет химический состав ~ 40% MgO и 60% CaO. Обратите
внимание, что некоторые улучшения могут быть предприняты для достижения определенных
свойств. Например, некоторые в кирпичи добавляют MgO для более химически стойкого,
обогащенного магнием кирпича. Другие добавляют диоксид циркония для устойчивости к
тепловому удару, поскольку он создает внутренние трещины из-за несоответствия теплового
расширения, которое может потенциально замедлять образование трещин.
Необожженные кирпичи (смоляные или пековые)
2.
Необожженный кирпич изготавливается путем смешивания доломитового сырья с надлежащим
гранулометрическим составом с пеком, дегтем или смолой, а затем прессования его в кирпичные
формы. Затем они отверждаются только для удаления определенных паров и дают им достаточно
прочности для обработки.
Стандартный доломитовый кирпич имеет химический состав ~ 40% MgO и 58% CaO и 2% C.
Обратите внимание, что ключевым преимуществом необожженного кирпича является добавление
углерода, который дает более химически стойкий и стойкий к тепловому удару кирпич, а также
легче и дешевле для производства. Недостатком необожженного кирпича является то, что он более
подвержен проблемам с гидратацией, чем обожженный кирпич.
Свободная трамбовочная огнеупорная масса или пластиковые материалы
3.
Свободные материалы могут быть получены путем смешивания доломитового сырья с надлежащим
распределением зерен по размерам со связующими веществами, не основанными на воде
(например, пищевыми маслами), и затем помещением их в пакеты для использования в качестве
сыпучих и / или утрамбованных / виброизоляционных материалов в очагах ДСП.
Это очень дешевый материал для ремонта и используется довольно часто, хотя он не такой
долговечный, как другие материалы с различными свойствами спекания.
Обратите внимание, что никакое обсуждение доломита в стальных ковшах не будет полным без упоминания
фазовой диаграммы извести, магния, диоксида кремния, как показано на рисунке 3.45. Шлаки
сталелитейного ковша ДСП предназначены не только для производства стали, но и для формирования
покрытий с высокой температурой плавления на поверхности кирпича для увеличения срока службы.
Соотношение CaO / SiO2 должно быть > 2,0 для образования силиката дикалия и / или силиката трикальция
для температур плавления свыше 1800 °C.
Используется с разрешения
Американского керамического
общества
Рис. 3.45: Тройная фазовая диаграмма CaO-MgO-SiO2
131
Глава 4
132
4.0 Способы монтажа и технология сушки огнеупорных
материалов
Почему метод монтажа так важен при выборе огнеупорных материалов? Почему мы уделяем так много
внимания этому? На рисунке 4.1 дан общий обзор характеристик огнеупорных материалов. Очевидно, что
на свойства материала и характеристики футеровки могут повлиять монтаж и процесс изготовления.
Анализ ТМХ
Глава 2
Условия
эксплуатации
Целевая
скорость
износа
Глава 1
Характеристики
футеровки
Сырье
Глава 3
Метод
изготовления /
установки
Глава 4
Текстура и свойства
огнеупорных
материалов
Глава 5
90 % нет взаимосвязи
Стандартное
тестирование
Рис. 4.1. Обзор основных свойств огнеупорных материалов
Мне нравится сравнивать монтаж огнеупорных материалов с высказыванием Марка Твена: «Гольф — это
испорченная хорошая прогулка». Но в нашем случае — это возможность испортить хорошие исходные
материалы. Вы не можете сделать исходные материалы лучше, но можете ухудшить их свойства при плохом
монтаже. Перед обсуждением монтажа нам необходим общий обзор производства огнеупорных материалов
(огнеупоров).
133
Давайте начнем с простой блок-схемы процесса изготовления огнеупоров, показанной на рисунке 4.2.
Сырье
(глинозем: магний и др.)
Измельчение и (или)
дробление до некоторого
диапазона классов
крупности
Сортировка классов
крупности по
индивидуальным бункерам
Смешивание всех
компонентов / классов
крупности жидкостей и
твердых веществ
Неформованные огнеупоры
(литая футеровка и т. д.)
Формованные огнеупоры
(кирпичи, специальные
формы)
Наполнение мешков, емкостей
и т. д. необходимым
количеством (по массе) и
доставка на объект
Заливка необходимого
количества (по массе)
материала в форму и
прессовка точно в размер
Сушка и (или) выдержка и
(или) наполнение в
зависимости от технических
требований
Взвешивание отдельного
класса крупности согласно
требованиям
Доставка на объект для
монтажа
Рис. 4.2. Производство огнеупоров
Первые этапы изготовления огнеупоров — дробление, грохочение и смешивание различного сырья.
Несмотря на простоту, производственный процесс поставщика огнеупоров следует контролировать, чтобы
соблюсти требования по химическому составу и распределению частиц по крупности. Если распределение
частиц по крупности некорректно, то это сильно повлияет на физические свойства, например, может
получиться более высокая пористость или проницаемость и более низкая механическая прочность.
134
Остальная часть процесса зависит от вида огнеупоров:
Кирпичи изготавливаются в определенной форме и подвергаются сушке, чтобы иметь достаточную
механическую прочность для манипуляций и транспортировки (необожженные кирпичи). Если огнеупоры
обжигают, то кирпичи проходят через шахту или туннель печи обычно в течение 24 часов при температуре
от 1200 до 1800 °С. Безуглеродистые огнеупоры обжигают на воздухе, а элементы на синтетических
смолах, такие как затворы, обжигают в коробках, заполненных коксом, и в условиях недостатка кислорода.
При обжиге смесь спекается, образуя керамическую связку.
Для монолитных огнеупоров, таких как литая футеровка, строительные растворы, пластмассы и т. д.,
метод формирования будет зависеть от места монтажа, навыков и частных вопросов, связанных с местом
монтажа, как показано в таблице 4.1. Это означает, что свойства огнеупорных материалов зависят от
подходов к монтажу и процессу «схватывания» (добавление воды, смешивание, время литья, сушка), так
что гидравлическая связка развивается с гидратацией цемента с высоким содержанием Al2O3.
Реологическое поведение огнеупорной смеси также имеет первостепенное значение: оно контролируется
наличием некоторого процента активных компонентов (катализаторы или замедлители и ультрамелкие
частицы, состав и способ производства которых лежит в основе ноу-хау поставщика). Если состав
некорректный или присутствуют необычные примеси, вносимые другим сырьем, то это сильно влияет на
реологию и конечные свойства литых огнеупоров.
Таблица 4.1 — Методы изготовления/монтажа огнеупоров
Метод
изготовления/монта
жа
Кирпич
Огнеупорная
смесь — сборная
Огнеупорная
смесь —
вибрированная
Огнеупорная
смесь — самотёчная
Шоткретирование
(мокрое
торкретирование)
Торкретирование
Пластический
Трамбовочная
огнеупорная масса
Раствор
Изоляционная плита
Рулонная изоляция
Определение
Формованный огнеупор, изготовленный с помощью пресса с четко
определенными размерами, отвержденный или обожженный до
высокой температуры, предназначен для монтажа
квалифицированным каменщиком в установленном порядке.
Формованный огнеупор, изготовленный заливкой огнеупорной смеси
с водой в форму, с точно определенными размерами, отвержденный
или обожженный под высокой температурой, предназначен для
установки в виде единого блока.
Неформованный огнеупор, изготовленный заливкой огнеупорной смеси с
водой в форму, с четко определенными размерами, виброуплотняется с
помощью стержневого вибрационного оборудования или посредством
присоединённых двигателей, схватывается на месте монтажа.
Неформованный огнеупор, изготовленный заливкой огнеупорной
смеси с водой в форму, с четко определенными размерами,
заливаемая самотёком, схватывается на месте монтажа.
Огнеупорная смесь, которую после смешивания закачивают в
распылительное сопло, а в самом сопле добавляют катализатор для
мгновенного схватывания и поддержки формы огнеупорной смеси без
оползания.
Сухой огнеупорный материал, который смешивают и затем подают
под давлением к соплу, а непосредственно в сопле добавляется вода
для образования «пластической» массы огнеупора, наносимой на
поверхность.
Сформованный огнеупор в виде «ломтиков», которые можно
поместить в пространство и уплотнить с помощью трамбовки.
Неформованный огнеупор в виде рыхлого материала, который можно
поместить в пространство и уплотнить с помощью трамбовки.
Неформованная огнеупорная смесь, как правило, предварительно
смешивается с водой в бадье и используется для стыковки кирпичей
(также может быть в виде порошка для смешивания с водой на месте).
Сформированный огнеупор в форме «плит», который можно
смонтировать на стене или поверхности, обычно используется в
качестве изоляционного материала для придания теплоизоляционных
свойств, но не обязательно является огнеупорным по своей природе.
Сформированный огнеупор в форме настила, который можно
смонтировать на стене или поверхности, обычно используется в
качестве изоляционного материала для придания теплоизоляционных
свойств, но не обязательно является огнеупорным по своей природе.
135
Изображение
На рисунке 4.3 сравниваются три основных метода монтажа монолитных огнеупоров.
Торкретирование
Бункер для
торкретирования
Сухой материал
Пневматический
транспортер и
транспортер с
маховиком
Стакан
Шланг
Конечный продукт
торкретирования
Воздух
Вода
Шоткретирование
Насос для катализатора
Катализатор
Сухой материал
Смеситель
Насос с
поворотным
клапаном
Вода
Шланг
Стакан
Конечный
продукт
шоткретирования
Воздух
Заливка/самотёк
Смеситель
Сухой материал
Конечный
продукт
заливки смеси и
заливки
самотёком
Вибрация
Вода
Рис. 4.3. Схемы монтажа монолитных огнеупоров
136
В таблице 4.2 сравниваются различные методы производства/монтажа и их ключевые свойства.
Таблица 4.2 — Сравнение различных методов производства/монтажа
Метод
изготовления/
монтажа
Кирпич
Огнеупорная
смесь — сборная
Свойства
Лучшее качество материала с
минимальным отклонением
Навыки,
необходимые для
монтажа
Обученный
каменщик
Очень хорошее качество
материала, изготовление в
контролируемых условиях и
отверждение должным
образом
Качество материала хорошее,
но сильнее зависит от людей и
оборудования
Требуется меньше
навыков, так как
элементы
изготовлены
заранее
Нужны люди,
имеющие навыки
работы с
огнеупорными
смесями
Огнеупорная
смесь — самотёчная
Качество материала хорошее,
но сильнее зависит от людей и
оборудования
Нужны люди,
имеющие навыки
работы с
огнеупорными
смесями
Шоткретирова-ние
Очень хорошее качество
материала, но очень сильно
зависимое от людей и
оборудования. Наиболее
чувствительны к вопросам
монтажа, если все сделано
правильно, то результат
отличный, если
неправильно — очень плохой.
Качество материала хорошее,
но сильнее зависит от людей и
оборудования. Примечание:
может монтироваться в
горячем или холодном
состоянии, применяется
соответствующее вяжущее.
Нужны люди,
специализирующи
еся на работе с
системами
шоткретирования
для огнеупорных
материалов.
Огнеупорная
смесь —
вибрированная
Торкретирование
Пластический
Хорошее качество материала с
небольшим разбросом, но
может быть чувствительным к
монтажу.
Трамбовочная
огнеупорная масса
Хорошее качество материала с
небольшим разбросом, но
может быть чувствительным к
монтажу.
Раствор
Служит не для придания
огнеупорных свойств, а для
стыковки элементов, однако
всё рано должен быть
надлежащего качества, чтобы
выдержать условия
эксплуатации
Не служит для придания
огнеупорных свойств. Обычно
служит только в качестве
термоизоляции
Не служит для придания
огнеупорных свойств. Обычно
служит только в качестве
термоизоляции
Изоляционная плита
Рулонная изоляция
Вопросы, связанные с местом монтажа
Может быть применен в большинстве
случаев, может потребоваться
камнерезная пила
Может потребоваться кран в зависимости
от
размера
элементов.
Обеспечьте
безопасность подъемных работ.
Необходимы надлежащие смеситель,
вибрационное оборудование и
оборудование для сушки. Чтобы не было
проблем со схватыванием, необходимо
поддерживать температуру материалов,
воды и оборудования выше 15 °C
Необходимы надлежащие смеситель,
насос и оборудование для сушки. Чтобы
не было проблем со схватыванием,
необходимо поддерживать температуру
материалов, воды и оборудования выше
15 °C
Необходимы надлежащие смеситель,
насос, оборудование шоткретирования и
оборудование для сушки. Чтобы не было
проблем со схватыванием, необходимо
поддерживать температуру материалов,
воды и оборудования выше 15 °C. Нужно
точное дозирование катализатора.
Необходим
персонал
с
навыками работы
с оборудованием
для
торкретирования и
навыками
производства
монтажа.
Необходим
персонал с
навыками работы
с оборудованием
для трамбовки и
навыками
производства
монтажа.
Необходим
персонал с
навыками работы
с оборудованием
для трамбовки и
навыками
производства
монтажа.
Надлежащие
методы кладки
Нужны надлежащие установка
торкретирования и оборудование для
сушки при монтаже в холодном
состоянии. Чтобы не было проблем со
схватыванием, необходимо поддерживать
температуру материалов, воды и
оборудования выше 15 °C
Простота
монтажа, не
требует серьезных
навыков
Простота
монтажа, не
требует серьезных
навыков
Вопросы, требующие специального
внимания, отсутствуют
137
Необходимы надлежащие трамбовочные
машины и оборудование для сушки.
Чтобы не было проблем со схватыванием,
необходимо поддерживать температуру
материалов и оборудования выше 15 °C
Необходимы надлежащие трамбовочные
машины и оборудование для сушки.
Чтобы не было проблем со схватыванием,
необходимо поддерживать температуру
материалов и оборудования выше 15 °C
При сухом смешивании для обеспечения
качества необходимы соответствующие
инструменты для смешивания.
Вопросы, требующие специального
внимания, отсутствуют
Зависимость свойств от процессов производства и монтажа
Хороший краткий обзор различных продуктов представлен на рисунке 4.4. Обзор показывает с
концептуальной точки зрения, каковы будут характеристики стандартных огнеупоров при изменениях
только в методе установки/изготовления.
Свойства огнеупорного материала
Минимальные
Средние
Характеристики (%)
Максимальные
Кирпич
Сборные элементы Вибрированная
огнеупорная смесь
Самотёчная
огнеупорная смесь
огнеупорная смесь
Торкретирование
Рис. 4.4. Обзор характеристик огнеупоров и методов монтажа/производства
Таким образом, фактор метода монтажа важен при выборе огнеупоров, так как на характеристики
футеровки может влиять процесс монтажа и производства. Подробнее об этом рассказано в отдельных
разделах.
138
4.1. Кирпичи
Кирпичи используются с древних времен и продолжают использоваться на сталеплавильных агрегатах из-за
их устойчивости и того факта, что углеродсодержащие материалы все еще находятся на стадии испытаний
для монолитных огнеупоров. (Обратите внимание, что Япония является лидером в области использования
монолитных огнеупоров, но по-прежнему применяет кирпичи в ковшовых шлаковых зонах, ОКК и ЭДП,
поскольку монолитные материалы на основе оксида магния и углерода еще не доступны в продаже.)
Напомним из раздела 4.0, что кирпичи изготавливаются с помощью пресса с точно определенными
размерами, отверждаются или обжигаются до высокой температуры и предназначены для монтажа
квалифицированным каменщиком в установленном порядке.
В таблице 4.3 описываются типичные кирпичные формы, их размеры и комментарии по использованию.
Таблица 4.3 — Типичные кирпичные формы, размеры и комментарии
Форма
кирпича
Ви
д
Комментарии
Стандартная форма кирпича, используемая для полов или стен,
бывает разных размеров в зависимости от требуемой толщины
пола или стен. Обратите внимание, что при обкладке ковша
кирпичами, если используются прямые, их никогда не следует
использовать в качестве клина, так как они могут выскользнуть
во время нагрева или в начале работы ковша.
Прямой
(стандартный)
Арочный кирпич представляет собой высокий кирпич с высотой
больше толщины или ширины. Используется в сталеразливочных
ковшах (особенно в Европе, где они известны как серия P).
Лучший выбор для самой плотной кольцевой футеровки ковша,
но для монтажа требуются талантливые каменщики. В процессе
эксплуатации они могут расколоться по горизонтали для снятия
напряжения, но без реального влияния на характеристики.
Арочный (или
серия P)
Используются в сочетании с арочными кирпичами в коническом
сталеразливочном ковше, так как диаметр увеличивается по
бокам ковша. Суть заключается в том, чтобы использовать
только необходимое количество и устанавливать их в равном
количестве по окружности ковша. Кроме того, вы должны
«прижать» их в ходе выкладки кирпича, а толкнуть их на место
только после того, как всё кольцо будет готово, иначе эффект
конусной затяжки не будет работать.
Клинья
Замковый кирпич — это более длинный кирпич, длина
которого больше толщины или ширины. Используется в ОКК,
ЭДП для очень длинного кирпича (замковые кирпичи) и более
короткого кирпича для сталеразливочных ковшей (замковые
мини-кирпичи). Очень хороший сбалансированный кирпич для
плотной кольцевой футеровки ковша, но для монтажа
требуются талантливые каменщики. Обратите внимание, что
они легче арочных, поэтому предпочтительнее с точки зрения
эргономики.
Замковый
кирпич или
замковый миникирпич
Специальной формы для днищ ОКК или крышек ЭДП с
эффектом двойной конусности. Для монтажа обязательно
требуются талантливые каменщики.
Арочныйзамковый-клин
Самый простой кирпич для установки на чугуновозный ковш
или сталеразливочный ковш, так как его можно установить с
минимальной подготовкой работников, особенно если вы
используете спиральную конструкцию, а не отдельные кольца.
Главный недостаток — когда вы добираетесь до последних
25 % толщины, они имеют тенденцию выскакивать, поскольку
у них нет конусности, позволяющей им удерживаться.
Используется многими, но в основном, чтобы не было
необходимости в профильных специалистах.
Полууниверсаль
ный
139
В таблице 4.4 описываются некоторые типичные конфигурации выкладки, их размеры и комментарии
касательно применения.
Таблица 4.4 — Типичные конфигурации выкладки, их размеры и комментарии
Форма
кирпича
Ви
д
Комментарии
Уложенный
плашмя
Используется для плоского пола или толстой стены с
перекрытием швов, так чтобы они не совпадали (кирпичи
укладываются плашмя).
Уложенный на
ребро
Используется для плоской стены или толстого пола с
перекрытием швов, так чтобы они не совпадали (кирпичи
укладываются на ребро).
Уложенный
вертикально
Используется для плоской и тонкой стены или очень
толстого дна ковша с перекрытием швов, так чтобы они
не совпадали (кирпичи укладываются на торец).
Уложенный в
ёлку
Используется в днищах ковшей для жидкого металла как способ
обеспечения плотной посадки кирпича и минимизации
проникновения металла.
Спиральная укладка — это метод, который можно
использовать, когда нет квалифицированных каменщиков.
Стартовый набор используется в начале спирали (представьте
молекулу ДНК), а затем вы продолжаете круговорот до тех
пор, пока не доберетесь до верхней части ковша или ОКК и не
закроете систему, как правило, с помощью монолитного
материала или перевернутого стартового набора. Проблема в
том, что метод может привести к небрежной кладке и
проникновению жидкого металла. Кольцевая кладка хотя и
более сложная, но является предпочтительной.
Уложенный
спиралью
*
Кольцевая кладка — лучший способ изготовления
цилиндрических конструкций (ОКК, ЭДП, ковши), хотя он и
требует квалифицированных каменщиков. Каждое кольцо
строится индивидуально, а последний кирпич в кольце
окалывается до нужных размеров, чтобы кольцо было
плотным.
Уложенный
кольцом
* Предоставлено компанией Harbisan Walker International Inc.
140
Практические советы и рекомендации
Использование раствора — преимущества и недостатки
Есть старый каверзный вопрос касательно огнеупоров, который задают старшие товарищи: «Раствор нужен
для того, чтобы соединять кирпичи или отделять их друг от друга?» Ответ на этот каверзный вопрос: «И то,
и другое!» Швы удерживают их плотно вместе, чтобы предотвратить проникновение через футеровку, но
также отделяют для снижения теплового напряжения.
Что касается кирпича в сталеплавильном производстве, строительный раствор редко используется при
работе с большинством типов кирпича, так как швы сами закрываются из-за постоянного расширения
материала кирпичей. Он может использоваться для некоторых особых случаев, когда в первую очередь
важно снятие напряжения, но в других случаях — не используется.
Другая альтернатива раствору для учета теплового расширения — картон. Он используется в ОКК для
компенсации большого теплового расширения самой футеровки и не оставляет следов после сгорания.
Использование раствора является редкостью и, если применяется, требует специальных знаний каменщика.
Камнерезные пилы для кирпича
Несколько ключевых замечаний:
При кольцевой кладке последний кирпич распиливается — здесь нужна точность! При слишком
плотной кладке создается напряжение, при слишком свободной кладке кольцо оказывается
незакрепленным. Очень важно убедиться, что последний кирпич уложен как следует.
Обратите внимание на один способ жульничества в ситуации, когда кирпич уложен недостаточно
плотно: каменщики могут сдвинуть кирпич с обеих сторон к центру, создавая иллюзию плотности;
иллюзия исчезнет, как только жидкий металл зальется и давление вытолкнет кирпичи, а футеровка
окажется не закреплена.
141
4.2.
Методы
изготовления
литой
торкретирование и шоткретирование
футеровки,
Такие методы монтажа, как литая футеровка, торкретирование и шоткретирование, тесно связаны между
собой. Все они включают смешивание сухого огнеупорного материала с жидкой частью (обычно водой) для
монтажа материала. Торкретирование и шоткретирование также включают воздух, а шоткретирование еще и
катализатор. На рисунке 4.4 представлен обзор характеристик огнеупоров и матрица сравнения свойств
огнеупоров в зависимости от этих и других методов монтажа.
Давайте начнем с простого обзора различных методов, как показано в таблице 4.5.
Таблица 4.5 — Обзор литых футеровок
Метод
изготовления/
монтажа
Изображение
Определение
Формованный огнеупор, изготовленный заливкой
огнеупорной смеси с водой в форму, с точно определенными
размерами, отвержденный или обожженный под высокой
температурой, предназначен для установки в виде единого
блока.
Огнеупорная
смесь — сборная
Неформованный огнеупор, изготовленный заливкой
огнеупорной смеси с водой в форму, с четко определенными
размерами, виброуплотняется с помощью стержневого
вибрационного оборудования или посредством
присоединённых двигателей, схватывается на месте монтажа.
Размер частиц в вибрированной огнеупорной смеси
регулируется для достижения максимальной плотности и
минимальной пористости для достижения наилучших
физических свойств.
Огнеупорная
смесь —
вибрированная
Неформованный огнеупор, изготовленный заливкой
огнеупорной смеси с водой в форму, с четко определенными
размерами, заливаемая самотёком, схватывается на месте
монтажа. Размер частиц в самотёчной огнеупорной смеси
регулируется для достижения хорошей текучести, а также для
максимальной плотности и минимальной пористости для
достижения наилучших физических свойств.
Огнеупорная
смесь —
самотёчная
142
Сухой огнеупорный материал, который смешивают и затем
подают под давлением к соплу, а непосредственно в сопле
добавляется вода для образования «пластической» массы
огнеупора, наносимой на поверхность. Торкрет специально
разрабатывается так, чтобы системы схватывания быстро
реагировали и позволяли материалу сразу схватываться и
прилипать к поверхности.
Огнеупорная смесь, которую после смешивания закачивают в
распылительное сопло, а в самом сопле добавляют катализатор
для мгновенного схватывания и поддержки формы
огнеупорной смеси без оползания. Шоткретирование — это
технология монтажа, которая сочетает физические свойства
литой
футеровки
с
процессом
шоткретирования,
используемым при монтаже бетонных конструкций для
гражданского
строительства.
Огнеупорные
смеси
разрабатываются специально для смешивания с водой и
нанесения пневматическим способом с помощью насоса с
поворотной трубкой и катализатора схватывания.Все
материалы для шоткретирования должны позволять перекачку
насосом. Сухая перекачиваемая смесь состоит из тех же
ингредиентов, что и вибрируемая сухая смесь, но в разных
пропорциях
для
поддержания
пластичности
или
реологических свойств, необходимых для перекачивания.
Простое
добавление
большего
количества
воды
в
вибрируемую огнеупорную смесь с целью ее перекачки
приведет к ухудшению физических свойств на 25—50 %, и
при этом она всё равно может оказаться не пригодной для
перекачивания. Размер частиц в перекачиваемой смеси
является компромиссом между максимальной плотностью и
сохранением консистенции, пригодной для перекачивания.
Плотность немного ниже максимальной, хотя физические
свойства и характеристики могут не пострадать.
Торкретирование
Шоткретирование
(мокрое
торкретирование)
Сравнение трех основных методов монтажа монолитных огнеупоров было представлено на рисунке 4.3.
143
В таблице 4.6 сравниваются три метода монтажа и их ключевые свойства.
Таблица 4.6 — Сравнение трех методов монтажа и их ключевые свойства
Метод
изготовления/монта
жа
Свойства
Все огнеупорные смеси представляют собой смеси основного сырья в сухом виде, к которым
затем добавляется вода (чаще всего). Ниже представлен обзор основных моментов:
Крупный заполнитель
Мелкий заполнитель
Пористость
Матрица
(ультрадисперсная)
Сухие огнеупорные смеси содержат крупные и мелкие заполнители (глина, муллит, боксит,
коричневый плавленый глинозем, плавленый/табулярный глинозем, SiC, плавленый
кремнезем, MgO и т.д.) и системы с реакционноспособной матрицей / связующим
(прокаленные / реактивные глиноземы, тонкая кремнеземная пыль, цемент, добавки и т. д.)
Огнеупорная
смесь — сборная,
вибрированная,
самотёчная
Размер частиц в вибрированной огнеупорной смеси регулируется для достижения
максимальной плотности и минимальной пористости для достижения наилучших физических
свойств.
Выбор метода монтажа зависит от ситуации:
Самотёчная огнеупорная смесь — когда нужно заполнить узкое пространство и
необходимо самовыравнивание; обратите внимание: чтобы не было проблем со
схватыванием, необходимо поддерживать температуру материалов, воды и оборудования
выше 15 °C. Необходимы надлежащие смеситель, насос и оборудование для сушки.
Вибрация подходит, когда необходим монтаж на месте и при этом есть доступ и
возможность для проведения процесса. Необходимы надлежащие смеситель, вибрационное
оборудование и оборудование для сушки. Чтобы не было проблем со схватыванием,
необходимо поддерживать температуру материалов, воды и оборудования выше 15 °C.
Сборная: всегда заданная форма, изготовленная в контролируемых условиях и отвержденная
надлежащим образом.
144
Шоткретирование дает очень хорошее качество материала, но очень сильно зависимо от
персонала и оборудования. Оно наиболее чувствительно к процессу монтажа и, если все
сделано правильно, дает отличные результаты; однако, если все сделано неправильно, это
может повлиять на свойства - на величину до 50 %!
Для работы с огнеупорными системами для шоткретирования требуются специалисты.
Необходимы надлежащие смеситель, насос, оборудование шоткретирования и
оборудование для сушки. Чтобы не было проблем со схватыванием, необходимо
поддерживать температуру материалов, воды и оборудования выше 15 °C. Также нужен
точный контроль над катализатором.
Шоткретирование аналогично торкретированию, но имеет другое распределение среднего
размера частиц.
Шоткретирование
С точки зрения реологических свойств (поведение потока) существует два типа смесей:
1. Тиксотропные становятся более текучие под воздействием давления и вибраций.
2. Дилатантные становятся более вязкие под воздействием давления и вибраций.
Тиксотропные смеси лучше подходят для шоткретирования, а размер частиц подбирают
специально для получения таких смесей.
Обратите внимание, что катализаторы добавляются в сопле для немедленного монтажа в
нужном месте и затвердения. Существуют разные их типы, ниже приведено несколько
примеров:
• Катализаторы (двух типов).
– Катализатор схватывания применяется для схватывания цемента:
• Силикат натрия.
• Алюминат натрия.
• Гашеная известь
• Хлорид кальция
– Флоккулянт применяется для схватывания мелкозернистой смеси:
• Органические полимеры
Размер частиц в смеси для шоткретирования регулируется для достижения максимальной
плотности и минимальной пористости для достижения наилучших физических свойств и
одновременно тиксотропных свойств, нужных для монтажа.
Если шоткретирование выполнено надлежащим образом, то его преимущества следующие:
• Более высокая плотность и лучшие физические свойства.
• Нет расслоения.
• Очень мало пыли на месте установки и малый отскок.
• Более высокая скорость монтажа — шоткретирование ограничивается миксером, а не насосом.
• Требуется менее квалифицированный сопловик для достижения хорошего качества монтажа.
Недостатками шоткретирование являются:
• Более высокие капитальные/эксплуатационные расходы — очень дорогая система (> 100 000
долл.).
• Масса шланга / соплового аппарата больше (возможны проблемы безопасности).
• Экономичность монтажа минимальная из-за очистки и потерь, обычно экономность
достигается при больших объемах работ.
Торкретирование
Качество материала хорошее, но сильнее зависит от людей и оборудования. Обратите внимание,
что может монтироваться в горячем или холодном состоянии, при этом применяется
соответствующее вяжущее. Смеси для пневматических распылителей имеют ингредиенты,
аналогичные огнеупорным смесям, но могут также содержать глину для улучшения клейкости и
(или) катализатор схватывания для быстрого отверждения. Они не содержат дефлокулянтов,
поэтому потребность в воде выше, чем для сухой огнеупорной смеси. В общем, хорошие смеси
для торкретирования нельзя заливать или перекачивать.
Необходим квалифицированный персонал для работы с оборудованием для
торкретирования и выполнения процесса монтажа, также потребуются надлежащий
аппарат для торкретирования и соответствующее оборудование для сушки, если монтаж
производится в холодном состоянии.
145
Монтаж методом торкретирования и шоткретирования
Напомним, что целью торкретирования и шоткретирования является следующее:
Нанесение материала высокой плотности и однородной массы
Высокая адгезия материала и, следовательно, низкий отскок
Более длительный срок службы
Необходимо контролировать следующие показатели процесса монтажа:
Давление воздуха / настройки аппарата — длина и диаметр шлангов; объем воздуха / давление
Контроль воды — количество, температура, чистота
Размер частиц материала
Угол удара потока материала и расстояние от стены
Навыки и техника торкретирования оператора
Если скорость подачи (количество материала) слишком высока или давление слишком высокое, вы
получите:
Пульсации
То сухой, то мокрый поток торкрета
Протекание труб
Все это, конечно, приведет к плохим конечным характеристикам
Если скорость подачи слишком низкая или давление слишком низкое, вы получите:
Запыление
Слабый поток
Опять же, огнеупорные свойства будут ослаблены
Количество используемой воды также является критическим, как показано на рисунке 4.5:
Вода
Заполнители
Слишком много воды
— матрица
вымывается,
схватывание
отсутствует.
Достаточно воды —
матрица связана,
схватывание хорошее.
Слишком мало воды —
сухая матрица, нет связи,
схватывание
отсутствует.
Рис. 4.5. Оптимальное количество воды для монолитных огнеупоров
Оптимального количества воды достаточно, чтобы:
Смочить все частицы.
Обеспечить достаточную пластичность, чтобы материал мог уплотниться при ударе.
Заполнить трещины и пустоты и прилепиться к выступам на поверхности, как показано на рисунке
4.6
146
Адгезия огнеупорных материалов для торкретирования
Ключевые параметры для
прикрепления при
торкретировании:
шероховатость
поверхности для
механической
прочности;
правильное
соотношение
вода/материал для
хорошего начального
схватывания и связки;
правильное
соотношение
воздух/материал для
силы прижатия;
несколько тонких слоев
для обеспечения
сцепления и быстрого
высыхания.
Рис. 4.6. Адгезия огнеупорных материалов для торкретирования
Другим ключевым фактором монтажа является угол подачи 90 градусов, как показано на рисунке 4.7.
Правильная техника торкретирования
угол 90 градусов лучше всего подходит для
достижения максимальных силы и уплотнения
и минимального отскока;
наложение слоя снизу вверх, создавая по ходу
«полку»;
несколько тонких слоев способствуют
сцеплению;
общая толщина 50—100 мм, это позволяет
материалу высыхать и не разбрызгиваться.
Рис. 4.7. Влияние угла торкретирования
147
Обратите внимание, что есть два ключевых метода торкретирования.
Рассеяние струи (лучший метод для больших площадей):
Более тонкие слои.
Создается быстрым веерным движением трубы.
Используется для покрытия больших площадей и сглаживания выступов.
Образование «полок» (лучший способ для заполнения впадин):
Тяжелое однопроходное покрытие 5—7,6 см.
Создается путем медленного перемещения трубы по прямой.
Производится снизу-вверх, создавая выступ.
Ключевые факторы торкретирования
В чем заключается успех торкретирования или шоткретирования? Есть четыре ключевых области, на
которые следует обратить внимание:
1. Количество материала.
2. Тип материала.
3. Состояние поверхности.
4. Монтаж.
Каждая область будет обсуждаться подробно.
1. Количество материала.
Ключевым моментом здесь является поиск нужного количества материала, который необходимо добавить.
В процессе монтажа возникают проблемы, если вы добавите:
a) Слишком много материала. Это может привести к накапливанию пара внутри материала и к его
отслоению и (или) растрескиванию. И то, и другое — плохо.
b) Слишком мало материала. Это может растянуть по времени процесс монтажа и привести к
дополнительной задержке и потребовать большего количества заделок.
Итак, как мы можем определить правильное количество материала для добавления? Ключевым моментом
здесь является определение объема впадины.
Объем для ремонта
Объем = Д × Ш × В,
где В — глубина впадины.
Например, если объем впадины составляет 2 м3, а плотность материала для торкретирования составляет
3000 кг/м3, то для заполнения отверстия требуется 6000 кг материала для торкретирования или заделки.
2 м3 × 3000 кг/м3 = 6000 кг.
Обратите внимание, что по мере увеличения количества плавок для футеровки объем, необходимый для
ремонта, обычно увеличивается, как показано на рисунке 4.8.
Количество плавок для футеровки
Рис. 4.8. Количество плавок и объем, необходимый для ремонта
148
2. Тип материала
Для применения необходимо выбрать правильный тип материала, который зависит от основного
компонента материала и системы схватывания. В зависимости от химического состава шлака и кирпича
определяется тип используемого материала торкретирования:
MgO
Глинозем
Доломит
MgO-C
3.
Состояние поверхности.
Важно знать состояние поверхности, на которую будет наноситься материал для торкретирования.
a) Температура
Температура поверхности кирпича должна соответствовать системе схватывания в материале
торкретирования. Это можно проверить вручную с помощью точечного спектрометра или инфракрасной
камеры. Некоторые материалы торкретирования предназначены для использования при температурах выше
или ниже определенных значений для обеспечения соответствующих свойств прилипания.
b) Покрытие / Качество поверхности.
Необходимо определить состояние поверхности, на которую будет наноситься материал. Как видно из
рисунка 4.9, если на поверхность шлака нанесен материал торкретирования, заделка расплавится после
следующей плавки (1650°C).
Материал для торкретирования
Точка плавления 1700 °C
Шлак
Точка плавления
1300 °C
Кирпич
Рис. 4.9. Состояние поверхности торкретирования
Такие условия не являются оптимальными, поэтому вам необходимо наносить на поверхность либо шлаки с
высокой температурой плавления, либо обеспечить поверхность без шлака.
c) Структура поверхности
Структура поверхности, на которую наносится материал, также важна. Материал будет лучше прилипать к
мощеной или шероховатой поверхности, чем к гладкой.
d) Размер впадины
При ремонте торкретированием материал также будет лучше прилипать к впадине, которая имеет
некоторую глубину для материала. Без впадины ремонтный материал не закрепится и отскочит.
4. Монтаж.
Для определения качества монтажа важно задать четыре основных вопроса:
a) Как производится монтаж материала для ремонта? Заделка, чехол, засыпка, торкретирование,
шоткретирование и т. д.
b) Кто выполняет монтаж? Операторы, каменщик или поставщик.
c) Каков опыт персонала, который монтирует материал?
d) Насколько хорошо используется оборудование?
Хорошее качество материалов с опытными, высококвалифицированными монтажниками и отличным
оборудованием являются ключами к успеху. Если какой-либо из этих трех факторов отсутствует, свойства
будут
ухудшаться.
149
4.3.
Обзор
пластичных
огнеупорных масс и растворов
масс,
трамбовочных
Пластичные массы, трамбовочные огнеупорные массы (трамбовочные материалы) и растворы являются
методами монтажа для определенных типов монолитных огнеупоров. Пластичные массы и трамбовочные
огнеупорные массы включают материалы, которым требуется ударная сила, чтобы уплотнить их на месте
монтажа, в то время как работа с раствором осуществляется профессиональными каменщиками
традиционным способом. Пластичные массы и трамбовочные огнеупорные массы во многих случаях были
заменены огнеупорными смесями; однако для них все еще есть место для применения (например,
соединение между дном ковша и блоками ковша).
Обратите внимание, что все трамбовочные огнеупорные массы и пластичные массы представляют собой
смесь основного сырья в полумокрой форме (у пластичных масс больше влаги и обычно немного глины для
сохранения формы, в то время как у трамбовочных масс достаточно влаги, чтобы сделать их податливыми
для монтажа).
Обзор ключевых моментов показан на рисунке 4.10.
Крупный заполнитель
Мелкий заполнитель
Пористость
Матрица
(ультрадисперсная)
Рис. 4.10. Типичная микроструктура огнеупорного материала
Пластичные массы и трамбовочные огнеупорные массы содержат крупные и мелкие заполнители (глина,
муллит, боксит, коричневый плавленый глинозем, плавленый/табулярный глинозем, SiC, плавленый
кремнезем, MgO и т.д.) и системы с реакционноспособной матрицей / связующим (прокаленные /
реактивные глиноземы, тонкая кремнеземная пыль, цемент, добавки и т. д.).
Размер частиц трамбовочных огнеупорных масс или пластичных масс регулируется для достижения
максимальной плотности и минимальной пористости при монтаже с помощью устройства для
пневматического трамбования. При работе с трамбовочным оборудованием, чтобы получить минимальную
пористость и максимальную плотность, требуется квалифицированный персонал.
Давайте начнем с простого обзора различных методов, как показано в таблице 4.7.
Таблица 4.7 — Обзор пластичных масс, трамбовочных огнеупорных масс и растворов
Метод
изготовления/
монтажа
Пластический
Определение
Сформованный огнеупор в виде «ломтиков», которые
можно поместить в пространство и уплотнить с
помощью трамбовки. Они используются там, где
нужна способность образовывать «свободную
форму» (например, угловая накладка в
нагревательной печи). Ломтики и блоки могут помочь
очень быстро построить стену, а затем протолкнуть ее
в место установки. Существует риск недостаточного
уплотнения, поскольку материал поставляется в виде
блоков, поэтому необходимы меры против этого.
Трамбовочная
огнеупорная масса
Неформованный огнеупор в виде рыхлого материала,
который можно поместить в пространство и уплотнить
с помощью трамбовки. Он обычно используется на
полах с легким доступом для трамбующего
инструмента, и нет необходимости, чтобы он был
самонесущим при монтаже.
Раствор
Неформованная огнеупорная смесь, как правило,
предварительно смешивается с водой в бадье и
используется для стыковки кирпичей (также может
150
Изображение
быть в виде порошка для смешивания с водой на
месте). В смеси примерно 10—20 % воды.
Пластичные массы, трамбовочные огнеупорные массы и растворы имеют два основных типа систем
схватывания, как показано в таблице 4.8.
Таблица 4.8 — Система схватывания для пластичных масс, трамбовочных огнеупорных масс и
растворов
Тип схватывания
Подробности
Монтаж.
Отверждение на
воздухе
Воздушное вяжущее вещество — это силикат
натрия или какое-либо химическое вещество, за счет
которого материал становится твердым в результате
химической реакции при контакте с воздухом. Эта
система схватывания является самым простым
материалом,
который
обеспечивает
лишь
незначительную износостойкость огнеупоров.
Этот тип системы схватывания хорош,
когда необходим быстрый монтаж и
возможность перемещения, и при этом
нужна
стабильность
конструкции
(например, противопожарная стена).
Отверждение при
нагревании
Отверждение при нагревании обычно основано на
фосфате или каком-либо другом химическом
веществе, которое схватывается только при нагреве
более 500 °C. Обычно это более устойчивый при
эксплуатации огнеупорный материал, который
обеспечивает некоторую износостойкость.
Этот тип системы схватывания хорош,
когда для раствора необходима
некоторая огнестойкость (например,
дно ОКК).
Монтаж пластичных масс, трамбовочных огнеупорных масс и растворов
Напоминаем, что целью монтажа пластичных масс и трамбовочных огнеупорных масс и воздействия на них
является:
Нанесение материала высокой плотности и однородной массы.
Отсутствие воздушных зазоров / карманов, которые могут возникнуть.
Обеспечение одинаковой плотности от верха и до низа в местах стыковки.
Ключевые вопросы, связанные с монтажом:
Толщина материала, монтируемого в слоях.
Качество оборудования для обеспечения постоянной глубины воздействия.
Угол монтажа.
Вопросы качества, связанные с этими параметрами, схематически показаны на рисунках с 4.11 по 4.13.
Трамбовка — 90 градусов
Зона воздействия: глубина
воздействия — ~ 75 мм
Правильная трамбовка
Толщина пластичного
ломтика
= 75 мм
Рис. 4.11. Правильный угол монтажа
151
Приложение силы — 45
градусов
Зона воздействия: глубина
воздействия — ~ 40 мм
Толщина пластичного
ломтика
= 75 мм
Неправильная трамбовка неправильный угол
воздействия, неправильное
уплотнение
Рис. 4.12. Некорректный/неправильный угол воздействия — неправильное уплотнение
Трамбовка — 90 градусов
Зона воздействия: глубина
воздействия — ~ 75 мм
Толщина пластичного
ломтика
= 125 мм
Неправильная трамбовка
- Материал слишком толстый,
неправильное уплотнение
Рис. 4.13. Некорректный монтаж — материал слишком толстый
Также обратите внимание, что пластичные огнеупоры должны монтироваться перпендикулярно горячей
поверхности, в противном случае пластины будут иметь тенденцию раскалываться в направлении горячей
поверхности.
Использование раствора — преимущества и недостатки
Использование раствора является редкостью и, если применяется, требует специальных знаний
каменщика.
Обратите внимание, что есть одно ключевое правило в отношении консистенции раствора: «У вас
никогда не будет двух каменщиков, договорившихся о правильной консистенции!»
Обратите внимание, что если вы начнете «разбавлять» раствор водой, чтобы сделать его более
текучим, то и те незначительные характеристики, которыми он обладает, будут потеряны.
152
4.4. Обзор способов монтажа и сушки огнеупорных
материалов
Почему закрепление и высыхание так важны для характеристик огнеупоров? По сути, потому что, если у вас
есть лучшее сырье, лучшие специалисты по установке и оборудование, вы все равно можете испортить
огнеупор из-за плохого крепления и особенно из-за плохого высыхания. Обзор всех проблем, связанных с
характеристиками футеровки, представлен на рисунке 4.14.
Анализ ТМХ
Условия
эксплуатации
Целевая
скорость
износа
Характеристики
футеровки
Сырье
Текстура и свойства
огнеупорных материалов
90 % нет
взаимосвязи
Стандартное
тестирование
Рис. 4.14. Схема вопросов, связанных с характеристиками футеровки
Краткая история проиллюстрирует этот вопрос. Около десяти лет назад мы занимались литьем новых
крышек для наших сталеразливочных ковшей в зоне непрерывной разливки (Рис. 4.15).
Рис. 4.15. Крышка ковша монолитная
153
Наш поставщик имел лучшее оборудование и лучшие кадры и отлил крышку на месте с отличными
результатами (аналогично той, что мы видим на рисунке 4.15).
Поскольку крышка имела диаметр 4,8 метров и была плоской, ее было трудно высушить без основного
оборудования для накрытия брезентом и нагрева, поэтому мы сделали так, чтобы она оставалась на воздухе
в течение 24 часов, а затем высыхала с помощью наших старых сталеразливочных ковшей. Мы брали
сталеразливочный ковш, выводимый из эксплуатации, ставили его и давали ему остыть в течение 24 часов.
Затем мы помещали на него крышку, а остаточное тепло затем поднималось и сушило материал. Это был
грубый способ, но на самом деле эффективный.
Однажды один наш руководитель забыл о 24-часовом охлаждении сталеразливочного ковша и поставил
крышку поверх ковша, как только он был выведен из эксплуатации с еще горячим кирпичом (светящимся
оранжевым цветом). Примерно через шесть часов я прошел мимо и услышал громкий звук, похожий на
глубокий стон и небольшой грохот. Кран поднимал крышку, и шел дождь от огнеупора! Пар накапливался
за футеровкой и, по сути, взорвал её всю!
Итак, усвоенный урок:
Следуйте надлежащей рекомендуемой кривой нагрева для всех огнеупоров, содержащих влагу,
которую вы высушиваете на месте.
Если возможно, сделайте так, чтобы поставщик выполнил всю работу и поставил полностью
готовое отвержденное или обожженное изделие.
Ключ к высыханию, которого пытается достичь поставщик, заключается в том, чтобы кривая удаления
влаги соответствовала кривой нагрева (как на рисунке 4.16).
Устранение влаги
Температура
Температура
Устранение
влаги
Время
отверждения
Время сушки
Время
Рис. 4.16. Теоретическая сушка
Есть еще необходимость формирования связующего для огнеупорных материалов, однако в конце концов
конечный пользователь должен только следовать рекомендации поставщика — не будьте столь
изобретательны!
Монтаж огнеупора
Во многих случаях футеровки в сталелитейном цехе не требуют закрепления (например, сталеразливочные
ковши, ОКК и т. д.), однако время от времени это необходимо, поэтому в следующем разделе будет дан
обзор всех типов креплений и их применения.
154
L-образные анкеры
L-образные анкеры — это L-образные стальные стержни, приваренные непосредственно к корпусу. Они
используются в основном в вертикальных печных футеровках, где требуется поддержка (рис. 4.17). Для
тонких печных футеровок иногда используются L-образные анкеры в сочетании со сварной сеткой.
Литая
футеровка
Кожух
L-образный
анкер
Рис. 4.17. Типичное применение L-образного анкера
Сварная проволочная сетка или проволочная сетка рабица
Сварная проволочная сетка состоит из прямолинейных стальных проволок, которые расположены в виде
квадратной сетки и сварены на пересечениях (Рис. 4.18). Сварная проволочная сетка прикреплена к анкерам
и расположена посередине по всей толщине литой футеровки. Она усиливает относительно тонкие
футеровки и облегчает работу по затирке или торкретированию. Однако следует отметить, что тепловое
расширение проволочной сетки может привести к отслаиванию футеровки, если температура в контакте с
поверхностью огнеупорного материала составит 500 °С или более.
L-образный
анкер
Сварная проволочная
сетка
Кожух
Литая
футеровка
Рис. 4.18. Типичное крепление проволочной сетки
155
V-образные анкеры
V-образные анкеры также изготавливаются из стальных стержней, но изогнуты в форме буквы V. Нижний
конец V приварен к кожуху печи (рис. 4.19). V-образные анкеры используются в основном в однослойных
футеровках из огнеупорной смеси (например, вертикальных или горизонтальных). Обратите внимание, что
во избежание утечки газов пригодится полезное свойство плотного прилегания огнеупора к кожуху.
Эти анкеры не используются в многослойных футеровках, так как поддержка, обеспечиваемая на конце
анкеров, недостаточна.
Литая
футеровка
Кожух
V-образный
анкер
Рис. 4.19. Типичная схема с V-образным анкером
156
Обратите внимание, что V-образные анкеры должны иметь покрытие на концах (воск, гудрон или
пластмасса), чтобы избежать нагрузок, которые могут привести к образованию трещин в футеровке.
Y-образные анкеры
Y-образные анкеры имеют форму буквы Y, а основание этих анкеров приваривается к кожуху (Рис. 4.20).
Y-образные анкеры могут использоваться в толстых однослойных литых или многослойных вертикальных
футеровках. Y-образные анкеры являются одними из наиболее распространенных типов анкеров.
Литая
футеровка
Кожух
Y-образный
анкер
Рис. 4.20. Типичная схема с Y-образным анкером
Опять же, конец должен быть покрыт пластмассой или воском, чтобы избежать образования трещин в
футеровке, так как конец нагревается и расширяется.
Гексагональная сетка
Гексагональная сетка — это особый тип сильной обработки (Рис. 4.21), который отлично подходит для
футеровок, нуждающихся в хорошей структурной целостности для применений с высоким абразивным
износом. Огнеупор заливается или утрамбовывается во впадину наподобие «сот» и приобретает прочность
благодаря и огнеупорному материалу, и металлу. Используется в головках ОКК и брызгозащитных
ограждениях для непрерывного литья.
С разрешения компании Jayne Industries
Рис. 4.21. Типичная установка гексагональной сетки
157
Опять же, анкерное крепление, такое как высыхание, должно выполняться совместно с поставщиками с
помощью нескольких ключевых советов и приемов:
Мое основное правило заключается в том, что целевые промежутки любой системы анкеров
должны быть в два раза больше толщины материала (есть более подробные формулы, но эта хороша
для ориентировочных расчетов, не требующих сложных вычислений).
Все стальные анкеры должны иметь на концах восковые или пластмассовые наконечники. В этих
местах концентрируется напряжение, которое можно устранить при сгорании воска или
пластмассы, пустоты в таком случае предотвратят распространение трещин.
Выгоревшие слои полезны, но они не исключают необходимость следовать рекомендациям
поставщика по разогреву.
Все соседние анкеры должны быть повернуты на 90 градусов друг к другу, чтобы избежать
образования «плоскостей», в которых могут возникнуть трещины.
При измерении кривых нагрева для сушки закопайте термопары в задней трети футеровки, чтобы
измерить температуру не только поверхности, но и всей футеровки.
Вековой метод определения степени высыхания, состоит в том, чтобы плевать на кожух; если
закипит, то сушка завершена! (Обратите внимание, что это может осуждаться некоторыми!)
В сложных больших проектах осушения всегда прибегайте к услугам профессиональной компании,
специализирующейся на сушке, для выполнения этой работы. Компании, занятые в
нефтехимической промышленности, отлично подходят для этого.
158
4.5 Выбор изоляционных плит и рулонной изоляции
Изоляционные плиты и рулонная изоляция не являются «работающими» огнеупорными изделиями в том
смысле, что они не контактируют с жидкой сталью; однако они играют важную роль в управлении теплом и
энергией, как обсуждалось в разделе 1.3. Основные определения для материалов и примеры приведены в
таблице 4.9.
Таблица 4.9 — Типы изоляции
Метод
изготовления/
монтажа
Изоляционная
плита
Рулонная
изоляция
Определение
Изображение
Сформированный огнеупор в форме «плит»,
который можно смонтировать на стене или
поверхности, обычно используется в качестве
изоляционного материала для придания
теплоизоляционных свойств, но не обязательно
является огнеупорным по своей природе.
Сформированный огнеупор в форме настила,
который можно смонтировать на стене или
поверхности, обычно используется в качестве
изоляционного материала для придания
теплоизоляционных свойств, но не обязательно
является огнеупорным по своей природе.
В таблице 4.10 сравниваются различные методы производства/монтажа и их ключевые свойства.
Таблица 4.10 — Сравнение различных методов производства/монтажа изоляционных плиты и
рулонной изоляции
Метод
изготовления/
монтажа
Свойства
Навыки,
необходимые для
монтажа
Изоляционная
плита
Не служит для придания огнеупорных
свойств. Обычно служит только в
качестве термоизоляции
Рулонная
изоляция
Не служит для придания огнеупорных
свойств. Обычно служит только в
качестве термоизоляции
Простота монтажа,
не требует
серьезных навыков
Простота монтажа,
не требует
серьезных навыков
Вопросы, связанные с местом
монтажа
Вопросы, требующие
специального внимания,
отсутствуют
Вопросы, требующие
специального внимания,
отсутствуют
Конструкции футеровок для термических систем
Конструкция футеровки представляет собой баланс (как и все в огнеупорах) между тремя ключевыми
областями: тепловым потоком (защита кожуха, тепловые потери), прочностью изоляционного материала
(целостность футеровки) и химическим износом (повышенная коррозия).
159
Поэтому, как уже было сказано, проектирование огнеупоров — это всегда балансировка.
Пример рулонной изоляции огнеупоров в виде модуля показан на рисунке 4.22.
Рис. 4.22. Пример применения рулонной изоляции
Пример огнеупорной плиты в сталеразливочном ковше показан на рисунке 4.23.
Рис. 4.23. Пример применения изоляционной плиты
160
В таблице 4.11 представлены преимущества и недостатки разных типов изоляции.
Таблица 4.11 — Преимущества и недостатки разных типов изоляции
Материал
Преимущества
Недостатки
• Средняя прочность, лучше, чем
рулонная изоляция.
Плита
• Можно сделать тонкой,
чтобы увеличить
вместимость сосуда.
• Простой монтаж.
Рулонная изоляция
• Можно сделать тонкой,
чтобы увеличить
вместимость сосуда.
• Простой монтаж.
• Небольшая прочность, которая может
привести к деградации материала и
потере изоляции и опоры футеровки.
• Небольшая огнеупорная
ценность, возможно
проникновение металла.
• Небольшая прочность, которая может
• Можно сделать очень
Микро-плита
• Прочность может быть недостаточно
высокой в зависимости от температуры
процесса, что приводит к деградации
материала и потере изоляции и опоры
футеровки.
• Небольшая огнеупорная ценность и стыки,
возможно проникновение металла.
тонкой, чтобы увеличить
вместимость сосуда.
• Простой монтаж.
привести к деградации материала и
потере изоляции и опоры футеровки.
• Небольшая огнеупорная ценность и
стыки, возможно проникновение
металла.
Последний вопрос, который необходимо обсудить, — это баланс между температурами кожуха и
химической коррозией (Рис. 4.24).
По мере увеличения количества изоляции вы будете повышать температуру футеровки, и,
следовательно, износ возрастает в геометрической прогрессии.
Однако по мере увеличения количества изоляции температура кожуха будет снижаться.
- Количество изоляции
- Температура футеровки
Износ
Температура кожуха
Рис. 4.24. Зависимость между огнеупорным износом и изоляцией
161
Глава 5
162
5.0 Обзор текстуры огнеупорного материала, испытаний
и листов технических данных
Текстура огнеупорного материала
Перед началом рассмотрения текстуры огнеупорного материала нам следует обновить некоторую
информацию из главы 3. Почему сырье так необходимо для отбора огнеупорных материалов? Почему мы
уделяем ему так много внимания? В таблице на рисунке 5.1 представлен общий обзор эксплуатационных
характеристик огнеупорных материалов, из нее также видно, что аналогичные характеристики футеровки
основаны на сырье. Установка и производство могут усугубить ситуацию, но не могут исправить или
улучшить характеристики, если вы начнете с некачественного сырья.
Анализ ТМХ
Глава 2
Условия
эксплуатации
Целевая
скорость
износа
Глава 1
Сырье
Глава 3
Метод
изготовления /
установки
Глава 4
Текстура и свойства
огнеупорных
материалов
Глава 5
Характеристик
и футеровки
90 % нет
взаимосвязи
Стандартное
тестирование
Текстура огнеупорного материала — это то, что устанавливается в печь перед фактическим началом
обработки; она хорошо отражена на диаграмме, представленной на рисунке 5.2.
Крупный заполнитель
Мелкий заполнитель
Пористость
Матрица
(ультрадисперсная)
Рис. 5.2 Схематическое представление текстуры огнеупорных материалов
Огнеупорный материал представляет собой специально разработанную керамику, изготовленную из
сырьевых заполнителей, связанных вместе для защиты промышленного процесса.
Текстура огнеупорного материала демонстрирует:
Сырье: основное сырье в форме крупных поликристаллических заполнителей (от 150 микрон до 25
мм). Это могут быть бокситы, спеченный оксид магния и т.д., которые подверглись измельчению
после обжига при обработке сырья. Это основная масса сырья и, как правило, наименование
огнеупорного материала (оксид алюминия в сопоставлении с оксидом магния и т.д.).
Матрица: мелкая матрица (<150 микрон), изготовленная из мелко измельченного сырья одного и
того же типа, иногда смешанного с более чистыми материалами (например, кальцинированный
оксид алюминия). Она связывает наполнители вместе после прессования кирпичей или литья
огнеупорного бетона. Также она содержит связующее вещество для придания прочности при
163
низких температурах (перед обжигом кирпичей или использования ее в сосудах). Связующее
вещество может быть глиной, неорганическими компонентами (фосфаты, силикаты и т.д.),
углеводородами (фенольные смолы и т.д.) или связующими веществами для огнеупорной смеси
(такие как гидравлический цемент, коллоидный оксид кремния, коллоидный оксид алюминия,
гидратируемый оксид алюминия).
Пористость: как правило, пористость составляет от 5 до 20 об%. Огнеупорный материал содержит поры,
дефекты и микротрещины, играющие важную роль в эксплуатации. Агрессивные вещества (особенно,
шлаки) могут проникать в огнеупорный материал через пористость. Механические свойства и
характеристики также зависят от пористости. Также следует отметить положительную сторону, когда
пористость специально вводится в продукт, придавая ему изоляционные свойства и термическую стойкость,
что имеет решающее значение для защиты кожуха.
Огнеупорный материал представляет собой смесь сырьевых материалов, связанных вместе для
придания общего состава с гранулометрическим составом и пористостью, а также механическими,
физическими и химическими свойствами при охлаждении и нагревании.
Исчерпывающее определение огнеупорного материала должно содержать тип крупных
заполнителей, мелкие зерна и связующее вещество, а также процесс связывания и окончательного
отвердевания: например, определение «кирпич с высоким содержанием глинозема» не представляет
много информации. Информативное описание должно включать необожженный кирпич на основе
бокситового сырья с мелкой матрицей, содержащей андалузит и кальцинированный оксид
алюминия с фосфатным связующим веществом. Однако кирпич с высоким содержанием оксида
алюминия может быть также обожженным при высокой температуре (>1300°C) кирпичом на основе
обожженного боксита и заполнителей из коричневого расплавленного оксида алюминия и т.д.
В случае с огнеупорными материалами очень хорошей практикой является сравнение микроснимков
различных материалов и/или поставщиков для понимания того, как материалы проектируются и
разрабатываются поставщиками.
Микроснимки могут вам рассказать многое, например:
Гранулометрический состав основных заполнителей - крупные и мелкие частицы, с широким и
узким диапазоном.
Тип сырья легко различить, например, зерно спеченного или расплавленного оксида магния
Если сравнить размер зерна и размер кристалла, то существует следующая зависимость: чем
меньше размер кристалла, тем выше износ, что показано на Рис. 5.3 и 5.4.
Рис. 5.3: Размер зерна - среднее из двух внешних
измерений
Рис. 5.4: Размер кристалла - среднее из двух
внутренних измерений
Качество сырья границы зерен сырья «острые» или «закругленные», что дает представление о
легкоплавких соединениях.
Соотношение длины/ширины графитовых хлопьев, хорошие показатели окислительных свойств.
Распределение пор по размерам - имеет ли продукт крупные или небольшие поры (сопротивление
проникновению), соединены ли поры для обеспечения легкого потока шлака или они независимы и
т.д.
Следует также отметить, что микроснимки действительно являются истинными изображениями, взятыми
только из фактического кирпича или предварительно отлитых материалов. При рассмотрении торкрета,
торкретбетона, раствора, пластмассы, трамбовочной огнеупорной массы и т.д. установка является
критическим моментом, влияющим на текстуру, и неизвестна. Лабораторные образцы могут рассказать вам,
что это должно быть, однако фактические результаты могут значительно различаться. В тех случаях, когда
срок службы огнеупорного материала длительный, а свойства имеют решающее значение, например, для
нефтехимической промышленности, монтажники будут иметь возможность изготовить испытательные
панели при установке и испытать свойства, чтобы обеспечить хорошие результаты конечного продукта. Тем
не менее, даже они не очень хороши, поскольку установка может отличаться.
164
Стандартное испытание
Стандартные испытания, такие как ASTM, стандартные испытания ISO подходят только для базовой
информации, такой как плотность, пористость, определение прочности при холодном раздавливании и т.д.
Эти показатели только указывают вам на то, как будет себя вести идеальный образец в лаборатории при
комнатной температуре или заданной температуре в одномерном тестовом режиме и не смогут показать, что
произойдет в процессе эксплуатации.
Когда речь идет об огнеупорной смеси, торкрет-массе и т.д., различия в качестве установки значительно
перевесят лабораторное моделирование и снова создадут ложное впечатление о реальных характеристиках.
Обратите внимание, что для утверждения «стандартного» теста ASTM и т.д. может потребоваться 7–10 лет,
поскольку конечным пользователям, производителям, университетам и поставщикам сырья трудно
договориться о том, как это следует делать несмотря на то, что они по-прежнему не рассказывают вам, что
может случиться в процессе эксплуатации.
Существуют некоторые хорошие прогнозы для вариантов применения в нефтехимической
промышленности, которые имеют более низкие температуры и имеют более стандартизированные условия,
которые можно было воспроизвести. И это ключевой момент. Можно разработать испытания, которые
адекватным образом моделируют условия и ускоряют проведение испытаний до приемлемого срока. Они
дорогие и сложные, но многие отрасли их выполнили. В сталелитейной промышленности практически
отсутствует корреляция (~90%) между стандартными испытаниями и характеристиками футеровки.
Слишком сложно воспроизвести окружающую среду, такую как шлак, цикличность, время и т.д.
В любом случае это руководство не традиционное, а со «странным» содержанием. Например, если вы
отправляетесь за ценовым предложением и у трех или четырех поставщиков есть кирпич с CCS 300 МПа, а
у одного поставщика CCS 100 МПа, это будет свидетельствовать о том, что что-то неправильно.
Здесь мы рассмотрим некоторые из основных методов испытаний и их применимость для отбора
огнеупорного материала:
Плотность
Пористость / коксованная пористость
Холодная прочность (CCS)
Пределы прочности (MOR) и пределы прочности при нагревании (HMOR)
Тепловое расширение
Термостойкость
Коррозионная стойкость
Плотность
Почему мы измеряем плотность? Плотность измеряется из-за ее корреляции с различными ключевыми
параметрами износа. Как показано на рисунке 5.5, более высокая плотность обычно означает лучшую
коррозионную стойкость, а также более высокую прочность. Однако это также может привести к снижению
термостойкости, поскольку имеется меньше пор, чтобы предотвратить распространение трещин.
- Коррозионная стойкость
- Прочность
- Термостойкость
Рис. 5.5: Соотношение между объемной плотностью, коррозионной стойкостью и термостойкостью
165
Основное измерение плотности производится путем измерения массы и объема по формуле:
Плотность = масса / объем (г/см3 стандартных единиц).
Как правило, она измеряется весом на шкале для куба стандартного размера. Измерение внешних размеров
длины, ширины и высоты является стандартным и точным. Измерение массы, тем не менее, представляет
интерес, поскольку вы измеряете массу частиц, а также пористость образца.
Вы начинаете уже погружаться в теорию упаковки частиц, поскольку у вас есть масса отдельных частиц, как
показано на примере в Таблице 5.1.
Таблица 5.1: Теоретическая плотность кирпича MgO-C по индивидуальной плотности компонентов
Материал
Объем (%)
Расплавленый MgO
50
Спеченный MgO
30
Чешуйчатый графит 17
Смола
3
Конечная заявленная плотность
Индивидуальна Расчетная
я плотность
плотность (г/см3)
3
(г/см )
3,5
1,75
3,3
0,99
2,2
037
1,2
0,04
3,15
Обратите внимание, что это предполагает идеальное смешивание и нулевое значение пористости, что на
самом деле не так! В теории упаковки частиц, если все частицы одинакового размера, лучшее, что вы
можете получить, это 26% пористости, что означает плотность на уровне 2,3 г/см3! Тем не менее,
большинство огнеупорных материалов будет иметь от трех до четырех частиц разного размера, которые
будут упаковываться друг в друга. Для четырех различных размеров частиц, упакованных идеальным
образом, теория говорит, что мы приближаемся к пористости 10-15% и, следовательно, получаем плотность
2,8-2,9 г/см3.
Еще раз отметим, что это предполагает идеальные сферы, идеальное расстояние, смешивание и т.д. В
реальности же вы получаете угловатые зерна, хлопья, жидкости и т.д. Теория упаковки частиц — это одна
из ключевых областей, которая помогает разработчику огнеупорных материалов получить оптимальную
«текстуру» таких материалов.
Другой ключевой момент, который следует отметить при выборе огнеупорных материалов, заключается в
том, что вы хотите иметь плотность в рабочих условиях, поэтому нагрев образцов до рабочей температуры в
окисляющих средах даст наиболее репрезентативную фактическую плотность. Любое спекание и/или
тепловое расширение может изменить размеры, а любое окисление увеличит пористость по сравнению с
твердым материалом.
166
Пористость / коксованная пористость / распределение пор по размерам
Мы будем тратить больше времени на размер пор и их распределение, потому что это, вероятно, один из
самых важных параметров, но он не получил должного внимания в большинстве источников литературы,
посвященных огнеупорным материалам.
Почему же это так важно? Графики на рисунках 5.6 и 5.7 иллюстрируют эту значимость. По мере
увеличения процентного содержания пористости износ возрастает в геометрической прогрессии.
Химическое
воздействие
% Пористость/Проницаемость
Рис. 5.6: Связь между химическим воздействием и пористостью
По мере увеличения процентного содержания пористости теплоизоляция увеличивается в геометрической
прогрессии.
Теплоизолятор
% Пористость/Проницаемость
Рис. 5.7: Связь между теплоизоляцией и пористостью
Очень важно определить цели футеровки для термических свойств в зависимости от химических свойств,
так как одно влияет на другое. Другой ключевой момент в данном случае заключается в том, что существует
два типа пористости:
1. Открытая пористость - поры, открывающиеся на поверхность, более подвержены коррозии.
2. Закрытая пористость - поры, закрытые к поверхности, отличаются изоляционными и
механическими свойствами.
Другое ключевое свойство - проницаемость. Она заключается во взаимосвязанности пор или в том, сколько
газа или жидкости может протечь через них. Хорошим примером является губка и то, сколько воды может
протечь через нее (см. Рисунок 5.8.). Это определение проницаемости.
Рис. 5.8: Схематическое изображение газопроницаемости
167
Высокая проницаемость является наихудшим случаем для химической коррозии и проникновения,
поскольку шлак очень глубоко проникает в огнеупорный материал и может нанести наибольший ущерб.
Критичность пористости и проницаемости, а также способ их измерения очень важны, как показано на трех
примерах на рисунке 5.9.
Пример 2
Пример 3
Рис. 5.9. Схематическое изображение изменения пористости и проницаемости в образце
168
Пористость измеряется путем взвешивания сухого образца стандартного размера, а затем
погружения его в воду или другую жидкость и измерения веса во влажном состоянии.
Разницей будет поглощенная масса, а с ее плотностью вы можете рассчитать величину пористости в
образце.
Обратите внимание, что это мера открытой пористости образца, поскольку в некоторых закрытых
порах не будет присутствовать жидкость! См. пример №1 выше с огромными порами, но ни одна из
них не касается кромки, поэтому мы не можем отметить там наличие какой-либо жидкости!
Во втором примере показана пора, проходящая через весь образец, которая обеспечит высокую
проницаемость, хотя и очень небольшую пористость, поскольку она слишком тонкая.
Третий пример не демонстрирует закрытой пористости и проницаемости, хотя поверхность имеет
более высокую пористость.
Обратите внимание, что для коксованной пористости вы нагреваете образец до целевой
температуры в восстановительной среде (слой углерода), а затем охлаждаете до комнатной
температуры и проводите те же измерения.
Все это должно показать, что стандартные измерения не дают точного представления о том, что такое
пористость и как она влияет на свойства огнеупорного материала! Микроснимок, аналогичный показанному
на рисунке 5.10 микроснимку, был бы намного эффективнее!
Сырье / минералогия
Тип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
IS
16
17
Определение %
Химический состав
размеров
1 мм; 5 мм 20; 40 99% Al 2O3
0.3 мм
20
98% Al 2O3
0
0
0
0
0
WF Al2O3
TAB Al2O3
BF Al2O3
Муллит
Боксит
Глина(-ы)
Расплавленый
SiO2
SiO2, дым
<0.01 мм
CA-цемент
<0.01 мм
Цирконий
SIC
Углерод
Связующее
вещество Al,P04
Реактивный
<0.01 мм
Алюминий
Спеченный оксид 0.3 мм
магния
Расплавленный
оксид магния
Расплавленный 1 мм
спинальный
0,7
2,6
0
0
0
0
96% SiO2
70% Al 2O3, 30%CaO
0,7
58% Al 2O3
8,0
97%MgO
0
8,0
70% MgO / 30% Al 2O3
Рис. 5.10: Схематическое представление микроструктуры образца огнеупорного материала и его
минералогия
169
Другим ключевым фактором является распределение пор по размерам, как показано на рисунке 5.11.
% от общего количества
пор
Распределение пор по размерам
мелкий
грубый
пористость 5%
уровень распределения?
Вредно для коррозии
крошечный
Размер пор
крупный
Рис. 5.11: Распределение пор по размерам в образце огнеупорного материала
Как мы видим, огнеупорный материал с пористостью 5% может иметь совершенно разные характеристики в
зависимости от распределения пор по размерам. Как правило, меньшие поры оказывают более
положительный эффект, поскольку они сопротивляются проникновению, но все же обеспечивают
изоляционные характеристики. Недостатком маленьких пор является сушка / отверждение и попытка
вытеснить газы и пары. Тогда вам нужны большие, взаимосвязанные поры, чтобы не возникало повышение
давления и образование трещин в образцах огнеупорных материалов (большие поры могут оказывать более
позитивный эффект).
Для распределения пор по размеру вы помещаете образец в ртутный порозиметр (Рис. 5.12) и,
используя высокое давление, вводите ртуть в пористость и можете определить размеры пор и
общую открытую пористость (В настоящее время это лучший метод испытания!)
Рис. 5.12: Пример ртутного порозиметра от Magnesita Refractories S.A.
170
Холодная прочность
Для чего измерять холодную прочность (CCS)? CCS измеряется главным образом как мера контроля
качества на заводе-изготовителе и не имеет реальной корреляции с различными ключевыми параметрами
износа в сталелитейном производстве.
По определению CCS измеряет сопротивление разрушению под воздействием сжимающей нагрузки при
комнатной температуре. Как показано на Рис. 5.13, сила прилагается к двум сторонам образца, и когда он
разрушается, сила, разделенная на площадь поперечного сечения, дает CCS в силе/площади.
СИЛА
Рис. 5.13: Схематическое представление измерения CCS в образце огнеупорного материала
Поскольку большинство огнеупорных материалов разрушаются при растяжении, а не при сжатии, это не
самое подходящее испытание. Тем не менее, оно может дать вам базовую информацию об изменчивости
процесса производства кирпича / монолита, поскольку стандартное отклонение дает вам представление о
контроле качества (прочность схватывания — это то, что действительно измеряется).
Следует отметить, что в стандартах испытаний обычно рекомендуется, чтобы размер образца, по крайней
мере, в шесть-десять раз превышал максимальный диаметр сырья в продукте. Из рисунка выше видно, что
это имеет смысл, поскольку в случае маленького образца с большим размером зерна будет измеряться
прочность отдельного зерна, а не продукта.
Опять же, испытание CCS является скорее испытанием обеспечения качества и контроля качества (QAQC)
на производстве и не должно использоваться в качестве ключевого компонента при выборе огнеупорных
изделий для производства стали.
171
Предел прочности (MOR) или предел прочности при нагревании (HMOR)
Зачем измерять MOR? MOR измеряется, главным образом, как способ определения потенциала
растрескивания в данном огнеупорном материале из-за прилагаемого к нему растягивающего напряжения.
При комнатной температуре он не имеет реальной корреляции с различными ключевыми параметрами
износа в сталелитейном производстве.
По определению MOR измеряет сопротивление разрушению под воздействием разрывной нагрузки при
комнатной температуре. Как показано на рис. 5.14, усилие прилагается к верхней части образца, при этом
две неподвижные точки находятся на нижней части образца. В случае разрушения усилие делится на
площадь поперечного сечения, что дает MOR в силе/мм2.
СИЛА
Комплексная нагрузка
Растягивающее усилие
Рис. 5.14: Схематическое представление трехточечного испытания MOR в образце огнеупорного
материала
На диаграмме отчетливо видно, что прогиб образца вызывает растягивающее усилие в нижней части
образца и сжимающее усилие в его верхней части, поэтому образец трескается в нижней части, как правило,
в средней точке, которая имеет наибольшее напряжение. Проблема в том, что средней точкой может быть
полноразмерное крупное зерно, или пора, а также точка матрицы. Это приводит к сильно варьирующимся
результатам, которые не указывают на фактическую прочность на растяжение всего огнеупорного продукта.
Обратите внимание, что это испытание проводится при комнатной температуре, и поэтому данное значение
не является полезным, поскольку при такой температуре не проявляется никаких фактических
эксплуатационных характеристик.
Следует отметить, что существует также испытание на четырехточечный изгиб, как показано на Рисунке
5.15.
СИЛА
Рис. 5.15: Схематическое представление четырехточечного испытания MOR в образце огнеупорного
материала
172
Данное испытание распределяет растягивающее усилие по нижней поверхности таким образом, чтобы оно с
большей вероятностью не попадало на отдельный компонент и, следовательно, результаты испытаний были
более воспроизводимыми. Тем не менее, это все еще наносит ущерб испытаниям при комнатной
температуре и поэтому не может быть использовано для прогнозирования эксплуатационных
характеристик.
Более репрезентативным испытанием фактических эксплуатационных характеристик является HMOR, в
котором то же испытание проводится при рабочих температурах. Существуют одни и те же слабые места
испытания (сосредоточенные на средней точке нижней части образца, а не на всей его поверхности), однако,
моделируются реальные проблемы спекания, образования минералов, расширения/сжатия пористости,
теплового расширения и т.д., что делает его более эффективным. Другим недостатком является то, что
образец на 100% находится при температуре, и в большинстве случаев использования огнеупорных
материалов это не соответствует действительности, вместо этого реальный кирпич или огнеупорная смесь
имеют тепловой градиент.
Обратите внимание, что HMOR производится при испытательной температуре, а не тогда, когда образец
был нагрет, а затем охлажден. В этом заключается одна из хитростей, которую некоторые поставщики будут
использовать для улучшения результатов HMOR. Проблема заключается в том, что как только образец
нагревается и охлаждается, могут образовываться стекловидные фазы, которые дают гладкую, твердую
поверхность нижней части, и это может создать ложное впечатление прочности, когда в действительности
огнеупорность сходит на нет, поскольку коррозия быстро «съест» эти фазы в процессе эксплуатации.
Тепловое расширение
Зачем измерять тепловое расширение огнеупорных материалов? Если вспомнить раздел 2.2 о тепловом
напряжении, то это ключевой вопрос в износе огнеупорных материалов, и тепловое расширение является
ключевым параметром в этом - «внутренняя нагрузка создается за счет теплового расширения материала
при нагревании и выдерживании его при температуре». С физической точки зрения, при нагревании любого
материала, атомы возбуждаются, перемещаются и расширяются. В огнеупорных материалах также
возникают реакции между различными видами сырья, которые могут привести к локальному расширению
и/или усадке. Все это необходимо измерить для того, чтобы определить, приведут ли серьезные изменения к
термическому растрескиванию в процессе эксплуатации.
Тепловое расширение измеряется, как показано на Рисунке 5.16.
ОРИГИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР
Новый размер после нагрева и охлаждения
Рис. 5.16: Измерение теплового расширения в образце огнеупорного материала
173
Измеряется исходная длина образца, затем образец нагревается, и изменения длины измеряются (короче или
длиннее) непрерывно, чтобы получить кривую теплового расширения. Как правило, это делается в течение
двух циклов, и рассчитываются ключевые параметры, как показано на рисунке 5.17.
Цикл №1
% линейное
изменение
Непрерывное линейное
изменение
Температура
Цикл №2
% линейное
изменение
Непрерывное линейное
изменение
Температура
Рис. 5.17: Непрерывное линейное изменение
Тепловое расширение разделено на две основные части, как показано на рисунке 5.17:
Непрерывное линейное изменение (НЛИ) - материал нагревается до температуры и охлаждается, и
происходит изменение исходных размеров материала в результате химической реакции внутри
материала (см. цикл №1).
Обратимое линейное изменение (ОЛИ) - материал нагревается до температуры и при охлаждении
не изменяются размеры исходного материала, а только расширяется за счет естественного атомного
расширения сырья в огнеупорных материалах. (Видно в цикле №2).
Кривые теплового расширения (два цикла) являются лучшим измерением, которое даст вам непрерывное
линейное изменение и обратимое изменение, а также любые значительные скачки, провисания и
т.д.
Любые внезапные изменения кривой теплового расширения могут привести к растрескиванию.
Одноточечные значения не подходят к данному типу анализа.
174
Термостойкость
Зачем и каким образом измерять термостойкость огнеупорных материалов? Если вспомнить раздел 2.2 о
тепловых нагрузках, то он является ключевым вопросом при износе огнеупорных материалов в
металлургических цехах. Испытания на термостойкость переносят нас в область имитационных испытаний
по сравнению с испытаниями только фактических физических свойств (например, плотности) и становятся
намного сложнее.
Сталелитейный завод — это, как правило, «серийное» производство, и поэтому термоциклирование играет
важную роль. Стальной ковш будет нагреваться от стали, обрабатываемой в нем при температуре 1650°C, а
затем после разливки не будет использоваться в течение 4-6 часов в связи с охлаждением горячей
поверхности до температуры <1000°C, затем в него будет загружена еще одна партия нагретой стали и он
снова нагреется до 1650°C.
Для шибера стальковша или цельного погружного стакана на литейной машине речь идет о мгновенном
нагреве с температуры окружающей среды до рабочей температуры! Как можно этого добиться? Как
можно это проверить?
Если вспомнить раздел 2.2 о тепловых нагрузках, мы можем либо разработать структуру,
предотвращающую возникновение трещин, либо структуру, предотвращающую их распространение.
Поскольку огнеупорные материалы по своей природе имеют трещины внутри в процессе проектирования и
изготовления, мы должны перейти ко второму варианту.
Так как же нам это проверить? Как мы можем смоделировать боковую стенку или шибер стальковша, чтобы
убедиться, что мы действительно можем предотвратить образование трещин и разрушение огнеупорных
материалов и спрогнозировать это до ввода материала в эксплуатацию?
В настоящее время не существует стандартизированных испытаний, позволяющих предсказать
термостойкость. Существует три актуальных стандартных метода испытаний:
Испытание термостойкости на малых призматических образцах – малые призмы нагреваются до
1200°C, а затем охлаждаются в воде и/или воздухе в течение нескольких циклов до разрушения
(образец разваливается на части). Количество циклов определяет термостойкость. Положительным
моментом данного испытания является то, что оно простое в использовании, а размеры выборки
малы, однако этот метод имеет очень большие минусы. Нагрев со всех сторон (не стандартно для
производства), размер образца слишком мал по сравнению с размером зерна, что дает
нереалистичные результаты, а температура испытания очень низкая по сравнению с рабочей
температурой при производстве стали.
Испытание термостойкости на образцах прямоугольной формы – в используемом в настоящее
время основном испытании на термостойкость используются образцы прямоугольной формы
(аналогичный размеру образца для MOR), они нагреваются до 1200°C и затем снова охлаждаются в
воде, воздухе или масле, как показано на рисунке 5.18.
С разрешения Magnesita Refractories S.A.
175
Рис. 5.18: Пример процедуры испытания на термостойкость: образец нагревается до 1200°C и
охлаждается в воде
Потеря MOR на количество циклов измеряется, чтобы показать термостойкость. Это испытание
обладает всеми преимуществами и недостатками испытания термостойкости на малых
призматических образцах, однако также наносит ущерб одноточечному расположению напряжения
MOR, как отмечено в предыдущем разделе, посвященном MOR.
Заключительным стандартным испытанием является панельный метод испытаний, при котором
большая панель изготавливается из кирпича или форм огнеупорных изделий, а стена используется
как часть печи и нагревается до 1650°С. Затем она подвергается 20 минутным циклам термической
обработки воздухом и/или туманом, после чего измеряется потеря веса всех кирпичей, что
подразумевает количество сколов. Основным недостатком
данного испытания является
конструкция панелей, которая требует наличие квалифицированного персонала для выполнения
необходимых операций. Кроме того, при измерении учитывается только то, что откололось и не
содержит трещин или подвисающих частей. Положительной стороной данного испытания является
то, что нагревание осуществляется до градиента, который может варьироваться в зависимости от
изоляции, а также то, что образцы находятся под воздействием рамы, все из которых располагаются
ближе к моделированию реальных промышленных условий. Кроме того, температура испытания
намного ближе к температуре в промышленности и поэтому является более симулятивной.
Чтобы улучшить испытание, я бы предложил для большинства вариантов применения (например,
использование в печах и ковше, градиентное нагревание) незначительно изменить панельный метод использовать изогнутую панель, а в измерение также включить цифровую визуализацию микрографических
образцов до и после испытания, чтобы отметить изменения структурной целостности.
Для цельных погружных стаканов или патрубков RHOB, которые имеют полное погружение, испытание
термостойкости на образцах прямоугольной формы с цифровой визуализацией микроснимков будет
наилучшим вариантом.
Оба указанных вариант испытаний нуждаются в дальнейшей разработке.
Коррозионная стойкость
Зачем и каким образом измерять коррозию огнеупорных материалов, как проникновение, так и
растворение? Если вспомнить разделы 2.5 и 2.6, посвященные коррозии, то это второй по приоритетности
вопрос в области износа огнеупорных материалов в металлургических цехах. Коррозионные испытания
также переносят нас в область имитационных испытаний по сравнению с испытаниями только фактических
физических свойств (например, плотности) и становятся намного сложнее.
Сталелитейный завод в основном является «серийным» производством, а стандартный такой завод может
выпускать до 100 различных марок стали с различными видами шлака и/или температур в зависимости от
требований конечного потребителя, а также химического состава. Шлаковая зона стальковша будет
испытывать все эти условия, поэтому как можно настроить испытание, чтобы спрогнозировать поведение
при эксплуатации? В цельный погружной стакан могут быть загружены от двух до четырех различных
типов шлакообразующих смесей, каждый из которых используется с различной вязкостью и химическим
составом. Как проверить это?
Если вспомнить разделы 2.5 и 2.6 о химическом воздействии, нам необходимо спроектировать растворение
и/или проникновение огнеупорных материалов (при этом проникновение плюс термический цикл, как
правило, является наиболее разрушительным).
Так как же нам это проверить? Как мы можем смоделировать боковую стенку или погружной разливочный
стакан, чтобы убедиться, что мы действительно можем предотвратить коррозионное разрушение и
спрогнозировать ее прежде, чем вводить материал в эксплуатацию?
В настоящее время не существует стандартизированных испытаний, позволяющих спрогнозировать
химическую коррозию. Кресцен и Риго предложили провести более 106 различных типов испытаний шлака,
которые обобщены на Рис. 5.19.
176
С разрешения
Р.М. Риго
Рис. 5.19: Методы испытания на шлаковую коррозию в соответствии с различными подходами
Из этих многочисленных вариантов в настоящее время существует три стандартных метода испытаний:
1.
Испытания в тигле - испытания на коррозию в тигле выполняются путем добавления образцов
шлака в «тигли» материала и нагревания образцов в печи для расплавления шлака и определения степени
коррозии и/или проникновения, как показано на рисунке 5.20.
Тигельный
неизмененн
ый
материал
Поверхностный
уровень расплава
после испытания
d: длина разреза = прежняя диагональ
квадратного тигля
TL: Глубина растворения
Тi: Глубина инфильтрации
RF: Остаточный уровень расплава
Зона
растворения
Зона
инфильтрации
Рис. 5.20: Испытание в тигле на коррозионную стойкость
Используется с разрешения Американского керамического общества
**Рисунок - UNITECR 2011 Eyoto Short Course – Презентация FIRE
177
Глубина растворения и инфильтрации / проникновения определяют коррозионную стойкость.
Преимущества данного испытания - его простота и размер выборки, что позволяет выполнять несколько
испытаний достаточно быстро. Однако, у него есть недостаток: изотермический эффект (в большинстве
вариантов использования огнеупорных материалов используется градиент); отсутствие динамики при
движении шлака и/или скалывание проникающих слоев, а также отсутствие термоциклирования.
2. Испытание при помощи испытательного пальца - другим методом является получение длинных «пальцев»
материала и последующее вращение их в ванне со сталью / шлаком при рабочей температуре в течение
определенного времени, а затем измерение степени коррозии и/или проникновения, как показано на рисунке
5.21.
ОПТИЧЕСКИЙ
СЧЕТЧИК
Рис. 5.21: Испытание на коррозионную стойкость при помощи испытательного пальца
LEE, W.Е. и ZHANG, S. Прямая и непрямая шлаковая коррозия оксидных и оксидных огнеупорных
материалов. VII Международная конференция по флюсам и солям расплавленного шлака,
Южноафриканский институт горного дела и металлургии, 2004.
Глубина растворения и инфильтрации / проникновения определяют коррозионную стойкость образцов при
извлечении и разрезании, чтобы увидеть, что произошло. Преимущества данного испытания заключаются в
его динамической природе при движении и возможности его проведения при определенной температуре.
Кроме того, его довольно легко проводить с несколькими образцами. Однако у него есть и обратная сторона
- изотермический эффект (большинство огнеупорных изделий имеют градиент) и отсутствие
термоциклирования.
3. Испытание на шлакоустойчивость во вращающейся печи - в данном испытании есть вращающаяся печь,
которая может нагреваться до рабочей температуры, которая футеруется образцом «кирпича», в нее
загружается сталь / шлак, как показано на рисунке 5.22. Затем в печь добавляется шлак с разными
интервалами в течение определенного периода времени. После испытания образцы удаляются для
наблюдения за коррозией и/или проникновением.
* Фотографии предоставлены
Magnesita Refractories S.A.
Рис. 5.22: Испытание на коррозионную стойкость во вращающейся печи
178
Положительным моментом данного испытания является его динамичность, работа при рабочих
температурах и возможность настройки тепловых градиентов в соответствии с полевыми условиями.
Недостатком данного испытания является то, что его сложно настроить и запустить (занимает много
времени), и оно не имитирует условия термостойкости/циклирования.
Важнейшей частью данного испытания является использование репрезентативных образцов материалов, а
также использование реальных шлаков с места испытания для получения наилучших результатов.
Глубина растворения и инфильтрации/проникновения при извлечении «кирпичей» определяет
коррозионную стойкость при извлечении образцов и их разрезании, как показано на рисунке 5.23.
В будущем для того, чтобы сделать это испытание более симулятивным, автор предлагает, чтобы между
интервалами добавления шлака были интервалы с холодным воздухом, нагнетаемым во вращающуюся печь
для имитации термоциклирования.
Рис. 5.23: Образец после испытания на коррозионную стойкость в рамках испытания на
шлакоустойчивость во вращающейся печи
С разрешения Magnesita Refractories S.A.
179
Листы технических данных
Чтобы получить информацию для выбора огнеупорных материалов, некоторые ключевые аспекты в идеале
должны быть запрошены на основе всех обсуждений в этой главе.
В качестве элементов, которые должны быть исследованы:
1) Микроснимок продукта с подробностями текстуры и размещения сырья, как показано на рисунке 5.24.
Сырье / минералогия
Тип
1
2
3
4
5
6
7
S
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Определени
%
е размеров
1 мм; 5 мм 20; 40
0.3 мм
20
0
0
0
0
0
WF Al2O3
TAB AL2O3
BF AL2O3
Муллит
Боксит
Глина(-ы)
Расплавленный
Si02
Si02 Дым
<0.01 мм
CA-цемент
<0.01 мм
Цирконий
SiC
Углерод
Связующее
вещество AI3PO4
Реактивный
<0.01 мм
алюминий
Спеченный оксид 0.3 мм
магния
Расплавленный
оксид магния
Расплавленный
1 мм
спинальный
Химический состав
99% Al2O3
98% Al2O3
0,7
2,6
0
0
0
0
96%SiO2
70% Al2O3 /30%CaO
0,7
58% Al2O3
8,0
97%MgO
0
8,0
70%MgO/30% Al2O3
Рис. 5.24: Пример текстуры MgO-C
2) Анализ сырья, чтобы показать качество используемого сырья. В таблице 5.2 представлены стандартные
характеристики магнезиально-углеродистого кирпича.
180
Таблица 5.2: Стандартные характеристики ковшового кирпича MgO-C
1/ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
- используется для стойкости к шлаку и стойкости к
окислению
a/ расплавленный оксид магния(%)
%MgO
%SiO2
%Al2O3
%Fe2O3
%CaO
%B2O3
Размер кристалла (микроны)
Источник оксида магния (т.е. природный,
рассольная вода)
морская
вода
Страна происхождения
b/ спеченный оксид магния(%)
%MgO
%SiO2
%Al2O3
%Fe2O3
%CaO
%B2O3
Размер кристалла (микроны)
Источник оксида магния (т.е. природный,
морская вода, рассольная вода)
Страна происхождения
c/ Графит (%)
Тип (т.е. природный, синтетический)
Страна происхождения
Размер хлопьев
%Нелетучий углерод
%SiO2
%AI2O3
%Fe2O3
d/ антиоксиданты
% алюминий
% кремний
% алюминиево-магнезиевый сплав
% прочее (указать)
3) Ключевые свойства сырья, используемые для выбора огнеупорных материалов
a) Плотность и пористость после двух циклов нагрева/охлаждения в той же атмосфере, что и при
промышленном применении.
b) Распределение пор по размеру после тех же двух циклов, что и выше.
c) HMOR при рабочей температуре применения (четырехточечный изгиб)
d) В зависимости от области применения, панельный метод испытания (при рабочей температуре) или
испытание при охлаждении образца прямоугольной формы, оба с цифровой визуализацией для наблюдения
за изменениями текстуры.
e) В зависимости от области применения, испытание на шлакоустойчивость во вращающейся печи (при
рабочей температуре с использованием струи холодного воздуха для циклирования) или испытание при
охлаждении образца прямоугольной формы, оба с цифровой визуализацией для наблюдения за изменениями
текстуры.
Некоторые дополнительные примечания / рекомендации по этому вопросу:
Определение удельной работы разрушения было бы очень полезным, если бы его можно было
получить, однако в настоящее время не существует стандартного испытания, хотя новое испытание
с «составным клином» приближается к измерению данного значения.
Для каждого из ключевых семейств продуктов должны быть составлены отдельные листы
технических данных (например, магнезиально-углеродистый кирпич, магнезиальный торкрет,
кирпич из глинозема, шпинельные огнеупорные смеси из глинозема и т.д.).
181
Глава 6
6.0 Безопасность ковша
Ковш для заливки чугуна является циркуляционным сосудом между ковшом чугуновозным миксерного
типа и печью ОКК. Ковш чугуновозный миксерного типа заполняется в доменной печи жидким чугуном, и
на станции десульфуризации чугун десульфируется. На разгрузочной станции чугун сгружается в ковш для
заливки чугуна. Следует отметить, что в некоторых современных прокатных цехах этап чугуновоза
исключили, так что жидкий чугун поступает прямо в ковш для заливки чугуна у доменной печи. Также
следует отметить, что десульфуризация может происходить в ковше для заливки чугуна вместо ковша
чугуновозного миксерного типа (так называемой десульфуризацией с раздаточным ковшом или ДРК), что
вызвало изменения в его конструкции и износ огнеупорного материала. Затем ковш поднимается краном и
разгружается в печь ОКК.
ОКК
УДМ
Откачка
газа
Рис. 6.1: Технологический процесс для ковша для заливки чугуна
Основными целями огнеупорной конструкции являются:
Сдерживание жидкого чугуна (без прорывов)
Минимальная потеря тепла от чугуна, чтобы минимизировать дополнительную энергию,
передаваемую процессом KOBM
Использование огнеупорного материала, который не создает угроз безопасности и / или
окружающей среде
Минимизировать стоимость огнеупорного материала / за тонну
183
Базовая конструкция ковша для заливки чугуна представлена на рисунке 6.2. В таблицах 6.1 и 6.2 приведен
пример химического анализа жидкого чугуна и его шлака соответственно.
Желоб
толщиной 50150 мм
Защитная
футеровка
толщиной 50150 мм
Рабочая стенка
толщиной 100200 мм
Рабочее днище
толщиной 150-350 мм
Защитное днище
толщиной 100-200 мм
Рис. 6.2: Обзор ковша для заливки чугуна
Таблица 6.1: Пример типового анализа химического состава жидкого чугуна
Типовой анализ химического состава
жидкого чугуна
Химический состав Количество
Кремний
0,40%
Оксид магния
0,40%
Сера
<0,03%
Фосфорный
0,05%
Углерод
4,5%
Чугун
Баланс
Таблица 6.2: Пример типового анализа химического состава шлака горячего чугуна
Типовой химический состав шлака жидкого
чугуна
Химический состав Количество
Кремнезем
20%
Глинозем
6%
Известняк
15%
Оксид магния
4%
MnO
5%
FeO
44%
P2O5
0,10%
Сера
1,5%
184
6.1 Защитное днище / стенка
В таблице 6.3 представлен ТМХ анализ для защитной стенки / днища ковша для заливки чугуна.
Таблица 6.3: ТМХ анализ для защитной стенки / днища ковша для заливки чугуна
Типы износа
Термический
Виды воздействия
Примеры
Пиковая температура Температура защитной футеровки никогда не измерялась; тем не менее,
(Т)
она будет иметь температуру окружающей среды до 1400°C, если
рабочий слой футеровки утерян. С позиции огнеупорного материала
данная температура невысока и создает для материалов множество
благоприятных условий.
Растрескивание при
Термоциклирование для защитной футеровки минимально, так как не
резких перепадах
считается механизмом износа.
температуры (разница
температур):
Механический
Ударное воздействие Обычно на защитной днище не оказывается никакого воздействия, кроме
как во время извлечения.
Если рабочий слой футеровки утерян, тогда четко виден результат
воздействия выпускного потока жидкого чугуна. Данное воздействие
происходит под напором и может как изнашивать кирпичи, так и
проникать в любые растворные швы. Поток, как правило, достигает 8-16
дюймов в диаметре и льется с высоты в 20-25 футов.
Истирание
Истирание защитной стенки или днища возможно только в случае потери
рабочей футеровки и циркуляции жидкого чугуна в ковше, пусть и
минимально. Единственное исключение - во время операции ДРК, если
рабочая футеровка была утеряна, то циркуляция чугуна была намного
выше из-за перемешивания чана верхней фурмой.
Приложенное
Высота боковой стенки обычно недостаточна для возникновения
напряжение
приложенного напряжения на нижние слои стенок ковша.
Химический (и
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
термохимический)
совместимость шлаков с кирпичом. Приведенный в таблице шлак
кислотный по своей природе, что означает, что кирпич кислотного типа
будет с ним совместим. Таким образом предпочтителен глинозёмистый
динасовый кирпич.
Типовой химический состав жидкого чугуна и шлака приведен в
таблицах 6.1 и 6.2.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью
ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в
пористые огнеупорные материалы. Что касается чугуна, то он имеет
очень низкую вязкость, так что проникновение с легкостью будет
происходить через любые открытые швы или трещины в футеровке.
Очень важно плотно установить защитную футеровку.
ТермоНапряжение теплового Если установлена монолитная стенка или днище, необходимо
механический
расширения
предусмотреть достаточный допуск на расширение, чтобы исключить
разрушение или деформацию огнеупорного материала.
ХимикоСкол в зонах
Не применимо для защитной футеровки.
механический (и проникновения
термомеханически
й химический)
185
Используемый материал / конструкция / метод установки
Базовая конструкция защитной футеровки ковша для заливки чугуна представлена на рисунке 6.3.
Защитная футеровка:
Безопасное днище:
- Износостойкий участок, герметичность
является ключевым фактором для
предотвращения металлического
проникновения (в некоторых случаях
используется раствор для кирпичей во
избежание любых зазоров)
- Большинство сталелитейных
предприятий будут использовать
дешевый кирпич - 30-70% глинозема в
качестве арматурного слоя футеровки.
Некоторые будут использовать более
кирпич более высокой марки под зоной
воздействия потока жидкого чугуна
- возможность использования
огнеупорной защитной футеровки
(сборной, литой или торкрет-бетонной)
аналогичного качества для уменьшения
швов
- Износостойкий участок,
герметичность является ключевым
фактором для предотвращения
металлического проникновения
- Большинство сталелитейных
предприятий будут использовать
дешевый кирпич с ~30-70%
глинозема в качестве арматурного
слоя футеровки. Если
десульфуризация производится в
ковше, участок за шлаковой зоной
может содержать 70-80%
глиноземистого кирпича
- возможность использования
огнеупорной защитной футеровки
(литой или торкрет-бетонной)
аналогичного качества для
уменьшения швов
Рис. 6.3: Защитная футеровка ковша для заливки чугуна
186
6.2 Безопасное днище / стенки
В таблице 6.4 представлен ТМХ анализ для рабочей стенки / днища ковша для заливки чугуна.
Таблица 6.4: ТМХ анализ для рабочей стенки / днища ковша для заливки чугуна
Типы износа
Термический
Виды воздействия
Примеры
Пиковая температура Температура жидкого чугуна в большинстве цехов составляет 1 300 - 1 400 ° C, и
(Т)
ее изменение не предполагается. С позиции огнеупорного материала данная
температура невысока и создает для материалов множество благоприятных
условий.
Растрескивание при Термоциклирование крайне непостоянно для ковшей для заливки чугуна в
резких перепадах
большинстве цехов. Ковш может быть введен в эксплуатацию и использоваться в
температуры (разница течение нескольких недель в среднем при 24-х плавках в день, или он может
температур)
использоваться для периодических операций в качестве запасного
приспособления всего один или два раза в месяц. Данное термоциклирование
может идти в разрез с установленными выше целями, так что его нужно
предусмотреть при проектировании.
Механические
Ударное воздействие Воздействие на рабочее днище и / или днище боковой стенки со стороны
выпускного потока жидкого чугуна является основным механизмом износа.
Данное воздействие происходит под напором и может как изнашивать кирпичи,
так и проникать в любые растворные швы. Поток, как правило, достигает 8-16
дюймов в диаметре и льется с высоты в 20-25 футов.
Истирание
Истирание днища возможно только тогда, когда жидкий чугун циркулирует в
ковше, пусть и минимально. Единственное исключение - во время операции ДРК,
когда циркуляция чугуна была намного выше из-за перемешивания чана верхней
фурмой или аргоновыми пробками для днища.
Приложенное
Высота боковой стенки обычно недостаточна для возникновения приложенного
напряжение
напряжения на нижние слои стенок ковша.
Химический (и
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую совместимость
термохимический)
шлаков с кирпичом. Приведенный в таблице шлак кислотный по своей природе,
что означает, что кирпич кислотного типа будет с ним совместим. Таким образом
предпочтителен глинозёмистый динасовый кирпич. Типовой химический состав
жидкого чугуна и шлака приведен в таблицах 6.1 и 6.2.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Что касается чугуна, то он имеет очень низкую вязкость,
так что проникновение с легкостью будет происходить через любые открытые
швы или трещины в футеровке. Очень важно плотно установить рабочее днище,
принимая во внимание силу воздействия, эффективно толкающего металл и шлак
на огнеупорный материал
Термомеханический Напряжение
Если установлена монолитная стенка или днище, необходимо предусмотреть
теплового
достаточный допуск на расширение, чтобы исключить разрушение или
расширения
деформацию огнеупорного материала.
Хим. / мех. или
Скол в зонах
Сочетание проникновения шлаков и термоциклирования вызовет скол в зонах
ТМХ
проникновения
проникновения. Сила воздействия выпускающего потока на эти участки может
еще больше это ускорить.
187
Используемый материал / конструкция / метод установки
Базовая конструкция рабочей футеровки ковша для заливки чугуна представлена на рисунке 6.4.
Днище рабочей футеровки:
Стенка рабочей футеровки:
- Участок со средним значением
износа, герметичность является
ключевым фактором для
предотвращения металлического
проникновения.
- Большинство сталелитейных
предприятий будут использовать
для футеровки ~ 60-80%
глиноземный кирпич. Если
десульфуризация происходит в
ковше, характеристики кирпича
будут улучшены до глиноземнокарбидокремниево-углеродного
кирпича, так как это минимизирует
любое проникновение и подходит
для термоциклирования и
воздействия (следует отметить, что
важно применять меры по борьбе c
загазованностью, если
используются склеенные смолой
кирпичи)
Рис.
6.4: использовать
Рабочая футеровка ковша для заливки чугуна
- сложно
огнеупорную рабочую футеровку
(литую или торкрет-бетонную), так
как термоциклирование и, как
правило, плохое высыхание ковша
приводят к крупным сколам.
188
- Участок быстрого износа,
герметичность является ключевым
фактором для предотвращения
металлического проникновения
- Большинство сталелитейных
предприятий будут использовать
для футеровки ~ 60-80%
глиноземный кирпич. Если
десульфуризация будет
производиться в ковше,
характеристики кирпича улучшатся
до глиноземно-карбидокремниевоуглеродного кирпича, так как это
минимизирует любое
проникновение и подходит для
термоциклирования и воздействия
(следует отметить, что важно
применять меры по борьбе c
загазованностью, если
используются склеенные смолой
кирпичи)
- использование огнеупорной
рабочей футеровки (литой или
торкрет-бетон), так как
термоциклирование и, как правило,
плохое высыхание ковша приводят
к крупным сколам
6.3 Желоб
В таблице 6.5 представлен ТМХ анализ для желоба ковша для заливки чугуна.
Таблица 6.5: ТМХ анализ для желоба ковша для заливки чугуна
Типы износа Виды воздействия
Примеры
Термический Пиковая
Температура жидкого чугуна в большинстве цехов составляет 1300 температура (Т)
1400°C, и ее изменение не предполагается. С позиции огнеупорного
материала данная температура невысока и создает для материалов
множество благоприятных условий.
Растрескивание при Термоциклирование крайне непостоянно для ковшей для заливки
резких перепадах чугуна в большинстве цехов и особенно на желобе - колебания
температуры
между плавками могут быть весьма сильными, так как большое
(разница
количество тепла теряется из-за излучения между применениями.
температур):
Данное термоциклирование может идти в разрез с установленными
выше целями, так что его нужно предусмотреть при
проектировании.
Механический Ударное
Воздействие на желоб происходит в основном при чистке любого
воздействие
гарнисажа, обычно большими мощными устройствами. Данное
воздействие происходит под напором, так что предпочтительнее
использовать материалы, обладающие определенной гибкостью.
Истирание
Истирание желоба ковша под воздействием жидкого чугуна,
переливающегося через носик при каждой плавке в большинстве
ковшей.
Приложенное
Не представляет проблемы в районе желоба.
напряжение
Химический Растворение
Износ при растворении ориентирован на химическую
(и
совместимость шлаков с огнеупорным материалом. Приведенный в
термохимичес
таблице шлак кислотный по своей природе, что означает, что
кий)
кирпич кислотного типа будет с ним совместим. Таким образом
предпочтителен глинозёмистый динасовый кирпич. Типовой
химический состав жидкого чугуна и шлака приведен в таблицах 6.1
и 6.2.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Не сильно
влияет на желоб.
ТермоНапряжение
Если установлен монолитный желоб, необходимо предусмотреть
механический теплового
достаточный допуск на расширение, чтобы исключить разрушение
расширения
или деформацию огнеупорного материала.
Хим. / мех.
Скол в зонах
Не является большой проблемой для желоба.
или ТМХ
проникновения
189
Используемый материал/конструкция/метод установки
Базовая конструкция желоба ковша для заливки чугуна представлена на рисунке 6.5.
Желоб: некоторые предприятия торкретируют это на месте материалами
с 50-70% глинозема. Некоторые используют на кончике желоба сборные
детали для предотвращения повреждения корпуса от расплавленного
чугуна, однако они должны быть интегрированы в конструкцию рабочей
футеровки. Также на этом участке осуществлялось шоткретирование, и
предполагается, что оно станет приоритетным методом.
Рис. 6.5: Желоб ковша для заливки чугуна
Ремонтные материалы
Обычно ковш для заливки чугуна ремонтируются с использованием материалов «в натуральном
выражении», то есть 50% глиноземного кирпича торкретируется 50% глиноземного огнеупорного
материала. Горячее торкретирование является стандартной практикой увеличения срока службы без вывода
ковша из эксплуатации, но также может выполняться и холодное торкретирование. Может производиться
ремонт/заделка кирпича, особенно на днищах; однако при хорошем проектировании все детали ковша будут
изнашиваться одновременно, позволяя избегать этой интрузивной тактики.
190
Выводы / Советы и рекомендации / Результаты
Прорывы в ковшах для заливки чугуна редки из-за низкой температуры плавления жидкого чугуна;
он имеет тенденцию замерзать (самоотверждение) довольно быстро.
Основной причиной прорывов является проникновение жидкого чугуна в швы.
Надлежащая практика установки и / или монолитные материалы в защитной футеровке могут их
предотвратить (см. рис. 6.6 внизу, пример проникновение чугуна).
Мониторинг разрывов имеет решающее значение для зонной плавки, что важно для максимизации
производительности и минимизации затрат на тонну.
Вопросы охраны труда и техники безопасности при работе с продуктами, используемыми в цехе
преобладают над всеми остальными. Загазованность из-за применения склеенного смолой кирпича
может стать серьезной проблемой, если ее не контролировать (см. раздел 1.0).
Крупные сборные детали нельзя использовать в условиях высокого термоциклирования и без
предварительного нагрева. Произойдет скол больших кусков!
Несоответствие в расширении кирпича может привести к появлению сколов на поверхности
раздела. Следите за этим при проектировании глиноземной и глиноземно-карбидокремниевоуглеродной кирпичной кладки.
Хорошая цикличность ковша приоритетна для максимальной производительности, особенно если
между циклами нет предварительного нагрева.
Рис. 6.6: Проникновение чугуна в днище ковша для заливки чугуна
191
Глава 7
192
7.0. Обзор огнеупорных материалов для основных
кислородных конвертеров (ОКК)
Основной кислородный конвертер является одним из двух основных сосудов для выплавки стали (наряду с
ЭДП). Производство посредством ОКК в мире занимает примерно 60 % и распространено в регионах
«бедных» в отношении металлического лома. ОКК — это способ с более высокими фиксированными
затратами, так как для него нужен чистый жидкий чугун из доменных печей, которые, в свою очередь,
нуждаются в коксе. Положительная сторона, однако, заключается в том, что ОКК может производить
любую необходимую марку стали, от банок до автомобильных кузовов, мусорных баков и рельс. Основная
технология использует кислород, который вдувается в ванну с жидким чугуном, смешанным с ломом, чтобы
снизить концентрацию углерода и достигнуть соответствующей температуры выпуска металла, как
показано на рисунке 7.1.
ОКК
УДМ
Откачка
газа
Рис. 7.1. Схема технологического процесса ОКК
Основной технологический процесс показан на рисунке 7.2, однако он может варьироваться в зависимости
от соотношения лома и горячего металла. Кроме того, кислород может подаваться в сосуд только сверху
или только снизу, также возможна комбинация способов. В таблице 7.1 приведена классификация
кислородно-конвертерных процессов.
Рис. 7.2. Различные технологии ОКК
193
Таблица 7.1 — Типы систем продувки кислородом
Тип
Продувка только сверху
Продувка только снизу
Комбинация способов
продувки
Типичные вдуваемые вещества
Сверху
Снизу
Кислород
не применимо
не применимо Кислород, известняк, аргон,
азот, углеводороды
Кислород
Кислород, известняк, аргон,
азот, углеводороды
Основными целями огнеупорной конструкции являются:
Герметизация жидкой стали (без прорывов)
Использование огнеупоров, которые не создают угроз безопасности и/или окружающей среде
Проектирование огнеупоров так, чтобы они соответствовали требуемой продолжительности
кампании печи (количество плавок или недель)
Минимизация стоимости огнеупорного материала / за тонну
Минимизация воздействия на процесс (надлежащий химический состав шлака и стали). Поперечное
сечение базовой конструкции ОКК показано на рисунке 7.3.
Горловина
С разрешения Shinagawa
Refractories Co. Ltd.
Полая часть
Стадион
Подина
Рис. 7.3. Футеровка ОКК: общее представление основных частей
194
В ходе кислородно-конвертерного процесса очищается жидкий чугун посредством удаления углерода и
других элементов за счет ввода кислорода и утилизации образовавшегося шлака. Химические составы стали
и шлака в ОКК показаны в таблицах 7.2 и 7.3 соответственно.
Таблица 7.2 — Химический состав стали ОКК
Химический состав
Количество
Кремний
0,010 %
Марганец
Сера
0,200 %
0,014 %
Cu+Ni+Cr
0,20 %
Углерод
Чугун
0,05%
Баланс
Таблица 7.3 — Химический состав шлака
Химический состав Количество
Кремнезем
Глинозем
Известняк
Двуокись титана
14%
6%
38%
1%
Магний
MnO
FeO
P2O5
Сера
Углерод
9%
7%
25%
0,08%
1,5%
3%
195
7.1. Защитная подина / стенка ОКК
Защитные подина и стенка типичной ОКК показаны на рисунке 7.4. Следует отметить, что конструкция
защитной подины сильно зависит от конструкции самого кожуха. В этом случае кожух довольно узкий и
высокий, что ведет к плоской кирпичной конструкции вдоль стен. Для более короткой и широкой печи
может потребоваться более сложная ступенчатая конструкция.
Защитные слои
Рис. 7.4. Защитная футеровка ОКК
Этому участку не характерен быстрый износ, как видно из представленного в таблице 7.4 анализа ТМХ.
Таблица 7.4 — Анализ ТМХ износа для защитной подины ОКК
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура (Т)
Температура защитной футеровки обычно не измеряется,
тем не менее она будет иметь температуру в диапазоне
между температурой окружающей среды и 1600 °C при утере
рабочего слоя футеровки. В реальности редко, когда ОКК
эксплуатируют до обнажения защитной футеровки, поэтому
она обычно находится в пределах 500 °C. С позиции
огнеупорного материала данная температура невысока и
создает для материалов множество благоприятных условий.
Термоциклирование для защитной футеровки минимально и
не считается механизмом износа.
Термоудар (6Т)
Механический
Ударное воздействие
Обычно на защитную подину и стенки не оказывается никакого
воздействия, за исключением периода извлечения.
Истирание
Истирание защитной стенки или подины возможно только в
случае потери рабочей футеровки и циркуляции жидкой стали
в печи, однако этот фактор минимален.
Приложенное напряжение
Боковая стенка достаточно высокая, но температура низкая,
поэтому приложенное напряжение недостаточно сильно для
нижних рядов стен. Если бы вы использовали монолитную
защитную футеровку, то необходимо было бы определить
общее расширение диаметра материала и ввести некоторый
допуск на расширение, в противном случае в материале будут
возникать напряжения и произойдет растрескивание.
196
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Приведенный в главе 7.0
шлак имеет базовый характер, что означает, что кирпич
базового типа будет с ним совместим.
Таким образом,
предпочтителен магнезиальный или доломитовый кирпич.
Типичный химический состав стали и шлака приведен в разделе
7.0.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. У
защитной подины или стенки ОКК с этим, как правило, не
возникает проблем. Очень важно плотно установить защитную
футеровку.
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
Если установлена монолитная стенка или подина, необходимо
предусмотреть достаточный допуск на расширение, чтобы
исключить разрушение или деформацию огнеупорного
материала. Для защитной подины ОКК это не представляет
проблемы.
Химико-механический (и
термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Не применимо для защитной футеровки.
Химический (и
термохимический)
Используемый материал / конструкция / метод установки
Базовая конструкция защитной футеровки ОКК представлена на рисунке 7.4. Некоторые важные вопросы,
касающиеся защитных стен и дна:
В зоне с низким уровнем износа герметичность является ключевым фактором для предотвращения
проникновения металла.
Большинство сталелитейных предприятий будут использовать дешевый кирпич с 95%-м
содержанием обожженного магния в качестве арматурного слоя футеровки. Это высокостабильное
решение, которое может служить многие годы.
Можно использовать монолитную защитную футеровку (шоткретирование), однако ее очень
сложно монтировать и сушить. Это лучший способ, но нужно соблюдать осторожность и следить
за расширением материала и закреплением.
Обратите внимание, что в ключевых точках перехода обычно имеются стальные фланцы, которые
служат крепежными выступами для кирпичей. Необходимы опытные каменщики для монтажа
кирпичной защитной футеровки.
Следует отметить, что для долгого срока эксплуатации чистый магнезиальный кирпич должен быть
устойчивым к гидратации. Поставщик выполнит это по запросу (обычно фосфорной кислотой,
смоченной или содержащей небольшое количество бора, который покрывает зерна).
В последнее время было много дискуссий относительно изолирующего слоя, так как многие ОКК с
установкой магнезиальных углеродных футеровок имели чрезмерное излучение тепла на кожух и имели
«оползание» или деформацию самого кожуха сосуда. Преимущества и недостатки перечислены ниже, и
каждое предприятие должно будет принять решение исходя из температуры плавления метала в сосуде и
условий эксплуатации, которые создают самые высокие температуры. На рисунке 7.5 схематично показаны
кирпичи для стен с изоляцией и без нее.
197
Без изоляции
С изоляцией
12 мм
изоляционная
плита
Рис. 7.5. Схематическое изображение кирпичной стены ОКК с изоляцией и без нее
Преимущества:
Более низкие температуры кожуха (~ 30—50 °C) и меньшие искривления кожуха.
Лучшая термостойкость.
Недостатки:
Удерживается больше тепла, возможно, усиливая химические реакции / износ.
Плата со временем деградирует и должна заменяться каждые 2—3 года.
198
7.2. Обзор горловины ОКК
Горловина для обобщенной ОКК показана на рисунке 7.6. Следует отметить, что конструкция горловины
сильно зависит от конструкции самого кожуха. В этом случае кожух довольно узкий и высокий, что ведет к
плоской кирпичной конструкции вдоль стен. Для более короткой и широкой печи может потребоваться
более сложная ступенчатая конструкция.
Горловина
Монолитный материал устья
горловины
Кирпич горловины
Рис. 7.6. Конструкция горловины ОКК
Этому участку не характерен быстрый износ, как видно из представленного в таблице 7.5 анализа ТМХ.
Таблица 7.5 — Анализ ТМХ для горловины ОКК
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура (Т)
Температура горловины обычно не измеряется; тем не менее
она будет варьироваться от температуры окружающей среды до
1600 °C в зависимости от шлакового покрытия. Одной из
ключевых проблем устьев и горловин ОКК является
накопление в ходе процесса шлака, который может перекрыть
горловину, прикрепившись к кирпичу горловины. Из-за этого
реальность такова, что температура на кирпиче обычно
достигает 1000 °C. Эта температура не высока с огнеупорной
точки зрения и допустима для многих вариантов материалов,
однако, так как кирпич подвергается пиковым температурам
процесса, необходимо использовать кирпич среднего качества.
В случае минимального гарнисажа необходимо использовать
кирпич более высокого качества.
Термоциклирование горловины меняется в течение кампании
во многом из-за накопления шлака в ходе процесса, который
может перекрыть горловину, прикрепившись к её кирпичу.
Кроме того, многие современные ОКК имеют горловину с
водяным охлаждением, которое сохраняет целостность
кожуха, одновременно обеспечивая отвод тепла, за счет
которого формируется защитный гарнисаж в области устья.
Термический шок, как правило, не является значительным
фактором для ОКК, имеющих гарнисаж устья.
Термоудар (6Т)
199
Механический
Ударное воздействие
Одной из ключевых проблем устьев и горловин ОКК является
накопление в ходе процесса шлака, который может перекрыть
горловину, прикрепившись к кирпичу горловины. Такое
накопление может быть серьезной проблемой при загрузке лома
в печь и должно контролироваться с помощью фурмы и (или)
чистки устья. Чистка устья обычно выполняется посредством
совместного применения кислородной фурмы, машин для
извлечения или приложения тяжелого веса к горловине печи (см.
Рис. ниже). По этой причине ударное воздействие может быть
основным фактором при выборе огнеупорных материалов устья.
Чистка
машины,
фурма и др.
Гарнисаж
Кирпич
горловины
Истирание
Горловина подвергается истиранию, только при воздействии
технологических газов. Поскольку она обычно покрыта
шлаком, это воздействие обычно не ведет к сильному износу
горловин ОКК.
Приложенное напряжение
Стык между полой частью и горловиной является ключевой
точкой приложения напряжения, поскольку кирпич ОКК
обычно имеет расширение ~ 2 %, так как мы используем
магнезиальные материалы. Допуск на расширение должен быть
предусмотрен в кирпичной футеровке посредством отдельных
кирпичных покрытий и (или) картона для компенсации
расширения вдоль футеровки. Я лично видел влияние этого
фактора на футеровку ОКК в пределах первых 10 плавок из-за
неверного допуска на расширение.
Кирпич
горловины
Полая часть
200
Химический (и
термохимический)
Термомеханический
Химико-механический
(и термомеханический
химический)
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Приведенный в главе 7.0
шлак имеет базовый характер, что означает, что кирпич
базового типа будет с ним совместим.
Таким образом,
предпочтителен магнезиальный или доломитовый кирпич
(обычно — магнезиально-углеродистый кирпич).
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. У
горловины ОКК с этим, как правило, не возникает проблем.
Напряжение теплового
расширения
См. приложенное напряжение выше.
Скол в зонах
проникновения
Не применимо для горловины.
Используемый материал / конструкция / метод установки
Базовая конструкция горловины ОКК представлена на рисунке 7.7.
Монолитный материал устья горловины
Конус
- Этот материал имеет две ключевые функции; вопервых — снять часть напряжения от расширения
футеровки. Второе — выдержать в течение
длительного времени повреждения и удары,
связанные с чисткой, а также от любого шлака,
отваливающегося от кромки сосуда.
- Обычно это магнезиальный или доломитовый
монолитный материал: пластический, торкретирование
или шоткретирование. Пластический хорош, но
требует много времени для монтажа; шоткретирование
хорошо, но может быть слишком крепким и не гибким
и треснет; торкретирование, вероятно, лучший
сбалансированный вариант.
- Обратите внимание, что некоторые анкеры из
верхнего сегмента кромки могут быть
полезными, но не в слишком большом
количестве, так как это может создать
напряжение (~ 1 на 30 см).
Кирпич горловины
- Большинство сталелитейных предприятий будут использовать дешевый
магнезиально-углеродистый кирпич.
Чистота магния ~ 95 %, чистота ~ 10—15 % С при уровне чистоты 94
%. Полезен небольшой уровень противоокислительной присадки,
которая быстро реагирует на воздухе (Si).
- Некоторые экзотические идеи для ударопрочности заключались в
следующем: иглы из нержавеющей стали в кирпиче и металлическая
оболочка для каждого кирпича, чтобы соединить их вместе. В то время
как иглы могут быть полезны, металлическая оболочка имеет
тенденцию плавиться, и тогда при очистке вместо отдельных кирпичей
выскакивают массивные участки.
Рис. 7.7. Конструкция горловины ОКК
201
Практические советы и рекомендации
Кирпичи горловины должны иметь коническую форму, как показано на рисунке 7.8.
Обратите внимание:
Растрескивание/
скалывание
- Если кирпичи горловины
имеют прямоугольную форму,
они неплотно прилегают к
корпусу, а передние уголки
трескаются из-за термического
напряжения и отсутствия
опоры.
- Конический кирпич спереди
и сзади смягчает эту проблему
Воздушные
зазоры сзади
Рис. 7.8. Скалывание горловины ОКК
Некоторые поставщики рекомендуют округленный кирпич или наклонный кирпич для горловины в
качестве решения проблемы напряжения (см. Рис. 7.9). Проблема в том, что на самом деле сложно
выкладывать кирпич таким образом, так как кирпичи падают в сосуд и на каменщиков, поэтому
существует риск для безопасности.
С разрешения Shinagawa
Refractories Co. Ltd.
Рис. 7.9. Наклонный кирпич ОКК
202
7.3. Обзор площадок ОКК со стороны выпуска
Огнеупорный материал для площадки со стороны выпуска показан на рисунке 7.10 для обобщенной ОКК
(первый рисунок показывает расположение, второй — крупный план). Следует отметить, что конструкция
полой части, включая площадку со стороны выпуска, обычно является вертикальной, и для неё легче
выкладывать кирпич.
Кирпич над
шпуром
Сторона
выпуска
Шпур
Площадка со
стороны
выпуска
Рис. 7.10. Ванна ОКК со шпуром
Этому участку печи обычно характерен быстрый износ, как видно из представленного в таблице 7.6 анализа
ТМХ.
Таблица 7.6 — Анализ ТМХ на износ для ванн ОКК со шпуром
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура (Т)
Температура площадки со стороны выпуска обычно
равняется самой температуре выпуска стали и колеблется в
пределах 1575—1675°C. И эта пиковая температура
сохраняется в течение длительного периода времени в
любой части печи, поскольку ванна располагается на
площадке в течение процесса выпуска (3—10 минут). Эта
температура является высокой с точки зрения огнеупорной
функции и требует огнеупорные материалы с более высокой
чистотой сырья.
Термоциклирование для площадки со стороны выпуска не
очень высоко из-за характера процесса, и одним из ключевых
факторов является количество плавок в день. Для процесса
выпуска характерно то, что во время процесса площадка
обычно имеет высокую температуру. Обычно это средний
фактор износа для зоны площадки со стороны выпуска.
Термоудар (6Т)
203
Механический
Ударное воздействие
Ударное воздействие не является сильным механизмом износа
для площадки со стороны выпуска, поскольку она не подвергается
процессам завалки и снятия гарнисажа.
Истирание
Присутствует некоторое минимальное истирание при
движении ванны во время процесса выпуска, но в
реальности это незначительный механизм износа для
площадки со стороны выпуска.
Приложенное напряжение
В области полой части приложенное напряжение обусловлено
тем, что кирпич ОКК обычно имеет расширение 2 %,
поскольку мы используем магнезиальные материалы. Допуск
на расширение должен быть предусмотрен в кирпичной
футеровке посредством отдельных кирпичных покрытий и
(или) картона для компенсации расширения вдоль футеровки.
Некоторые компании используют накладки на кирпичах,
некоторые используют картон, некоторые используют
специальные покрытия, а некоторые используют их
комбинацию. Для AMD мы используем картон на каждом
вертикальном шве и покрываем кирпичи легкой смолой,
что обеспечивает все необходимые допуски на
расширение, хотя это зависит от ваших кирпичей и должно
быть согласовано с поставщиком.
204
Химический (и
термохимический)
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Обычно при достаточно
высоком насыщении MgO в сталеплавильном шлаке износ
незначителен. Приведенный в главе 7.0 шлак
имеет базовый характер, что означает, что кирпич базового типа
будет с ним совместим.
Таким образом, предпочтителен магнезиальный или
доломитовый кирпич
(обычно — магнезиально-углеродистый кирпич).
Обратите внимание, что в большинстве ОКК слой шлакового
покрытия создается для защиты кирпича от растворения.
Поскольку покрытие само по себе не агрессивно, оно прекрасно
выполняет функцию защиты кирпича.
Шлаковое покрытие
защищает
огнеупорный
материал от
окисления,
проникновения и
коррозии
Проникновение
Огнеупорн
ый
материал
Шлаковое
покрытие
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Это может
быть проблемой для площадки со стороны выпуска, если шлак
оставляется на кирпиче на какое-либо время между нагревами.
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
См. приложенное напряжение выше.
Химико-механический
(и термомеханический
химический)
Скол в зонах проникновения
Благодаря сочетанию приложенного напряжения в полой части,
растворения/проникновения шлака и термоциклирования ОКК
существует вероятность теплового скалывания огнеупоров,
однако обычно этого не происходит в площадке со стороны
выпуска.
205
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция площадки со стороны выпуска ОКК представлена на рисунке 7.11.
Материал кирпича площадки со стороны
выпуска
Кирпич над
шпуром
- Большинство сталелитейщиков будут
использовать кирпичи очень хорошего
качества для борьбы с механизмом износа
при высоких температурах в этой зоне.
Шпур
— Это будет кирпич с 15—20 % C — с более
высоким содержанием углерода, чтобы
получить шлакоустойчивость при выпуске.
Площадка со
стороны
выпуска
- Как правило, 100 % плавленого зерна
MgO высочайшего качества с чистотой ~
98—99 % и большим размером
кристаллов > 1000 мкм.
- Графит также будет иметь чистоту 98—
99 % с большим размером чешуек.
- Кроме того, здесь используется смесь
противоокислительных присадок для
защиты графита и предотвращения
окисления (Al, сплав Al—Mg).
Рис. 7.11. Конструкция ванны со шпуром
206
Практические советы и рекомендации
Из-за высокого износа площадки со стороны выпуска, эта область нуждается в оперативном ремонте.
Различные методы показаны в таблице 7.7 с указанием их плюсов и минусов.
Таблица 7.7 — Преимущества и недостатки методов оперативного ремонта на площадки со стороны
выпуска ОКК
Метод
Подробности
Преимущества
Недостатки
Нанесите торкретированием 1—2
тонны огнеупора на площадку со
стороны выпуска и дайте ему
затвердеть в этой зоне. Смотрите
рисунок ниже.
Этот метод
обеспечивает
хорошую
огнеупорную
стойкость, и при
необходимости поток
может быть
направлен на
небольшие участки.
Торкретирование
огнеупора
Этот
метод
может
быть
дорогостоящим в зависимости
от типа огнеупора, который вы
используете.
Хороший,
надежный ремонт займет ~ 30—
45 минут.
Загрузите
1—2
тонны
массы
огнеупоров
с
самотечными
свойствами на площадку со стороны
выпуска и дайте ему затвердеть в этой
зоне. Смотрите рисунок ниже.
Заделка массой
огнеупора
По моему опыту, это
хороший ремонтный
материал для площадок
со стороны выпуска, но
он не столь
управляемый, как
торкретирование.
207
Этот метод может быть
дорогостоящим в зависимости от
типа огнеупора, который вы
используете (только MgO или
смесь MgO—C). Хороший,
надежный ремонт займет ~ 60—
120 минут. Дым от смесей
MgO—C может быть опасным
для здоровья и создавать угрозу
безопасности.
7.4. Обзор площадок ОКК со стороны загрузки
Сторона загрузки
— зона воздействия
Огнеупорный материал для площадки со стороны загрузки показан на рисунке 7.12 для обобщенной ОКК
(первый рисунок показывает расположение, второй — крупный план). Следует отметить, что конструкция
полой части, включая площадку со стороны загрузки, обычно является вертикальной, и для неё легче
выкладывать кирпич.
Рис. 7.12. Площадка ОКК со стороны загрузки
Этому участку печи обычно характерен самый высокий уровень износа, как видно из представленного в
таблице 7.8 анализа ТМХ.
Таблица 7.8 — Анализ ТМХ для площадки ОКК со стороны загрузки
Типы износа
Термический
Виды
воздействия
Пиковая
температура
(Т)
Примеры
Температура площадки со стороны загрузки обычно является температурой
самого выпуска и колеблется в пределах 1575—1675°C. Эта температура
является высокой для огнеупора и требует использования огнеупора с более
чистым сырьем.
Термоудар (Т) Термоциклирование для площадки со стороны загрузки очень высоко из-за
характера процесса, и одним из ключевых факторов является количество плавок
в день. Характер процесса загрузки заключается в том, что печь пустая, но все
еще горячая. Затем в ОКК добавляется лом, и обычно ОКК затем
«раскачивается» из стороны в сторону, чтобы центрировать нагрузку и
допустить загрузку жидкого металла. Лом холодный по сравнению с горячей
печью, что вызывает тепловой удар в кирпиче площадки со стороны загрузки.
После загрузки лома горячий металл добавляют при температуре 1300 °C,
вызывая еще одну тепловую нагрузку на эту зону. Однако загрузка большого
количества лома в печь снижает температуру; снижение темпа работы ОКК для
оперативного ремонта и т. д. может привести к снижению количества плавок из
расчета на сутки и усилению циклирования. Обычно это сильный фактор износа
для зоны площадки со стороны загрузки.
208
Механический
Ударное
воздействие
Ключевой проблемой для площадки со стороны загрузки ОКК является загрузка лома и
горячего металла. Воздействие лома на площадку со стороны загрузки ОКК очень
значительно, и это продолжает оставаться зоной самого сильного износа большинства ОКК
во всем мире. Сила воздействия лома на футеровке печи зависит от:
1. Высоты: чем больше высота падения материала, тем сильнее воздействие.
2. Объема: чем больше лома, тем сильнее будет воздействие. Обратите внимание,
что это сильно зависит от предприятия. Японские производители обычно применяют
наименьшее количество лома (5 %) из-за низкой доступности местного лома. Это приводит
к снижению скорости износа загрузочной платформы. Другие имеют более высокие доли
лома (25 %) из-за превышения средней нормы доступности по лому и (или) конструкции
сосуда, что позволяет повысить процент лома.
3. Угол печи. Чем угол удара ближе к 90°, тем выше сила и глубина воздействия. Смотрите
рисунок ниже.
Приложение силы — 90 градусов
зона ударного
воздействия
Приложение силы — 45 градусов
зона ударного
воздействия
Зависимость воздействия от угла загрузки
4. Размер/форма: существует разница в силе воздействия между 20 тоннами мелкого и
легковесного измельченного материала или мелкой обрези и 20-тонным гарнисажем
разливочного устройства. Исследования, проведенные в Японии в 1980-х годах, показали,
что скорость износа может удваиваться или утраиваться при использовании материала
большего размера не только на площадке со стороны загрузки, но также в зоне сужения
(«стадионе») и на подину во время реального процесса продувки кислородом.
209
Давление жидкого металла
Воздействие жидкого металла на площадку со стороны загрузки ОКК (или днище
ковша) также значительно, и это продолжает оставаться самой высокой зоной
износа большинства ОКК во всем мире.
Сила воздействия горячего металла на футеровке печи является взаимозависимостью
трех факторов:
1. Высота
2. Угол воздействия
3. Диаметр воздействующей струи
1. Высота
- С ростом высоты сила удара также увеличивается (пропорционально).
Ударное давление х 10 3 , фунт / кв.дюйм
Основополагающая и лучшая работа, проделанная в этом направлении, была
проведена Падфилдом Р.К. в 1970 году и называется «Взаимосвязь горячей прочности
и характеристик огнеупоров ОКК». Он сравнил механику силы, которую вызывает
капля дождя, ударяя по крылу самолета, с заливкой горячего металла в ОКК или
заливку стали из ОКК в ковш, чтобы показать зависимость давления струи от высоты
и угла. Смотрите рисунок ниже.
Высота, футов
Из этой работы видно, что большие высоты и более крутые углы приводят к
большей силе и, следовательно, большему износу.
2. Угол воздействия
- По мере увеличения угла ударного воздействия сила удара также увеличивается (см.
график выше и схематическое изображение на стр. 209).
3. Диаметр воздействующей струи
- По мере увеличения диаметра струи сила удара уменьшается (обратно
пропорционально).
- Если объем постоянен, то энергия сосредоточенной силы тем пагубней,
чем шире струя.
— Это сложно учитывать при проектировании, так как диаметр шпура, как
правило, задается желаемыми скоростью выпуска печи и процентом
выброса шлака.
Истирание
См. «ударное воздействие»
210
Химический (и
термохимический)
Приложенное
напряжение
В области полой части приложенное напряжение обусловлено тем, что кирпич
ОКК обычно имеет расширение 2 %, поскольку мы используем магнезиальные
материалы. Допуск на расширение должен быть предусмотрен в кирпичной
футеровке посредством отдельных кирпичных покрытий и (или) картона для
компенсации расширения вдоль футеровки.
Некоторые компании используют накладки на кирпичах, некоторые
используют картон, некоторые используют специальные покрытия, а некоторые
используют их комбинацию. Для AMD мы используем картон на каждом
вертикальном шве и покрываем кирпичи легкой смолой, что обеспечивает все
необходимые допуски на расширение, хотя это зависит от ваших кирпичей и
должно быть согласовано с поставщиком.
Химический (и
термохимический)
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Приведенный в главе 7.0 шлак имеет
базовый характер, что означает, что кирпич базового типа будет с ним
совместим.
Таким образом, предпочтителен магнезиальный или
доломитовый кирпич. (обычно — магнезиально-углеродистый кирпич).
Обратите внимание, что в большинстве ОКК слой шлакового покрытия создается
для защиты кирпича от растворения.
Пока покрытие не агрессивно само по себе, оно отлично защищает кирпич.
Шлаковое покрытие
защищает огнеупор от
окисления, проникновения
и коррозии.
211
Огнеупорн
ый
материал
Шлаковое
покрытие
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами/шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Это может быть проблемой для площадки со
стороны загрузки, если шлак оставляется на кирпиче на какое-либо время
между нагревами.
Термомеханический
Напряжение
теплового
расширения
См. приложенное напряжение выше.
Химикомеханический (и
термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Благодаря сочетанию приложенного напряжения в полой части,
растворения/проникновения шлака и термоциклирования ОКК существует
вероятность теплового скалывания огнеупоров, как показано ниже.
212
Используемый материал/конструкция /метод установки
Базовая конструкция площадки со стороны загрузки ОКК представлена на рисунке 7.13.
Площадка со
стороны загрузки
Материал кирпича площадки со стороны
загрузки
- Большинство сталелитейщиков будут
использовать кирпичи самого высокого
качества, которое только возможно, в этой
зоне.
- Мне нравится называть этот кирпич
кирпичом «кухонной раковины» — вы
добавляете в него все, включая кухонную
раковину!
- Это будет кирпич с 10—15 % C — с
более низким содержанием углерода,
чтобы получить прочность
магния в противовес углероду, но с
достаточным количеством углерода для
хорошей шлакоустойчивости.
- Как правило, 100 % плавленого зерна MgO
высочайшего качества с чистотой ~ 98—99 %
и большим размером кристаллов> 1000 мкм.
- Графит также будет высочайшей чистоты,
98—99%, с большими размерами чешуек.
Следует отметить, что вы также можете
использовать «тонкие чешуйки», которые
стоят дороже, но дают отличную
стойкость к тепловому удару.
Рис. 7.13. Конструкция площадки со стороны загрузки ОКК
Практические советы и рекомендации
Из-за высокого износа эта зона требует частого оперативного ремонта. Различные методы показаны в
таблице 7.9 с указанием их преимуществ и недостатков.
Таблица 7.9 — Методы оперативного ремонта для площадки со стороны загрузки ОКК
Метод
Подробности
Преимущества
Недостатки
Заделка
шлаком
Заделка
дробленым
кирпичом
Укладка шлака на площадку
со стороны загрузки между
плавками для создания
шлакового покрытия.
Держите массу шлака в зоне
площадки со стороны загрузки
и загрузите
1—2 тонны
дробленного кирпича MgO—C
поверх этой массы, чтобы
охладить и закрепить его в
этой зоне.
При низком качестве или
Этот способ очень
агрессивном шлаке, вы
быстрый может
можете
еще
сильнее
принести некоторую повредить площадку со
пользу.
стороны загрузки.
Кирпич с низкой
плотностью может просто
находиться поверх шлака
Этот метод может
без проникновения для
обеспечить хорошее
получения желаемого
покрытие и
эффекта. Требуются
некоторую
некоторые затраты на
ударопрочность
переработку и дробление
относительно лома. кирпича и его фасовку.
Могут возникнуть
проблемы с
закупориванием шпура,
если кирпич отбивается от
шлака и при этом
недостаточно измельчен.
213
Нанесите торкретированием
1—2 тонны огнеупора на
площадку со стороны
загрузки и дайте ему
затвердеть в этой зоне.
Торкретирован
ие огнеупора
Данный метод
обеспечивает
хорошую
ударостойкость,
однако, материалы
для
торкретирования
содержат слишком
много воды, а
прочность
недостаточно
высока для этой
зоны. При
необходимости
заделку можно
приложить на
небольшие
участки.
Этот метод может быть
дорогостоящим в
зависимости от типа
огнеупора, который вы
используете. Для заделки
необходимо ~ 30—45
минут, чтобы получить
хороший, надежный
ремонт. Дым от смесей
MgO—C может быть
опасным для здоровья и
создавать угрозу
безопасности.
Загрузите 1—2 тонны массы
огнеупоров с самотечными
свойствами на площадку со
стороны загрузки и дайте ему
затвердеть в этой зоне.
Заделка массой
огнеупора
Этот способ
обеспечивает
хорошую
ударопрочность
и ремонтный
материал для
площадок со
стороны
загрузки.
Огнеупор
является
хорошим
вариантом
ремонта поверх
огнеупора, но не
обладает
прочностью
железосодержащ
их заделок.
214
Этот метод может быть
дорогостоящим в
зависимости от типа
огнеупора, который вы
используете (только MgO
или смесь MgO—C).
Хороший, надежный
ремонт займет ~ 60—120
минут. Дым от смесей
MgO—C может быть
опасным для здоровья и
создавать угрозу
безопасности.
7.5. Обзор опорных колец ОКК
Огнеупорный материал для опорных колец показан на рисунке 7.14 для обобщенной ОКК (первый рисунок
показывает расположение, второй — крупный план). Следует отметить, что конструкция полой части,
включая опорные кольца, обычно является вертикальной, и для неё легче выкладывать кирпич.
Опорное кольцо
Рис. 7.14. Огнеупор опорного кольца ОКК
Этому участку печи обычно характерен быстрый износ, как видно из представленного в таблице 7.10
анализа ТМХ.
Таблица 7.10 — Анализ ТМХ для опорных колец ОКК
Типы износа
Термический
Виды воздействия Примеры
Температура опорных колец, как правило, представляет
Пиковая
собой температуру самой плавки и колеблется в пределах
температура (Т)
1575—1675°C. Обратите внимание, что эта температура
может быть выше, в зависимости от управления
кислородной фурмы печи. Если она используется после
завершения срока эксплуатации и на конце возникает
кислородный факел, то это может увеличить локальные
температуры. Эта температура является высокой с точки
зрения огнеупора и требует использования
высокотемпературного огнеупора с более чистым
сырьем.
Термоудар (6Т)
Термоциклирование для опорных колец не очень высоко изза характера процесса, и одним из ключевых факторов
является количество плавок в день. Обычно это средний
215
Механический
Ударное воздействие не является сильным
Ударное воздействие
фактор износа
для зоны
опорного
кольца. колец,
механизмом
износа
для опорных
поскольку они не подвергаются процессам
завалки и снятия гарнисажа.
Присутствует
некоторое
минимальное
Истирание
истирание при движении ванны во время
процесса задувки, но в реальности это
незначительный механизм износа для опорного
кольца.
В области полой части приложенное напряжение
Приложенное
напряжение
обусловлено тем, что кирпич ОКК обычно имеет
расширение 2 %, поскольку мы используем
магнезиальные материалы. Допуск на расширение
должен быть предусмотрен в кирпичной
футеровке посредством отдельных кирпичных
покрытий и (или) картона для компенсации
расширения вдоль футеровки (см. Рис. ниже).
Некоторые компании используют накладки на
кирпичах, некоторые используют картон,
некоторые используют специальные покрытия, а
некоторые используют их комбинацию.
216
Химический (и
термохимический)
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на
химическую совместимость шлаков с кирпичом.
Приведенный в главе 7.0 шлак имеет базовый
характер, что означает, что кирпич базового типа
будет с ним совместим.
Таким образом,
предпочтителен магнезиальный или доломитовый
кирпич опорных колец (обычно — магнезиальноуглеродистый кирпич).
Обратите внимание, что в большинстве ОКК слой
шлакового покрытия создается для защиты кирпича
от растворения. Пока покрытие не агрессивно само
по себе, оно отлично защищает кирпич.
Шлаковое покрытие
защищает огнеупор от
окисления,
проникновения и
коррозии.
Проникновение
Огнеупорн
ый
материал
Шлаковое
покрытие
Проникновение вызвано металлами и / или
шлаками с низкой вязкостью ИЛИ сильно
смачиваемыми
металлами
/
шлаками,
проникающими
в
пористые
огнеупорные
материалы. Это может стать проблемой для
опорного кольца, если процесс заливки длится
долго, так как область шлаковой линии может
стать доминирующей.
Термомеханический
Напряжение теплового См. приложенное напряжение выше.
расширения
Химико-механический
(и термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Благодаря сочетанию приложенного напряжения в
полой части, растворения/проникновения шлака и
термоциклирования ОКК существует вероятность
теплового скалывания огнеупоров, как показано на
рисунке ниже.
217
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция опорного кольца ОКК представлена на рисунке 7.15.
Опорные кольца
Материал кирпича опорного кольца
- Большинство сталелитейщиков будут
использовать кирпичи очень хорошего
качества для борьбы с механизмами износа
при высоких температурах и шлаковом
растворении в этой зоне.
- Это будет кирпич с 15—20 % C — с
более высоким содержанием углерода,
чтобы получить шлакоустойчивость.
- Как правило, > 50 % плавленого зерна MgO
высочайшего качества с чистотой ~ 98—99 %
и средним размером кристаллов > 200 мкм.
- Графит также будет иметь чистоту 98—
99 % с большим размером чешуек.
- Кроме того, здесь используется смесь
противоокислительных присадок для
защиты графита и предотвращения
окисления (Al, сплав Al—Mg).
Рис. 7.15. Конструкция опорного кольца ОКК
Практические советы и рекомендации
Из-за высокого износа эта зона требует частого оперативного ремонта. Используется два метода:
торкретирование и раздув шлака, как представлено в таблице 7.11.
Таблица 7.11 — Методы оперативного ремонта футеровки для опорных колец ОКК (раздув шлака не
представлен)
Метод
Подробности
Преимущества Недостатки
Торкретир Нанесите торкретированием 1—2 тонны
ование
огнеупора на опорное кольцо и дайте ему
огнеупора затвердеть в этой зоне.
218
Это
Этот метод может
обеспечивает
быть
хорошую
дорогостоящим в
огнеупорную
зависимости от
стойкость, и при требуемого типа
необходимости огнеупора.
поток может
Обычно, хороший,
быть направлен надежный ремонт
на небольшие
займет ~ 30—45
участки.
минут.
Техники кладки в ОКК: Клин против замкового кирпича
Было проведено дополнительное исследование для сравнения форм замкового кирпича и клина. Клин
предпочтителен для футеровки печи по следующим причинам:
Клин сильнее в вертикальном направлении, потому что он толще в этом направлении (см. рис. 7.16).
a) Замковый кирпич
Трещина
b) Клин
Рис. 7.16. Толщина кирпича и растрескивание
Для построения кольца требуется только половинное количество разрезов, поскольку количество рядов
равно половине. Получается экономия времени по сравнению с конструкцией кольца с использованием
замковой формы.
219
7.6. Обзор стадиона ОКК
Огнеупорный материал для зоны сужения («стадиона») показан на рисунке 7.17 для обобщенной ОКК
(первый рисунок показывает расположение, второй — крупный план). Следует отметить, что конструкция
стадиона сильно зависит от конструкции самого кожуха. В этом случае кожух довольно узкий и высокий,
что ведет к плоской кирпичной конструкции вдоль стен. Для более короткой и широкой печи может
потребоваться более сложная ступенчатая конструкция.
Рис. 7.17. Конструкция стадиона ОКК
Этому участку характерен быстрый износ, как видно из представленного в таблице 7.12 анализа ТМХ.
Таблица 7.12 — Анализ ТМХ для стадиона ОКК
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Температура стадиона обычно является
Термический
Пиковая температура
температурой самого выпуска и колеблется в
(Т)
пределах 1575—1675°C. Эта температура
является высокой для огнеупора и требует
использования высокотемпературного огнеупора
с более чистым сырьем.
Термоциклирование стадиона может быть
Термоудар (6Т)
довольно высокими, а ключевым фактором
является количество выплавок в день. Высокие
выработка и количество плавок в сутки будут
удерживать тепло в нижней части печи,
обеспечивая стабильность. Однако загрузка
большого количества лома в печь снижает
температуру; снижение темпа работы ОКК для
оперативного ремонта и т. д. также может
привести к снижению количества плавок из
расчета на сутки и усилению циклирования.
Обычно это средний фактор износа для зоны
стадиона.
220
Механический
Ударное воздействие
Истирание
Приложенное
напряжение
Одной из ключевых проблем стадионов / нижних
конусов ОКК является перемешивание самой
ванны и эффект вращения, столкновения лома с
печью. Эти условия сильно разняться у разных
предприятий, поскольку они могут загружать от 5
до 30 % лома. Даже с таким же количеством лома
важен размер (чем больше, тем хуже), форма
(мелкая обрезь и измельченный материал лучше,
чем угловые шпалы, гарнисаж разливочного
устройства или пакеты лома). По этой причине
ударостойкость может быть основным фактором
при выборе огнеупорных материалов стадиона.
См. «ударное воздействие»
Стык между полой частью и нижним конусом /
стадионом является ключевой точкой приложения
напряжения, поскольку кирпичи ОКК (см. Рис.
ниже) обычно имеют расширение ~ 2 %, так как
мы используем магнезиальные материалы.
Допуск на расширение должен быть
предусмотрен в кирпичной футеровке
посредством отдельных кирпичных покрытий и
(или) картона для компенсации расширения вдоль
футеровки. Я видел влияние этого фактора на
футеровку ОКК в пределах первых 10 плавок изза неверного допуска на расширение.
Напряжения концентрируются в углах и
передней части кирпича
Химический
(и
термохимический)
Растворение
Приведенный в главе 7.0 шлак имеет базовый
характер, что означает, что кирпич базового типа
будет с ним совместим. Таким образом,
предпочтителен магнезиальный или доломитовый
кирпич (обычно — магнезиально-углеродистый
кирпич).
Обратите внимание, что в большинстве ОКК слой
шлакового покрытия создается для защиты кирпича
от растворения.
221
Поскольку покрытие само по себе не агрессивно,
оно прекрасно выполняет функцию защиты
кирпича.
Шлаковое покрытие
защищает огнеупор от
окисления,
проникновения и
коррозии.
Огнеупорный
материал
Шлаковое
покрытие
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или
шлаками с низкой вязкостью ИЛИ сильно
смачиваемыми металлами / шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные
материалы. Это проблема для зоны стадиона,
поскольку здесь образуется шлак, который может
образовать тонкий или толстый слой шлака на
самом кирпиче.
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
См. приложенное напряжение выше.
Химико-механический
(и термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Благодаря сочетанию приложенного
напряжения в углах, шлакового растворения /
проникновения шлака и термоциклирования
ОКК существует вероятность теплового
скалывания огнеупоров.
222
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция стадиона ОКК представлена на рисунке 7.18.
Материал кирпича стадиона
Стадион
представляет
собой
зону
повышенного износа из-за приложенного
напряжения, а также из-за химической
коррозии и высокого истирания / воздействия
ванны и перекатывающегося лома.
- Большинство сталелитейных предприятий
будут использовать кирпич премиум-класса с
13—18%-м содержанием С, с 50%-й
плавленым магнием высокого класса ~ 97—
99%-й чистоты и 96%-м содержанием графита
высокой чистоты со смолой или полимерным
связующим и антиоксидантами премиумкласса по мере необходимости. Ключ —
хорошая
химическая
стойкость,
термостойкость и ударопрочность благодаря
«эластичному» кирпичу высокой чистоты.
Рис. 7.18. Конструкция стадиона ОКК
Практические советы и рекомендации
•
Кирпичи конуса подины должны иметь скос со стороны холодной поверхности, как показано на
рисунке 7.19.
Обратите внимание:
Если кирпичи стадиона
имеют прямоугольную
форму, они неплотно
прилегают к корпусу, а
передние уголки будут
трескаться из-за
термического напряжения и
отсутствия опоры.
- Конический кирпич
спереди и сзади смягчает
эту проблему.
Растрескивани
е/скалывание
Воздушные
зазоры сзади
Рис. 7.19. Конус стадиона ОКК
223
•
Некоторые поставщики рекомендуют округленный кирпич или наклонный кирпич для стадиона в
качестве решения проблемы напряжения (см. рисунок 7.20).
Напряжения проходят
через футеровку
правильно
Рис. 7.20. Наклон стадиона ОКК
Хотя это определенно поможет конструкции выдержать напряжение, с точки зрения выполнения
кладки этот вариант сложен для монтажа. Такое решение применяется, особенно на японских
заводах. Для ОКК, которым требуется максимальное время безотказной работы и, следовательно,
минимальное время повторной кладки кирпича, трудно будет найти оправдание для
дополнительной траты времени на кирпичные работы, если только стадион не является их главной
проблемой для увеличения срока службы печи.
ОКК со съемными подинами могут иметь три ряда вертикальных кирпичей в зоне стадиона, как
показано на рисунке 7.21. Эта конструкция была изначально создана для ремонта внутри печи во
время смены подины. Каменщики вошли в очень теплую печь, чтобы отремонтировать некоторые
внутренние кольца из вертикальных кирпичей, чтобы усилить защиту стадиона. Было намного
быстрее использовать один-два ряда из большого вертикального кирпича, чем перекладывать пять
слоев горизонтального кирпича. Хотя этот вариант конструкции все еще остается, большинство
компаний больше не отправляют сотрудников работать в горячей печи для ремонта стадиона во
время смены подины по причине охраны здоровья и безопасности.
Рис. 7.21. Конструкция с вертикальными кирпичами для ОКК со съемными подинами
224
7.7. Подины ОКК: кирпичи, системы перемешивания
аргона и стыки
Рабочая подина ОКК имеет решающее значение для работы самой печи. В дополнение к низкому износу,
есть и другие металлургические качества, необходимые для надежной работы перемешивания в зоне
подины ОКК (см. рисунок 7.22).
Таким образом, перемешивание является удачным инструментом, и вопросы его огнеупорных свойств имеет
смысл обсудить.
Износ огнеупора
Ускорение
перемешивания,
гомогенизация
ванны
Снижение срока
службы огнеупора
Скорость перемешивания
Рис. 7.22. Эффекты от перемешивания аргона
Обратите внимание, что существует много типов донного перемешивания в ОКК; аргон (через огнеупорные
пробки) и кислород (через кислородные фурмы), как показано на рисунке 7.23.
Мы обсудим эти варианты перемешивания аргона и кислорода только в общих чертах.
Рис. 7.23. Обзор процессов ОКК
225
На рисунке 7.24 показано использование системы перемешивания аргона в ОКК.
Рис. 7.24. Система перемешивания аргона ОКК
Система кислородных фурм представлена на рисунках 7.25 и 7.26.
Рис. 7.25. Подина ОКК в варианте KOBM
С разрешения Shinagawa Refractories Co. Ltd.
226
Рис. 7.26. Обзор комбинированной продувки ОКК
Было доказано, что металлургические положительные свойства (более низкое содержания CO на финальном
этапе выпуска, а также более низкое окисление и меньше потерь сплава) могут быть достигнуты при
реальной эксплуатации с нижним перемешиванием.
Прежде чем мы обсудим анализ ТМХ, на рисунке 7.27 приведен анализ основной причины посредством
диаграммы Исикавы со всеми возможными причинами износа подины, обнаруженными в компании
ArcelorMittal Dofasco, этот анализ стал ключевым шагом в поиске решений для увеличения срока службы
дна печи с 500 до 1600 плавок.
Рис. 7.27. Поиск основной причины посредством диаграммы Исикавы всех возможных причин износа
подины, найденных в компании ArcelorMittal Dofasco
В таблице 7.13 показан анализ ТМХ механизма износа подины, а затем типов материалов для
использования.
227
Таблица 7.13 — Анализ ТМХ для подины ОКК
Типы
износа
Виды
воздействия
Примеры
Термический
Пиковая
температура
(Т)
Температура рабочей футеровки — это температура самой стали, и она лучше всего
представлена на типовой гистограмме температур выпуска, как представлено ниже:
1650°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется использование только
материалов с высокой жаропрочностью.
Термоудар (Т) Термоциклирование для подины рабочей футеровки может быть высоким, но оно основывается
на одном важном рабочем показателе: количество плавок в день.
Следовательно, как часто меняется
температура и насколько?
T
6T
№ плавки
Для ОКК без нижнего перемешивания термический удар очень низок, однако при
перемешивании аргоном он увеличивается, а при перемешивании с кислородом получается
наихудший сценарий (см. Рис. ниже).
Растрескивание
кирпича подины
Кислород
известняк
Пористый гриб
+
Природный газ
Трещины
имели
глубину до 200 мм
и наблюдались на
кирпичах (от 1 до
10 шт.) по всей
подине.
Существует четыре способа повысить стойкость к тепловому удару, и все они будут
обсуждаться в отношении наихудшего случая — систем перемешивания кислорода:
№ 1) Высокая теплопроводность / высокая температуропроводность
Более высокий уровень углерода приводит к повышению диффузивности, что способствует
предотвращению растрескивания (другие факторы остаются постоянными).
№ 2) Чем тоньше футеровка / поперечное сечение, тем лучше для растрескивания
В примере для кирпича подины печи нам удалось улучшить стойкость к тепловому удару,
изменив поперечное сечение кирпича с 150 мм на 100 мм. (Хотя от горячей к холодной
поверхности разница отсутствует — кирпич меньшего размера обеспечил меньшее
поперечное тепловое расширение в кирпиче и меньшее растрескивание.)
№ 3) Материалы низкой прочности демонстрируют большую стойкость к тепловому удару.
Снижение прочности материала за счет увеличения уровня углерода и уменьшения
количества противоокислительной присадки приводит к снижению растрескивания
материала.
№ 4) Высокая работа разрушения — увеличивает способность выдерживать трещину.
228
Существует пять основных способов увеличить работу разрушения:
1. Более высокая пористость (Чем выше пористость материала, тем больше вероятность того,
что растрескавшаяся трещина попадет в поры. Пора поглотит напряжение, и распространение
трещины прекратиться.) Однако, более высокая пористость может привести к более высокой
коррозионной стойкости, но о балансе мы поговорим позже!
2. Большое количество микродефектов (чем больше микродефектов в материале, например, фаз
плавления вокруг зерна MgO высокой чистоты, тем больше вероятность того, что трещина во
время формирования перейдет в этот дефект, и последний поглотит напряжение, в результате
чего трещина прекратит распространение).
3. Используйте спекшиеся зерна сырья, а не сплавленные зерна. Вероятность, что сплавленные
зерна поглотят трещину меньше, поскольку она будет проходить вдоль границы зерна и
продолжать распространение (даже потенциально вытягивая зерно из матрицы). Спеченные
материалы с большей вероятностью могут поглотить трещину, поскольку по существу они
представляют собой микродефекты в самом материале. Небольшие трещины могут
образоваться вдоль границы зерна, а затем перейти на другое мелкое зерно и остановиться.
4. Добавка разупрочняющих материалов. Примером является использование порошков смолы в
кирпиче MgO-C, которые, по существу, создают небольшую жидкую фазу при повышенной
температуре, которая становится поглотителем напряжения. (Обратите внимание, что
незначительные количества В20з также могут обеспечить аналогичный эффект).
5. Иглы из нержавеющей стали использовались в качестве «перекрытий трещин», которые, по
существу, не дают трещине распространяться, удерживая ее вместе со стальными иглами. Они
эффективны только до точки плавления игл, в этом случае они превращаются в поры.
№ 5) Использование сырья с низким тепловым расширением
Снижение температурного расширения материала за счет увеличения уровня углерода и
уменьшения количества противоокислительной присадки приводит к снижению
растрескивания материала.
№ 6) Добавьте припуск на тепловое расширение и/или кирпичные стыки
Есть старый каверзный вопрос касательно огнеупоров, который задают старшие товарищи:
«Раствор, чтобы соединять кирпичи или отделять их друг от друга?» Ответ на этот каверзный
вопрос: «И то, и другое!» Швы удерживают их плотно вместе, чтобы предотвратить
проникновение через футеровку, но также и отделяют для снижения теплового напряжения.
Напомним, что недостаточный припуск на тепловое расширение приведет к растрескиванию
кирпичей, поскольку они будут расширяться в ограниченном пространстве. (Они не могут
поглотить напряжение.) Однако слишком большой припуск приведет к образованию зазоров
между стыками кирпичей, что увеличит риск проникновения стали и (или) выскальзывания
кирпичей.
229
Механический
Ударное
воздействие
Обычно количество ударов по дну велико и зависит от угла загрузки лома.
Одной из ключевых проблем подины ОКК является перемешивание самой ванны и эффект
вращения или столкновения лома с печью. Эти условия сильно разняться у разных
предприятий, поскольку они могут загружать от 5 до 30 % лома. Даже с таким же
количеством лома важен размер (чем больше, тем хуже), форма (мелкая обрезь и
измельченный материал лучше, чем угловые шпалы, гарнисаж разливочного устройства или
пакеты лома). По этой причине ударостойкость может быть основным фактором при выборе
огнеупорных материалов стадиона.
Химический (и
термохимический)
Истирание
Величина истирания напрямую зависит от эффективности перемешивания.
Поэтому истирание также является одним из важнейших факторов для
подины ОКК.
Приложенное
напряжение
Высота пробки обычно недостаточна для возникновения приложенного напряжения на сам
под.
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую совместимость шлаков с
кирпичом. Приведенный в главе 7.0 шлак имеет базовый характер, что означает, что
кирпич базового типа будет с ним совместим. Таким образом, предпочтителен
магнезиальный или доломитовый кирпич (обычно — магнезиально-углеродистый кирпич).
Обратите внимание, что в большинстве ОКК слой шлакового покрытия создается для защиты
кирпича от растворения. Пока
покрытие не агрессивно само по себе, оно отлично защищает кирпич.
Шлаковое покрытие
защищает огнеупор от
окисления,
проникновения и
коррозии.
Огнеупорный
материал
Шлаковое
покрытие
Следует отметить, что отсутствие шлакового покрытия на подине ОКК может удвоить
скорость износа!
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ сильно
смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в пористые огнеупорные материалы.
Это на самом деле не проблема для подины ОКК.
Термомеханический
Напряжение
теплового
расширения
Напомним, что ненадлежащий припуск на тепловое расширение приведет к
растрескиванию кирпичей, поскольку они будут расширяться в ограниченном
пространстве. (Они не могут поглотить напряжение.) Однако слишком большой припуск
приведет к образованию зазоров между стыками кирпичей, что увеличит риск
проникновения стали и (или) приведет к выскальзыванию кирпичей.
Химический
Механический
(и
термомеханический)
Скол в зонах
проникновения
Комбинация теплового удара, шлакового растворения и напряжения является
ключевым фактором высокого износа подины, эта проблема должна устраняться с
помощью конструкторских решений и материалов.
230
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция подины с перемешиванием кислорода показана на рисунке 7.28 (все остальные подины
будут иметь меньшие механизмы износа и меньшие проблемы с износом).
Рис. 7.28. Кирпич подины печи KOBM
231
Кирпич, как было сказано, имеет
самый высокий износ в основании
из-за сильного теплового удара,
высокой коррозии и истирания /
воздействия ванны и скатывания
лома.
Большинство
сталелитейных
компаний будут использовать
лучший кирпич из возможных с
15—25 % C с чистотой 99 % и,
возможно, тонким графитом для
максимальной устойчивости к
тепловому удару.
100 % MgO будет с большим
кристаллом
Размером > 1000 мкм и чистотой
98—99 %.
Противоокислительные присадки
необходимы,
но
только
в
минимальных количествах, так
как слишком большое количество
усилит растрескивание.
Методы ремонта устройств перемешивания
Невозможно починить пробку перемешивания во время работы печи, хотя некоторые пытались. В случае с
кислородом замена фурмы имеет высокий риск прорыва через дно и поэтому выполняются редко.
Что касается аргоновых систем, то некоторые металлургические заводы успешно заменили их сзади,
аналогично пробке перемешивания в ЭДП.
При оперативном методе ремонта необходимо:
Слить из печи всю жидкость полностью.
Используйте конструкцию с шарнирной петлей на подине, чтобы при ремонте обеспечить доступ к
пробке.
Затем необходимо обеспечить доступ под печь с помощью платформы, лесов и устройства, чтобы
открыть подину с шарнирной петлей.
Тогда у вас должно получиться вытащить/вытолкнуть пробку.
После этого необходимо произвести чистку блока до исходной поверхности, чтобы полностью
подогнать его под размеры самой печи.
Затем пробку необходимо скрепить раствором, установить обратно на место и снова все соединить.
Из этого алгоритма видно, что это возможно, однако непрактично, и, следовательно, редко осуществляется в
рабочем порядке.
232
Стык подины ОКК
Для печей со съемным дном потребуется монолитный материал, который заполнит стык дна и стадиона (см.
рисунок 7.29). Соединительный материал должен будет противостоять всем факторам износа подины. Это
ключевая область, так как слабость в этом месте приведет к прорывам ОКК, а также к высокому износу
стадиона и самого дна. Если материал недостаточно хорош, он превращается в ахиллесову пяту футеровки,
его будет очень трудно ремонтировать, что приведет к задержкам в производстве.
Стык подины:
Обычно шириной 50—150 мм и высотой 1,0—1,6 м. Очень
важно заполнить стык без воздушных карманов.
Варианты для заполнения этого зазора:
Соединение может быть заполнено трамбованным
материалом MgO—C и очень длинными пневмотрамбовщиками
в холодном состоянии при нахождении каменщиков в печи,
когда дно вставлено (может быть сделано только в холодном
состоянии,
получается
ограниченное
пространство
с
соответствующими рисками для безопасности).
Стык можно полностью заполнить MgO—C в холодном
состоянии изнутри печи (риск безопасности) или снаружи с
использованием длинного шланга. Материал должен иметь
очень хорошую жидкотекучесть, чтобы спуститься по шлангу и
заполнить стык. Обратите внимание, что для этого есть
хорошие материалы, которые текут как вода, но затем
схватываются в течение 3—4 часов. Они представляют собой
двухкомпонентные смеси MgO и смолы, которые смешиваются
миксером и затем быстро наливаются. Это также можно сделать
в горячем состоянии при загрузке дна, смешивая и наполняя
короб для лома материалом, а затем заливая его навалом. При
этом методе необходимо соблюдать осторожность, чтобы
гарантировать, что фурмы находятся под давлением и через них
проходит кислород, чтобы не допустить попадания материала в
саму фурму.
Обратите внимание, что у некоторых поставщиков теперь
есть смесь, которую можно перекачивать/впрыскивать в стык
снизу, и опять же она должна иметь отличные характеристики
текучести, не жертвуя качеством материала с точки зрения
эксплуатации.
233
7.8. Огнеупорные шпуры ОКК
Шпур ОКК — это система элементов огнеупора, которые находятся на стенке печи и используются для
вывода стали из ОКК, когда плавка завершена с металлургической точки зрения, достигнув нужную
температуру и химический состав.
Он выполняет две основные функции: контролируемый слив жидкой стали из печи и обеспечение того,
чтобы излишки шлака не попадали в ковш.
Базовая конструкция ОКК со шпуром представлена на рисунке 7.30.
Шпур
Рис. 7.30. Расположение шпура ОКК
Здесь кратко отметим одну принципиальную конструкторскую деталь — размер шпура определяется весом
плавки в печи и желаемой скоростью потока в тоннах в минуту для выпуска. Если отверстие слишком
маленькое, то выпуск будет длительным и подверженным закупорке, но унос шлака будет меньше. Если
отверстие слишком большое, то выпуск будет быстрым, но может характеризоваться слишком большым
уносом шлака.
Хороший подробный чертеж различных компонентов шпуровой системы представлен на рисунке 7.31.
Внутренняя
втулка шпура
Литое
соединение
Внешний
основной
блок
Рис. 7.31. Устройство шпура ОКК
234
Шпур можно разделить на две зоны, как показано в таблице 7.14.
Таблица 7.14 — Отдельные зоны шпура
Участок
Описание
Внешний блок шпура
Блок, окружающий шпуровую систему и защищающий ее от износа из-за окружающей его
площадки со стороны выпуска. Может быть сделан как из одного, так и нескольких составных
частей. Следует отметить, что единый блок является наиболее эффективным, так как составные
блоки склонны откалываться и отваливаться, как только вы оказываетесь в пределах 50—75 мм
от стыков. Единичные блоки более дорогие и управляются только с помощью крана, но
производительность у них выше.
Материал между муфтой и блоком, позволяющий оперативно менять шпуры и поглощать
тепловое расширение муфты при эксплуатации. Очень важно, чтобы в этом соединении не было
зазоров, которые позволили бы проникнуть жидкому металлу, а шпуру выломаться.
Наполнитель / огнеупорная
смесь
Внутренняя втулка шпура
Исполнительный компонент шпуровой системы, позволяющий металлу течь через систему.
Может быть сделан как из одного, так и нескольких составных частей. Следует отметить, что
единый блок является наиболее эффективным, так как составные блоки склонны откалываться и
отваливаться, как только вы оказываетесь в пределах 50—75 мм от стыков. Единичные блоки
более дорогие и управляются только с помощью крана, но производительность у них выше; тем
не менее, на них могут образовываться сколы из-за большого теплового напряжения при первой
плавке нового шпура (см. Рис. ниже).
Механизм износа втулки разделенного типа
Разделенный тип
Повреждения в
Выпадение крайней
стыке
Прессуется в одно целое
секции
изостатическим прессованием
Предотвращение повреждений в стыке
Предотвращение выпадения крайней секции
Увеличение срока службы втулки
* С разрешения
Shinagawa Refractories
Co. Ltd.
Анализ ТМХ разделен на два раздела, как представлено в таблицах 7.15 и 7.16.
Таблица 7.15 — Анализ ТМХ для внешнего блока / наполнителя
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура (Т)
Температура внешнего блока — это температура самой
стали на горячей поверхности и температура окружающей
среды на холодной поверхности внешнего кожуха. С
позиции огнеупора температура на горячей поверхности
очень высока, потому требуется использование только
материалов с высокой жаропрочностью.
Термоциклирование для наружного блока шпура обычно не
очень высоко, поскольку он представляет собой большой блок
материала, расположенный внутри футеровки, и, как правило, не
подвергается большому термоциклированию, за исключением
случаев, когда внутренние втулки меняются. Экстремальные
условия возникают при замене втулки, когда устанавливается
новая втулка, а материал торкретирования при температуре
окружающей среды с водой впрыскивается в зазор и подвергает
шоку сам блок. Это может быть ключевым механизмом износа.
Термоудар (6Т)
235
Механический
Ударное воздействие
Истирание
Химический (и
термохимический
Обычно количество ударов по блоку шпура минимально, за
исключением случаев замены втулки, когда возможно
воздействие устройства извлечения. Извлечение, будь то
пневматическим отбойным молотком, сверлом или
остроконечным инструментом, должно находиться под
контролем, так как никакой материал блока не сможет выдержать
его. Кроме того, для предприятий с пневматическим
ограничителем шлака, если он не отцентрирован должным
образом, он может воздействовать на сам блок.
Степень истирания для блока незначительна, за исключением
горячей поверхности внутри печи с турбулентностью выпуска.
Обычно это не основной механизм износа.
Приложенное напряжение
Длина шпура обычно не достаточна для возникновения,
приложенного напряжение на сам шпур, однако, если
присадочный материал, окружающий шпур, установлен
слишком плотно или имеет небольшую обсадку/коробление,
тогда может возникнуть нагрузка на втулку и произойти
растрескивание. К блоку, однако, прикладывается небольшое
напряжение.
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Лишь небольшое количество
шлака контактирует с горячей поверхностью блока, и это не
является основным механизмом износа.
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Оно не
вызывает проблем для блоков шпуров ОКК, содержащих
углерод, который является несмачиваемым.
Заполняющий материал, окружающий шпур, также должен
работать в качестве поглотителя расширения, но если он
установлен слишком плотно или имеет небольшое
сжатие/сужение, то на втулку может быть приложено
напряжение, и может произойти растрескивание. К блоку,
однако, прикладывается небольшое напряжение.
Это не ключевой фактор во внешнем блоке и обычно не
рассматривается при конструировании.
Проникновение
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
Химико-механический
(и термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Рис. 7.16. Анализ ТМХ для внутренней втулки
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура (Т)
Температура втулки — это температура самой стали, и она
наглядно представлена на типовой гистограмме температур
выпуска, как показано на рисунке ниже:
1650°C
Температура
выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому
требуется использование только материалов с высокой
жаропрочностью.
Термоудар (6Т)
Термоциклирование для втулки шпура является экстремальным,
поскольку это периодическая операция, зависящая от
количества плавок в день. В еще более экстремальных условиях
оказывается внешняя холодная поверхность, которая
подвергается воздействию внешней температуры окружающей
среды — это создает огромное напряжение на краю втулки.
Поэтому термоудар является очень значительным фактором для
втулок шпура.
236
Механический
Ударное воздействие
Истирание
Приложенное напряжение
Как правило, степень воздействия на втулку шпура
минимальна, за исключением предприятий с пневматическим
ограничителем шлака, поскольку он воздействует на внешнюю
холодную поверхность при каждом нагреве. Кроме того,
поверхность может быть повреждена при очистке «сопел».
Степень истирания действительно зависит от потока стали и
шлака через шпур. Анализ РГД (расчетной гидродинамики)
показывает, что шпур с прямым сужением имеет более
высокую турбулентность и большее истирание, чем
конический шпур, поэтому конические шпуры являются
нормой в стальной промышленности.
Длина шпура обычно не достаточна для возникновения,
приложенного напряжение на сам шпур, однако, если
присадочный материал, окружающий шпур, установлен
слишком плотно или имеет небольшую обсадку/коробление,
тогда может возникнуть напряжение и произойти
растрескивание.
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Приведенный в главе 7.0
шлак имеет базовый характер, что означает, что кирпич
базового типа будет с ним совместим.
Таким образом,
предпочтителен магнезиальный или доломитовый кирпич
(обычно — магнезиально-углеродистый кирпич).
Обратите внимание, что в большинстве шпуров ОКК слой
шлакового покрытия создается для защиты кирпича от
растворения.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Оно не
вызывает проблем для шпуров ОКК, содержащих углерод,
который является несмачиваемым.
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
Заполняющий материал, окружающий шпур, также должен
работать в качестве поглотителя расширения, но если он
установлен слишком плотно или имеет небольшое
сжатие/сужение, то может быть приложено напряжение, и
может произойти растрескивание.
Химико-механический
(и термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Сочетание шлаковой коррозии, истирания и
термоциклирования вызовет скалывание холодной
поверхности втулки, которая наиболее подвержена этому
явлению. Это ключевой механизм износа, воздействующий на
втулку, который необходимо учитывать при проектировании.
237
Ремонт шпура ОКК
Шпуры ОКК ремонтируются путем замены втулок примерно каждые 75—125 плавок. Более продвинутые
предприятия меняют шпур в зависимости от желаемой скорости выпуска (Рис. 7.32).
Вставка шаблона выпуска
Тонны в минуту
Цель
Плавки
Рис. 7.32. Скорость выпуска ОКК
Три этапа замены узла втулки шпура представлены на рисунке 7.33.
Выемка старого шпура (дрель, остроконечный инструмент или пневматический отбойный молоток).
Установка нового шпура и клина на место.
Заполнение стыка между втулкой и блоком методом торкретирования.
Моноблочная установка
Рис. 7.33. Этапы замены втулки ОКК
238
Используемый материал / конструкция / метод монтажа представлены на рисунке 7.34.
Внутренняя
втулка шпура
Литое
соединение
Внешний
основной
блок
Внутренняя втулка шпура
- Большинство сталелитейщиков будут
использовать MgO—C самого высокого
качества, которое только возможно, в этой
зоне.
- Это будет кирпич с 15—20 % С для
достижения наилучшего баланса между
стойкостью
к
тепловому
удару,
сопротивляемостью
окислению
и
шлакоустойчивостью.
- Как правило, > 50% % плавленого зерна
MgO высочайшего качества с чистотой ~
98—99 % и большим размером кристаллов
> 1000 мкм.
- Графит также будет иметь чистоту 98—99
% с большим размером чешуек. Следует
отметить, что вы также можете
использовать «тонкие чешуйки», которые
стоят дороже, но дают отличную стойкость
к тепловому удару.
- Кроме того, здесь используется
экзотическая смесь
противоокислительных присадок для
защиты графита и предотвращения
окисления (Al, сплав Al—Mg и борид).
Внутренняя
втулка шпура
Литое
соединение
Литое соединение
Внешний
основной
блок
Как правило, используется материал для торкретирования
с высоким содержанием MgO или чистотой 95 % без
содержания углерода.
Внешний блок шпура
Большинство сталелитейщиков будут использовать
MgO—C высокого качества в этой зоне.
Это будет материал с содержанием 7—15 % С для
долгосрочной стабильности, так как обычно он служит не
менее 50 % кампании.
Как правило, используется MgO из только спеченного
зерна и с чистотой 95 %.
Графит также будет иметь чистоту 94 % с большим
размером чешуек.
Кроме того, здесь используется основная смесь
противоокислительных присадок для защиты графита и
предотвращения окисления (Al, сплав Al—Mg).
Рис. 7.34. Конструкция шпура
239
Глава 8
8.0 Обзор дуговой сталеплавильной печи (ДСП)
Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) является одним из двух основных сталеплавильных агрегатов (с ОКК
в качестве альтернативного варианта). Мировое производство ДСП находится на уровне 40% и растет,
особенно в Северной Америке, которая «богата ломом», его производство превысило 50%. ДСП является
очень гибким технологическим методом для производства стали из различных видов лома, чугуна и других
материалов, которые можно расплавить для получения готовых изделий различными необходимыми
классами чистоты и свойствами. Основой технологии является электричество, которое вводится в процесс с
помощью электродов (три для электропечи на переменном токе и один для электропечи на постоянном токе)
с температурой >3000°C на наконечнике электрода. Лом плавится с увеличением теплового излучения из
ванны, также добавляющего плавильной способности. Следует отметить, что со временем в процесс
добавляется все больше химической энергии путем вдувания кислорода и/или природного газа, что также
способствует процессу.
Основная схема технологического процесса представлена на рисунке 8.1, однако он может варьироваться в
широких пределах, так как можно использовать жидкий металл, а также возможность загрузки сверху или
непрерывной подачи, донного/бокового выпуска и т.д. - все это зависит от конфигурации цеха.
Лом
УДМ
ДСП
МНЛЗ
Рис. 8.1: Основная схема технологического процесса ДСП
Следует отметить, что с помощью процесса ДСП изготавливается множество изделий, однако типичные
примеры для химического состава стали и шлака приведены в таблицах 8.1 и 8.2 соответственно.
Таблица 8.1: Типичный пример химического состава выпущенной из ДСП стали Таблица 8.2: Типичный
пример химического состава выпущенного из ДСП шлака
Химический состав
Кремний
Марганец
Сера
Cu+Ni+Cr
Углерод
Чугун
Химический состав
Кремнезем
Глинозем
Известняк
Двуокись титана
Магний
MnO
FeO
P2O5
Сера
Углерод
Количество
0,002%
0,114%
0,027%
0,25%
0,03%
Баланс
Количество
14%
6%
38%
1%
9%
7%
25%
0,08%
1,5%
3%
Основными целями огнеупорной конструкции являются:
Герметизация жидкой стали (без прорывов)
Использование огнеупоров, которые не создают угроз безопасности и/или окружающей среде
Проектирование огнеупоров так, чтобы они соответствовали требуемой продолжительности
кампании печи (количество плавок или недель)
Минимизация стоимости огнеупора за тонну.
241
На рисунках с 8.2 по 8.4 ДСП показана с разных позиций.
Рис. 8.2: ДСП «в действии»
Рис. 8.3: Базовая конструкция ДСП в поперечном сечении
Предоставлено компанией RHI AG.
Рассмотрим каждую секцию печи ДСП более подробно.
242
8.1 Защитная подина / стенка
Защитная подина и стенки типичной печи представлены на рисунке 8.5. Следует отметить, что конструкция
защитной подины сильно зависит от конструкции самого кожуха. На рисунках кожух довольно широкий и
плоский, переходящий в плоскую кирпичную конструкцию. Для более высокой и узкой печи может
потребоваться более сложная ступенчатая конструкция, как представлено на рисунке 8.6.
Защитные стенки
Защитная подина
Контурная или
выпуклая подина
Подина в виде перевернутого купола
Конструкция в виде стадиона
Применительно к износу это не быстроизнашивающийся участок, как видно из представленного в таблице
8.3 анализа ТМХ.
Таблица 8.3: Анализ ТМХ (тепломеханический и химический) для защитной стенки/подины ковша для
заливки чугуна
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура защитной футеровки никогда не измерялась; тем не менее,
она будет иметь температуру от температуры окружающей среды до
1400°C, если рабочий слой футеровки разрушен. В реальности же под не
бывает настолько изношенным, поэтому температура обычно находится в
районе 500°C. С позиции огнеупорного материала данная температура
невысока и создает для материалов множество благоприятных условий.
Механический
Примеры
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для защитной футеровки минимально, так как не считается
механизмом износа.
Ударное воздействие
Обычно на защитную подину не оказывается никакого воздействия, кроме как во
время извлечения.
Истирание
Истирание защитной стенки или подины возможно только в случае разрушения
рабочей футеровки и циркуляции жидкого чугуна в ковше, пусть и минимально.
Приложенное
напряжение
Высота боковой стенки обычно недостаточна для возникновения
приложенного напряжения на нижние слои стенок ковша.
243
Химический
(и
термохимичес
кий)
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую совместимость
шлаков с кирпичом. Приведенный в таблице 8.2 шлак имеет базовый характер,
а это означает, что кирпич базового типа будет с ним совместим.
Таким
образом предпочтителен магнезиальный или доломитовый кирпич.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами/шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Для защитной подины ДСП это обычно не
представляет проблемы. Очень важно плотно установить защитную
футеровку.
Термомеханич
еский
Напряжение теплового
расширения
Если установлена монолитная стенка или подина, необходимо
предусмотреть достаточный допуск на расширение, чтобы исключить
разрушение или деформацию огнеупорного материала. Для защитной
подины ДСП это не представляет проблемы.
Химикомеханический
(и
термомеханич
еский
химический)
Скол в зонах
проникновения
Не применимо для защитной футеровки.
Используемый материал /конструкция/ метод установки
Базовая конструкция защитной футеровки ДСП представлена на рисунке 8.7.
Защитные стенки и подина:
- Износостойкий участок, герметичность является важным
фактором
для
предотвращения
металлического
проникновения.
- Большинство сталелитейных предприятий будут
использовать дешевый кирпич с 95%-ным содержанием
обожженной магнезии в качестве арматурного слоя
футеровки.
Это высокостабильный материал, который может служить
многие годы.
- Можно использовать монолитную защитную футеровку
(сухую вибрационную или пластиковую), однако со
временем она сломается, и ее придется заменить.
-Следует отметить, что для долгого срока эксплуатации
чистый магнезиальный кирпич должен быть устойчивым к
гидратации. Поставщик сделает это по запросу (обычно
используя
фосфорную
кислоту,
смоченную
или
содержащую небольшое количество бора, который
покрывает зерно).
244
Было много споров об отсутствии защитной футеровки - в один и два слоя - и необходимости защитной
футеровке как таковой, поскольку большинство цехов не опускают свои поды настолько низко. Доводы за и
против приведены в таблице 8.4.
Таблица 8.4: Варианты конструкции защитных футеровок
ВАРИАНТ I
ВАРИАНТ II
2 слоя изоляции
0 слоев изоляции
1600 o C
1600 o
C
295 мм
295 мм
1255oC
o
1199 C
440 мм
592 мм
328oC
152 мм
246oC
321oC
Пояснение:
- Более высокая температура поверхности стали -> большая
проводимость
Пояснение
- Спеченный слой должен быть толще в зависимости от
достигнутой температуры
- Более низкая температура поверхности стали, сохранение
большего тепла в печи
- Спеченный слой должен быть толще, предполагалось, что
они будут одинаковыми в обоих вариантах
Заключение: Наличие меньшего количества слоев защитной футеровки и большего - непосредственно пода должно
обеспечивать более устойчивую работу; единственный слой защитной футеровки может стать идеальным вариантом,
позволяющим оператором не опасаться прорыва.
Серьезные споры применительно к защитным стенкам вызывает и то, следует ли добавлять изоляцию за
кожухом или нет, как представлено на рисунке 8.8. Представлены преимущества и недостатки; тем не
менее, необходимо принять окончательное решение, чтобы сбалансировать риск прорыва и температуру
кожуха.
245
Без изоляции
С изоляцией
12 мм
Изоляционная плита
Фактическая температура кожуха
Расчетная температура кожуха
• Преимущества более низких температур кожуха и короблений: лучше
защищает от термоудара
• Недостатки большего количества сохраненного тепла: ускорение химических
реакций /износа
• Выполненные испытания демонстрируют более высокие температуры и
прорывы
Рис. 8.8: Варианты изоляции защитных стенок
246
8.2 Рабочая подина - под/заправка
Рабочая подина или под ДСП имеют решающее значение для работы самой электропечи.
Один мудрый французский инженер по огнеупорным материалам однажды сказал мне: «Профиль подины
ДСП похож на чашу для смешивания - если чаша слишком глубокая или слишком мелкая, правильного
сочетания жидкого теста вам не получить!» Другими словами, чтобы ДСП работала должным образом,
форма подины должна быть как можно ближе к исходному профилю. Это означает, что нужно
минимизировать износ и установить надлежащие методы технического обслуживания (заправки) для
поддержания формы нашей «чаши».
Многие годы эксплуатации показали, что монолитный сухой вибрационный материал оптимален для этого
применения для укладки и долгого срока службы по сравнению с кирпичной подиной, как это можно будет
увидеть на примере ОКК.
Функция монолитного материала состоит в том, чтобы сформировать корку, которая будет:
Невосприимчива к воздействию шлака
Достаточно сильна для сопротивления воздействию лома
Не слишком сильной и/или хрупкой, или с высокой усадкой, которая может привести к
растрескиванию и «выпадению» кусков
Соответствующий минералогический состав для образования быстрой прочной корки в сочетании со
сталеплавильным шлаком.
Этот участок - действительно прекрасный пример минералогии в действии, с базовым химическим
составом, показанным следующим образом:
MgO – 75%
CaO – 20%
FeO – 3%
Прочее – 2%
Этот базовый химический состав может быть достигнут многими поставщиками, однако именно стоящая за
ним минералогия определяет точку, в которой текучие среды образуют кору и до какой степени.
Толщина слоя зависит от температуры образования жидкости.
Кривая, полученная при компромиссном выборе между степенью износа пода и толщиной слоя алгомерата,
представлена на рисунке 8.9.
Степень износа
* желаемая
* желаемая
Рис. 8.9: Толщина слоя агломерата
247
Следует отметить, что первая плавка после смены футеровки печи является наиболее критичной, так как
при этом устанавливается начальный слой, и для этого определяются специальные методы работы:
Загрузите в печь легкий «рыхлый» лом и дайте сформироваться жидкой стали.
Подождите 2-3 часа у плоской ванны до образования корки.
Корка образуется, когда материал начинает спекаться, как показано на рисунке 8.10.
Спекшийся
100-200 мм”
Неспекшийся
Рис. 8.10: Слой агломерата пода ДСП
Чтобы по-настоящему понять, как он формируется и затем сохраняется, необходимо рассмотреть тройные
фазовые диаграммы для понимания взаимодействия между этими соединениями.
Для спекания и образования корки материал должен образовать некоторое количество жидкости, и это
приводит к тому, что поры закрываются, вызывая увеличение плотности (с 2,7 г / см 3 до 3,2 г / см 3 с
соответствующим увеличением прочности). При определении этого нам нужно установить процент
жидкости. Какая кривая соответствует материалу при образовании жидкости (A, B или C?) согласно
рисунку 8.11?
A
B
C
% жидкости
1000
1300
Температура
Рис. 8.11: Образование жидкости в поде
248
Одна из важных проблем заключается в том, что материалы, которые образуются синтетическим путем и не
являются природными, не имеют правильной кривой образования жидкости, потому что в них нет
минералов, которые плавятся при очень специфичной температуре плавления. Вместо этого им приходится
вступать в химические реакции, которые в большей степени зависят от условий и происходят медленнее.
Исходя из личного опыта данного автора, есть природные материалы, которые имеют «дарованное свыше»
преимущество правильного минералогического состава для крупного подового материала ДСП.
Они доказали свою эффективность в эксплуатации, обеспечивающую желаемые свойства спекания.
Эти материалы имеют CaO и FeO в форме двухкальциевого феррита, который позволяет проводить
спекание, но затем объединяется с MgO с образованием высокоплавких соединений феррита магния и
двухкальциевого силиката, приведенных ниже:
Ca2Fe2O5 + 2MgO > CaO + MgFeO MgO + FeO > MgFe2O4
CaO + SiO2 > Ca2SiO4
Одним из основных конкурентов этих материалов является доломит с присутствием в его составе MgO и
CaO; тем не менее, в этом материале может быть слишком высокое содержание CaO для достижения
надлежащего эффекта спекания. В некоторых случаях, однако, стоимость доломита на местном рынке
очень низка, а желаемый срок эксплуатации может быть невысоким, так что ССВ (совокупная стоимость
владения) может склонить чашу весов в сторону его использования.
Изнашивающиеся участки представлены в анализе ТМХ в таблице 8.5.
249
Таблица 8.5: Анализ ТМХ для пода ДСП
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура
(Т)
Температура рабочей футеровки - это температура самой стали, и она лучше
всего представлена на типовой гистограмме температур выпуска, как
представлено ниже:
1650°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для рабочей футеровки может быть высоким, но оно
основывается на двух важных рабочих показателях:
- Количество плавок/дней
- Количество сливов/недель
Следовательно, как часто меняется температура и насколько?
6T
T
№плавок
- За одну операцию в кожухе может происходить 30 плавок в день и
минимум сливов с, следовательно, незначительным термоударом. Тем не
менее, в двойниковом кожухе могут происходить всего 11-12 плавок в
день и ежедневные сливы - в этом случае он будет сильнее.
Другим важным фактором является размер «болота» (или количество жидкой
стали, остающееся после каждой плавки). Чем оно больше, тем лучше оно
удерживает 6Т на постоянном уровне.
Таким образом, термоудар обычно не является существенным фактором
для пода ДСП, но может таковым стать, в зависимости от операции.
Механический
Ударное воздействие
Истирание
Обычно степень воздействия на под средняя, основными факторами
являются виды и количество добавляемого лома, а также количество
«болота», сохраняемого при каждой плавке в качестве «подушки». Если
подина обеспечивает надлежащее спекание, этого должно быть достаточно,
чтобы гарантировать, что ударное воздействие не является существенным
фактором.
Величина истирания напрямую зависит от операции. При некоторых
операциях истирания почти не происходит. При других задействованы
оконные фурмы для перемешивания или группа донных пробок для аргона,
или даже кислородные фурмы. Все они усиливают истирание и,
следовательно, износ подины. Хорошим примером является профиль
перемешивания для донных пробок для аргона, как представлено ниже.
Степень
износа
ПДП
Поток
(ПДП и
под)
Начало
Окончание
Скорость потока
л/мин
Таким образом, истирание обычно не является существенным фактором для
пода ДСП, но может таковым стать, в зависимости от операции.
250
Приложенное
напряжение
Высота подины обычно недостаточна для возникновения приложенного
напряжения на сам под.
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую совместимость
шлаков с кирпичом. Приведенный в таблице шлак ДСП имеет базовый
характер, а это означает, что кирпич базового типа будет с ним совместим.
Таким образом, предпочтителен магнезиальный или доломитовый кирпич.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами/шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Так как сама подина пористая, в печах ДСП с этим
определенно возникают проблемы до тех пор, пока подина не нагреется и не
произойдет спекание, которое уплотнит поверхность. Как спекаемость
материала, так и химические характеристики являются основными
параметрами, которые необходимо определить для выбора правильного
подового материала.
Термомеханический
Напряжение
теплового
расширения
Если установлена монолитная стенка или подина, необходимо
предусмотреть достаточный допуск на расширение, чтобы исключить
разрушение или деформацию огнеупорного материала. Для защитной
подины ДСП это не представляет проблемы.
Химикомеханический (и
термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Не применимо для защитной футеровки.
Химический (и
термохимический)
251
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция защитной футеровки пода ДСП представлена на рисунке 8.12.
Под ДСП:
Быстроизнашивающийся
участок,
требующий правильных методик установки.
- Большинство сталелитейных предприятий
будут использовать монолитный подовый
материал,
изготовленный
из
базового
материала с добавлением MgO и CaO для
надлежащих химических реакций.
- Можно использовать кирпичную футеровку,
однако из-за сложности формы печи и
минимальной разницы в производительности
это довольно редко случается.
- Следует отметить, что материалы содержат
чистый магний и известняк, поэтому после
укладки важно обеспечить устойчивость к
гидратации.
Рис. 8.12: Конструкция пода ДСП
Заправочные материалы для пода ДСП, предназначенные для ремонта, описаны в таблице 8.6.
Таблица 8.6: Заправочные материалы для пода ДСП, предназначенные для ремонта
Важные факторы Важные факты
Поверхность должна быть как можно более чистой, чтобы ремонтные материалы сцеплялись с
Подходящая
поверхностью должным образом и не вымывались в шлак при первой же плавке. Когда вы собираетесь
поверхность для
приемки материала футеровать, вам нужно заранее подготовиться к 2-3 плавкам, опустив жидкое «болото», повышая
температуру выпуска и полностью опорожняя печь при последней плавке. Это должно обеспечить
отвечающую критериям, чистую поверхность без гарнисажа, кусков шлака и прочего,
препятствующего адгезии. Следует отметить, что, если центр подины печи остается слишком длинным,
никакая подготовка не выведет жидкость из центра, и ремонту это не подлежит. Крайне важно
осуществлять ремонт чаще и с меньшими, а не большими количествами материалов, ближе к концу
кампании (это будет бесполезно).
Материалы
Заправочные материалы практически идентичны подовым материалам, но с более мелким размером
надлежащей
зерна и немного более низкой температурой плавления для получения хорошего схватывания с
конструкции
поверхностью и быстрого спекания до следующей плавки. Обычно остается мало времени для спекания,
так как футеровка производится между плавками. (30-45 минут)
Правильная
Самый простой способ установки - держать над печью мешок с материалом в ожидании, когда подина
укладка
оплавится, и тогда сбросить его вниз. Это подходит для охвата большой площади, но негативно
сказывается на качестве, так как материал ложится плотно в одном месте и не попадает на другое получается не самая лучшая чаша для смешивания. Для этого применения были разработаны подходящие
заправочные машины (как показано на рис. 8.13). Распределительная система лучше всего подходит для
установки, так как необходимое количество материала можно добавить более равномерно. При этом
методе также наблюдается меньшее количество отходов материалов.
Рис. 8.13: Заправочная машина ДСП
252
Сравнение конструкции подины печей на переменном и постоянном токе
До настоящего времени анализ не зависел от типа печи: на переменном или постоянном токе. С подиной
печи, работающей на постоянном токе, дополнительная сложность заключается в том, что электричество
должно проводиться через подину, и это делается одним из четырех способов, представленных на рисунке
8.14.
Проводящий донный электрод
Проводящий
керамический
элемент
Проводящие
огнеупорные
материалы
Металлические элементы
Несколько
бойков
Стальные
ребра
Водоохлаждаемые
стержни
Рис. 8.14: Конструкции подины ДСП на постоянном токе
Таблица 8.8: Типы конструкции подин и основные свойства
Типы
конструкции
подин печи
Проводящий
донный огнеупор
Водоохлаждаемы
е стержни
Стальные ребра
несколько бойков
Основные свойства
Используется облицовка проводящим огнеупорным кирпичом с проходящим через него
электричеством для создания плавящего лом тока. Для этого применения используются
углеродсодержащие кирпичи и трамбовочная огнеупорная масса.
Для допустимой нагрузки по току используются стальные заготовки диаметром ~ 250 мм,
облицованные кирпичом. Остальная часть подины представляет собой обычный подовый материал,
сходный с тем, что используется в печи переменного тока.
Стальные ребра толщиной ~ 2 мм, шириной 100 мм и расстоянием между ними в 75-100 мм
используются для определения допустимой нагрузки по току и окружены углеродсодержащим
подовым монолитным материалом. Остальная часть подины представляет собой обычный подовый
материал, сходный с тем, что используется в печи переменного тока.
Стальные бойки диаметром ~30 мм (~150 штук) и используются для определения допустимой нагрузки по
току и окружены углеродсодержащим подовым монолитным материалом. Остальная часть подины
представляет собой обычный подовый материал, сходный с тем, что используется в печи переменного
тока.
Как указано в таблице, для этих типов печей требуются специальные огнеупорные и ремонтные материалы.
253
Советы и рекомендации по поду ДСП
Установку подового материала лучше всего выполнять с помощью вибрационных машин в тонких
слоях, чтобы получить максимальное прессование, усиливающее плотность. Вибрационные клещи являются
лучшими в высокочастотном диапазоне, а установка на максимальную глубину в 100 мм на
устанавливаемый слой - наилучшим методом.
При демонтаже пода между кампаниями, вам не придется расходовать безопасный кирпич; вместо
этого расходуйте «свежий» материал, который обеспечит хорошую привязку нового материала к старому.
Поверхность старого материала должна быть шероховатой и очищенной скребком для получения этого
вяжущего эффекта.
При установке подового материала всегда ждите до последнего дня перед установкой печи, прежде
чем помещать его внутрь. Любая вода в воздухе, капли с крыши и прочее могут попасть в материал, при
первой плавке эта влага превратится в пар, и большие участки подины могут оказаться разрушенными. Это
крайне важно, так как мы много раз наблюдали, как вода из-за смены потолка ДСП, панелей и прочего
попадает в печь, а затем вырывается на поверхность при первой плавке!!! Если есть подозрение на наличие
воды, необходимо остановиться, зайти внутрь и разгрести весь участок до свежего материала, после чего
переустановить.
То, насколько хорошо вы обслуживаете «чашу для смешивания», определяется измерительными
приборами для пода (см. рисунок 8.15). Следует отметить, что стандарт показан ниже с использованием
цепочек, которые представляют собой исходный профиль (это также то, что используется для создания
профиля каменщиками). Эти изменения можно использовать в конце кампании (как показано на рисунке
8.15), но также и в рабочем режиме во время кампании. Иногда этого не происходит в рабочем режиме при
операции сдерживания из-за временных ограничений; однако это важно для лучшей производительности.
Лазерная контурная обработка, широко используемая в ОКК, не затронула ДСП на большинстве заводов.
Рис. 8.15: Измерительный прибор для пода ДСП
254
8.3 Рабочие стенки
Рабочие стенки ДСП имеют решающее значение для работы самой электропечи и обычно определяют срок
ее службы. Базовая конструкция ДСП показана на рисунке 8.16 в поперечном сечении.
Основная стена - кирпич
шлаковой зоны
Нижние боковые стенки
Кирпич оконной зоны
Рис. 8.16: Поперечное сечение базовой конструкции ДСП
Вид сверху базовой конструкции ДСП показан на рисунке 8.17.
Кирпичные стены - вид сверху
Кирпич над шпуром
Кирпич «горячей точки»
Кирпич основной стены
Кирпич оконной зоны
Рис. 8.17: Вид сверху базовой конструкции ДСП
255
Видно, что печь разбита на зоны в зависимости от основных конструкций и/или основных рабочих
параметров, как показано в таблице 8.9. В таблице 8.10 представлен анализ ТМХ для стенок ДСП.
Таблица 8.9: Зоны ДСП в зависимости от основных конструкций и/или основных рабочих параметров
Площадь
Описание
Кирпич над
шпуром
Кирпич над зоной шпура, который склонен к более сильному износу из-за шлака, оседающего на
нем во время процесса выпуска.
Кирпич оконной
зоны
Основная
стена/Кирпич
шлаковой зоны
Кирпич «горячей
точки»
Кирпич в оконной завалочной зоне, требующий особой прокладки из-за конструкции кожуха
нижние боковые
стенки
Этот кирпич составляет большую часть конструкции печи с полосой высотой около 700 мм, которая
в течение большей части процесса плавки контактирует со шлаком, и называется кирпичом
«шлаковой зоны».
Кирпичи «горячей точки» - это кирпичи на линии вспышки электрической дуги, и они
подвергаются воздействию чрезвычайно высоких температур, особенно если дуга не заглублена
должным образом. Обычно это кирпичи шлаковой зоны, но с этим дополнительным механизмом
износа. Чертеж на рис. 8.17 показывает ширину этих секций.
Нижние боковые стенки представляют собой кирпич под шлаком на уровне электролита в ванне, но
обычно они не подвергаются прямому воздействию шлака, кроме как во время слива и при разрушении
откосов пода.
Таблица 8.10: Анализ ТМХ для стенок ДСП
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура (Т)
Температура рабочей футеровки — это температура самой
стали, и она лучше всего представлена на типовой
гистограмме температур выпуска, как представлено ниже:
1650°C
Температура
выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому
требуется использование только материалов с высокой
жаропрочностью.
Следует отметить, что в незащищенных зонах «горячей точки»,
температура дуги может быть >3000°C и очень быстро
разрушит кирпич. Удачные методики пенистого шлака,
скрывающего электрическую дугу, имеют решающее значение
для успешного применения огнеупорных материалов ДСП.
256
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для рабочей футеровки может быть
высоким, но оно основывается на двух важных рабочих
показателях:
- Количество плавок/дней
- Степень предварительного нагрева печи
Следовательно, как часто меняется температура и насколько?
6T
T
№ плавки
- За одну операцию в кожухе может происходить 30 плавок в
день и, следовательно, незначительный термоудар. Тем не
менее, в двойниковом кожухе могут происходить всего 11-12
плавок в день - в этом случае проявление термоудара будет
более значительным.
Другим важным фактором является количество
предварительного нагрева в печи. Для стандартной
периодической операции цикличность будет выше, чем у
двойникого кожуха с предварительным прогревом природного
газа, но в обоих случаях меньше, чем при непрерывном
процессе - таком как шахтная печь или непрерывная подача
Conarc.
Следует отметить, что термоудар для нижних боковых стенок
минимален, поскольку они защищены подовым материалом.
Механический
Ударное воздействие
Истирание
Приложенное напряжение
257
Поэтому термоудар, как правило, является важным
фактором для кирпича ДСП над уровнем электролита в
ванне из-за периодического характера процесса.
Обычно степень воздействия на кирпич боковой стены
минимальна и не сильно влияет на износ. Единственная зона,
являющаяся исключением, - это зона оконного кирпича,
через которую проходит шлак, а очистка производится с
помощью тракторов, экскаваторов, машин Gradall и прочих
механизмов, которые могут повредить кирпич в этой зоне.
Главный совет здесь заключается в том, чтобы убедиться, что
оконная зона очищается методом вытягивания, так как толкание
в этой зоне приводит к выталкиванию кирпича в
печь!
Степень истирания кирпича боковой стены минимальна и не
сильно влияет на износ. Единственная зона, являющаяся
исключением, - это зона оконного кирпича, через которую
проходит шлак, а очистка производится с помощью
тракторов, экскаваторов, машин Gradall и т.д., которые могут
повредить кирпич в этой зоне.
Высота боковой стенки обычно недостаточна для
возникновения приложенного напряжения на сам под.
Химический (и
термохимический)
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на
химическую совместимость шлаков с кирпичом.
Приведенный в разделе 8.0 шлак в ДСП имеет базовый
характер, а это означает, что кирпич базового типа будет с
ним совместим. Таким образом, предпочтителен
магнезиальный или доломитовый кирпич.
Еще стоит отметить, что вдувание природного газа, кислорода и
углерода становится нормой в ДСП, и это может повлиять на
верхние слои кирпича путем воздействия высокоскоростным
кислородом, который быстро уничтожит любой тип
магнезиально-угольного кирпича.
Вдувание в ДСП:
Быстроизнашивающи
йся механизм, если
угол вдувания таков,
что газ достигает
кирпича или близок к
нему.
Также возникнет проблема, если кислород отклонится обратно на
поверхность кирпича на высокой скорости.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Это
определенно становится проблемой в печах ДСП, так как после
окисления в кирпич могут проникать высокотемпературные
жидкие шлаки.
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
Поскольку ДСП очень широкая и сложена из множества
кирпичей, она обычно имеет достаточный допуск на
расширение в самих швах кирпичной кладки, и,
следовательно, проблема напряжения теплового расширения
не возникает. Где это может стать проблемой, так это вокруг
оконной зоны, которая, будучи слишком плотной, может быть
подвержена некоторому скалыванию материалов.
Химико-механический
(и термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Сочетание проникновения шлаков и термоциклирования
вызовет скол в зонах проникновения. Сила воздействия лома
или вдуваемых потоков на эти участки может еще больше
его ускорить.
258
Используемый материал /конструкция /метод установки
Перед обсуждением обобщенной конструкции следует понять, что все печи в конце их кампаний должны
иметь профиль разрыва для всех зон, чтобы гарантировать, что степень износа определена и любые
изменения в условиях эксплуатации быстро обнаруживаются и учитываются. Типичный профиль разрыва
показан ниже.
Базовый профиль износа футеровки рабочей стенки ДСП представлен на рисунке 8.18.
Рис. 8.18: Отчет о разрыве образца кирпича ДСП
Предоставлено компанией RHI AG
Типовые конструкции печи ДСП представлены на рисунках 8.19 и 8.20.
Нижние боковые стенки:
- Износостойкий участок, герметичность
является ключевым фактором для
предотвращения металлического
проникновения
- Большинство сталелитейных предприятий будут
использовать кирпич низкого и среднего качества с
~ 95%-ным содержанием MgO и 5%-ным
содержанием C со спеченным магнием более
низкого качества и 94%-ным содержанием графита с
использованием смолы или полимерного
связующего. Важным фактором здесь является
устойчивость, так как их можно использовать для
нескольких кампаний.
- Следует отметить, что при использовании
чистого магнезиального кирпича для долгого
срока службы нужно обеспечить его устойчивость
к гидратации. Поставщик сделает это по запросу
(обычно фосфорной кислотой, смоченной или
содержащей небольшое количество бора, который
покрывает зерно).
Кирпич оконной зоны:
- Износостойкий участок, но требуется укрепление из-за
истирания и воздействия.
- Большинство сталелитейных предприятий будут
использовать кирпич низкого или среднего качества
с ~ 95%-ным содержанием MgO и 5%-нам
содержанием C со спеченным магнием более низкого
качества и 94%-ным содержанием графита с
использованием смолы или полимерного связующего.
Важным фактором здесь является устойчивость, так
как их можно использовать для нескольких кампаний.
- Следует отметить, что при использовании чистого
магнезиального кирпича для долгого срока службы
нужно обеспечить его устойчивость к гидратации.
Поставщик сделает это по запросу (обычно фосфорной
кислотой, смоченной или содержащей небольшое
количество бора, который покрывает зерно).
- Монолитные материалы можно использовать в
качестве
материалов
с
допуском
на
расширение/наполнение, если только их не слишком
много, иначе это приводит к небрежности и
нестабильности.
- Старый использованный электрод обычно применяется
на внешнем крае в качестве дешевого материала с
хорошим сопротивлением шлаковому потоку.
Рис. 8.19: Конструкция печи ДСП
259
Кирпич над шпуром и кирпич основной шлаковой
зоны:
- Быстроизнашивающийся участок с химической
коррозией и высокотемпературными шлаками.
Также может быть затронут панелями для вдувания
над шпуром.
- Большинство сталелитейных предприятий будут
использовать кирпич высшего качества с 10-15%ным содержанием С, с высококачественной 100%ной плавленым магнием ~ 97-99%-ной чистоты и
96%-ным содержанием графита высокой чистоты со
смолой или полимерным связующим и
антиоксидантами премиум-класса по мере
необходимости. Важным фактором здесь является
хорошая химическая и термическая стойкость.
Кирпич для «горячей зоны»:
Участок самого быстрого износа с химической
коррозией и самыми высокими температурами,
включая шлаки. Также может быть затронут
панелями для вдувания вокруг печи.
- Большинство сталелитейных предприятий будут
использовать кирпич премиум-класса с 10-15%-ным
содержанием С, с 100%-ной плавленым магнием
высочайшего класса ~ 97-99%-ной чистоты и 96%ным содержанием графита высокой чистоты со
смолой или полимерным связующим и
антиоксидантами премиум-класса по мере
необходимости. Важным фактором здесь является
хорошая химическая и термическая стойкость.
Рис. 8.20: Конструкция печи ДСП
Торкрет для ремонта стенок
Для ремонта стенок лучше всего использовать торкрет. Для осуществления самого лучшего ремонта нужно
учесть три основных фактора, как представлено в таблице 8.11.
Таблица 8.11: Важные факторы для торкретированного ремонта стенок ДСП
Важные факторы
Важные факты
Подходящая
поверхность для
приемки материала
Поверхность должна быть как можно более чистой, чтобы ремонтные материалы
сцеплялись с поверхностью должным образом и не вымывались в шлак при первой же
плавке. При торкретировании необходимо обеспечить отвечающую критериям, чистую
поверхность без гарнисажа, кусков шлака и прочего, препятствующего адгезии. Следует
отметить, что стенки печи можно ремонтировать от маленьких к большим отверстиям,
выбоинам и прочему. Лучше всего ремонтировать чаще и с меньшими, а не большими
количествами материала, так как толстые слои торкрета склонны выпадать из-за
захваченного пара на задней стороне торкрета. Для больших ремонтируемых участков с
выпавшими кирпичами для ремонта также возможно использовать шоткретирование,
однако, это потребует более длительного высыхания и должно производиться
профессионалами.
Торкрет обычно представляет собой материалы на основе 90-95%-ным магнием с системами
схватывания фосфатов или силикатов, удерживающих их вместе. Эти материалы
подразделяются на основе различий в размерах частиц, качестве сырья и системах
связующих веществ, и в процессе эксплуатации необходимо проводить испытания для
определения правильных материалов. Большинство торкретов выдерживают только 4-12
плавок в зависимости от качества нанесения и условий обработки. Следует отметить, что
испытания торкрета чрезвычайно сложны для мониторинга и определения улучшений,
поскольку условия обработки, изменчивость нанесения (разными операторами) и выбор
времени/использование в зависимости от рабочих требований - все играет роль в
фактической эксплуатации в кг/тонну. Здесь важно, чтобы инженер по огнеупорным
материалам обладал навыками в этой области и мог несколько раз самостоятельно провести
торкретирование, чтобы почувствовать скорость отскока и гибкость материала в зависимости
от количества воды. Более длительные кампании по испытаниям торкрета являются
наилучшим способом обеспечения различия между материалами.
Материалы надлежащей
конструкции
Правильная укладка
Самым простым способом укладки является использование машины для торкретирования
(см. рис. 8.21), соединенного со шлангами и ручными трубами. Этот метод, несмотря на
низкую стоимость, не является абсолютно эффективным и требует нахождения людей в
различных положениях вокруг печи для ремонта различных мест, поскольку углы
должны быть достаточно прямыми.
Рис. 8.21: Машина для торкретирования ДСП
Подходящие машины для торкретирования для ДСП могут быть напольными, с
шарнирными рычагами, или монтироваться по центру или на стене (см. рис. 8.22), что
позволяет размещать больше материала в очень специфических местах. Это лучший
вариант, приводящий к наименьшей ССВ для высокопроизводительных цехов, у которых
время для ремонта ограничено.
Рис. 8.22: Торкретирование ДСП
261
Сравнение конструкции подины печей на переменном и постоянном токе
Следует отметить, что для износа кирпича разница между печами с переменным и постоянным током
несущественна, за исключением того, что в печах на постоянном токе нет проблем с «горячей точкой» и,
следовательно, они менее сложны для создания системы кирпичной кладки. Как правило, степень износа и
применение торкретирования должны быть меньше для печей на постоянном токе.
Ремонт кирпича ДСП
Кирпичные стенки ДСП можно ремонтировать, главное - решить вопрос безопасного доступа в печь для
персонала. Доступ обычно осуществляется через шлаковую дверь с открытым потолком и, если возможно,
со снятым верхним кожухом, чтобы пространство внутри не было ограниченным. Для осуществления
самого лучшего ремонта нужно учесть три основных фактора, как представлено в таблице 8.12.
Таблица 8.12: Важные факторы для ремонта кирпичных стенок ДСП
Важные факторы
Важные факты
Подходящая поверхность для
приемки
Материал
Поверхность должна быть максимально чистой для правильной установки кирпичей. Следует
отметить, что все старые, изношенные кирпичи нужно удалить, и не только с точки зрения
длины, но и целостности конструкции. Если кирпичи окисляются или увлажняются (мягкий
при ударе по ним молотком), их также следует убрать. Как только вы добьетесь ровной и
чистой поверхности, кирпичи можно будет установить и подпилить последние, чтобы
обеспечить герметичность.
Следует отметить, что стенки печи можно ремонтировать от маленьких к большим
отверстиям, выбоинам и прочему. Лучше всего ремонтировать чуть больший участок, чем
необходимо, чтобы обеспечить целостность стены при возобновлении производства.
Материалы надлежащей
конструкции
Правильная укладка
Кирпичи необходимо заменить «аналогично», другими словами, на такие же кирпичи, какие
были изначально, или более высокого качества. Исключением будет вариант
краткосрочного ремонта, чтобы успеть к определенной дате перефутеровки, - тогда можно
использовать кирпичи более низкого качества, полностью осознавая возможные риски.
При осуществлении ремонта укладка кирпича должна выполняться специально
обученными каменщиками, чтобы добиться надлежащего качества и не допускать
выемок для возможной утечки металла.
262
8.4 Системы перемешивания аргона для ДСП
Рабочая подина или под ДСП имеют решающее значение для работы самой электропечи, как обсуждалось
ранее. В дополнение к содержащемуся в рабочем состоянии поду, существуют дополнительные
металлургические преимущества, связанные с донным перемешиванием аргона в ДСП (как представлено на
рисунке 8.23).
Преимущества перемешивания аргона в ДСП:
• Не столь сильное углеродистое кипение
• Лучшая однородность температуры
• Лучшая химическая однородность
• Более быстрое плавление лома
• Меньшее время работы печи под током
• Меньшее количество энергии, необходимой
для плавления
• Лучший расход электродов
Риски перемешивания аргона в ДСП:
• Более высокий риск прорыва подины
• Риск затягивания кислорода при чрезмерно
сильном перемешивании
Рис. 8.23: Преимущества перемешивания аргоном
Недостатком перемешивания аргоном, однако, является повышенный донный износ и меньшая
продолжительность кампании. Каждый прокатный цех должен найти свою собственную точку равновесия
между пропускной способностью печи (нт/ч) и длиной огнеупорных материалов печи (см. рисунок 8.24).
Износ огнеупора
Ускорение перемешивание,
гомогенизация ванны
Снижение срока службы
огнеупора
Скорость перемешивания аргона
Рис. 8.24: Параметры расхода аргона в ДСП
Таким образом, перемешивание аргона является удачным инструментом, и его огнеупорный аспект
подлежит обсуждению.
Следует отметить, что существует два типа донного перемешивания аргона - непрямое (пузырьками через
сам под) и прямое (с использованием огнеупорных пробок).
На схеме на рисунке 8.25 изображена непрямая система: то, как она должна работать, и, к сожалению, как
она обычно работает при практической эксплуатации.
263
Как это должно работать в идеале (пузырьки поднимаются вверх по центру через под)
Как это работает на самом деле (агломераты пода и пузырьки распространяются по всему поду)
Рис. 8.25: Донное перемешивание аргона в ДСП - барботирование пода
Основным преимуществом этой системы является долгий срок службы, поскольку она использует мягкое
барботирование через более пористый под; тем не менее, металлургические выгоды сходят на нет. Другим
важным преимуществом является снижение риска прорыва, поскольку не используются прямые пробки.
На следующей схеме на рисунке 8.26 показана прямая система и то, как пробки находятся в прямом
контакте с ванной, обеспечивая хороший поток.
Рис. 8.26: Прямая система перемешивания аргона для ДСП
264
На рисунках 8.27 и 8.28 показано расположение и относительное положение пробок, установленных в
подине ДСП.
ОКРУЖАЮ
ЩИЕ БЛОКИ
Предоставлено компанией RHI AG
ОКРУЖАЮ
ЩИЙ БЛОК
Рис. 8.27: Пробки для прямого перемешивания аргона для ДСП
Шпур
Пробка для
перемешивания с
восточной стороны
Пробка для
перемешиван
ия с западной
стороны
Рис. 8.28: Расположение и относительное положение пробок, установленных в подине ДСП
Наконец, на рисунках 8.29 и 8.30 показан фактическая ДСП в процессе эксплуатации с различными
скоростями потока, показывающими фактический эффект перемешивания, создаваемый пробками.
265
Рис. 8.29: Перемешивание ванны аргоном со
скоростью потока в 10 л/мин
Рис. 8.30: Перемешивание ванны аргоном со
скоростью потока в 30 л/мин
В таблице 8.13 представлен анализ ТМХ для системы перемешивания аргоном в ДСП.
Таблица 8.13: Анализ ТМХ для системы перемешивания аргоном в ДСП (контактного типа)
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура рабочей футеровки - это температура самой стали, и она лучше
всего представлена на типовой гистограмме температур выпуска, как
представлено ниже:
Примеры
1650°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для рабочей футеровки может быть высоким, но оно
основывается на двух важных рабочих показателях:
- Количество плавок/дней
- Количество сливов/неделя
Следовательно, как часто меняется температура и насколько?
T
№ плавки
- За одну операцию в кожухе может происходить 30 плавок в день и минимум
сливов с очень незначительным термоударом. Тем не менее, в двойниковом
кожухе могут происходить всего 11-12 плавок в день и ежедневные сливы - в
этом случае эффект растрескивания при термоударе будет сильнее.
Другим важным фактором является размер «болота» (или количество жидкой
стали, остающееся в печи конце каждой плавки). Чем выше это значение, тем
больше температура в печи и 6Т снижена.
Для пробок для перемешивания термоудар сильнее из-за (относительно)
холодного аргона, поступающего в печь и вступающего в контакт с горячей
жидкой сталью. Это создает огромное напряжение для наконечника пробок для
перемешивания аргона.
Поэтому термоудар является очень важным фактором в системах контактного
перемешивания аргона в ДСП.
266
Механический
Ударное воздействие
Истирание
Обычно степень воздействия на пробку для перемешивания средняя,
основными факторами являются виды и количество добавляемого лома, а также
количество «болота», сохраняемого при каждой плавке в качестве «подушки».
Обычно это не является существенным фактором износа пробки.
Степень истирания действительно зависит от работы самих пробок и профиля
перемешивания. Хорошим примером является профиль перемешивания для
аргоновых пробок на подину, как представлено ниже:
Скорость
износа
(ПДП и
ПДП
Поток
Под)
Начало Окончание
Приложенное
напряжение
Химический (и
термохимический)
Термомеханический
Скорость потока л/мин
Поэтому истирание является одним из определяющих факторов для контактной
аргоновой пробки ДСП.
Высота пробки обычно недостаточна для возникновения приложенного
напряжения на сам под.
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Приведенный в разделе 8.0 шлак в
ДСП имеет базовый характер, а это означает, что кирпич базового типа
будет с ним совместим. Таким образом предпочтительна магнезиальная
или доломитовая пробка.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью
ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в
пористые огнеупорные материалы. Оно не вызывает проблем с пробками
ДСП, если только поток не оказывается слишком низким или не
перекрывается на значительный промежуток времени.
Напряжение
теплового
расширения
Не проблема для прямых контактных пробок ДСП.
Скол в зонах
Химикопроникновения
механический (и
термомеханический
химический)
Не проблема для прямых контактных пробок ДСП.
267
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция пробки для аргона с прямым контактом для ДСП показана на рисунке 8.31.
Пробки с прямым контактом:
- Быстроизнашивающийся участок с термоударом,
истиранием и химическим воздействием - основными
механизмами износа.
- Сама пробка изготовлена из 20 трубок из нержавеющей
стали диаметром 3 мм, погруженных в магнезиальноугольную прессованную форму.
- Материал: 15% C с использование магния и графита
высокой чистоты из-за высоких температур и химического
воздействия.
Окружающие
блоки
Рис.
8.31:
Конструкция
пробки для
аргона в ДСП
Пробка
Поддерживаю
щий блок
Опора:
- Быстроизнашивающийся участок с истиранием и
химическим воздействием - основными механизмами износа.
- Опора изготовлена из магнезиально-угольной прессованной
формы.
- Материал: ~15% C с использование магния и графита
средней чистоты из-за чуть более низких степеней износа.
Для увеличения срока службы пробки возможны семь (7) основных стратегий:
1. Самое простое - сделать более длинную пробку, но ее длина должна соотноситься с толщиной самого
пода. Если толщина очага увеличивается, вместимость стали уменьшается.
2. Обновите сам материал пробки до более высокой чистоты, сделав его более устойчивым к термоудару и
истиранию. Основным фактором здесь является баланс срока службы и стоимости.
3. Обновите окружающий блок. Следует отметить, что окружающий блок отлично защищает пробку, и
преждевременный износ блока приведет к износу пробок по бокам, а не от горячей поверхности.
4. Уменьшите скорость потока и количество фурм или увеличьте расстояние между фурмами; все это снизит
напряжение на пробку и снизит степень износа.
5. Также положительно скажется использование пробки большего диаметра с таким же количеством
отверстий, но расположенных дальше друг от друга.
6. Может пригодиться блок большего размера и с большей защитой, если износ блока вызывает ускорение
износа.
7. Определитесь с правильным балансом/типом отверстий (щели, круглые и пористые). Различные
конструкции могут давать разные характеристики износа. Идеального решения не существует!
Методы ремонта перемешивания аргоном
Невозможно отремонтировать контактную пробку, пока печь горячая (все еще работает, как при
торкретировании стены). Однако можно выполнить оперативный ремонт в горячем состоянии или в
автономном режиме в холодном состоянии. При оперативном методе ремонта необходимо:
Слить из печи всю жидкость полностью.
Используйте конструкцию с шарнирной петлей на подине, чтобы при ремонте обеспечить доступ к
пробке.
Затем необходимо обеспечить доступ под печь с помощью платформы, лесов и любого другого
устройства, чтобы открыть шарнирную петлю.
Тогда у вас должно получиться вытащить/вытолкнуть пробку.
После этого необходимо произвести чистку блока до исходной поверхности, чтобы полностью
подогнать его под размеры самой печи.
Затем пробку необходимо скрепить раствором, установить обратно на место и снова все соединить.
Из этого алгоритма видно, что это возможно, однако непрактично, и, следовательно, редко осуществляется в
рабочем порядке. При автономном методе ремонта вы должны:
Слить из печи полностью всю жидкость, а затем отправить корпус в автономный ремонтный центр.
Использовать конструкцию с шарнирной петлей на подине, чтобы при ремонте обеспечить доступ к
пробке для осуществления ремонта на ремонтном стенде с зазором.
Затем необходимо обеспечить доступ под печь с помощью платформы, лесов и и любого другого
устройства, чтобы открыть шарнирную петлю.
Тогда у вас должно получиться вытащить/вытолкнуть пробку и блок.
После этого следует удалить подовый материал до исходного материала вокруг участка.
Затем блок с пробкой опускается в печь и устанавливается таким образом, как если бы она
находилась в обновленном состоянии, и все снова соединить.
268
8.5 Огнеупорная дельта свода ДСП
Дельта ДСП — это огнеупорная деталь, которая находится между основными электродами и самим
потолком. Она выполняет две основные функции: предотвращает скачок электрического тока на потолок и
обрыв дуги и позволяет электродам проходить без больших выемок, препятствуя выходу технологических
газов.
Базовая конструкция дельты ДСП представлена на рисунке 8.32.
Рис. 8.32: Базовая конструкция дельты ДСП
Небольшое замечание, касающееся одного принципиального момента в конструкции: размера отверстий для
электродов. Если отверстия слишком малы, электроды будут слишком тугими, что затруднит выравнивание.
Если отверстия слишком большие, то слишком много технологического газа будет выходить с пламенем,
плавкой, газами и т.д., что приведет к ухудшению условий в цехе и повышенному износу огнеупора. Кроме
того, чем больше диаметр отверстия, тем меньше будет участок «спицы» между отверстиями и тем выше
вероятность его аварийности. Лучше всего предусмотреть диаметр отверстия, который на 10-15% больше
диаметра электрода.
В таблице 8.14 представлен анализ TMХ для дельты ДСП.
Таблица 8.14: Анализ ТМХ для дельты ДСП
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура дельты может быть очень высокой, со вспышками дуги от
электродов (> 3000 ° C), технологических газов и теплового излучения из
самой ванны. Рабочая температура дельты, вероятно, на 50°C выше
температуры выпуска самой стали, и лучше всего представлена в виде
типовой гистограммы, как показано ниже:
1700°C
Примеры
Температура дельты
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
269
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для дельты происходит в экстремальных условиях под
потолком с технологическим теплом в центре и водоохлажденными
кольцами/потолком по бокам и окружающим воздухом в верху печи. Следует
отметить, что в некоторых ДСП также есть распыление охлаждающей воды на
дельту либо косвенно от распылителей электродов, либо непосредственно от
специальных распылителей. Это хорошо помогает снизить химическое
воздействие, однако усиливает термоудар.
Следовательно, циклирование может происходить между температурой
окружающей среды и пиковой температурой за считанные минуты, что делает
его решающим фактором, влияющим на срок службы огнеупорной дельты.
Механический
Ударное воздействие
Обычно величина воздействия на дельту минимальна и не сильно влияет на
износ, поскольку она находится в центре и соприкосновения с ней не происходит.
Истирание
С позиции горячих технологических газов, проходящих через это тепло в
дельте, истирание дельты среднее. Не относится к важным механизмам
износа.
Приложенное
напряжение
На дельту может быть приложено напряжение, если размер дельты и материал
не позволяют ей расширяться. Когда она вставлена в охлаждающие кольца,
есть три основных варианта:
1. Вылить огнеупорную смесь в кольца на месте и обеспечить полное
соприкосновение.
2. Поместить сборный элемент в кольца, чтобы он касался наконечников
контактов охлаждающих колец.
3. Поместить расширительную бумагу/одеяло между охлаждающими
кольцами и дельта-частью для поглощения расширения.
Количество трещин станет индикатором того, каким из этих вариантов
необходимо воспользоваться.
Химический (и
Растворение
термохимический)
Износ при растворении ориентирован на химическую совместимость шлаков
с материалом дельты. В ДСП шлак выбрасывается в дельту, а горячие газы
обеспечивают протекание химических реакций. Приведенный в разделе 8.2
шлак в ДСП имеет базовый характер, а это означает, что кирпич базового
типа будет с ним совместим; однако базовые материалы совершенно не
защищают от термоудара и потому не используются. См. раздел 8.0.
Следует также обратить внимание на еще одну зону. Вдувание природного газа,
кислорода и углерода становится нормой в ДСП, а избыток кислорода через
неконтролируемую оконную фурму или инжектор может вытолкнуть горячий
горящий кислород в эту зону и уничтожить дельту за несколько плавок.
Проникновение
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
ХимикоСкол в зонах
механический (и проникновения
термомеханический химический)
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами/шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Это определенно становится проблемой в дельте ДСП,
как указывалось выше, из-за сочетания высокой температуры и шлака,
приводящей к ускоренному износу.
На дельту может быть приложено напряжение, если размер дельты и
материал не позволяют ей расширяться (см. раздел Приложенное
напряжение выше).
Сочетание проникновения шлаков и термоциклирования вызовет скол в
зонах проникновения. Это важный фактор износа дельты, который
необходимо обойти при проектировании.
270
Сравнение конструкции подины печей на переменном и постоянном токе
Следует отметить, что для износа дельты разница между печами с переменным и постоянным током
несущественна, за исключением того, что в печи на постоянном токе есть только одно отверстие, поэтому
проблемы с падением секции «спица» не возникает.
Ремонт дельты ДСП
Применительно к ДСП невозможно отремонтировать дельту ДСП. Можно попробовать и торкретировать
его, если у вас есть машина для торкретирования, но при вертикальном торкретировании это приведет в
основном к чрезмерному отскоку и отсутствию продления срока службы дельты.
У дельты ДСП есть два основных механизма износа - термоудар и высокотемпературное химическое
воздействие. На рисунках 8.33 и 8.34 показан основной износ огнеупора для деталей.
Пример растрескивания при
термоударе (особенно в зоне
«спицы»).
Пример высокотемпературной
коррозии (особенно в зоне
«спицы»).
Рис. 8.33: Износ огнеупорной футеровки свода ДСП
271
Дельта ДСП:
• Быстрое изнашивание из-за термоудара и высокой
температуры коррозии.
•
Компания
ArcelorMittal
Dofasco
использует
высококачественный глинозем (табулярный глинозем или
белый корунд) с добавлением диоксида циркония для
получения оптимальных свойств по сопротивлению
термоудару.
• Также для термоудара:
• в дельте не должно быть внутренних стальных
конструкций, так как это увеличивает напряжение
• должна быть только одна центрирующая метка, так как
это повышает напряжение
• Можно использовать иглы из нержавеющей стали для
предотвращения распространения трещин или для
блокирования пор при их плавлении
• у дельта есть крутой приподнятый участок вместо
плоского, чтобы огнеупор находился как можно дальше от
ванны, не будучи слишком тонким
• Для охлаждающих колец есть три основных варианта:
• Вылить огнеупорную смесь в кольца на месте и
обеспечить полное соприкосновение.
• Положить сборный элемент в кольца, чтобы он касался
наконечников контактов охлаждающих колец. • Поместить
расширительную бумагу/одеяло между охлаждающими
кольцами и дельта-частью для поглощения расширения
• Наш опыт показывает, что сборный элемент,
помещенный внутри с точной конусностью между
кольцами и дельтой, является лучшим решением
• Обратите внимание, что благодаря этому решению срок
службы увеличился со 100 до 600 плавок.
Рис. 8.34: Конструкция и износ огнеупорной футеровки свода ДСП
272
8.6 Огнеупорные шпуры ДСП
Шпур ДСП — это система элементов огнеупора, которые находятся на подине печи и используются для
вывода стали из ДСП, когда плавка металлургически завершена при температуре и химическом составе.
Он выполняет две основные функции: контролирует слив жидкой стали из печи и обеспечивает то, чтобы
излишки шлака не попадали в ковш.
Базовая конструкция ДСП со шпуром (стиль ЗДВ - закругленный донный выпуск) показана на рисунке 8.35.
Рис. 8.35: Размещение ДСП
На рисунке 8.36 представлены два других типа систем выпуска - ЭДВ (эркерный донный выпуск) и
желоб/лотковый конвейер. ЭДВ наиболее распространен в современном сталелитейном производстве.
Рис. 8.36: Системы выпуска ДСП
Диаграмма предоставлена компанией Magnesita Refractories SA
273
Краткое замечание по поводу одного принципиального момента в конструкции: Размер шпура определяется
весом плавки в печи и желаемой скоростью потока в тоннах /мин. для выпуска. Если отверстие слишком
маленькое, то выпуск будет длительным и подверженным закупорке, но унос шлака будет меньше. Если
отверстие слишком большое, то выпуск будет быстрым, но может характеризоваться слишком большом
уносом шлака.
Хороший подробный чертеж различных компонентов шпуровой системы представлен на рисунке 8.37.
Блок
безопасности
Присадочный
материал
Предоставлено компанией RHI
AG
Муфта
Концевой
кирпич
Рис. 8.37: Обзор шпура ДСП
Видно, что шпур разбит на зоны, как представлено в таблице 8.15:
Таблица 8.15: Шпуровые зоны ДСП
Площадь
Описание
Блок безопасности
Блок, окружающий шпуровую систему и защищающий ее от износа очага. Может быть сделана как из
одного, так нескольких составных частей. Следует отметить, что единичный блок является наиболее
эффективным, так как составные блоки склонны откалываться и всплывать, как только вы оказываетесь
в пределах 50-75 мм от швов. Единичные блоки более дорогие и управляются только с помощью крана,
но производительность у них выше.
Материал между муфтой и блоком, позволяющий оперативно менять шпуры и поглощать тепловое
расширение муфты при эксплуатации. Крайне важно, чтобы в этом шве не было выемок, чтобы
предотвратить проникновение жидкого металла, которое может привести к прорыву шпура.
Присадочный
материал
Муфта
Исполнительный компонент шпуровой системы, позволяющий металлу течь через систему. Может быть
сделана как из одного, так нескольких составных частей. Следует отметить, что единичный блок
является наиболее эффективным, так как составные блоки склонны откалываться и всплывать, как
только вы оказываетесь в пределах 50-75 мм от швов. Единичные блоки более дорогие и управляются
только с помощью крана, но производительность у них выше; тем не менее, на них могут
образовываться сколы из-за большого теплового напряжения при первой плавке нового шпура.
Концевой кирпич
Концевой кирпич является важным фактором обеспечения производительности, так как он
является продолжением самой муфты шпура, но также контактирует с литниковой системой,
которая позволяет закрывать шпур. По этой причине он обладает дополнительным напряжением,
которое будет обсуждено в анализе ТМХ. Это единичный блок, который обычно крепится к
шпуру, но испытания ведутся с использованием цельных сочетаний муфты/концевого кирпича.
В связи с этим анализ ТМХ будет разбит на два (2) раздела:
Блок/присадочный материал (см. рисунок 8.38)
Муфта/концевой кирпич (см. таблицу 8.16)
274
Краткий итог анализа ТМХ - блок безопасности
Высокая Т
Разница
температур
т
м
Только поверхность
от 1660 до температуры
окружающей среды
только на поверхности
НЕ ПРИМЕНИМО
Ударное
воздействие
Истирание
Извлечение шпура
Растворение
НЕ ПРИМЕНИМО
Проникновение НЕ ПРИМЕНИМО
с
Рис. 8.38: Краткий итог анализа ТМХ - блок безопасности
На рисунке 8.38 представлен блок, который использовался для полной кампании свыше 700 плавок с
минимальным износом блока, показывая только шероховатость поверхности. Это подтверждает анализ
ТМХ, представленный для механизмов минимального износа.
Для присадочного материала важно избежать пустот в выемке, которые могут привести к проникновению
стали. При первоначальной установке можно использовать сухой вибрационный материал или сам подовый
материал. Самое главное - это не тип материала, а качество установки. Идеальным вариантом будет
добавление небольших количеств присадочного материала для достижения хорошего уплотнения. Материал
должен обладать некоторой сжимаемостью, чтобы обеспечить расширение муфты и не добавлять к ней
никакого дополнительного напряжения.
Таблица 8.16: Анализ ТМХ для муфты шпура/концевого кирпича ДСП
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура (Т) Температура муфты и концевого кирпича - это температура самой стали, и она
лучше всего представлена на типовой гистограмме температур выпуска стали,
как представлено ниже:
1650°C
Температура
выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для муфты шпура происходит в экстремальных условиях,
поскольку оно является периодическим процессом, зависящим от количества
плавок/сутки, но также в муфту при каждой плавке засыпается новый холодный
песок , который резко ее охлаждает. Для концевого кирпича, подвергающегося
воздействию температуры окружающей среды, условия термоциклирования еще
более экстремальные. Это создает огромное напряжение по краям концевого
кирпича.
Поэтому термоудар является очень важным фактором для муфт шпура и износа
концевого кирпича.
275
Механический
Ударное
воздействие
Как правило, степень воздействия на муфту шпура минимальна, но концевой кирпич
испытывает на себе воздействие при каждом закрытии литниковой системы, которая
быстро царапает поверхность материала. Это может стать фактором износа материала
концевого кирпича. На холодной рабочей грани кирпича также может образовываться
накапливание стали/зашлаковывание Операторы вручную это оббивают, чтобы
устранить засорение на концевом кирпиче, и иногда удаляют донный огнеупор
концевого кирпича.
Истирание
Степень истирания действительно зависит от потока стали и шлака через шпур. Анализ РГД
(расчетной гидродинамики) показывает, что прямой конический шпур создает более высокую
турбулентность и большее истирание, чем конический шпур, как показано на рисунке ниже.
Предоставлено
компанией RHI AG
Интенсивность турбулентности
Поэтому конусные шпуры - это обычная практика в сталелитейной промышленности.
Приложенное
напряжение
Высота шпура обычно не достаточна для возникновения, приложенного
напряжение на сам шпур, однако, если присадочный материал, окружающий
шпур, установлен слишком плотно или имеет небольшую обсадку/коробление,
тогда может возникнуть напряжение и произойти растрескивание.
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую совместимость
шлаков с кирпичом. Приведенный в разделе 8.0 шлак в ДСП имеет базовый характер,
а это означает, что кирпич базового типа будет с ним совместим. Таким образом
предпочтителен магнезиальный или доломитовый шпур.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ сильно
смачиваемыми металлами/шлаками, проникающими в пористые огнеупорные
материалы. Оно не вызывает проблем с углеродсодержащими шпурами ДСП,
являющиеся несмачивающими.
Термомеханический
Напряжение
теплового
расширения
Высота шпура обычно не достаточна для возникновения, приложенного напряжение
на сам шпур, однако, если присадочный материал, окружающий шпур, установлен
слишком плотно или имеет небольшую обсадку/коробление, тогда может
возникнуть напряжение и произойти растрескивание.
Химикомеханический
(и
термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Сочетание шлаковой коррозии, истирания и термоциклирования вызовет
скалывание концевого кирпича, который наиболее подвержен этому явлению. Это
важный фактор износа концевого кирпича, который необходимо обойти при
проектировании.
Химический
(и
термохимический)
276
Сравнение конструкции подины печей на переменном и постоянном токе
Следует отметить, что для износа шпура разница между печами с переменным и постоянным током
несущественна.
Ремонт шпура ДСП
Невозможно отремонтировать муфту шпура, пока печь горячая (все еще работает, как при торкретировании
стены). Однако можно оперативно выполнить ремонт /замену муфты в горячем состоянии или в автономном
режиме в холодном состоянии.
Как при оперативном, так и при автономном методе ремонта необходимо:
Слить из печи всю жидкость полностью.
Открыть литниковую систему и удалить концевой кирпич.
Необходимо обеспечить доступ под печь с помощью платформы, лесов и любого другого
устройства, чтобы открыть шарнирную петлю.
Тогда у вас должно получиться вытащить /вытолкнуть /извлечь шпур. Следует отметить, что это
необходимо проделать очень осторожно, чтобы не повредить сам блок при снятии муфты.
После этого необходимо произвести чистку блока до исходной поверхности, чтобы полностью
подогнать его под размеры самой печи.
Затем необходимо опустить или поднять шпур на место, и все снова соединится, а концевой кирпич
установится в правильное положение.
Необходимо будет добавить присадочный материал между новой муфтой и старым кирпичом.
Также потребуется выдержать некоторое время для схватывания перед следующим плавкой.
Из описания процедуры видно, что она сложна, но выполнима в оперативном порядке, однако нужно
принять меры предосторожности. На автономном стенде процедуру проводить гораздо проще.
Используемый материал /конструкция /метод установки
Огнеупор шпура ДСП представлен на рисунке 8.40.
Блок безопасности
Типовое содержание: Магнезиальный углерод - 15%
C, 98% плавленый M g O высокой чистоты, 97%
чистого графита и антиоксидантов
Присадочный материал
1. Изначальный холодный - используйте материалы
пода
2. Горячий - M g O 95%-ной чистоты типичен для
обеспечения текучести, поэтому в нем нет пустот
Муфта
Типовое содержание: магнезиальный углерод - 20%ный C, 98%-ный плавленый M g O высокой
чистоты, 97% чистого графита и антиоксидантов
Концевой кирпич
AI2O3 и SiC-C - этот материал обладает лучшими
свойствами по сопротивлению термоудару, так как
магний слишком склонен к растрескиванию и не
выдержит
Рис. 8.40: Конструкция огнеупора шпура ДСП
277
Глава 9
9.0 Огнеупорные материалы для сталеразливочных
ковшей
Сталеразливочный ковш - основной транспортный сосуд между ОКК и машиной непрерывного литья
заготовок в сталелитейном цехе. С развитием ковшевой металлургии сталеразливочный ковш превратился
из исключительно транспортного сосуда в технологический сосуд. Хороший обзор ковшевой металлургии
показан на рис. 9.1, со многими доступными сочетаниями.
Бункер
Кислородная фурма
(кислород)
Введение
порошковой
проволоки
Нагревательн
ый электрод
Инъекционная
фурма (Ar, N2,
твердые вещества)
Опорожнение
Химически
активный шлак
Вакуумная газовая фаза
(аргон, азотный газ,
кислород)
Футеровка
Раздвижная
заслонка
Рис. 9.1: Обзор ковшевой металлургии
Сталеразливочный ковш является самым дорогостоящим сосудом для огнеупорных материалов во всех
сталелитейных цехах и основным рабочим инструментом на металлургическом заводе. Он подвергается
сложным процессам сталелитейного производства, перемещается по цеху и поднимается, что создает
увеличенную нагрузку на него, которую не испытывают другие сосуды, - такие, как доменные печи,
установки для коксования, основные кислородные конвертеры и литейные машины.
Сталеразливочные ковши - наиболее универсальный сталелитейный сосуд: в каждом цехе существует
уникальное сочетание оборудования и процессов для обработки металла. Вследствие этого:
Срок службы ковшей может составлять от 25 до 150 плавок или выше. Если затем ковши частично
отремонтировать, общий срок службы может достигать нескольких сотен плавок.
Конструкция футеровки из огнеупорных материалов также очень сильно отличается в разных цехах,
для улучшения адаптации к местным условиям и в результате локальных ограничений.
279
Сталеразливочные ковши, в силу их сложности, имеют самую высокую частоту разрыва из всех
огнеупорных сосудов в сталелитейном цехе, что показано в среднем статистикой для установок ОКК на
рисунке 9.2.
Шлаковая зона = 47%
Предоставлено Vesuvics PLC
Полая часть = 14%
Скользящая заслонка
= 27%
Аргонная пробка = 7%
дно = 4%
Напомним, что основными целями проектирования огнеупорного материала для сталеразливочного ковша
являются:
Герметизация жидкой стали (без прорывов - максимальный риск!)
Использование огнеупорного материала, который не создает угроз безопасности и / или
окружающей среде
Проектирование огнеупоров так, чтобы они соответствовали требуемой продолжительности
кампании печи (количество плавок или недель)
Минимизировать стоимость огнеупорного материала / за тонну
Сведение к минимуму влияния на процесс (правильный химический состав шлака и стали)
Технологические маршруты сталеразливочных ковшей очень сложны, поэтому сравнение между цехами
чрезвычайно проблематично. Для сравнения результатов вы должны сначала сравнить технологические
маршруты. Хороший пример сравнения такого типа показан на рисунке 9.3.
Шлак ОКК:
А12О3: 34%
CaO: 43 %
SiO2 134%
MgO: 104%
FeO: 21%%
MnO: 84%
ТiO2: 14%
(C+M)/(A/S) = 3.3
ОКК
Объем тепла =
в среднем 310
тонн
Температура крана
ОКК = 1600 град. C
средний
Скребок для
скачивания шлака
+ син-шлак
Входная мощность: = 5500
кВт/ч
Удельное
электропотребление = 275
кВт/ч минимум
УДМ
Шлак УДМ:
Al2O3 28%
CaO: 52%
SiO2 4%
MgO: 5%
FeO: 5%
MnO: 3%
(C+M)/(A/S)= 1.8
Литейная
машина
Ремонт
t1 - время начала нажатия
t2- введите время УДМ
Дополнения в УДМ:
t3 - время выхода из УДМ
Алюминий = в среднем 460 кг
t4 - время открытия ковша
CaO - алюминий = в среднем -450 кг
CaO = в среднем 1150 кг
t5 - время закрытия ковша
Использование ковша
Полевой шпат = в среднем 130 кг (на 20%
(t6 - t1) = время пребывания = в среднем 79
= количество плавок в день
плавок)
минут
Обратите внимание: 20% также мягко
(t5 - t4) = время литья = в среднем 45 минут
(t3 - t2) = время УДМ = в среднем 57 минут
перемешивается с фурмой и пробками
(t7- t6) = время включения = в среднем 20
минут
Механизм износа ковшей ОКК для шлаковых зон и полых частей:
Тепловая нагрузка - температуры KOBM; тепловой удар, основанный на использовании ковша Механическая
нагрузка - объем перемешивания аргона
Химический износ - потребляемая мощность; химический состав шлака и время для каждого химического состава
Рис. 9.3: Типичный технологический маршрут для стали
280
Базовая конструкция сталеразливочного ковша показана в сечении на рис. 9.4.
Опорное кольцо
Шлаковая зона
Защитная стенка
Полая часть
Рабочее днище
Скользящая
заслонка
Аргоновая
пробка
Защитное днище
Рис. 9.4: Обзор сталеразливочного ковша
В качестве примеров, вы можете увидеть сложность схем износа сталеразливочных ковшей на фото на
рисунке 9.5.
Рис. 9.5: Типичные модели износа сталеразливочных ковшей
Теперь мы подробно рассмотрим каждую секцию сталеразливочного ковша.
281
9.1 Защитное днище /стенка сталеразливочного ковша
Защитные днище и стенки показаны на рисунке 9.6 для обычного сталеразливочного ковша
Опорное кольцо
Шлаковая зона
Защитная стенка
Полая часть
Рабочее днище
Скользящая
заслонка
Аргоновая
пробка
Защитное днище
Рис. 9.6: Обзор защитной футеровки сталеразливочных ковшей
Существует три основных цели использования защитной футеровки сталеразливочных ковшей:
1. Предотвращение прорывов стали
2. Удержание тепла для процесса
3. Защита кожухов печей от коробления / растрескивания / и т. д.
На рисунке 9.7 показан типовой тепловой профиль сталеразливочного ковша.
Рис. 9.7: Тепловой профиль сталеразливочного ковша
282
Конструкции футеровок для термических систем
Конструкция защитной футеровки представляет собой баланс (как и во всех огнеупорных материалах)
между тремя ключевыми областями: тепловым потоком (защита кожуха, тепловые потери), прочностью
изоляционного материала (целостность футеровки) и химическим износом (повышенная коррозия).
В таблице 9.1 приведены плюсы и минусы для разных типов изоляции, которые могут использоваться в
сталеразливочном ковше.
Таблица 9.1: Изоляция сталеразливочного ковша
Материал
Преимущества
Кирпич
• Высокопрочная стабильная футеровка; • Толще, чем плиты или защитные
• Свойства хорошо определены,
панели, которые могут занимать
поскольку изменчивость установки
емкость сосуда;
устранена
• Кирпичные стыки могут быть
• Возможности огнеупорности, для
источниками проникновения
запуска процесса, если он
металла в сосуды с жидкостью;
разработан таким образом
• Требуются квалифицированные
профессионалы для установки.
• Высокопрочная
стабильная
• Толще, чем плиты или защитные
футеровка; Свойства ухудшаться
панели, которые могут занимать
из-за изменчивости установки
емкость сосуда;
• В случае правильной установки,
• Требуются квалифицированные
профессионалы для установки.
отсутствуют
стыки
для
проникновения металла
Монолитный
Недостатки
Плита
• Средняя прочность, лучше, чем
рулонная изоляция.
• Можно сделать тонкой, чтобы
увеличить вместимость сосуда.
• Простой монтаж.
• Прочность может быть
недостаточно высокой в
зависимости от температуры
процесса, что приводит к
деградации материала и потере
изоляции и опоры футеровки.
• Небольшая огнеупорная
ценность и стыки, возможно
проникновение металла.
Рулонная изоляция
• Можно сделать тонкой, чтобы
увеличить вместимость сосуда.
• Простой монтаж.
• Небольшая прочность, которая
может привести к деградации
материала и потере изоляции и
опоры футеровки.
• Небольшая огнеупорная ценность,
возможно проникновение
металла.
Микро-плита
• Можно сделать очень тонкой,
чтобы увеличить вместимость
сосуда.
• Простой монтаж.
• Небольшая прочность, которая
может привести к деградации
материала и потере изоляции и
опоры футеровки.
• Небольшая огнеупорная
ценность и стыки, возможно
проникновение металла.
Последний вопрос, который необходимо обсудить, — это баланс между температурами кожуха и
химической коррозией
По мере увеличения количества изоляции вы будете повышать температуру футеровки, и,
следовательно, износ возрастает экспоненциально.
Однако по мере увеличения количества изоляции температура кожуха будет снижаться.
283
Поэтому, как уже было сказано, проектирование огнеупоров — это всегда балансировка.
С позиции износа, защитное днище / стенка сталеразливочного ковша не быстроизнашивающийся участок,
как видно из представленного в таблице 9.2 анализа ТМХ.
Таблица 9.2: Анализ ТМХ (тепломеханический и химический) для защитной
стенки / днища сталеразливочного ковша
Типы износа
Термический
Виды воздействия Примеры
Пиковая
температура
(Т)
Термоудар
(ΔТ)
Механический
Химический (и
термохимический)
Температура защитной футеровки никогда не измерялась; тем не менее, она будет
иметь температуру от температуры окружающей среды до 1400°C, если рабочий
слой футеровки разрушен. В действительности вы редко используете рабочую
футеровку сталеразливочного ковша в качестве защитной футеровки, поэтому она
обычно находится в диапазоне 500 - 900°C. С позиции огнеупорного материала
данная температура невысока и создает для материалов множество благоприятных
условий.
Термоциклирование для защитной футеровки минимально, так как не считается
механизмом износа.
Ударное
воздействие
Истирание
Обычно на защитное днище и стенки не оказывается никакого воздействия, за
исключением периода извлечения.
Истирание защитной стенки или днища возможно только в случае потери рабочей
футеровки и циркуляции жидкого чугуна в печи, пусть и минимально.
Приложенное
напряжение
Боковая стенка достаточно высокая, но температура низкая, поэтому при
использовании кирпича усилия, приложенные к нижней секции, оказываются
недостаточными Но если у вас имеется монолитная защитная стенка, вокруг ковша
возникает большая степень расширения, и для этого необходимо встроить
компенсаторы в футеровку. То же самое относится ко днищу. Если вы собирались
использовать монолитное защитное днище, стык между оболочкой и днищем
должен быть заполнен набивочным материалом, который будет иметь некоторую
сжимаемость для расширения этой большой массы материала.
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую совместимость
шлаков с кирпичом. Приведенный в таблице 9.3 шлак имеет базовый характер,
что означает, что кирпич базового типа будет с ним совместим. Таким образом,
предпочтителен магнезиальный или доломитовый кирпич.
Растворение
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. У защитного днища или стенки сталеразливочного ковша
с этим, как правило, не возникает проблем. Если вы используете кирпичи, очень
важно плотно установить защитную футеровку.
Термомеханический
Напряжение
теплового
расширения
Если установлена монолитная стенка или днище, необходимо предусмотреть
достаточный допуск на расширение, чтобы исключить разрушение или деформацию
огнеупорного материала.
Химикомеханический
(и
термомеханичес
кий
химический)
Скол в зонах
проникновения
Не применимо для защитной футеровки.
284
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция защитной футеровки сталеразливочного ковша представлена на рисунке 9.8.
Защитная стенка:
• В настоящее время передовым методом являются монолитные
защитные стены, монтируемые на месте с помощью формы или
шоткретирования.
В зависимости от толщины может потребоваться изоляционная плита
для защиты исходящего от кожуха тепла. Материалом будет шпинель с
высоким содержанием оксида алюминия, содержащая огнеупорный
материал, который обеспечивает некоторую огнеупорность в случае
утраты рабочей футеровки. Обратите внимание, что иглы из
нержавеющей стали также будут использоваться для придания
материалу долговечности. Установка должна проводиться командой
экспертов, имеющих опыт в технологии литья и(или) шоткретирования.
• Если используется кирпич, обычно это двухслойная футеровка; один
слой - из защитного кирпича (магний, магнезиальная шпинель или
глиноземистая шпинель, в зависимости от стоимости)
другой слой будет изоляцией (доска или кирпич).
Правильная укладка кирпичей, с нанесением жидкого цементного
раствора на все четыре стороны кирпичей, отнимает много времени у
профессиональных каменщиков.
• Обратите внимание, что некоторые используют слой сухого
вибрирующего материала в качестве защитной прокладки / компенсатора
(в основном, в доломитовых футеровках). Необходимо заменять его при
каждой перекладке футеровки, для обеспечения целостности, и поэтому
процедура является дорогостоящей.
Безопасное днище:
• В настоящее время рекомендуется использовать выравнивающий слой толщиной 25 мм из сухого
вибрирующего материала на кожухе (с прочностью, не допускающей потерю целостности), а затем
сборное среднеглиноземистое защитное днище (50-60% глинозема), состоящее из одной или двух
частей, соединенных нахлесточными сварными соединениями для обеспечения минимального врезания
(наиболее оптимальный случай - одна часть, но он не всегда возможен из-за размера ковша).
• Следующий оптимальный метод - отливка защитного днища на месте, его высушивание перед
установкой рабочего днища, чтобы не было захваченной влаги (50-60% глинозема).
• Другой метод - использование выравнивающего слоя толщиной 25 мм из сухого вибрирующего
материала на кожухе, а затем слоя кирпича, соединенного жидким цементным раствором. Это очень
трудоемко и тяжело для спины каменщиков!
Рис. 9.8: Конструкция защитной футеровки сталеразливочных ковшей
На рис. 9.9 показана изоляционная плита защитной футеровки, установленная в ковше, а на рисунке 9.10 защитная футеровка, установленная с помощью монолитного шоткретирования.
Рис. 9.9: Изоляционная плита защитной футеровки,
установленная в ковше
285
Рис. 9.10: Изоляционная плита
защитной футеровки, установленная в ковше
9.2 Рабочее днище сталеразливочного ковша
Рабочие днище и стенки показаны на рисунке 9.11 для обычного сталеразливочного ковша
Опорное кольцо
Шлаковая зона
Защитная стенка
Скользящая
заслонка
Полая часть
Рабочее днище
Аргоновая
пробка
Защитное днище
Рис. 9.11: Обзор рабочего днища сталеразливочного ковша
Днище сталеразливочного ковша выполняет четыре ключевые функции:
Предотвращение прорывов стали
Удержание тепла для процесса
Защита кожухов ковшей от коробления / растрескивания / и т. д.
Совсем недавно необходимость достижения новой цели увеличение выхода продукции
сталелитейного цеха и уменьшение выноса шлака в разливочное устройство - привела к появлению
днища экзотической формы (будет описано позже).
Днище сталеразливочного ковша имеет очень интересный механизм износа, который показан в анализе
TMХ в таблице 9.3 и на рисунке 9.12.
Таблица 9.3: Анализ ТМХ для днища сталеразливочного ковша.
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура
(Т)
Температура рабочей футеровки - это температура самой стали, и она лучше всего
представлена на типовой гистограмме температур выпуска, как представлено ниже:
1650°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
286
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для рабочей футеровки может быть высоким, но оно
основывается на следующем ключевом рабочем показателе:
- Количество плавок/дней
Следовательно, как часто меняется температура и насколько?
6T
T
№ плавки
В большинстве сталеплавильных цехов в ковше происходит в среднем четыре плавки
в день, но в лучших цехах
возможны от шести до семи плавок в день. Этот диапазон является важным
фактором, как будет видно из нижеописанного механизма износа. Поэтому тепловой
удар является очень серьезным фактором износа для сталеразливочного ковша, и
степень тяжести может зависеть от эксплуатации.
Механический
Ударное воздействие
Как правило, сила воздействия выпуска металла, приводящая к износу при ударе:
комбинация высоты / угла выпуска и времени, которое требуется для создания
лужи жидкости, которая будет смягчать удар падающей струи. Также важна доля
времени, в течение которого операторы нажимают на ударную подушку,
поскольку она не всегда центрирована в одном и том же месте. Влияние
постукивания является ключевым фактором, как показано на схеме механизма
износа ниже.
Истирание
Величина истирания напрямую зависит от эксплуатации; при этом движения ванны критический фактор. В цехах с аргоновыми пробками или RHOB в ходе операций
происходит интенсивное движение ванны и истирание днища, а следовательно - износ
днища. Хорошим примером является профиль перемешивания для аргоновых пробок на
днище, как представлено ниже:
Степень
износа
Начало
Приложенное
напряжение
Окончание
Скорость потока л/мин
Днище низкое, поэтому приложенного напряжения в вертикальном направлении
недостаточно; однако, если вы собираетесь использовать монолитное днище, стык
между защитной стенкой (или рабочей стенкой днища пробки) и днищем должно
быть заполнено трамбовочной огнеупорной массой, которая будет обладать
некоторой сжимаемостью, для учета расширения этой большой массы материала.
287
Химический (и
термохимический)
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую совместимость
шлаков с кирпичом. Приведенный на рис. 9.3 шлак имеет немного базовый
характер, что означает, что материал базового типа будет с ним совместим. Можно
использовать базовый кирпич, однако материалы днища также могут быть
спроектированы таким образом, чтобы реагировать со шлаком с образованием
защитного слоя. Поэтому для металлургических предприятий очень характерны
основания из высокоглиноземистой и глиноземистой шпинели.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ сильно
смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в пористые огнеупорные
материалы. Это серьезная проблема, поскольку шлак находится на днище в течение
длительных периодов времени, а затем перемещается вглубь днища под действием
ударной силы стали при следующей плавке.
Термомеханический Напряжение
теплового
расширения
Днище низкое, поэтому приложенного напряжения в вертикальном направлении
минимально; однако, если вы собираетесь использовать монолитное днище, стык
между защитной стенкой (или рабочей стенкой днища пробки) и днищем должно
быть заполнено трамбовочной огнеупорной массой, которая будет обладать
некоторой сжимаемостью, для учета расширения этой большой массы материала.
ХимикоСкол в зонах
проникновения
механический (и
термомеханический
химический)
Это ключевой механизм износа, как видно из описания на рис. 9.12.
Механизм износа рабочего днища
Трещины в ударной подушке из-за
сильного постукивания
Незначительное растрескивание по
причине выпуска плавки на небольшой
высоте
Скалывание крупной части зоны
проникновения из-за повторения циклов
Рис. 9.12: Примеры износа днища ковша
288
В таблице 9.4 представлен механизм износа рабочего днища сталеразливочных ковшей.
Таблица 9.4: Описание механизма износа - рабочее днище
Стадия
Описание стадии
Основные рабочие
параметры,
влияющие на эту
стадию
Основные параметры материала, влияющие
на эту стадию
Новое днище /
поверхность
Новое дно доставлено в цех и
готово к установке, или новая
поверхность подвергалась
воздействию в процессе.
Предполагается
правильная сушка
и
предварительный
нагрев
Образование
вертикальных
трещин
Дно вводится в
эксплуатацию, и после 1-15
плавок (в зависимости от
материала дна) в области
противоударного
уплотнения образуются
вертикальные трещины.
Трещины выглядят как
«футбольная сетка»,
количество и размер ячеек
также зависят от материала.
Сила выпуска плавки
является ключевой
(см. рис. под
воздействием в
таблице 9.3). Высота
выпуска плавки, угол
наклона и время
сбора жидкости
являются ключевыми
параметрами.
• Более низкий коэффициент расширения
материалов
• Материалы с низким постоянным линейным
изменением
• Материалы с меньшим коэффициентом
прочности и модулем упругости
• Материалы с повышенной
разрушаемостью, которые деформируются
ползучестью при рабочих температурах
Шлаковая
инфильтрация
Шлак осаживается на дне
ковша и начинает проникать
в трещины и саму
поверхность. Глубина
проникновения основана на
минералогии используемого
огнеупора и распределении
пор по размерам в материале.
Текучесть шлака и
химический состав.
Высоковязкие шлаки
с минимальным
количеством оксидаплавня не проникают
в днища ковша.
Ключевым моментом здесь является
определение спецификации дна,
содержащего магний, а не только шпинель,
поскольку магний связывает проникающий
шлак быстрее, чем шпинель. Это связано с
тем, что шпинель должна сначала
отсоединить магний, прежде чем она
сможет реагировать со шлаком, свободный
магний может реагировать немедленно.
Реакция шлака, которая герметизирует
поверхность дна Dofasco, была определена
с помощью микроскопа и приведена ниже:
FeO + MnO + Al2O3 + MgO
= (Fe, Mn, Mg)O-Al2O3 - сложная шпинель (1)
Образование
Из-за несоответствия в
горизонтальных коэффициентах расширения,
трещин
прочности материала и модуля
упругости, а также изменениях
температуры в днище во время
эксплуатации, начинают
образовываться трещины между
зонами проникновения и
зонами дна, защищенными от
проникновения.
Скалывание /
Вертикальные трещины и
растрескивание горизонтальные трещины
дна
соприкасаются, и крупные
участки дна, толщиной 25-100
мм, диаметром до 250 мм,
начинают откалываться /
отслаиваться от днища.
Термоциклирование
дна
289
Это сложное образование шпинели является
расширительным и закрывает
горячие поры на лицевые стороны от
проникновения шлака. Обратите внимание, что
проблема со свободного магния заключается в
том, что, если она не добавлена в правильном
количестве и пропорции, и с правильными
добавками, это приведет к микротрещинам в
материале. Основными способами улучшения
стойкости к проникновению шлака является
разработка правильной структуры и
распределения пор по размерам в материале.
Обратите внимание, что эти параметры
соответствуют рабочей температуре.
Невозможно контролировать, минимизация
проникновения шлака минимизирует
толщину этого слоя.
Используемый материал/конструкция/метод установки
Базовая конструкция днища сталеразливочного ковша представлена на рисунке 9.14.
Ударная накладка рабочего днища:
- В настоящее время наилучшей практикой является сборка
монолитных железобетонных изделий из сочетания
глинозема с магнезиальной шпинелью. Эта область имеет
самый высокий уровень износа и поэтому должна быть
спроектирована с учетом этого. Ударная накладка может
стоять отдельно или может быть объединена как часть дна,
как показано здесь.
Установка довольно проста, когда подушка поднимается на
место с помощью крана и устанавливается с 12миллиметровым слоем пневматического раствора под ним.
- Используемый кирпич обычно представляет собой
крупный кирпич, поставленный вертикально, высотой ок.
250 мм класса АМС, МС или доломитового качества.
Правильная укладка кирпичей, с нанесением жидкого
цементного раствора на все четыре стороны кирпичей,
отнимает много времени у профессиональных каменщиков
(что неэргономично).
Неударные зоны рабочего днища:
- В настоящее время наилучшей практикой является сборка
монолитных железобетонных изделий из сочетания
глинозема с магнезиальной шпинелью. Эта область не так
сильно изнашивается, поэтому можно использовать сырье
более низкого качества. Установка довольно проста, когда
подушка поднимается на место с помощью крана и
устанавливается с 12-миллиметровым слоем
пневматического раствора под ним.
- Используемый кирпич обычно представляет собой
крупный кирпич, поставленный вертикально, высотой
ок.175-200 мм класса АМС, МС или доломитового качества.
Правильная укладка кирпичей, с нанесением жидкого
цементного раствора на все четыре стороны кирпичей,
отнимает много времени у профессиональных каменщиков
(что неэргономично).
Рис. 9.13: Конструкция днища сталеразливочного ковша
Рис. 9.14: Воздействие предварительно отлитого рабочего дна
290
Прорывы ковша через дно - очень дорогостоящие с точки зрения ущерба и потери времени в производстве.
Это также серьезная проблема безопасности, поскольку подвергает риску работающий в цехе персонал.
Краткое изложение основных причин и методов профилактики представлено на рисунке 9.15.
Ключевые причины
Агрессивные шлаки /
нагревание
Методы профилактики
Технологический контроль и
соответствие качества кирпича
процессу (примечание: Кирпич
AMC дает больше прощения
ошибок в большинстве цехов)
Неудовлетворительное Минимальное количество ковшей
термоциклирование
в эксплуатации, особенно в
ковша, который
периоды слабой загрузки
открывает стыки
Низкое качество
Укажите минимально
кирпича
приемлемое качества кирпича
Конструкция кирпичей Монолитная защитная футеровка
защитной футеровки
очень хорошо справляется с
остановкой / замораживанием
стали / шлака (позволяет
преодолеть многие операционные
огрехи!!)
Целостность защитных Стандарты на глубину отверстий,
футеровок
трещин и т. д. и методики
ремонта. Минимальная толщина
защитной футеровки
Плохой визуальный
Обучение, лазерное измерение,
осмотр
термография
Рис. 9.15: Прорывы ковша - днища
291
9.3 Системы перемешивания сталеразливочного ковша
Перемешивание в ковше имеет решающее значение для оптимального контроля температуры и химического
состава в сталеразливочном ковше. Многие заводы до сих пор не имеют систем перемешивания, которые
необходимы для производства критических сортов. Доступны две основные системы перемешивания непрямое (посредством электромагнитных полей) и прямое перемешивание через огнеупорные аргоновые
пробки.
Основные преимущества перемешивания в ковше:
Более однородная жидкая сталь
Лучшее взаимодействие шлака / стали для удаления примесей
Более высокие производительности
Лучший контроль температуры и, следовательно, экономия энергии
Более быстрая обработка на металлургических станках с ковшом по сравнению с перемешиванием в
фурмах для достижения высокой производительности, а в случае с нагревательными станциями - с
более низким потреблением энергии
Недостатками перемешивания аргона, однако, являются:
Риск прорыва ковша через дно
Увеличенный износ дна и более короткий срок службы ковша из-за истирания дна и стенок.
Краткое изложение этого баланса показано на рисунке 9.16.
Износ
огнеупора
Ускорение
перемешивание,
гомогенизация ванны
Снижение срока службы
огнеупора
Скорость перемешивания
аргона
Рис. 9.16: Эффекты от перемешивания аргона
292
Одним из ключевых параметров является количество аргоновых пробок и место их размещения.
Сталелитейные компании используют до трех аргоновых пробок (с вакуумными баками-дегазаторами), и
это решение имеет важное значение для производительности.
На рисунке 9.17 показаны различные
варианты, а также шаблоны перемешивания и созданные мертвые зоны.
Рис. 9.17: Трехмерная модель потока жидкости для газовых ковшей Pan, SM; Хо, YH; Хван, WS
Журнал материаловедения и производительности; Июнь 1997 года; 6, 3; ProQuest Коллекция
материаловедения стр. 311
293
Аргоновое перемешивание является удачным инструментом, и имеет смысл обсудить вопросы его
огнеупорных свойств.
На рисунках 9.18 и 9.19 показана прямая система и то, как пробки находятся в прямом контакте с ванной,
обеспечивая хороший поток.
Опорное кольцо
Шлаковая зона
Защитная стенка
Полая часть
Рабочее днище
Скользящая
заслонка
Защитное днище
Рис. 9.18: Система подачи аргона в сталеразливочный ковш
Блок
Муфта
Пробка
Пластический
Кожух
С-зажим
Система крепления
Рис. 9.19: Типичная схема системы потока аргона
294
Аргоновая пробка
Можно видеть и было доказано, что преимущества металлургии, обсуждавшиеся в начале этой главы, были
достигнуты при фактической эксплуатации.
Теперь мы обсудим механизм износа и типы материалов, используемых для борьбы с ним, в таблице 9.4.
Таблица 9.4: Анализ ТМХ для системы перемешивания сталеразливочного ковша.
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура Температура рабочей футеровки - это температура самой стали, и
(Т)
она лучше всего представлена на типовой гистограмме температур
выпуска, как представлено ниже:
1650°C
Температура выпуска:
Механический
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому
требуется использование только материалов с высокой
жаропрочностью.
Термоудар (ΔТ)
Циклическое температурное воздействие для аргоновых пробок
может быть высоким, но оно основано на количестве плавок в день и
количестве включений и выключений пробки, которые могут
приводить к растрескиванию при резких перепадах температур, как
видно из механизма износа, показанного на рис. 9.20. Для пробок
растрескивание при резких перепадах температур сильнее из-за
(относительно) холодного аргона, поступающего в ковш и
вступающего в контакт с горячей жидкой сталью. Это создает
огромное напряжение для наконечника пробок для перемешивания
аргона. Поэтому растрескивание при резких перепадах температуры
является очень важным фактором в системах контактного
перемешивания аргона в ковшах.
Ударное воздействие Обычно величина воздействия на пробку мешалки умеренная; при
этом поток воздействия из ОКК является ключевым фактором.
Обычно это не является существенным фактором износа аргоновой
пробки перемешивания в ковше.
Истирание
Степень истирания действительно зависит от работы самих пробок и
профиля перемешивания. В цехах с аргоновыми пробками или
RHOB в ходе операций происходит интенсивное движение ванны и
истирание днища, а следовательно - износ днища. Хорошим
примером является профиль перемешивания для аргоновых пробок
на днище, как представлено ниже:
Поток
DDP
Начало
Окончание
Степень
износа
Скорость потока л/мин
Приложенное
напряжение
Истирание является важным фактором износа аргоновой пробки.
Высота пробки обычно недостаточна для возникновения
приложенного напряжения на сам под.
295
Химический (и
Растворение
термохимический)
Термомеханичский
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Приведенный на рис. 9.3 шлак имеет
немного базовый характер, что означает, что материал базового типа будет с
ним совместим. Могут быть использованы основные материалы, однако они
склонны к растрескиванию, поэтому материалы с высоким содержанием
глинозема и глинозема-шпинели или глинозема-циркония
очень типичны для металлургических заводов.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами/шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Это является серьезной проблемой, так как шлак
находится на нижних аргоновых пробках в течение длительных периодов
времени, а затем может быть загнан глубоко вовнутрь пробки с помощью
кислородной фурмы для очистки пробок. Это основная часть механизма износа
аргоновой пробки ковша.
Напряжение теплового
расширения
Высота пробки мала, поэтому в вертикальном направлении приложенного
напряжения недостаточно, однако пробка зажата внутри блока, что может
приводить к накоплению некоторых напряжений. Используются стыки из
жидкого цементного раствора; однако они чувствительны к проникновению
стали
и возможен прорыв при установке очень толстого шва.
ХимикоСкол в зонах
механический (и проникновения
термомеханический химический)
Это ключевой механизм износа, как видно из описания на рис. 9.20.
Скол 50 мм
Фаза 1
Поверхность
новой пробки
Фаза 2
Проникновен
ие новой
горячей
стали
Фаза 3
Начало
пузырения и
скол слоя,
через
которой
произошло
проникновен
ие
Фаза 4
Коррозия
от потока
Фаза 5
Прекращение
пузырения,
проникновение
стали и продувка
кислородом
Рис. 9.20 Механизм износа пористой пробки
296
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция пробки для аргона с прямым контактом для ковша перемешивания показана на
рисунке 9.21.
Блок и рукав:
- Обычно изготавливаются из материала,
похожего на безударную сторону дна, для
обеспечения такой же защиты, поскольку
механизм износа такой же. Глиноземшпинель-магнезиальная смесь. (возможно,
глинозем-диоксид циркония).
- Рукава используются не во всех
конструкциях, однако они обеспечивают
высокую стабильность конструкции,
учитывая установку свежего куска
огнеупорного материала с каждой пробкой
- избежание риска прорывов.
Пластический
- Пневматический пластик для придания
хорошей прочности, обеспечения
минимальной усадки при эксплуатации, для
предотвращения любых стыков или
ослабления в системе.
Блок
Муфта
Пластический
Кожух
С-зажим
Система
крепления
Рис. 9.21: Огнеупорная конструкция аргонной системы
Обратите внимание, что существуют три типа прямых аргоновых пробок,
сталеразливочных ковшах, как показано на рисунке 9.22.
обычно используемых в
Фотографии предоставлены компанией Vesuvius plc
Тип пробки
Описание
Случайный Пористый
Направленная по щели
Направленная по
вставкам
Случайная пористая
Щели отлиты на месте, Вкладыши (обычно с
пробка с высокой
что позволяет газу
высоким содержанием
проницаемостью из
аргона проходить через глинозема) отливаются
добавок оксида
них. Обычно требуется на месте (литье зависит
алюминия, оксида
более высокое
от марки стали).
магния и / или хромита противодавление для
Аналогично щели с
и / или оксида циркония запуска потока. Как
более высоким
Важно поддерживать
правило, меньше
противодавлением и
пористость открытой и проникновения стали / меньшим
не заполненной сталью шлака
проникновением
и / или шлаком, которые
блокируют поток
Рис. 9.22: Сравнение типов аргонных пробок
297
Существует семь (7) ключевых стратегий для увеличения срока службы пробки:
1. Самое простое - сделать более длинную пробку, но ее длина должна соотноситься с толщиной самого дна
ковша.
2. Обновите сам материал пробки до более высокой чистоты, сделав его более устойчивым к термоудару
и(или) истиранию. Основным фактором здесь является баланс срока службы и стоимости.
3. Обновите окружающий блок. Следует отметить, что окружающий блок отлично защищает пробку, и
преждевременный износ блока приведет к износу пробок по бокам, а не от горячей поверхности.
4. Уменьшение расхода снизит нагрузку на пробку и улучшит скорость износа.
5. Также положительно скажется использование пробки большего диаметра с таким же количеством
отверстий, но расположенных дальше друг от друга.
6. Может пригодиться блок большего размера и с большей защитой, если износ блока вызывает ускорение
износа. 7. Определитесь с правильным балансом/типом отверстий (щели, круглые и пористые). Различные
конструкции могут давать разные характеристики износа.
Идеального решения не существует!
Методы ремонта перемешивания аргоном
Аргонные пробки можно менять автономно в холодном состоянии в нерабочем режиме или в горячем
состоянии в рабочем режиме. Предпочтительнее менять их в горячем состоянии, чтобы избежать остывания
самой футеровки ковша, которому сопутствует тепловой удар и дополнительный нагрев, необходимый для
возврата ковша в эксплуатацию.
При оперативном методе ремонта необходимо:
Убедиться, что дно ковша очищено от всей стали и / или шлака на дне.
Иметь конструкцию, позволяющую получить доступ к пробке для ремонта.
Вытолкнуть пробку спереди назад с помощью крупной детали машины и хорошего оператора, ИЛИ
откопать пробку с задней стороны с помощью отбойного молотка или другого ручного инструмента.
После этого необходимо произвести чистку блока до исходной поверхности (очень важно).
Сочетать пробку/ рукав, которая была предварительно покрыта жидким цементным раствором до
необходимой толщины стыка раствора, затем устанавить на место, и все повторно соединить.
Обратите внимание, что существуют риски, связанные с правильной установкой систем пробок, и
некоторые ключи показаны на рисунках с 9.23 по 9.25.
Остаточная сталь / шлак / огнеупорный материал
Торкретирование
Более
крупный
стык из
жидкого
цементного
раствора (~
12 мм)
Толщина
удаления
Рис. 9.23: Проблема установки № 1 - блок не чистый
298
Торкретирование
Обычный стык из
жидкого
цементного
раствора (~3 мм)
Толщина удаления
Рис. 9.24: Проблема установки № 2 - поврежденный блок
Остаточная сталь / шлак / огнеупорный материал
Торкретирование
Более крупный стык из
жидкого цементного
раствора (~ 12 мм)
Толщина удаления
Рис. 9.25: Проблема с установкой № 3 - поврежденный и нечистый блок
Отсутствие очистки или правильной обработки приводит к разрывам ковша Прорывы ковша через системы
нижнего перемешивания очень дорогостоящи из-за повреждений, и может возникать простой производства.
Краткое изложение основных причин и методов профилактики представлено на рисунке 9.26 и 9.27.
299
Ключевые причины
Агрессивные шлаки
Установка с
нарушениями
Низкое качество
пробки
Слишком длинная
аргоновая пробка
Плохой визуальный
осмотр
Плохая система
крепления
Рис. 9.26: Прорывы ковша - аргоновые пробки
Жидкая сталь
Более крупный
стык из жидкого
цементного
раствора (~ 12 мм)
Путь прорыва из
расплавленной
стали
Рис. 9.27: Пример прорыва аргоновой пробки
300
Методы профилактики
Технологический
контроль и соответствие
качества дна процессу
Хорошие стандартные
методы установки и
хорошие практические
методы обучения
Укажите минимально
приемлемое качества
пробки
Замените аргоновые
пробки в зависимости от
количества минут
перемешивания, а не от
количества мешалок
Обучение, лазерное
измерение, наглядные
пособия в пробках
(кружки, квадраты из
материала разной
плотности)
Прочная конструкция,
обеспечивающая
отсутствие движения
пробки во время
обслуживания
9.4 Системы регулирования расхода сталеразливочного
ковша
Контроль потока в ковше имеет решающее значение для производства стали, поскольку контроль
расплавленной жидкости является вопросом безопасности, а также производительности и качества.
Основными функциями системы скользящей заслонки являются:
Обеспечение отсутствия прорывов или протечек расплавленной стали за пределы обозначенного пути
потока
Контролируемое измерение расхода жидкой стали в зависимости от темпа цеха
Предотвращение попадания воздуха / кислорода в жидкую сталь, которая может образовывать
неметаллические включения
Самая низкая стоимость / тонна стали для системы
Простую эргономику для сотрудников, работающих с системой
На рисунке 9.28 показан обзор сталеразливочного ковша и расположение системы скользящих заслонок в
нижней части сталеразливочного ковша. Также на рисунке 9.29 показан вид с разнесенными частями всей
системы заслонок (включая огнеупорные материалы), а затем на рисунке 9.30 поперечное сечение самих
огнеупорных деталей. Следует отметить, что на рынке существует множество систем скользящих заслонок,
при этом цеха должны выбрать ту, которая обеспечивает наилучший баланс вышеуказанных функций в
зависимости от марок стали.
Опорное
кольцо
Шлаковая
зона
Защитная стенка
Полая часть
Рабочее днище
Раздвижная
заслонка
Защитное днище
Рис. 9.28: Обзор регулирования расхода сталеразливочного ковша
301
Аргоновая
пробка
Раздвижная
заслонка
Механизм
скользящих
сталеразливочных ковшей
заслонок
Чрезвычайно сложная механическая
система
с
огнеупорными
компонентами в качестве ядра для
потока жидкости через систему
Рис. 9.29: Механизм скользящих заслонок сталеразливочных ковшей
Предоставлено Krosaki Harima Corporation
302
1. Блок колодца ковша
2. Верхний стакан ковша
3. Пластина верхней скользящей заслонки
4. Пластина нижней скользящей заклонки
5. Нижний стакан
6. Защитная труба ковша
7. Каркас системы заслонок
Рис. 9.30: Обзор скользящих заслонок
сталеразливочных ковшей
Предоставлено Krosaki Harima Corporation
Система скользящих заслонок в ковше, вероятно, одно из самых сложных и наиболее агрессивных
огнеупорных применений в сталелитейном цехе, срок службы пластин составляет в среднем 1-12 плавок, в
зависимости от цеха.
В таблице 9.5 показаны механизмы износа верхнего стакана, пластин и нижнего стакана, а затем типы
материалов, используемых для его недопущения.
Таблица 9.5: Анализ ТМХ для системы перемешивания сталеразливочного ковша.
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура скользящей заслонки - это температура самой стали, и она
лучше всего представлена на типовой гистограмме температур выпуска, как
представлено ниже:
Примеры
1650°C
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
303
Термоудар (ΔТ)
Термициклирование для системы скользящей заслонки высокое и
варьируется в зависимости от компонентов. Верхний стакан имеет
самую низкую из трех областей, но все еще высоко относительно
других частей ковша. Это связано с тем, что холодный песок для
ковша засыпается в него при каждой плавке, а затем горячая сталь
заливается через него через 60-120 минут Пластины скользящей
заслонки и нижний стакан подвергаются сильному термоудару,
когда система находится на открытом воздухе при температуре
окружающей среды, и экстремальному градиенту температуры,
когда заслонка открыта и начинает течь жидкая сталь. Поэтому
термоудар сильно влияет на скользящие заслонки ковша, и,
следовательно, все они содержат углерод, чтобы справиться с этим
явлением.
Механический Ударное воздействие Воздействие может быть основным фактором, когда пластины
повторно используются для нескольких плавок и очищаются в
период между плавками. Обычно для очистки поверхностей
пластины и стакана используются стержни, дробильные пистолеты
и т. д., но они очень сильно повреждают поверхность.
Истирание
Величина истирания сильно зависит от пропускной способности
потока стали (тонны/минуту) и размера канала. Если канал слишком
велик для пропускной способности, то перекрытие каналов будет
небольшим, и нижняя пластина подвергнется воздействию большой
силы и турбулентности. В случае сильного перекрытия и
затруднений с управлением потоком стали или балансировкой
любого засорения в канале. Обычный ориентир составляет 50%-ное
перекрытие канала для требуемой пропускной способности.
% перекрытия
турбулентности
-
ниже
=
больше
Стоит также обратить внимание на то, что истираемость при
открытии и закрытии поверхностей движения вызывает износ
пластины. Следовательно, истирание является главным фактором
износа пластины скользящей заслонки и уже в меньшей степени
влияет на верхний и нижний стакан, которые испытывают только
истирание от потока.
304
Приложенное
напряжение
Приложенное напряжение в системы заслонки также является важным
фактором. Верхний стакан ограничен блоком, и поэтому для расширения
места установки создается стык из жидкого цементного раствора
размером 2-3 мм; в противном случае в стакане возникнет напряжение, и
он треснет.
На пластины скользящей заслонки оказывается самое высокое приложенное
напряжение из-за необходимости их сжатия и сдерживания любых трещин.
Вы можете видеть на нижеприведенном рисунке механические напряжения,
приложенные к пластине. Им противодействует увеличение пластины по
мере ее нагревания вместе с проходящей через нее жидкой сталью. Эта
комбинированная нагрузка является важным фактором при конструировании
материала пластин.
Нижний стакан не испытывает значительного приложенного
напряжения, поскольку оно может свободно расти вне ковша.
Растворение
Химический (и
термохимический)
Износ при растворении ориентирован на химическую совместимость шлаков с
огнеупорным материалом. Нормальный износ стали / шлака при прохождении
через систему не является серьезной проблемой; тем не менее, существует одна
важная проблема для пластин скользящей заслонки - паровое воздействие Ca.
Когда Ca находится в стали и происходит перекрытие, Ca превращается в пары
Ca и очень агрессивно воздействует на пластину (поскольку она обычно
изготавливается из глинозема). Износ имеет форму перекрытия и называется
износом в форме подковы, так как он образует эту форму, когда вы смотрите
на пластину после обслуживания. Следует отметить, что последствия износа
под воздействием Са возрастают экспоненциально за пределами 35 частей на
миллион Са в стали. Для этого в системах скользящей заслонки до настоящего
времени использовались MgO и MgO-C, но термоудар/скалывание становится
основной проблемой из-за скорости расширения и напряжения.
Воздействие паров кальция
Воздействие паров кальция:
«подковообразный рисунок»
Растворение также может повлиять на износ колодца. Ускоренный износ
зависит от химического состава используемого ковшового песка. Обычно
ковшовый песок состоит из Zr 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 и Cr 2 O 3 .
305
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами/шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Основная
проблема в системах заслонок - продувка кислородом, которая
очищает отверстия, но создает смесь шлака и стали с очень
низкой вязкостью и высокой температурой, которая может
проникать глубоко в огнеупорный материал при отсутствии
углерода.
Термомехани- Напряжение
ческий
теплового
расширения
См. раздел "Приложенное напряжение" выше.
Скол в зонах
Химикомеханический проникновения
(и
термомеханический
химический)
Сочетание приложенного напряжения, истирания, коррозии
от паров Ca и термоциклирования является причиной
короткого срока службы, предусмотренного для пластин
скользящей заслонки. Верхний и нижний стаканы
испытывают на себе меньшее воздействие от этого
сочетания.
Используемый материал /конструкция /метод установки
Блок колодца:
Базовая
конструкци
я системы
скользящи
х заслонок
показана
на
рисунках
9.36 и 9.37.
- Обычно изготавливаются из материала,
похожего на безударную сторону дна, для
обеспечения такой же защиты, поскольку
механизм износа такой же. Глинозем-шпинельмагнезиальная смесь (возможно, глиноземдиоксид циркония).
Верхний стакан ковша:
- Обычно изготавливается из глиноземноуглеродной смеси (высокочистый табличный или
белый плавленый глинозем и 94% графит)
- также будет содержать антиоксиданты (Al, Si)
для защиты углерода: который будет в диапазоне
3-8%.
Рис. 9.36: Огнеупорная конструкция скользящих заслонок
306
Пластины скользящей заслонки:
- Обычно изготавливается из глиноземноуглеродной смеси (высокочистый табличный или
белый плавленый глинозем и 94% графит)
- Обычно 5-8% углерода - обратите внимание, что
лучшую производительность можно получить
благодаря связанным с углеродом пластинам
(сильно обожженным в восстановительной
атмосфере) по сравнению с пластинами,
связанными смолой.
- Обычно диоксид циркония добавляют в виде
сплавленного оксида алюминия-оксида циркония
или расплавленного муллит-оксида циркония для
устранения проблем, связанных с изменением фазы
оксида циркония.
- Шпинели и другие необычные материалы
проходят испытания для определения оптимальной
производительности.
- Также будет содержать основные антиоксиданты
(Al, Si) для защиты углерода, который будет в
диапазоне 3-8%.
Нижний стакан ковша:
- Обычно изготавливается из глиноземноуглеродной смеси (высокочистый табличный или
белый плавленый глинозем и 94% графит)
- Также будет содержать основные антиоксиданты
(Al, Si) для защиты углерода, который будет в
диапазоне 3-8%.
Рис. 9.37: Огнеупорная конструкция для скользящих заслонок
Следует отметить, что мы не будем рассматривать работу заслонок или установку пластин, стаканов и т.д.,
так как они специфичны для конкретных заслонок.
Прорывы стали видны в системах скользящих заслонок, основные причины показаны на рисунке 9.38.
Ключевые причины
Агрессивное воздействие Ca
Ход заслонок слишком частый
и(или )слишком длинный
Низкое качество кирпича
Агрессивное кислородное
прокалывание
Проблемы, связанные с
оператором
Плохой визуальный контроль
скользящих заслонок
Методы профилактики
Контроль уровня Ca (>30 промилле
экспоненциально выше) и время литья
>60 минут
Избегайте контроля над движением
заслонок, чтобы предотвратить
появление стальных ребер в заслонках
Укажите минимально приемлемое
качества кирпича
Обеспечить обучение операторов
методам прокаливания
Обеспечить обучение операторов
механизмам открытия и закрытия
ворот, а также методам
торкретирования. Обратите внимание:
«Защелкивающиеся конструкции 55
пластин устраняют некоторую
изменчивость параметров оператора
Используйте легко открывающуюся
заслонку для быстрого осмотра при
каждой плавке.
Обучение имеет решающее значение
для правильного чтения табличек
Рис. 9.38: Прорывы ковшей - скользящие заслонки
Предоставлено Krosaki Harima Corporation
307
9.5 Рабочая боковая стенка сталеразливочного ковша
(полая часть)
Рабочая боковая стенка или полая часть показаны для общего сталеразливочного ковша на рисунке 9.39.
Опорное
кольцо
Шлаковая
зона
Защитная стенка
Рабочее днище
Защитное днище
Полая
часть
Раздвижная
заслонка
Аргоновая
пробка
Рис. 9.39: Обзор полой части сталеразливочного ковша
Важно помнить, что сталеразливочный ковш выполняет три ключевые функции:
Предотвращение прорывов стали
Удержание тепла для процесса
Обеспечить минимальное химическое взаимодействие со сталью для предотвращения загрязнений.
Полая часть сталеразливочного ковша имеет интересный механизм износа, который показан в таблице
9.6.
Таблица 9.6: Износ полой части сталеразливочного ковша
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура (Т) Температура рабочей футеровки - это температура самой стали, и она лучше
всего представлена на типовой гистограмме температур выпуска, как
представлено ниже:
1650°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
308
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для рабочей футеровки может быть высоким, но оно
основывается на двух важных рабочих показателях:
- Количество плавок/дней
Следовательно, как часто меняется температура и насколько?
6T
T
№ плавки
Механический
Ударное воздействие
В большинстве сталеплавильных цехов в ковше происходит в среднем четыре
плавки в день, но в лучших цехах возможны шесть или семь плавок в день. Этот
диапазон является серьезным фактором износа, и поэтому тепловой удар очень важный фактор для рабочей стенки сталеразливочного ковша, но это
может зависеть от операции. Следует отметить, что в Японии работают с
боковыми стенками огнеупорной смеси ковша, и одним из важнейших
параметров является поддержание работы ковша более 6 раз в день, чтобы
предотвратить скалывание огнеупорной смеси
Обычно полая часть испытывает минимальное воздействие при эксплуатации;
тем не менее, в зависимости от конфигурации ОКК и сталеразливочного
ковша, постукивание по боковой стенке может оказывать свое воздействие:
ключевыми факторами являются сочетание высоты и угла постукивания и
времени, затрачиваемого на создание жидкого бассейна, который смягчит
ударный поток.
Участок с более
качественным
кирпичным
зонированием
Операторы будут компенсировать, если это нормальное явление с
зонированием, как показано ниже:
Истирание
Величина истирания напрямую зависит от эксплуатации; при этом движения
ванны - критический фактор. В цехах с аргоновыми пробками или RHOB в ходе
операций происходит интенсивное движение ванны и истирание днища, а
следовательно - износ днища. Хорошим примером является профиль
перемешивания для аргоновых пробок на днище, как представлено ниже:
Степень
износа
Начало
Окончание
309
Скорость потока л/мин
Химический (и
термохимический)
Термомехан
ический
Приложенное
напряжение
Высота боковой стенки зависит от ковша; однако приложенного напряжения в
вертикальном направлении обычно недостаточно, чтобы стать проблемой.
Однако если вы собираетесь использовать монолитную полую часть,
безусловно, существует напряжение, которое может быть приложено, и следует
предусмотреть припуск на расширение или гибкий материал для ковша. Следует
также отметить, что использование глиноземно-магниево-углеродного (АМС)
кирпича или доломитового кирпича с высокими скоростями расширения также
может вызвать нагрузку. Опять же, необходимо спроектировать припуск на
расширение или гибкий материал для ковша, чтобы избежать скалывания.
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Приведенный на рис. 9.3 шлак имеет
немного базовый характер, что означает, что материал базового типа будет с
ним совместим. Можно использовать базовый кирпич, однако материалы
днища также могут быть спроектированы таким образом, чтобы реагировать
со шлаком с образованием защитного слоя. Поэтому для металлургических
предприятий очень характерны основания из высокоглиноземистой и
глиноземистой шпинели.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Это является основной проблемой для неуглеродистого
кирпича (например, глинозема), так как проникновение может достигать
глубины до 100 мм и вызывать глубокий износ.
Напряжение теплового
расширения
Высота боковой стенки зависит от ковша; однако приложенного напряжения
в вертикальном направлении обычно недостаточно, чтобы стать проблемой.
Однако если вы собираетесь использовать монолитную полую часть,
безусловно, существует напряжение, которое может быть приложено, и
следует предусмотреть припуск на расширение или гибкий материал для
ковша. Следует также отметить, что использование глиноземно-магниевоуглеродного (АМС) кирпича или доломитового кирпича с высокими
скоростями расширения также может вызвать нагрузку. Опять же,
необходимо спроектировать припуск на расширение или гибкий материал
для ковша, чтобы избежать скалывания.
Это ключевой механизм износа полой части ковшей. Проникновение
материала цилиндра под воздействием температурного
циклического расширения дает скол полой части ковша, как
показано на рисунке ниже.
ХимикоСкол в зонах
механический (и проникновения
термомеханический химический)
310
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция боковой стенки и полой части сталеразливочного ковша представлена на рисунке 9.40.
Полая часть
- В настоящее время наилучшей практикой являются
монолитные рабочие стенки, изготовленные из литого
шпинеля с высоким содержанием глинозема и / или
магнезийной огнеупорной смеси. Такая практика
используется на большинстве японских и некоторых
европейских
металлургических
заводах,
но
не
распространена в Северной Америке. Установка должна
проводиться командой экспертов, имеющих опыт в
технологии литья и(или) шоткретирования. Кроме того, для
установки необходимо построить контролируемый цех для
защиты от любых погодных факторов.
- В цехах используется кирпич толщиной ~ 150-200 мм с
высоким содержанием глинозема (более 75%), глиноземномагниевого углерода (АМС), доломита или магнезиального
углерода (MgO-C) Это зависит от марок стали и метода
использования шлака.
- Для сверхчистых сталей или сталей с силиконовыми
шлаками используется основной кирпич (MC или доломит)
- Большинство цехов выбрали кирпич AMC из-за
наилучшего соотношения затрат и производительности.
Существуют различные кирпичи АМС, основанные на
множестве сочетаний типов глинозема (см. главу 3 о
сырье), магния и содержащего шпинель сырья.
Производительность может колебаться в широких пределах
в зависимости от минералогии кирпича, соответствующего
условиям работы цеха.
- Обратите внимание, что иногда используют слой сухого
вибрирующего материала в качестве компенсатора (в
основном, в доломитовых футеровках). Необходимо
заменять его при каждой перекладке футеровки, для
обеспечения целостности, и поэтому процедура является
дорогостоящей.
Рис. 9.40: Огнеупорная конструкция полой части сталеразливочного ковша
Прорывы ковша через полую часть очень дорогостоящи из-за повреждения и потери производственного
времени, а краткое изложение основных причин и методов предотвращения представлено на рисунке 9.41.
Ключевые причины
Агрессивные шлаки /
нагревание
Методы профилактики
Технологический контроль и
соответствие качества кирпича
процессу (примечание: Кирпич
AMC дает больше прощения
ошибок в большинстве цехов)
Неудовлетворительное
Минимальное количество
термоциклирование ковша,
ковшей в эксплуатации,
при котором открываются особенно в периоды слабой
стыки
загрузки
Низкое качество кирпича
Укажите минимально
приемлемое качества кирпича
Конструкция кирпичей
Монолитная защитная
защитной футеровки
футеровка очень хорошо
справляется с остановкой /
замораживанием стали / шлака
(позволяет преодолеть многие
эксплуатационные огрехи!!)
Целостность защитных
Стандарты на глубину
футеровок
отверстий, трещин и т. д. и
методики ремонта.
Минимальная толщина
защитной футеровки
Плохой визуальный осмотр Обучение, лазерное измерение,
термография
Рис. 9.41: Прорывы ковша - полые части
311
9.6 Рабочая шлаковая зона сталеразливочного ковша
Рабочая шлаковая зона для сталеразливочного ковша показана на рис. 9.42.
Опорное
кольцо
Шлаковая
зона
Защитная
стенка
Полая часть
Рабочее днище
Раздвижная
заслонка
Аргоновая
пробка
Защитное днище
Рис. 9.42: Обзор шлаковой зоны сталеразливочного ковша
Помните, что шлаковая зона сталеразливочного ковша выполняет две ключевые функции:
Предотвращение прорывов стали
Обеспечение минимального химического взаимодействия со сталью для предотвращения примесей
Следует отметить, что шлаковая зона - это область, наиболее подверженная влиянию типа установки для
обработки ковшей, которая может увеличить степень износа шлаковой зоны на 200-300%.
312
Шлаковая зона сталеразливочного ковша имеет интересный механизм износа, показанный в таблице 9.7
Таблица 9.7: Анализ ТМХ для шлаковой зоны сталеразливочного ковша.
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура рабочей футеровки - это температура самой стали, и она лучше
всего представлена на типовой гистограмме температур выпуска, как
представлено ниже:
Примеры
1650°C
Температура выпуска:
В цехе с установкой доводки металла с электродуговым нагревом эта
температура может быть намного выше, поскольку электроды перегревают
шлак, чтобы передать тепло самой стальной ванне. Температура может
превышать 1700 ° C. Следует отметить, что, если операторы могут
использовать более высокие настройки отводов на трансформаторе (высокий
отвод означает больше энергии за более короткий срок), то температура может
быть даже выше! С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому
требуется использование только материалов с высокой жаропрочностью (MgOC и доломит-C)..
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для рабочей футеровки может быть высоким, но оно
основывается на двух важных рабочих показателях:
- Количество плавок/дней
Следовательно, как часто меняется температура и насколько?
6T
T
№ плавки
Механический
Ударное воздействие
В большинстве сталеплавильных цехов в ковше происходит в среднем четыре
плавки в день, но в лучших цехах возможны шесть или семь плавок в день.
Этот диапазон - важный фактор, и шлаковая зона находится вблизи устья
ковша и температуры окружающей среды, и поэтому термический удар серьезный фактор в шлаковой зоне
Обычно шлаковая зона испытывает незначительное влияние при
эксплуатации, за исключением самой верхней ее части, при снятии гарнисажа
с ободка ковша, что может быть проблемой для цехов с емкостямидегазаторами.
313
Истирание
Величина истирания напрямую зависит от эксплуатации; при этом движения
ванны - критический фактор. В цехах с аргоновыми пробками или RHOB в
ходе операций происходит интенсивное движение ванны и истирание
днища, а следовательно - износ днища. Хорошим примером является
профиль перемешивания для аргоновых пробок на днище, как представлено
ниже:
Степень
износа
ПДП
Поток
Начало
Приложенное
напряжение
Растворение
Химический (и
термохимический)
Окончание
Скорость потока л/мин
Высота шлаковой зоны зависит от ковша; однако приложенного
напряжения в вертикальном направлении обычно недостаточно, чтобы
вызвать проблему. Однако если вы собираетесь использовать MgO-C и
больше доломита, безусловно, существует напряжение растяжения, которое
может быть приложено, и следует предусмотреть припуск на расширение
или гибкий материал для ковша.
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Приведенный на рис. 9.3 шлак имеет
немного базовый характер, что означает, что материал базового типа
будет с ним совместим. Основные кирпичи обычно используются в этой
области.
Высота шлаковой зоны зависит от ковша; однако приложенного напряжения
в вертикальном направлении обычно недостаточно, чтобы вызвать проблему.
Резка шлаковой зоны из-за очень едких шлаков
Однако если вы собираетесь использовать MgO-C и больше доломита,
безусловно, существует напряжение растяжения, которое может быть
приложено, и следует предусмотреть припуск на расширение или гибкий
материал для ковша.
Конструкция шлаковой зоны - ключевой фактор низкого износа шлаковых
линий ковша. Одним из материалов, которых следует избегать, является
фторид кальция (CaF 2 - плавиковый шпат)! Он быстро образовывает очень
жидкий шлак, но чрезвычайно агрессивен на огнеупорах ковша. Поэтому он
запрещен в некоторых цехах по соображениям тугоплавкости, а также паров
сплава, которые опасны для здоровья и безопасности.
314
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью
ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в
пористые огнеупорные материалы. Это является основной проблемой для
неуглеродистого кирпича, так как проникновение может достигать
глубины до 100 мм и вызывать глубокий износ. По этой причине в
шлаковых линиях ковша используются только углеродсодержащие
кирпичи.
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
Высота шлаковой зоны зависит от ковша; однако приложенного напряжения
в вертикальном направлении обычно недостаточно, чтобы вызвать проблему.
Однако если вы собираетесь использовать MgO-C и больше доломита,
безусловно, существует напряжение растяжения, которое может быть
приложено, и следует предусмотреть припуск на расширение или гибкий
материал для ковша.
Химикомеханический (и
термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Это ключевой механизм износа ковшовых шлаков. Высокие температуры от
разогрева ковша + агрессивная коррозия шлака + приложенная нагрузка
расширения + температурный цикл приводят к коррозии шлаковой зоны ковша
и износу стыков.
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция шлаковой зоны сталеразливочного ковша представлена на рисунке 9.43.
Шлаковая зона:
- В настоящее время наилучшей практикой является
использование кирпича толщиной 150-200 мм из
доломит-углерода или магнезиального углерода (MgOC), большинство из которых - материалы MgO-C.
- Это будет кирпич с 10—20 % C — с более высоким
содержанием углерода, чтобы получить
шлакоустойчивость.
- Как правило, > 50 % плавленого зерна MgO
высочайшего качества с чистотой ~ 98—99 % и
средним размером кристаллов > 500 мкм.
- Графит также будет иметь чистоту 98—99 % с
большим размером чешуек.
- Кроме того, здесь используется смесь
противоокислительных присадок для защиты графита
и предотвращения окисления (Al, сплав Al—Mg
и(или) Si).
- Следует отметить, что если в группе наблюдается
высокий износ, это агрессивный шлак
- При сильном износе стыков могут возникнуть
проблемы с целостностью кольца и отсутствием
сжатия кирпичей
- Наличие отдельных отчетливых отверстий может
быть признаком плохого контроля кирпичей или
электродной вспышки на установке УДМ.
Рис. 9.43: Огнеупорная конструкция шлаковой зоны сталеразливочного ковша
315
Прорывы ковша через шлаковую зону - очень дорогостоящие с точки зрения ущерба и потери времени в
производстве. На рисунке 9.44 представлена сводка основных причин и методов предотвращения прорывов.
Ключевые причины
Агрессивные шлаки /
нагревание
Методы профилактики
Технологический контроль и
соответствие качества
кирпича процессу
Неудовлетворительное
Минимальное количество
термоциклирование ковша, ковшей в эксплуатации,
при котором открываются особенно в периоды слабой
стыки
загрузки
Переполнение ковшей в
Управление процессом в весах
пластике над шлаковой
заряда до ОКК и контроль
зоной
постукивания, а также
определить минимальный
уровень свободной доски
Низкое качество кирпича Укажите минимально
приемлемое качества кирпича
Конструкция кирпичей
Монолитная защитная
защитной футеровки
футеровка очень хорошо
справляется с остановкой /
замораживанием стали /
шлака (позволяет преодолеть
многие операционные
огрехи!!)
Целостность защитных
Стандарты на глубину
футеровок
отверстий, трещин и т. д. и
методики ремонта.
Минимальная толщина
защитной футеровки.
Потеря компрессии /
Обеспечить проектирование /
кирпичные стыки открыты осмотр, для поддержания
из-за нарушения
деформация опорного кольца
целостности опорного
на заданном уровне
кольца
Плохой визуальный осмотр Обучение, лазерное
измерение, термография
Рис. 9.44: Прорывы ковша - шлаковые линии
316
9.7 Опорное кольцо сталеразливочного ковша
Опорное кольцо сталеразливочного ковша показано на рисунке 9.45 для обычного сталеразливочного ковша
Опорное кольцо
Шлаковая зона
Защитная стенка
Полая часть
Рабочее днище
Раздвижная
заслонка
Аргоновая
пробка
Защитное днище
Рис. 9.45: Обзор опорного кольца сталеразливочного ковша
Помните, что опорное кольцо сталеразливочного ковша выполняет две ключевые функции:
Удерживает стенку (шлаковую линию и полую часть) крепко сжатой на протяжении всей работы
ковша
Выдерживает процесс разгрузки стали / шлака и связанную с этим очистку кромки ковша (рис. 9.46)
Рис. 9.46: Кирпичи падают ниже опорного кольца
317
Опорное кольцо сталеразливочного ковша имеет очень простой механизм износа, описанный в таблице 9.8.
Таблица 9.8.: Анализ ТМХ для опорного кольца сталеразливочного ковша.
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура опорного кольца - это температура окружающего воздуха
большую часть времени или более высокая температура для лучистой теплоты
обработки или может быть такой же высокой, как сама сталь при сбросе стали
или шлаков через край. В цехе с установкой доводки металла с
электродуговым нагревом эта температура может быть намного выше, если
процесс не контролируется. С позиции огнеупора это высокая температура,
потому требуется использование только материалов с высокой
жаропрочностью.
Термоциклирование для опорного кольца может быть высоким, но оно
Термоудар (ΔТ)
основывается на двух важных рабочих показателях:
- Количество плавок/дней
Следовательно, как часто меняется температура и насколько?
Примеры
6T
T
№ плавки
В большинстве сталеплавильных цехов в ковше происходит в среднем четыре
плавки в день, но в лучших цехах возможны шесть или семь плавок в день.
Этот диапазон - важный фактор, и опорное кольцо находится вблизи устья
ковша и температуры окружающей среды, и поэтому термический удар серьезный фактор в этой зоне
Механический
Химический
(и
термохимич
еский)
Ударное воздействие
Как правило, опорное кольцо подвергается большому воздействию при
чистке края при сбросе гарнисажа или при удалении гарнисажа с кромок
ковша, что может быть проблемой для цехов с дегазаторами-резервуарами.
Истирание
Степень истирания на самом деле совсем невелика, поскольку опорное кольцо
находится над основной обрабатывающей частью ковша.
Приложенное
напряжение
Высота опорного кольца не обеспечивает приложенной нагрузки, но если
вы используете монолитное литье на месте опорных колец может
возникнуть растягивающая нагрузка, которая может быть приложена, и в
ковше должны быть спроектированы припуск на расширение или гибкий
материал.
Растворение
Износ при растворении ориентирован на химическую совместимость
шлаков с огнеупорным материалом. Так как шлак касается демпфера
только на кромке ковша, это не является основным фактором износа.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью
ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в
пористые огнеупорные материалы. Это не является серьезной проблемой в
области опорного кольца ковша.
318
Термомеханич
еский
Напряжение
теплового
расширения
ХимикоСкол в зонах
механический (и
проникновения
термомеханический
химический)
Высота опорного кольца не обеспечивает приложенной нагрузки, но если вы
используете монолитное литье на месте опорных колец, может возникнуть
растягивающая нагрузка, которая может быть приложена, и в ковше должны
быть спроектированы припуск на расширение или гибкий материал.
Это не ключевой механизм износа опорных колец ковша, так как коррозия не
такая высокая
Используемый материал /конструкция /метод установки
Базовая конструкция опорного кольца сталеразливочного ковша представлена на рисунке 9.47.
- Один тип опорного кольца - это сварное кольцо, которое крепится к корпусу
и затем выходит через кирпич. Проблема в том, что расширение не только
создает нагрузку на кольцо, но и передает его кожуху. Это требует вывода
ковшей из эксплуатации для ремонта сварных швов. Эта конструкция требует
частого и тщательного техобслуживания.
- Другой тип конструкции, показанной на фото, заключается в изготовлении
верхней опоры из огнеупорного материала путем установки анкеров, с
последующим литьем, или трамбовкой, или шоткретированием опорного
кольца на ковш. Это может быть проблемой в цехах с низкими
температурами воздуха, поскольку материал может замерзнуть при
установке, а его свойства могут быть утрачены, если его вообще удастся
установить (невозможно произвести шоткретирование при температуре -40°C
в Канаде в феврале!)
- Обратите внимание, что анкеры могут быть приварены или смонтированы с
помощью болтов, устанавливаемых в отверстия, просверленные в кожухе
ковша.
- Обратите внимание, что болты должны быть самой слабой частью сочетания
кожуха и сегмента, чтобы они сначала срезались и защищали целостность
кожуха ковша.
- Материал - 80% глинозема высшего качества или шпинели, содержащей
огнеупорный материал (>90% скалывается слишком быстро; <70% - слишком
быстрая коррозия). Материал также содержит иглы из нержавеющей стали
для удержания огнеупорной смеси при любом ударном повреждении
- После деформации опорного кольца ковша (покоробилось вверх >75 мм),
оно больше не может удерживать кирпич и должно быть снято с
эксплуатации.
Заранее отлитые сегменты опоры:
В настоящее время наилучшим методом является
использование сборных кромочных сегментов с
болтами, вставленными в огнеупорный материал,
и отверстиями, просверленными в кожухе ковша.
Материал - 80% глинозема высшего качества или
шпинели, содержащих огнеупорный материал.
Материал также содержит иглы из нержавеющей
стали для удержания огнеупорной смеси при
любом ударном повреждении
После деформации опорного кольца ковша оно
больше не может удерживать кирпич и должно
быть снято с эксплуатации.
Рис. 9.47: Различные конструкции колец
319
9.8 Огнеупорные материала дегазатора
Дегазатор - это работающий клапан, удаляющий углерод и(или) водород из стали, доводя его содержание до
чрезвычайно низких уровней (~ 20-40 промилле) для высокоформуемых сталей. Обзор рабочего процесса
показан на рис. 9.48 для обычного вакууматора РГ
Верхний заброс
кислорода
Вакуумный
насос экстракция
газов
Трубки, где циркулирует
сталь
Рис. 9.48: Вакууматор РГ
Диаграмма предоставлена компанией Magnesita Refractories SA
Следует отметить, что наибольшее влияние на огнеупорные материалы оказывает обрабатывающий блок,
через который проходит этот материал, что может увеличить скорость износа (перемешивание, впрыск,
кислород и т. д.).
Помните, что вакууматор РГ выполняет две ключевые функции:
Декарбонизация для сортов ULC и дегидрогенизация для сортов плит
Обеспечение минимального химического взаимодействия со сталью для предотвращения примесей
320
Вакууматоры РГ: Процесс и огнеупорный материал
Обзорный чертеж огнеупорного материала показан на рисунке 9.49.
Рабочий кирпич футеровки
(обычно MgO-Cr2O3)
Защитная футеровка
(обычно MgO или MgOCr2O3)
Изолирующий
слой,
защищающий
кожух
Огнеупорная смесь
внешнего патрубка
Трубки, где
циркулирует сталь
Рис. 9.49: Конструкция вакууматора РГ
Диаграмма предоставлена компанией Magnesita Refractories SA
Механизм износа огнеупорного материала показан и описан на рис 9.50 и в таблице 9.9.
Износ внутренних стенок изза эрозии сильного потока
и(или) кислорода
Износ перехода изза эрозии и(или)
шлаков
Износ
патрубков от
теплового
удара и (или)
удаления
гарнисажа
и(или) эрозии
Трубки, где
циркулирует сталь
Рис. 9.50: Механизм износа вакууматора РГ
Диаграмма предоставлена компанией Magnesita Refractories SA
321
Таблица 9.9: Износ огнеупорного материала РГ
Площадь и
повреждение
огнеупорного
материала
Восходящая
ветвь:
Износ
внутри
магниево-хромных
кирпичей
Критические технологические
параметры
Механизмы
Обычные контрмеры в
случае огнеупорных
материалов
скорости
диаметр Уменьшение
движения
металла
в
операции патрубке, магний-хром с
более
высокими
механическими
сопротивлениями
при
высокой температуре
Перегрев патрубков (длинные Охлаждение
патрубков
серии высоких температур, (система
охлаждения,
короткие
внутренние длительные
внутренние
обработки, особенно в начале обработки), более прочные
кампании)
патрубки (более толстая
банка,
более
толстые
кирпичи)
Коррозия под действием оксидов Расход
аргона,
железа и износ под действием эрозии патрубка,
при
контакте
с
быстро торкретирования
циркулирующим металлом (вблизи
фурм и в верхней части колошника)
Патрубки:
Термо- Деформация внутренней стальной
механические
оболочки, разрушение огнеупорной
проблемы
смеси,
проскальзывание
внутри
кирпича,
прорывы
изнутри
или
снаружи
Патрубки:
Износ Коррозия из-за ковшокого шлака
внешней
огнеупорной смеси
Химический состав и методы
торкретирования шлака - шлак,
обогащенный CaO (важный
перенос шлака из конвертера,
обессеривание при высоких
температурах)
шлаки,
обогащенные MnO (добавления
сплавов Mn на раннем этапе)
Патрубки: Наружная Отложение шпинели
застройка (особенно
в нисходящей ветви)
добавления
Химический состав и методы Увеличение
торкретирования
шлака
- извести - Уменьшение
внешнего торкретирования
шлаки, обогащенные Al 2 O 3
Нижний
сосуд:
Износ
в нижних
слоях
кирпича,
особенно
в
нисходящей ветви
Нижний
сосуд:
Прорывы на ранних
этапах
Снижение переноса шлака
и добавление извести увеличение
внешнего
торкретирования с магнием
Коррозия, вызванная оксидами железа OB и скорость повторного Снижение скорости таких
при обработке - Коррозия, вызванная окисления, скорость нагревания плавок. Панели с более
поступающими шлаками (DeS)
с дегазацией (de-H) ковшей с толстым кирпичом
шлаком десульфурации
Местная коррозия, особенно на стыках
Нижний
сосуд: Отверждение металлических
Гарнисаж
и при вакуумной обработке
интенсивные методы
снятия гарнисажа
Попадание воздуха (трещины в Предельные нагрузки на
кожухе),
струя
O
с кожух
(компенсатор),
2
неправильной ориентацией
контроль износа носика
фурмы
капель Внутреннее
нагревание
/ Повышение температуры
повторный
подогрев
после сосуда (° C)
сгорания, расход аргона
Безусловно, патрубок является самой дорогой футеровкой в плавильном цехе при оценке стоимости
обработанной тонны стали. Срок службы патрубка обычно составляет от 130 до 200 процедур, после
чего требуется смена нижнего сосуда.
Вакууматоры РГ облицованы дорогостоящим магниево-хромовым кирпичом («магний-хром»), чтобы
противостоять коррозии под действием оксидов железа, образующихся в процессе вакуумной
обработки ( продувка O 2 ) или между обработками (обработка O 2 )
В футеровке обычно используется несколько типов магниево-хромных кирпичей: типы с прямыми
связями (для сосудов), типы с повторным связыванием со спеченным или плавленым плотноспёкшимся
двухкомпонентным кирпичом (для колошника и локально - в восходящем патрубке).
Возникновение проблем с огнеупорными материалами зависит от:
Оборудование: Единичные или сдвоенные сосуды, кислородные продувочные фурмы, верхняя(-ие)
фурма(-ы), устройство для подогрева сосуда, устройство для охлаждения днища сосуда, система
сборки патрубков, устройство для охлаждения патрубков, диаметр патрубков
Технологии: Расход аргона в восходящем патрубке, доля стандартной обработки декарбонизацией /
светом / дегазацией, TOC для повторного нагревания сосуда, химический состав шлакового ковша,
методы торкретирования
Критические зоны:
Патрубки: 1- износ из-за коррозионной эрозии внутренних кирпичей в верхней части (рядом с
аргоновыми фурмами и в верхней части колошника). 2- коррозия или нарастание шлака снаружи.
Футеровка нижнего сосуда: износ нижних слоев кирпича, локальные отверстия.
322
Глава 10
10.0 Огнеупорные материалы, предназначенные для
машин непрерывного литья заготовок /разливочного
устройства
Машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), связанное с ней разливочное устройство и огнеупорные
материалы для МНЛЗ обеспечивают качественное производство стали. Производство с помощью МНЛЗ по
всему миру составляет >90%, и только несколько заводов продолжают выплавлять сталь по технологии
слитков. В основной технологии используется ряд огнеупоров для направления потока стали через
требуемую форму, что позволяет получить готовое стальное изделие, как показано на рисунке 10.1.
Разливочное устройство является промежуточным сосудом, обеспечивающим непрерывность при замене
сталеразливочных ковшей.
Основными целями огнеупорной конструкции являются:
Герметизация жидкой стали (без прорывов)
Использование огнеупоров, которые не создают угроз безопасности и/или окружающей среде
Проектирование огнеупорных материалов так, чтобы они соответствовали требуемой
продолжительности кампании печи (количество плавок или время литья)
Минимизация стоимости огнеупора за тонну.
Минимизация ударного воздействия на конечное изделие (правильный химический состав стали,
минимальное засасывание воздуха, правильная динамика потока для качества поверхности)
Сталеразливочный ковш
Стержень стопора
Защитная
труба ковша
Разливочное устройство
Погружной разливочный
стакан (ПРС)
Рис. 10.1: МНЛЗ для сляба: обзор
324
-
-
-
-
-
Существующие виды МНЛЗ довольно специфичны во многих аспектах из-за:
Их первая функция - контролировать поток стали в литейную машину.
Огнеупорные детали (разливочные стаканы, стопоры, заслонок), соответственно, обладают сложной
формой, типом материалов (мелкозернистый и чисто керамический) и процессами изготовления,
требующими применения очень мощного изостатического пресса.
Уровень качества материалов и настройки разливочного устройства может оказать большое
влияние на качество стали. Износ или засорение огнеупорных разливочных стаканов и заслонов
может приводить к образованию дефектов стали, таких как «жуки», газовые пузыри и продольные
трещины в слябе. Необходимо стараться избегать попадания воздуха в поток стали через швы
между огнеупорными элементами с помощью выверенной и герметичной кладки.
В пределах литейного цеха огнеупорные материалы состоят из:
Выдвижной шибер и защитной трубы сталеразливочного ковша для направления потока стали из
сталеразливочного ковша в разливочное устройство. Футеровки разливочного устройства с особым
вниманием к износостойкой футеровке (чаще всего огнеупорный торкретбетон с высоким
содержанием MgO) и зоны ударного воздействия (кирпичи или предварительно литые блоки).
Системы управления потоком стали в разливочном устройстве для направления потока из
разливочного устройства в форму для затвердения
В зависимости от литейных машин существуют три различные системы разлива потока:
- Стержень стопора (для регулировки потока) + цельный погружной разливочный стакан (ПРС):
идеально для воздухонепроницаемого уплотнения (минимум соединительных швов)
Стержень стопора + несколько устройств, включая разливочный стакан, разливочный стакан
промежуточного устройства, центральная пластина и нижний погружной стакан (часто называемый
ПСДЧ «погружной стакан из двух частей»). Это система смены разливочного стакана: частично
засоренный ПСДЧ можно заменить во время разливки при смене ковша
Выдвижной шибер разливочного устройства: состоит из трех пластин - движущаяся средняя
регулирует поток стали. Он установлен между разливочным стаканом разливочного устройства и
ПСДЧ. Внутри разливочного устройства нет стопора, но это сложная и дорогая система. Он также
создает асимметричный поток стали в ПСДЧ и в форму, что негативно влияет на качество стали.
Удельная стоимость полного разливочного устройства (на тонну стали) поначалу зависит от
количества ковшей, в которые можно разливать последовательно, т.е. с использованием того же
самого разливочного устройства. Это ограничивается журналом заказов завода и проблемами с
огнеупорными материалами (износ, засорение системы управления потоком).
Теперь рассмотрим каждый компонент отдельно.
325
10.1 Защитная футеровка разливочного устройства
МНЛЗ
На рисунке 10.2 представлена защитная футеровка для универсального разливочного устройства.
Изоляционная плита
Защитная футеровка/арматурный слой футеровки
Рис. 10.2: Обзор защитной футеровки разливочного устройства
Помните, что защитная футеровка разливочного устройства выполняет три основные функции:
•
Предотвращение прорывов стали
•
Удержание тепла для процесса
•
Защита кожухов разливочных устройств от коробления/растрескивания и т.д.
Конструкции футеровок для термических систем
Конструкция защитной футеровки представляет собой баланс (как и во всех огнеупорных материалах)
между тремя ключевыми областями: тепловым потоком (защита кожуха, тепловые потери), прочностью
изоляционного материала (целостность футеровки) и химическим износом (повышенная коррозия).
В таблице 10.1 приведены преимущества и недостатки различных типов изоляционных материалов, которые
могут использоваться в разливочном устройстве.
Таблица 10.1: Обзор изоляционных материалов для разливочного устройства
Материал
Преимущества
Недостатки
Кирпич
• Высокопрочная стабильная футеровка;
• Свойства хорошо определены,
поскольку изменчивость установки
устранена
• Возможности огнеупорности, для запуска
процесса, если он разработан таким
образом
• Толще, чем плиты или защитные панели,
которые могут занимать емкость сосуда;
• Кирпичные стыки могут быть источниками
проникновения металла в сосуды с жидкостью;
• Требуются квалифицированные профессионалы для
установки.
Монолитный
• Высокопрочная стабильная футеровка;
свойства могут ухудшиться из-за
изменчивости установки;
• В случае правильной установки,
отсутствуют стыки для проникновения
металла
• Толще, чем плиты или защитные панели,
которые могут занимать емкость сосуда;
• Для установки требуется квалифицированный
персонал
Плита
• Средняя прочность, лучше, чем рулонная
изоляция.
• Можно сделать тонкой, чтобы увеличить
вместимость сосуда.
• Простой монтаж.
• Прочность может быть недостаточно высокой в
зависимости от температуры процесса, что приводит
к деградации материала и потере изоляции и опоры
футеровки.
• Небольшая огнеупорная ценность и стыки,
возможно проникновение металла.
Рулонная
изоляция
• Можно сделать тонкой, чтобы увеличить
вместимость сосуда.
• Простой монтаж.
• Небольшая прочность, которая может привести к
деградации материала и потере изоляции и опоры
футеровки.
• Небольшая огнеупорная ценность, возможно
проникновение металла.
Микро-плита
• Можно сделать очень тонкой, чтобы
увеличить вместимость сосуда.
• Простой монтаж.
• Небольшая прочность, которая может привести к
деградации материала и потере изоляции и опоры
футеровки.
• Небольшая огнеупорная ценность и стыки,
возможно проникновение металла.
326
Последний вопрос, который необходимо обсудить, — это баланс между температурами кожуха и
химической коррозией (рисунок 10.3).
•
•
По мере увеличения количества изоляции вы будете повышать температуру футеровки, и,
следовательно, износ возрастает экспоненциально.
Однако по мере увеличения количества изоляции температура кожуха будет снижаться.
- Количество изоляционного материала
- Температура футеровки
Износ
Температура кожуха
Рис. 10.3: Изоляционный эффект в разливочном устройстве
Поэтому, как уже было сказано, проектирование огнеупоров — это всегда балансировка.
Применительно к износу это не быстроизнашивающийся участок, как видно из представленного в таблице
10.2 анализа ТМХ.
Таблица 10.2: Анализ ТМХ для защитной футеровки разливочного устройства МНЛЗ
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура защитной футеровки никогда не измерялась; тем не менее,
она будет варьироваться от температуры окружающей среды до 1500°C,
поскольку рабочая футеровка в разливном устройстве обычно довольно
тонкая (раcпыление 25-50 мм). С позиции огнеупорного материала данная
температура достаточна высока и создает для материалов определенные
благоприятные условия.
Термоудар (ΔТ)
Механический
Ударное воздействие
Примеры
Термоциклирование для защитной футеровки является умеренным
фактором износа, если только футеровке (после сброса любого гарнисажа)
дают охладиться воздухом до следующего распыления. Если разливочное
устройство охлаждается водой, то термоудар может стать важным
фактором.
Обычно на защитную футеровку оказывается незначительное ударное
воздействие, если только гарнисаж не застрянет и для его удаления не
используют экскаватор (что, в зависимости от оператора, может иметь
очень разрушительные последствия).
Истирание
Истирание на защитной футеровке наблюдается только в том случае, если
рабочая футеровка разрушена, и жидкая сталь циркулирует в разливочном
устройстве, хотя и минимально и происходит довольно редко.
Приложенное
напряжение
Высота боковой стенки довольно низкая, но, в зависимости от длины
разливочного устройства и наличия монолитной защитной стенки, происходит
сильное расширение, и, чтобы не препятствовать ему, необходимо встроить в
футеровку расширительные швы. Концы разливочного устройства между
кожухом и футеровкой должны быть заполнены трамбовочной огнеупорной
массой или мягкой изоляционной плитой, которая будет обладать
определенной сжимаемостью для обеспечения расширения этой большой
массы материала.
327
Химический
Растворение
(и термохимический)
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Шлаки в разливочном
устройстве очень разнообразны по химическому составу, и поэтому
необходимо найти правильное соответствие. Поэтому обычно можно
увидеть огнеупорную смесь с высоким содержанием глинозема или
шпинели.
Шлак разливочного устройства:
-A1203: 3-35%
- CaO: 1-40%
-SiO2: 3-90%
- MgO: 1-20%
- FeO: 1-3%
Проникновение Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами/шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Для защитной
футеровки разливочного устройства это обычно не представляет
проблемы. Если вы используете кирпичи, очень важно плотно
установить защитную футеровку.
Термомеханический Напряжение
Высота боковой стенки довольно низкая, но, в зависимости от длины
теплового
разливочного устройства и наличия монолитной защитной стенки,
расширения
происходит сильное расширение, и, чтобы не препятствовать ему,
необходимо встроить в футеровку расширительные швы. Концы
разливочного устройства между кожухом и футеровкой должны
быть заполнены трамбовочной огнеупорной массой или мягкой
изоляционной плитой, которая будет обладать определенной
сжимаемостью для обеспечения расширения этой большой массы
материала.
ХимикоСкол в зонах Не применимо для защитной футеровки.
механический
проникновения
(и
термомеханический
химический)
328
Текущий материал /Конструкция /Метод установки
Базовая конструкция защитной футеровки разливочного устройства представлена на рисунке 10.4.
Зона защитной футеровки/арматурного слоя
футеровки
- В настоящее время самой передовой практикой
является монолитное литье на месте из муллита и/или
андалузитного материала (лучше всего подходит для
защиты от термоудара). Следует отметить, что
бокситовые и высокоглиноземистые материалы
склонны
к
большему
растрескиванию
и
проникновению шлака и поэтому их выбор
нежелателен.
- Для максимизации свойств лучше осуществлять
установку в контролируемых цеховых условиях.
- Используемый кирпич обычно представляет собой
крупный кирпич, поставленный вертикально, высотой
125-175 мм с содержанием глинозема >60%.
Правильная укладка кирпичей, с нанесением жидкого
цементного раствора на все четыре стороны кирпичей,
отнимает много времени у профессиональных
каменщиков (что неэргономично).
Изоляционная плита:
- В настоящее время самой передовой
является изоляционная плита, которая
обеспечивает требуемую температуру
наружного
кожуха,
обладает
определенной
сжимаемостью,
основанной на длине разливочного
устройства, и достаточную прочность,
чтобы выдержать длину защитной
футеровки
при
сохранении
ее
целостности.
Рис. 10.4: Конструкция защитной футеровки разливочного устройства
329
10.2 Рабочая футеровка разливочного устройства МНЛЗ
Футеровка разливочного устройства для универсального разливочного устройства представлена на рисунке
10.5. Включая расположение рабочей футеровки.
Рабочая футеровка разливочного устройства
Рис. 10.5: Обзор рабочей футеровки разливочного устройства
Рабочая футеровка разливочного устройства выполняет три основные функции:
• Выдерживает износ шлаком для предотвращения эрозии/ коррозии арматурного слоя футеровки
• Инертность - обеспечивает минимальное поглощение кислорода и улучшенную чистоту стали, не
реагируя с кислородом и не пропуская его в жидкую сталь
• Усадка после использования для быстрой очистки разливочного устройство от настыля для
возвращения его в эксплуатацию. В таблице 10.3 описываются три основные технологии,
используемые в промышленности.
Таблица 10.3: Конструкции рабочей футеровки разливочного устройства
Технология
Плиты
разливочного
устройства
Описание
Готовые плиты с 75%-ным содержанием MgO,
которые нарезаются в соответствии с
конкретной
конструкцией
разливочного
устройства. (обычно толщиной 25-35 мм)
Метод
распыления в
разливочном
устройстве
Основные преимущества/недостатки
Старая конструкция редко используется на
сталелитейных заводах, так как ее трудно
устанавливать вручную, а толщину нелегко
изменить. Тем не менее, у нее есть некоторые
положительные стороны, поскольку она
предварительно высушена и не содержит воды. Она
также подходит для очистки разливочного
устройства от настыля, так как он легко отделяется от
защитной футеровки. Следует отметить, что в
отрасли осталось мало поставщиков этого материала.
Метод распыления в разливочном устройстве обладает
преимуществами длительного срока службы и
возможностью менять толщину в зависимости от
различных участков разливочного устройства и
работать с любыми аппаратными средствами
управления потоком. Это основной метод установки
рабочей футеровки разливочного устройства. Она
может быть толщиной 25-75 мм и наносится вручную
или механически. Механизированная установка
обычно может сократить расход материала на 7-10%
из-за согласованности по сравнению с ручным
применением, и потому подобный метод является
предпочтительным. Недостатком является более
высокое содержание влаги, которую необходимо
удалить путем распыления на горячий арматурный
слой футеровки, и/или более длительный
предварительный нагрев. При правильном нанесении
легко произвести очистку от настыля содержащим
MgO материалом. При более низком проникновении в
защитную футеровку и меньшей плотности этот метод
обычно дает наименьшую CСВ.
330
Сухая
вибрационная
масса
Сухой вибрационный материал использует
форму, позади которой засыпает сухой
вибрационный материал, содержащий MgO, до
заданной толщины, а затем повторно засыпает
его каждый раз, когда разливочное устройство
очищается от настыля.
Сухой вибрационный материал обладает
преимуществом обеспечения очень долгого срока
службы разливочного устройства, поскольку он очень
толстый, а также низким содержанием влаги для
быстрого предварительного нагрева и легкой очистки
от настыля при помощи содержащего MgO материала.
Недостатком этого материала является его высокая
цена, высокая плотность и более глубокий уровень
проникновения, что ведет к увеличению общего
потребления. Также проводились определенные
испытания, показывающие более высокую выработку
СО и потенциальные всплески. Это может стать
возможным вариантом при необходимости обеспечения
очень долгого срока службы разливочного устройства.
Применительно к износу это не быстроизнашивающийся участок, как видно из представленного в таблице
10.4 анализа ТМХ.
Таблица 10.4: Анализ ТМХ для рабочей футеровки разливочного устройства
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура рабочей футеровки разливочного устройства - это температура
самой стали, и она лучше всего представлена на типовой гистограмме
температур разливки ковшом, как представлено ниже:
Примеры
1580°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
Термоудар (ΔТ)
Механический
Ударное воздействие
Термоциклирование рабочей футеровки может варьироваться в зависимости от
изменения высоты расплава стали. Оно также зависит от предварительного
нагрева огнеупорных материалов в том, что касается частоты воздействия на
них термоциклирования, при этом некоторые цеха используют холодную
практику для сохранения подогрева топлива. Между нагревами верхняя
половина футеровки может опуститься ниже высоты расплава стали и остыть;
тем не менее, нижняя половина и днище всегда будут покрыты сталью, и
циркулирование в процессе эксплуатации будет сведено к минимуму. Таким
образом, термоудар оказывает на рабочую футеровку разливочного устройства
умеренное воздействие.
Обычно на рабочую футеровку оказывается незначительное ударное
воздействие, и, следовательно, на износ влияет незначительно.
Истирание
На рабочей футеровке истирание достаточно низкое, так как оно
зависит от скорости разливки (т/мин), однако оно минимально. Таким
образом, истирание вносит умеренный вклад в степень износа рабочей
футеровки разливочного устройства.
Приложенное
напряжение
Высота рабочей футеровки и ее толщина довольно малы, поэтому это не
представляет большой проблемы.
331
Химический (и
термохимический)
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Шлаки в разливочном устройстве
очень разнообразны по химическому составу, и поэтому необходимо
найти правильное соответствие. Поэтому обычно можно увидеть
огнеупорную смесь с высоким содержанием глинозема или шпинели.
Шлак разливочного устройства:
-A1203: 3-35%
- CaO: 1-40%
-SiO2: 3-90%
- MgO: 1-20%
- FeO: 1-3%
Проникновение Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами/шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Это может
стать проблемой, так как футеровки распыляемого типа довольно
пористые, однако срок службы обычно не очень большой (~ 5-10
плавок). При длительном же сроке службы разливочного устройства
это может стать важным фактором при выборе материала.
Термомеханический Напряжение
Высота рабочей футеровки и ее толщина довольно малы, поэтому это
теплового
не представляет большой проблемы для аппаратных средств
расширения
управления потоком.
Не применимо для защитной футеровки разливочного устройства.
ХимикоСкол в зонах
механический (и
проникновения
термомеханический
химический)
Текущий материал /Конструкция /Метод установки
Большинство обсуждаемых методов конструирования/установки теперь будут фокусироваться на основной
методологии, распылении и определении того, как получить самую низкую ССВ.
Основные факторы для максимально низкого ССВ:
• Тип материала (MgO в сравнении с оливином)
• Самая низкая плотность
• Толщина футеровки
• Механизированное торкретирование для минимизации стоимости установки (как описывалось выше)
332
Что касается типа материала, то оливин склонен быть более стабильным по цене материалом, продающемся
на менее монопольном рынке, чем магнезия и материалы со схожими техническими характеристиками,
поэтому он является предпочтительным материалом.
Следует отметить, что показатели качества для
материалов на основе MgO или оливина эквивалентны.
Плотность и толщина футеровки должны быть определены на основе:
• Средней длины последовательности
• Максимальной длины последовательности (определяет толщину, чтобы длительный срок службы не
вызывал налипания гарнисажа к разливочному устройству посредством проникновения через
рабочую футеровку)
• Количества и типа шлака в разливочном устройстве
• Способе установки (ручной в сравнении с механизированным)
Другой вариант, который можно осуществить только робототехникой и несколькими системами подачи, это двухслойная футеровка с более дешевым материалом на боковой стороне. Он обладает всеми
преимуществами с единственным недостатком в виде логистики/оборудования.
333
10.3 Управление потоком разливочного устройства
МНЛЗ
Футеровка разливочного устройства для универсального разливочного устройства представлена на рисунке
10.6. Включая расположение панелью управления потоком.
Панель управления потоком
Рис. 10.6: Поток разливочного устройства, пример №1
Чертеж на рисунке 10.7 показывает использование перегородки и шиберной заслонки в разливочном
устройстве для управления потоком.
Предоставлено компанией Vesuvics PLC
Рис. 10.7: Поток разливочного устройства, пример №2
Чертеж на рисунке 10.8 показывает использование противоударного уплотнения в разливочном устройстве
для управления потоком.
Ковш
Противоударное
уплотнение
Рис. 10.8: Поток разливочного устройства, пример №3
Панели управления потоком, шиберные заслонки, переливные устройства и перегородки являются
огнеупорными элементами, которые вставляются в разливочное устройство для того, чтобы:
• Обеспечить минимальное поглощение кислорода и улучшить чистоту стали
• Минимизировать изменение химического состава при переходах между классами
Результаты испытаний компании ArcelorMittal Dofasco по этим различным технологиям
поглощения/очистки кислорода показаны на рисунке 10.9 (обратите внимание, что они будут различаться в
зависимости от завода).
334
Рис. 10.9: Краткий обзор чистоты стали
Кроме того, эффект использования противоударного уплотнения по сравнению с неиспользованиям чего бы
то ни было, чтобы сделать переход химического уровня более плотным и коротким, показан на рисунке
10.10.
Переходный процент
Изначально
Противоударное
уплотнение
Рис. 10.10: Химический переход - Предсказуемость (водное моделирование)
Таким образом, это основные устройства, которые помогут в производстве современной чистой стали.
Применительно к износу это не быстроизнашивающийся участок, как видно из представленного в таблице
10.5 анализа ТМХ.
Таблица 10.5: Анализ ТМХ для перегородки/переливного устройства/противоударного
уплотнения/шиберной заслонки МНЛЗ
Типы износа
Виды воздействия
Примеры
Термический
Пиковая температура (Т) Температура рабочей футеровки аппаратных средств управления потоком это температура самой стали, и она лучше всего представлена на типовой
гистограмме температур разливки ковшом, как представлено ниже:
1600°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
335
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для аппаратных средств управления потоком
изменчиво, поскольку сталь проходит через материалы и вокруг
них, но это зависит от предварительного нагрева огнеупоров в
зависимости от частоты воздействия на них термоциклирования.
Между плавками перегородки или переливные устройства могут
опуститься ниже высоты расплава стали и остыть; тем не менее,
шиберные заслонки и противоударные уплотнения всегда будут
покрыты сталью, и для них циркулирование в процессе
эксплуатации будет сведено к минимуму. Таким образом,
термоудар оказывает на аппаратные средств управления потоком
умеренное воздействие.
Механический
Ударное
Обычно ударное воздействие на аппаратные средств управления
воздействие
потоком минимально, за исключением первого открытия ковша,
когда сталь попадает в зону противоударного уплотнения. В
противном случае на аппаратные средств управления потоком не
оказывается никакого ударного воздействия и является
незначительным фактором износа.
Истирание
Истирание материалов противоударного уплотнения достаточно
высокое, так как поток направляется сквозь них, как представлено
на рисунке 10.8.
Для перегородок истирание через отверстия может сильно
зависеть от скорости разливки (т/мин), однако для шиберных
заслонок и переливных устройств оно минимально. Таким
образом, истирание является одним из факторов степени износа
аппаратных средств управления потоком.
Приложенное
Высота аппаратных средств управления потоком довольно мала,
напряжение
как и размеры отдельных деталей. Следовательно, это
незначительная проблема для аппаратных средств управления
потоком.
Химический
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
(и термохимический)
совместимость шлаков с кирпичом. Шлаки в разливочном
устройстве очень разнообразны по химическому составу, и
поэтому необходимо найти правильное соответствие. Поэтому
обычно используется огнеупорная смесь с высоким содержанием
глинозема или шпинели.
Шлак разливочного устройства:
-A1203: 3-35%
- CaO: 1-40%
-SiO2: 3-90%
- MgO: 1-20%
- FeO: 1-3%
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Для
аппаратных средств управления потоком разливочного устройства
это обычно не представляет проблемы.
Термомеханический Напряжение
Высота аппаратных средств управления потоком довольно мала,
теплового
как и размеры отдельных деталей. Следовательно, это
расширения
незначительная проблема для аппаратных средств управления
потоком.
ХимикоСкол
в
зонах Не применимо для защитной футеровки разливочного устройства.
механический
(и проникновения
термомеханический
химический)
336
Текущий материал /Конструкция /Метод установки
Базовая конструкция аппаратных средств управления потоком (шиберные заслонки, переливные устройства,
панели или перегородки) показана на рисунке 10.11.
Шиберные заслонки/перегородки/противоударные уплотнения:
- В настоящее время самой передовой практикой является использование монолитных заранее
отлитых деталей, которые помещаются в разливное устройство. Они сделаны из муллита и/или
андалузита (лучше всего подходит от термоудара). Следует отметить, что бокситовые и
высокоглиноземистые материалы склонны к большему растрескиванию и проникновению шлака и
поэтому их выбор нежелателен.
- Заранее отлитые детали, изготовленные в контролируемых цеховых условиях и с контролируемым
высыханием в печи, являются предпочтительными для максимизации свойств.
Рис. 10.11: Конструкция управления потоком в разливочном устройстве
337
10.4 Системы управления потоком МНЛЗ
Машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), связанное с ней разливочное устройство и огнеупорные
материалы для МНЛЗ обеспечивают качественное производство стали.
Производство с помощью МНЛЗ
по всему миру составляет >90% от общего объема сталеварения, и только несколько заводов продолжают
выплавлять сталь по технологии слитков. В основной технологии используется ряд огнеупоров для
направления потока стали через требуемую форму, что позволяет получить готовое стальное изделие.
Разливочное устройство является промежуточным сосудом, обеспечивающим непрерывность при замене
сталеразливочных ковшей.
Основными функциями системы скользящей заслонки являются:
• Обеспечение отсутствия прорывов или протечек расплавленной стали за пределы обозначенного пути
потока
• Точное измерение расхода жидкой стали в форме в зависимости от темпа цеха
• Предотвращение всасывания воздуха/кислорода в жидкую сталь, которое будет образовывать
неметаллические включения, засорение и ускоренную эрозию футеровки
• Обеспечение износостойкости огнеупоров для минимизации стоимости за тонну стали для системы
• Простую эргономику для сотрудников, работающих с системой
Чертежи на рисунках 10.12 и 10.13 изображают обзор управления потоком МНЛЗ и расположение
различных компонентов системы в зоне разливочного устройства. Также изображено поперечное сечение
зоны на днище разливочного устройства с более подробной информацией, включая вдувание аргона,
которое является стандартным для большинства огнеупорных систем МНЛЗ. Следует отметить, что на
рынке существует множество систем управления потоком, и цеха должны выбрать ту, которая обеспечивает
наилучший баланс вышеуказанных функций в зависимости от марок стали, которые они производят.
Ковш
Гнездовой стакан
Заслонка ковша
Пробка продувки
Разливочное
устройство
Стопор
разливочного
устройства
Устройство для смены
труб разливного
устройства
Защитная труба
разливочного
устройства
Шлакообразующая
Заслонка разливного
устройства
Заслонка разливного устройства +
устройство для смены труб
Рис. 10.12: Обзор системы потока МНЛЗ
338
Стопор стержня для вдувания аргона
Огнеупорный материал разливочного
устройства
Верхний разливочный стакан
для вдувания аргона
Затвор для вдувания аргона
Вдувание аргона ПРС
Рис. 10.13: Обзор системы управления потоком в литейной машине
Система управления потоком в разливочном устройстве является одним из самых сложных и наиболее
агрессивных огнеупорных применений в сталелитейном цехе, срок службы ПРС составляет в среднем 3-10
плавок в зависимости от цеха и типов производимых марок.
Теперь обсудим механизм износа защитной трубы ковша, стопора, стакана МНЛЗ, пластин и ПРС, а затем
типы материалов, используемых для борьбы с ним (таблицы с 10.6a по 10.6e).
Таблица 10.6а: Анализ ТМХ для защитной трубы ковша
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Внутренняя температура защитной трубы ковша приближается к температуре
самой стали и лучше всего представлена на типовой гистограммой температур
разливки ковшом, как показано ниже:
Примеры
1580°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
339
Механический
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для защитной трубы ковша очень высоко, поскольку сталь
проходит внутри защитной трубы, а снаружи - при температуре окружающей
среды. Этот перепад температуры в 1600 ° C происходит над тонким огнеупором
- обычно толщиной всего 35-50 мм! Во время смены ковша в литейной машине
защитная труба ковша снова охлаждается, а затем через нее выпускается новая
плавка; это особенно верно при первой плавке разливочного устройства, когда
защитная труба ковша начинает работать при комнатной температуре. Поэтому
термоудар сильно влияет на защитные трубы ковша, и, следовательно, все они
содержат углерод, чтобы справиться с этим явлением.
Признаком разрушения от термоудара является вертикально расположенная
трещина, вызванная радиальным расширением (как показано на рисунке).
Ударное воздействие
Обычно величина ударного воздействия на защитную трубу ковша не
очень велика, поскольку сталь протекает через нее; механического
воздействия на саму систему не оказывается. Следовательно, ударное
воздействие слабо влияет на защитную трубу ковша.
Истирание
Величина истирания зависит от пропускной способности потока стали
(тонны/минуту) и размера защитной трубы. Из чертежа ниже видно, что
поток стали «скачет» по защитной трубе ковша и истирает его боковую
сторону.
Поток
стали
несимметричен и
не заполняет всю
защитную
трубу
ковша
Вызываемый
истиранием износ от
ванны разливочного
устройства
Кроме того, следует отметить, что также возникает истирание расплавленной
ванны и шлака в самом разливочном устройстве на внешней стороне защитной
трубы ковша, как показано. Следовательно, истирание является одним из
факторов износа защитной трубы ковша.
Приложенное
напряжение
Приложенное напряжение в защитной трубе ковша действует лишь на
механизм, удерживающим защитную трубу на месте в литейной машине.
Защитная труба ковша не испытывает значительного приложенного
напряжения, поскольку оно может свободно расти вне ковша.
340
Химический
(и
термохимич
еский)
Растворение
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Шлаки в разливочном устройстве очень
разнообразны по химическому составу, и поэтому необходимо найти
правильное соответствие. Поэтому обычно используется огнеупорная
смесь с высоким содержанием глинозема или шпинели.
Шлак разливочного
устройства:
- A12O3: 3-35%
- CaO: 1-40%
- SiO2: 3-90%
- MgO: 1-20%
- FeO: 1-3%
Вызванная растворением эрозия в шлаковой зоне часто становится фактором,
ограничивающим срок службы защитных труб ковша. Как правило, он имеет
максимально толстую конструкцию без ущерба для необходимого
направленного вверх давления манипулятора защитной трубы для
предотвращения отдачи.
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами/шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Основная проблема с защитными трубами ковша это очистка чаши защитной трубы во время смены ковша с помощью
кислородной фурмы это создает сочетание шлака и стали с очень низкой
вязкостью и высокой температурой, которое может оказаться загнанным
глубоко в огнеупор, если углерод для его защиты будет отсутствовать.
Кислородная фурма в
верхней
части
защитной
трубы
создает
механизм
сильного износа
Состояние поверхности чаши защитной трубы важно для предотвращения
всасывания воздуха в разливочное устройство.
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
См. раздел «Приложенное напряжение» выше.
Химикомеханический (и
термомеханическ
ий химический)
Скол в зонах
проникновения
У защитной трубы ковша есть множество механизмов износа, которые
воздействуют на нее одновременно, но в основном в разных местах, поэтому
этот комбинированный эффект ослабляется.
341
Таблица 10.6b: Анализ ТМХ для стопора стержня разливочного устройства
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура стержня стопора достигает температуры самой стали, и она лучше
всего представлена на типовой гистограмме температур разливки ковшом, как
представлено ниже:
Примеры
1580°C
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
Термоудар (ΔТ)
Механический
Ударное воздействие
Термоциклирование стержня стопора относительно низкое, так как стержень
обычно предварительно нагревают перед использованием. Сталь наливают в
разливочное устройство и затем остальную часть разливочного устройства
погружают в сталь (с определенным изменением высоты ванны вверх и вниз).
Поэтому термоудар оказывает слабое воздействие на стержни стопора.
Обычно ударное воздействие на стержень стопора приходится только на
наконечник, где он соединяется со стаканом (см. рисунок ниже). Следует
отметить, что это может варьироваться в зависимости от цеха, с
минимальным ударным ударным воздействием в цехах, которые «ударяют»
по своим стопорам, чтобы очистить засор >5 раз за плавку. Огнеупорный
материал наконечника стержня стопора и стакана должен быть выбран с
прицелом на противодействие этому механизму.
Зона
ударного
воздействия
на
стержень стопора
Зона
ударного
воздействия на стакан
Истирание
Величина истирания зависит от пропускной способности потока стали
(тонны/минуту) и зазора между стержнем стопора и стаканом, который
создает расход поперек этого зазора. Зона находится в том же месте, что и
на рисунке выше для эффекта ударного воздействия. Следовательно,
истирание является умеренным фактором износа защитной трубы ковша.
Приложенное
напряжение
Единственное приложенное напряжение в стержне стопора
приходится на оборудование управления приводом стержня
стопора.
Стержень стопора не испытывает значительного приложенного
напряжения, поскольку оно может свободно расти внутри разливочного
устройства во время предварительного нагрева.
342
Химический (и
термохимический)
Растворение
Проникновение
Напряжение
теплового
Термомеханический расширения
ХимикоСкол в зонах
механический (и
проникновения
термомеханический
химический)
Износ, вызванный растворением, ориентирован на химическую
совместимость шлаков с кирпичом. Шлаки в разливочном
устройстве очень разнообразны по химическому составу, и поэтому
необходимо найти правильное соответствие. Поэтому обычно
используется огнеупорная смесь с высоким содержанием глинозема
или шпинели.
Шлак разливочного устройства:
A1202: 3 -35%
CaO: 1 -40%
SiO2: 3-90%
MgO: 1-20%
FeO: 1-3%
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой
вязкостью ИЛИ сильно смачиваемыми металлами/шлаками,
проникающими в пористые огнеупорные материалы. Одной
потенциальной проблемой в стержне стопора может стать шлак
разливочного устройства, проникающий в «шлаковую зону»
стопора, но это, как правило, не является проблемой, поскольку
расчетная толщина огнеупора не влияет на другие критические
характеристики.
См. раздел «Приложенное напряжение» выше.
У стержня стопора есть множество влияющих на него механизмов
износа, причем наконечник стержня стопора является основной
зоной для нескольких механизмов износа от истирания, ударного и
химического воздействия.
Таблица 10.6с: Анализ ТМХ для разливочного стакана
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура разливного стакана - это температура самой стали, и она
лучше всего представлена на типовой гистограмме температур разливки
ковшом, как представлено ниже:
Примеры
1580°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для разливочного стакана является наименьшим для всех
накладывающихся друг на друга огнеупоров, поскольку перед использованием
стакан обычно предварительно нагревают, и повышенные температуры
выплавки стали поддерживаются до конца его использования. Поэтому
термоудар оказывает слабое воздействие на разливочный стакан.
343
Механический
Ударное воздействие
Обычно ударное воздействие на разливочный стакан приходится только на
наконечник, где он соединяется со стержнем стопора. Следует отметить,
что это может варьироваться в зависимости от цеха, с минимальным
ударным ударным воздействием в цехах, которые «ударяют» по своим
стопорам, чтобы очистить засор >5 раз за плавку. Наконечник стержня
стопора и стакан должны быть выбраны с прицелом на противодействие
этому механизму. Форма стакана может быть нарушена из-за радиальных
трещин, что приведет к потере способности регулирования потока стали
или способности отключать его из-за критического отказа, приводящего к
переполнению формы или прерыванию последовательности. Также каналы
доставки аргона могут оказаться заблокированными проникновением стали
через радиальные трещины. Это может быть серьезной проблемой с
магнезиальными стаканами из-за их меньшей прочности. Для
предотвращения радиального растрескивания следует по возможности
использовать высокопрочный материал стакана, или укрепление,
добавленное снаружи стакана для механической поддержки.
Стопор закрывается
здесь
Состояние наконечника
нормальное, но стакан
сильно поврежден
Стопор должен
закрываться здесь
Сталь может деформироваться из-за сильного повреждения
стакана
Истирание
Величина истирания напрямую зависит от пропускной способности потока
стали (тонны/минуту) и зазора между стержнем стопора и стаканом, который
создает расход поперек этого зазора. Зона находится в том же месте, что и на
рисунке выше для эффекта ударного воздействия. Следовательно, истирание
является одним из факторов износа защитной трубы ковша.
344
Приложенное
напряжение
Приложенное напряжение в разливочном стакане возникает из-за расширения
стакана вследствие добавления температуры жидкой стали в огнеупорную
футеровку, которая не позволяет ей расти. Стакан должен быть окружен
высоконадежной огнеупорной трамбовочной массой или смесью, которые
будут обладать определенной сжимаемостью, позволяющей рост; в противном
случае возникнут трещины и, возможно, сколы. Это серьезная проблема для
разливочных стаканов, особенно если они изготовлены из материалов с
высоким коэффициентом расширения, таких как магнезия или диоксид
циркония. Уровень сжимаемости трамбовочного материала необходимо
ограничить, чтобы предотвратить радиальное растрескивание стаканов.
Растворение
Износ при растворении ориентирован на химическую совместимость шлаков
и стали с огнеупорным материалом. В случае со стаканами химический состав
стали является наиболее важным компонентом, поскольку шлак редко
вступает в контакт со стаканом. Для сталей, содержащих кальций, если стакан
изготовлен из глинозема, будет иметь место высокий износ верхней части
стакана из-за реакции Ca с глиноземом и формирования низких температур
плавления. Для обычных сталей это не такая большая проблема, однако, при
использовании магнезиального стакана для растворения, может возникнуть
значительное приложенное напряжение и проблема растрескивания. Поэтому
предпочтителен материал, который соответствует марке стали
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью
ИЛИ сильно смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в
пористые огнеупорные материалы. Основной проблемой в стакане
является воздействие кальция, как отмечалось выше; это может привести к
чрезмерному износу и прорывам в зоне стакана и должно быть исключено
из проекта.
Термомеханический
Напряжение
теплового
расширения
См. раздел «Приложенное напряжение» выше.
Химикомеханический (и
термомеханически
й химический)
Скол в зонах
проникновения
Сочетание в ограниченной зоне в верхней части разливочного стакана
химического воздействия кальция и напряжения расширения, а также высоких
температур, создает много проблем для конструктора огнеупоров, так как это
сложный комбинированный эффект.
Химический (и
термохимический)
345
Таблица 10.6d: Анализ ТМХ для пластин МНЛЗ
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура пластин - это температура самой стали, и она лучше всего
Примеры
представлена на типовой гистограмме температур литья, как
представлено ниже:
1580°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому
требуется использование только материалов с высокой
жаропрочностью.
Механический
Термоудар (ΔТ)
Термоциклирование для системы скользящей заслонки высокое и варьируется
в зависимости от компонентов. Пластины скользящей заслонки нижний стакан
подвергаются сильному термоудару, когда система находится на открытом
воздухе при температуре окружающей среды, и экстремальному градиенту
температуры, когда заслонка открыта и начинает течь жидкая сталь. Другая
важная проблема - кромки охлаждения аргона, которые стимулируют
напряжения от холодного аргона, проходящего через горячий огнеупор.
Поэтому термоудар является очень важным фактором для скользящих
заслонок ковша, и по этой причине они все содержат углерод, чтобы
справиться с этим явлением.
Ударное воздействие
Обычно величина ударного воздействия на систему мала в плите МНЛЗ и не
является важным механизмом износа. Единственным исключением является
попытка замены ПРС или попытка закрытия заслонки, когда в канале
присутствует твердая сталь.
Истирание
Величина истирания сильно зависит от пропускной способности потока стали
(тонны/минуту) и размера канала. Если канал слишком велик для пропускной
способности, то перекрытие каналов будет небольшим, и нижняя пластина
подвергнется воздействию большой силы и турбулентности. В случае сильного
перекрытия и затруднений с управлением потоком стали или балансировкой
любого засорения в канале. Обычный ориентир составляет ~ 50%-ное
перекрытие канала для требуемой пропускной способности.
% перекрытия - ниже
= больше
турбулентности
Стоит также обратить внимание на то, что истираемость при открытии и
закрытии поверхностей движения вызывает износ пластины. Следовательно,
истирание является главным фактором износа пластины скользящей
заслонки и уже в меньшей степени влияет на верхний и нижний стакан,
которые контактируют только с потоком.
346
Химический (и
термохимический)
Приложенное
напряжение
Приложенное напряжение в системы заслонки также является важным
фактором. На пластины скользящей заслонки оказывается самое высокое
приложенное напряжение из-за необходимости их сжатия и сдерживания
любых трещин. Эта комбинированная нагрузка является важным фактором
при конструировании материала пластин. Стоит также обратить внимание на
то, что во многих системам есть кромки охлаждения аргона,
обеспечивающиеся инертную атмосферу в зоне пластин. Это может создать
дополнительное напряжение в пластине.
Растворение
Износ при растворении ориентирован на химическую совместимость шлаков с
огнеупорным материалом. Нормальный износ стали / шлака при прохождении
через систему серьезной проблемой не является; тем не менее, существует одна
важная проблема для пластин скользящей заслонки - паровое воздействие Ca.
Когда Ca находится в стали и происходит перекрытие, Ca превращается в пары
Ca и очень агрессивно воздействует на пластину (поскольку она обычно
изготавливается из глинозема). Износ в форме перекрытия называется износ
«подковы», так как он принимает эту форму, если посмотреть на пластину по
окончании ее срока службы. Следует отметить, что износ Ca увеличивается в
геометрической прогрессии, превышая 35 ч/млн Ca в стали, или когда воздух
всасывается через трещины или зазоры. Для этого в системах скользящей
заслонки до настоящего времени использовались MgO и MgO-C, но термоудар
/скалывание становится основной проблемой из-за скорости расширения и
напряжения.
Воздействие паров кальция
Проникновение
Проникновение вызвано металлами и/или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами/шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Поскольку эти пластины встроены в систему, и
кислородная фурма отсутствует, это является незначительным механизмом
износа.
Термомеханический
Напряжение теплового
расширения
См. раздел «Приложенное напряжение» выше
Химикомеханический (и
термомеханический
химический)
Скол в зонах
проникновения
Сочетание приложенного напряжения, истирания, коррозии от паров Ca и
термоциклирования является причиной короткого срока службы,
предусмотренного для пластин скользящей заслонки.
Таблица 10.6e: Анализ ТМХ для погружных разливочных стаканов (ПРС)
Типы износа
Виды воздействия
Термический
Пиковая температура (Т) Температура ПРС - это температура самой стали, и она лучше всего
представлена на типовой гистограмме температур литья, как представлено
ниже:
Примеры
1580°C
Температура выпуска:
С позиции огнеупора это очень высокая температура, потому требуется
использование только материалов с высокой жаропрочностью.
347
Механический
Термоудар (ΔТ)
Для ПРС термоциклирование умеренное, но может быть высоким в особых
случаях, таких как изменения качества разделения пластин, когда горячие ПРС
охлаждаются во время вставки пластин в форму и быстро нагреваются при
разливе стали. Обычные тепловые циклы происходят, когда ПРС перемещается
между подогревателем в положение разливки, где ПРС имеет шанс остыть.
ПРС особенно чувствительны к циклам охлаждения и поэтому
забраковываются, если они предварительно нагреваются, но не используются
немедленно. Если на охлаждение уходит слишком много времени (обычно
более 5 минут), то очень велик риск термоудара. Характерным признаком
разрушения от термоудара является сильная вертикальная составляющая
образовавшейся трещины из-за теплового напряжения.
Ударное воздействие
Обычно величина ударного воздействия на систему в ПРС мала и не является
важным механизмом износа. Однако результатом грубых изменений в ПРС
может стать высокий уровень напряжения крутящего момента на фланце ПРС.
По этой причине конструкция ПРС была изменена и теперь усилена стальной
оболочкой для поддержки огнеупоров. В некоторых случаях трещины на
фланцах могут возникнуть в результате грубых изменений в ПРС и привести к
проблемам со всасыванием воздуха.
Истирание
Величина истирания зависит от пропускной способности потока стали
(тонны/минуту) и диаметра канала ПРС. Если канал слишком велик для
пропускной способности, то будет возникать засорение из-за застойного
граничного слоя вследствие низкой скорости потока стали. Если канал слишком
маленький, тогда будет трудно достичь скорости потока. Одной из важных
проблем, связанных с потоком, является количество засоров в отверстиях и
каналах (см. раздел «Химическая промышленность» ниже).
Износ поверхности
скольжения
истиранием
Кроме того, стоит отметить, что истираемость поверхностей скольжения в
верхней части ПРС для систем «быстрой замены» также должна быть
учтена и предусмотрена при конструировании. Дополнительная эрозия
может привести к появлению заливин и невозможности изменить ПРС, что
приведет к разрывам последовательности. По этой причине в верхней
части ПРС обычно устанавливаются более прочные высококачественные
материалы. Следовательно, истирание является важным фактором износа
ПРС.
Приложенное
напряжение
Приложенное напряжение в ПРС действует только на механизм,
удерживающий ПРС на месте в системе скользящей заслонки в литейной
машине. В противном случае ПРС может расширяться и сжиматься по
мере необходимости.
348
Химический (и
Растворение
термохимический)
Износ при растворении ориентирован на химическую совместимость
шлаков с огнеупорным материалом. Применительно к ПРС есть две
важные проблемы: во-первых, воздействие расплавленной
шлакообразующей смеси на шлаковую зону стакана; во-вторых,
накопление глинозема и/или шпинели в канале и отверстиях ПРС (см.
ниже).
Эрозия стали
Засорение
глиноземом
Эрозия
шлакообразующей
смеси
Проникновение
Термомеханический
Химикомеханический (и
термомеханический
химический)
Напряжение теплового
расширения
Скол в зонах
проникновения
Шлаковая эрозия очень агрессивна, поскольку предполагается, что
шлакообразующая смесь представляет собой легкоплавкую керамику, которая
смазывает стальной кожух в литейной форме. Однако легкоплавкая керамика
растворяется и проникает в огнеупор, вызывая очень быстрый износ. Для
борьбы с этим явлением используются большие количества углерода и диоксида
циркония. Дальнейшее снижение скорости эрозии может быть достигнуто с
помощью шлакообразующих смесей, не содержащих фтора, и
шлакообразующих смесей с высокой вязкостью.
В случае накопления (для сортов раскисленной алюминием стали, не
содержащих Са), это образование глинозема из Al в стали, механизм которого
сложен. В качестве решения можно минимизировать засасывание воздуха, что
позволяет кислороду реагировать с Al в стали. Кислород также доступен из
самого огнеупора в виде СО или SiO из образования газов при высоких
температурах. Работа ведется с различными «прокладками» ПРС, которые в
меньшей или большей степени реагируют с Al, чтобы избежать эффекта
накопления. Вдувание аргона является еще одним методом уменьшения
засорения в ПРС.
Проникновение вызвано металлами и / или шлаками с низкой вязкостью ИЛИ
сильно смачиваемыми металлами / шлаками, проникающими в пористые
огнеупорные материалы. Шлаковая эрозия очень агрессивна, поскольку
предполагается, что шлакообразующая смесь представляет собой легкоплавкую
керамику, которая смазывает стальной кожух в литейной форме. Однако
легкоплавкая керамика растворяется и проникает в огнеупор, вызывая очень
быстрый износ. Для борьбы с этим явлением используются большие количества
углерода и диоксида циркония.
См. раздел «Приложенное напряжение» выше.
Сочетание истирания, агрессивной коррозии и термоциклирования является
причиной короткого срока службы, предусмотренного для погружного
разливочного стакана.
349
Текущий материал /Конструкция /Метод установки
Базовая конструкция системы потока МНЛЗ показана на рисунках с 10.14 по 10.18.
Защитная труба ковша
Стержень стопора
- Обычно изготавливается из
глиноземно-углеродной смеси с
- Обычно изготавливается из
20-25%-ным содержанием С
глиноземно-углеродной смеси с
(94%-ное содержание графита) и
20-25%-ным содержанием С
70-75%-ным содержанием
(94%-ное содержание графита) и
глинозема (пластинчатый,
70-75%-ным содержанием
плавленый глинозем с добавками
глинозема (пластинчатый,
муллита) и, возможно, 0-5%-ным
плавленый глинозем с добавками
содержанием диоксида циркония. муллита) и, возможно, 0-5%-ным
- Также будет содержать
содержанием диоксида циркония.
антиоксиданты (Al, Si, бор и т.д.)
- Также будет содержать
дя защиты углерода.
антиоксиданты (Al, Si, бор и т.д.)
- Следует отметить, что верхний
дя защиты углерода.
быстроизнашиваемый участок
- Обратите внимание, что
обычно содержит более низкое
наконечник является особо
значение С и не содержит Zr02
быстроизнашиваемым участком,
- Шлаковая зона будет
обычно содержащим диоксид
сконструирована таким образом,
циркония или глинозем для
чтобы соответствовать шлаку
стандартного наконечника и
разливочного устройства. Может
магнезию при высоком
быть из универсального
содержании кальция.
глинозема или диоксида циркония - Шлаковая зона (если она есть)
или даже магнезии с углеродом и
будет сконструирована таким
смесью.
образом, чтобы соответствовать
- Корпус защитной трубы обычно шлаку разливочного устройства.
изготовлен только из глинозема,
Может быть из универсального
без диоксида циркония.
глинозема или диоксида циркония
или даже магнезии с углеродом и
смесью.
- Корпус стопора обычно
изготовлен только из глинозема,
без диоксида циркония.
Рис. 10.14: Защитная труба ковша
Рис. 10.15: Стержень стопора
Разливочный стакан
- Обычно изготавливается из
различных материалов в
зависимости от жесткости марок
стали. Может быть из глинозема
или глиноземной шпинели; может
быть из чистой магнезии; может
представлять собой смесь
глинозема с углеродом или даже
диоксид циркония или любую их
комбинацию.
- Он будет содержать
высокочистое сырье независимо от
огнеупора, выбранного из-за
температур. - Обратите внимание,
что наконечник является особо
быстроизнашиваемым участком,
обычно содержащим диоксид
циркония или шпинель, или
магнезию при высоком
содержании кальция.
- Корпус стакана, как правило,
снова будет из однородного
материала, в зависимости от
состава смеси.
350
Пластины скользящей заслонки
• Обычно изготавливается из
глиноземно-углеродной смеси с 2025%-ным содержанием С (94%-ное
содержание графита) и 70-75%-ным
содержанием глинозема (пластинчатый,
плавленый глинозем с добавками
муллита) и, возможно, 0-5%-ным
содержанием диоксида циркония.
• Также будет содержать
антиоксиданты (Al, Si, бор и т.д.) для
защиты углерода.
Рис. 10.17: Пластины скользящей заслонки
Эрозия стали
Засорение
глиноземом
Погружной разливочный стакан
Обычно изготавливается из глиноземно-углеродной
смеси с 20-25%-ным содержанием С (94%-ное
содержание графита) и 70-75%-ным содержанием
глинозема (пластинчатый, плавленый глинозем с
добавками муллита) и, возможно, 0-5%-ным
содержанием диоксида циркония.
Также будет содержать антиоксиданты (Al, Si, бор и т.д.)
для защиты углерода.
- Следует отметить, что верхний быстроизнашиваемый
участок обычно содержит более низкое значение С и не
содержит Zr02
- Шлаковая зона и возможные отверстия обычно с
высоким содержанием циркония с ~ 25%-ным
Эрозия
содержанием C.
шлакоСледует отметить, что можно использовать редкий
образующей
диоксид циркония (плавленый глиноземный диоксид
смеси
цирконий из плавленого известнякового диоксида
циркония и т.д.)
- Корпус ПРС обычно изготовливается только из
глинозема, без диоксида циркония.
Глинозем
Засорение
Шлакообразующая
Смесь
Эрозия
- Также может быть внутренняя прокладка с низким
содержанием кремния или углерода, или с высоким
содержанием свободной извести для предотвращения
накопления.
Рис. 10.18: Погружной разливочный стакан
351
Обзор потока в литейной форме и проектных параметров представлен на рисунке 10.19.
Конструкция ПРС - функции
• Несмещенный поток в форме
• Поток, обеспечивающий максимальную
флотацию глинозема до шлака
• Поток, подводящий тепло к верхней части
для плавления шлакообразующей смеси и к
углам для предотвращения охлаждения, но
не вызывающий нарушений уровня металла
в кристаллизаторе, как и не направляющий
вихревую шлакообразующую смесь в
изделие
• Потребность в оптимальной конструкции
для изделия ULC (большая ширина 1600 мм
и минимальная скорость 1,0-1,2 м) и для
изделия D&I (малая ширина 1000 мм и
минимальная скорость 1,8 м)
Конструкция ПРС - переменные величины
• Диаметр канала
• Размер формы отверстия - для лучшего
прохождения потока
• Угол отверстия
• Форма канала (круг, овал, ступеньки и т.д.)
• Внешняя форма (круг, обрезанные стороны)
• Исполнение ПРС (обычный,
лопастеобразный)
• Количество отверстий (2, 3, 4?)
• Днище ПРС (в форме гнезда в сравнении с
ножевидным или плоским?)
• Более одного типа ПРС (особый ULC,
особый D&I и т.д.?)
• Глубина погружения
• Оптимальный поток аргона - варьируется по
ширине?
Край
флюса
Медный
кристал
лизатор
Погружной разливочный
стакан
Порошковый флюс
Жидкий
флюс
Повторно
затвердевши
й флюс
Засасывающее
Аргоновые
пузырьки
След от
качания
кристаллизато
ра
Контактное
сопротивлен
ие
Воздуш
ный
зазор
Отвер
стие
стакан
а
сопло
Бассейн расплавленной
стали
Отвердевающая
сталь
Стакан
Частицы
включения и
пузырьки
Опорный
валок
Орошен
Стакан ие
водой
Ферростатическое
давление
Раздача
Валок
Контакт с валком
Рис. 10.19: Параметры конструирования ПРС МНЛЗ
(http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/0201/Thomas/Thomas-0201.html)
Следует отметить, что мы не будем рассматривать работу заслонок или установку пластин, стаканов и т.д.,
так как они специфичны для конкретных заслонок.
352
Глава 11
11.0 Стратегии закупки
Выбор и закупка огнеупорных материалов является очень интересной частью всего бизнеса. Напомним, что
в главе 1.6 мы говорили о совокупной стоимости владения. Это методология анализа, которая пытается
охватить все затраты, связанные с использованием огнеупорного материала, от покупки до утилизации,
включая влияние на сам процесс, т.е. срок службы, производительность, выпуск, качество и т.д.
Следует учитывать все компоненты покупки, чтобы принять наиболее рациональное, логичное решение на
индивидуальной основе покупки.
Однако, что, если существует "предпочтительный" поставщик, который выбран не из списка поставщиков, а
является тем, кого просят привлечь к работе? Что, если выбранный поставщик находится в корпоративном
«черном списке»? Что, если выбрав одного поставщика, вы получите большую экономию на дочернем
предприятии?
Есть и другие ключевые вопросы. Должны ли мы покупать огнеупорные материалы на вес? Поштучно? По
цене за тонну произведенной стали или каким-либо иным способом? Кроме того, следует ли совершать
покупки на условиях консигнации (счет-фактура при использовании) или по фактуре доставки (счетфактура при отправке поставщиком)?
Все это ключевые вопросы, которые должен учитывать и специалист по отбору огнеупорных материалов, и
которые будут рассмотрены здесь.
Еще одна важная вещь, которую следует помнить, это то, что специалист по отбору огнеупорных
материалов обычно не принимает окончательное решение.
Это делается в соместной работе с
операторами, покупателями и другими, как показано на рисунке 11.1.
Оперативное управление
- стабильный, предсказуемый
прогресс
- предварительное
уведомление о ключевых
изменениях процесса
Группа закупки
-Местная и/или Глобальная
команда по закупкам
Огнеупорные материалы
- персонал, занятый в НИОКР
-Производственный персонал
-Продажи и маркетинг
- Возможная монтажная
команда
Окончательное
решение команды о
покупке
Технический выбор
огнеупорного материала
-проектирование и
утверждение материалов
-испытания, тестирование
новых продуктов
Группа по обслуживанию
огнеупоров
- установка и приведение в
соответствие футеровок из
огнеупорных материалов
Рис. 11.1: Ключевой вклад в решения о покупке огнеупорных материалов
Каждая из этих групп должна сыграть свою роль; однако следует отметить, что окончательное решение
должно приниматься производственными директорами / начальниками технологического отдела, поскольку
они несут ответственность за безопасность, производство и стоимость в рамках предприятия. У всех
остальных есть ключевой вклад, но начальники производства / технологического отдела в конечном итоге
несут ответственность.
Также мы должны помнить, что выбор огнеупорных материалов является очень сложным и
высокотехнологичным решением. Мы выбираем специально разработанные керамические материалы, а не
повседневные промышленные товары!
Это очень важно, и это не просто заявление, которое не позволяет лицам, не принимающим технические
решения, принять окончательное решение, а то, чтобы гарантировать, что решение с минимальной
совокупной стоимостью владения является правильным. Например, однажды на одном заводе
потребовалось 12 месяцев испытаний, чтобы спроектировать и выбрать подходящий раствор для установки
ковшовых аргоновых пробок и форсунок.
Он должен был иметь правильных химический состав,
правильную консистенцию и быстро схватываться при установке, но иметь некоторую рыхлость в случае
возможного удаления.
Чтобы получить правильное сочетание, потребовалось несколько испытаний с
различными склеивающими системами и минералогией. Многие думают, что 80% глиноземный раствор
был всего лишь товарным материалом, и самая низкая стоимость ковша весом 25 кг была бы решающим
фактором, но это было бы совершенно неправильно.
Значит ли это, что нет огнеупорных материалов, которые не являются товарами? Нет! Означает ли это, что
мы не можем коммодитизировать огнеупорные материалы, чтобы помочь нашим агентам по закупкам вести
переговоры? Нет! Но это означает, что правильная техническая работа должна быть сделана сначала с
командой, чтобы получить правильный продукт!
Давайте теперь поговорим о различных стратегиях закупок, которые используются, а также об их сильных
сторонах и времени их использования, как показано в таблице 11.1.
354
Стратегии закупок огнеупорных материалов
Таблица 11.1: Закупка огнеупорных материалов
Стратегия
закупки
Долл. США за кг
огнеупорного
материала
Определение и сильные стороны стратегии
Когда использовать стратегию
Покупка огнеупорных материалов, основанная на их
цене за кг, является действительно товарным
подходом к бизнесу и включает в себя, в основном,
закупки, основанные на весе материала, подлежащего
отгрузке, и множителя в виде долл. США/кг.
Поскольку мы узнали, что огнеупорные материалы
редко являются товаром, такой подход обычно не
следует использовать при их выборе.
Тем не менее, этот подход полезен при
некоторых обстоятельствах:
• При сравнении цены, заплаченной за один и тот
же продукт на двух разных заводах, полезно
убедиться, что разница в ценах отсутствует.
• При изменении размера существующего
продукта, но без изменения материала, полезно
проверить это, чтобы убедиться, что поставщик не
использует это изменение как возможность
повысить цены.
• Когда у вас есть два продукта от разных
поставщиков, которые обеспечивают
одинаковую
производительность (одинаковый показатель ССВ),
то его можно использовать для приобретения
"экономического рычага.
долл. США за
шт.
огнеупорного
материала
Покупка огнеупорных материалов, основанные на цене за Этот подход является стандартным во многих
случаях:
шт. такого материала является стандартным способом
покупки кирпича или литых фасованных изделий - сколько • При заказе кирпичей, литых фасованных форм
или любых других огнеупорных материалов с
за каждую штуку? Сильная сторона этой стратегии - легкая
фиксированной формой этот план легко
логистика для заказа, но она не добавляет никакой
реализовать с точки зрения логистики.
ценности фактическому подходу к закупкам и может быть
• Он используется только после того, как был
истолкована как товарный подход, если ценность выбора
сделан выбор ССВ, а затем заказываются
специально разработанного материала, который, не может
поштучно изделия, но его не следует
быть понята или оценена.
использовать для сравнения разнородных
материалов и/или поставщиков.
долл. США за
тонну
произведенной
стали
Эта стратегия используется для покупки огнеупорных
материалов у поставщика и оплаты их в зависимости от
количества стали (или железа, кокса и т.д.), которое
производится в интересующем нам сосуде. Это отличная
стратегия с точки зрения того, что она контролирует
затраты, точно соотносит затраты с производством и
поддерживает переменные затраты в зависимости от
производства, что лучше всего подходит для контроля
затрат самого завода. Это также хорошо с точки зрения
денежных потоков, поскольку вы выставляете счета за
огнеупорные материалы только в конце любого
производственного периода. Стратегия сопряжена с
высоким риском для поставщика, поскольку
операционные сбои/инциденты и т.д. могут привести к
увеличению потребления, и при этом они оплачиваются
только по стандартной ставке.
Эта стратегия обычно используется для
нескольких/целых секций оборудования, чтобы
ограничить количество взаимных претензий с
другими поставщиками огнеупорных материалов,
которые поставляют материалы для того же самого
оборудования. Эта стратегия - долл. США за тонну должна использоваться всякий раз, когда это
возможно; однако, предостережение заключается в
том, что при таком сценарии поставщики согласятся с
таким подходом только тогда, когда завод будет
работать стабильно. Во многих случаях совокупная
стоимость владения повышается, поскольку персонал
сталелитейного завода теряет концентрацию и
переходит на другие неотложные приоритеты,
соответственно, совокупная стоимость владения
становится проблемой поставщика. Следует
использовать тщательно продуманный процесс
производства, чтобы таких случае не происходило,
если выбран указанный подход.
долл. США
за тонну
стали,
включая
распределен
ие прибыли
Эта стратегия используется для покупки огнеупорных
материалов у поставщика и оплаты их в зависимости от
количества стали (или железа, кокса и т.д.), которое
производится в интересующем нам сосуде. Это то же
самое, что и выше, но с дополнительной общей
мотивацией. Цели разрабатываются и реализуются
таким образом, что, если связка поставщик-оператор
может обеспечить экономию сверх определенного
порога, дополнительная экономия распределяется. Или,
если производительность хуже, чем целевой порог,
дополнительные расходы также распределяются. Это
отличная стратегия с точки зрения того, что она
контролирует затраты в зависимости от производства,
что лучше всего подходит для контроля затрат самого
завода. Стратегия накладывает общий риск как на
поставщика, так и на производителя стали, что
обеспечивает целенаправленность.
Эту стратегию следует использовать всякий раз,
когда это возможно, поскольку она может быть
наиболее экономически эффективной из всех
планов, и цели могут быть направлены на снижение
не только стоимости огнеупорных материалов в
виде долл. США/т, но и общей совокупной
стоимости владения. Командные усилия между
специалистами по отбору огнеупорных материалов
и проектировщиками огнеупоров (предпочтительно
техническим персоналом, который занимается
огнеупорными материалами, а не просто
продавцами) могут быстро и эффективно
продвигать проекты. При использовании системы
такого типа необходимо тщательно продумать
процесс, обеспечивающий надлежащее
распределение затрат и прибылей. Следует
обратить внимание, что эти общие расходы должны
быть связаны только с огнеупорными материалами
и никогда не снижать производительность или
экономить, поскольку риск все еще остается за
конечным пользователем.
355
Монтажные
наборы материалы и
оборудование
Эта стратегия заключается в покупке огнеупорных материалов Эта стратегия ставит бизнес под контроль
и монтаже оборудования (а иногда и персонал для выполнения сталелитейных компаний и может начать
работ) у поставщика и оплате их на основе количества стали
смешивать материалы, оборудование и персонал,
(или железа, кокса и т.д.), который производится в сосуде, или что приводит к более высокой цене за тонну
по на основе фиксированной цены. Это отличная стратегия с
огнеупорных материалов, чем можно было бы
точки зрения того, что она контролирует затраты в зависимости
получить самостоятельно. Тем не менее, такой
от производства, что лучше всего подходит для контроля затрат
вариант также хорош для аутсорсинга основных
самого завода. Стратегия сопряжена с высоким риском для
частей огнеупорного оборудования, и если
поставщика, поскольку операционные сбои/инциденты и т.д.
внутренняя экспертиза имеет низкий уровень в
могут привести к увеличению потребления, и при этом они
отношении установки огнеупорных материалов.
оплачиваются только по стандартной ставке.
Он довольно широко используется при
торкретировании ОКК и в шоткретировании,
когда для производителя стали было бы трудно
обосновать тип и количество оборудования.
долл. США за
тонну стали
Монтажные
наборы - полный
пакет услуг
Эта стратегия заключается в покупке огнеупорного материала Эта стратегия выводит бизнес из-под контроля
и монтажного оборудования, персонала для закупки,
сталелитейных компаний, и поставщик может
транспортировки, установки, сноса и т.д. всех огнеупорных
начать смешивать материалы, оборудование и
материалов на сталелитейном заводе у поставщика и оплате их персонал, что приводит к более высокой цене за
на основе количества стали (или железа, кокса, и т.д.), которое тонну огнеупорных материалов, чем можно было
производится в рассматриваемом сосуде. Это простая
бы получить самостоятельно. Тем не менее,
стратегия с точки зрения того, что она не недоступна для
было бы хорошо, если бы на сталелитейном
персонала сталелитейного завода, но не приведет к
заводе не было абсолютно никакой технической
наименьшей стоимости за тонну и совокупной стоимости
или монтажной экспертизы для улучшения. Для
владения для завода! Причина этого заключается в том, что
очень небольшого завода (<500 000 нт в год) это
всегда и везде существует не одна компания, занимающаяся
может быть эффективной моделью для
огнеупорными материалами, которая лучшая во всех областях аутсорсинга.
стального производства (кирпич, торкрет, литые заготовки,
оксид алюминий, магнезиально- углеродистые кирпичи и т.д.).
Невозможно иметь одну компании, которая является лучшей во
всех этих областях (даже по одному стальному ковшу!).
Поэтому такая стратегия не является предпочтительной, хотя
многие поставщики хотели бы, чтобы вы предоставили им
указанные возможности.
Покупка у
Название этой стратегии подразумевает покупку у поставщика Этот подход следует использовать только в том
кэптивной
огнеупорных материалов, которым владеете вы и который
случае, если вы работали над выбором
компании
теоретически может производить его по самой низкой цене (по наилучшего огнеупорного материала для
себестоимости и без прибыли). Это может быть хорошим
наименьшей совокупной стоимости владения, и
подходом, если поставщик обладает достаточной
если кэптивный поставщик может изготовить
квалификацией, чтобы устойчиво производить продукцию на
продукт, который соответствует этому стандарту,
том уровне качества, который вам необходим. Это требует
и может выдержать этот уровень качества с
полной поддержки со стороны корпоративного руководства
течением времени и иметь самые низкие затраты,
для покупки хорошего сырья, инвестирования капитала и
тогда это плюс!
технического обслуживания на заводе, привлечения
сотрудников к ответственности за постоянное качество
продукции и привлечения технических специалистов, которые
со временем будут совершенствовать ассортимент продукции,
чтобы конкурировать с поставщиками огнеупорнвх
материалов, не входящих в вашу материнскую компанию.
Опасность этой стратегии заключается в том, что кэптивный
источник может быть не ориентирован на клиента и может
потерять качество и/или эффективность затрат, что приведет к
повышению вашей совокупной стоимости владения.
Покупка в стране с Название этой стратегии подразумевает покупку товарного
Этот подход следует использовать только в том
дешевым
огнеупорного материала в стране, которая может производить случае, если вы работали над выбором
производством
его по самой низкой цене. Опять же, если компания не может наилучшего огнеупорного материала для
поддерживать технические стандарты и стандарты качества,
наименьшей совокупной стоимости владения, и
упомянутые ранее, это действительно товарный подход к
если кэптивный поставщик может изготовить
бизнесу, и, поскольку мы узнали, что огнеупорные материалы продукт, который соответствует этому стандарту,
редко являются товаром, этот подход должен быть тщательно
и может выдержать этот уровень качества с
продуман при выборе таких материалов (при условии, что
течением времени и иметь самые низкие затраты,
поставщик из страны с дешевым производством имеет
тогда это плюс!
достаточный уровень квалификации и компетенции).
Использование этой стратегии будет иметь краткосрочные (и,
возможно, долгосрочные) выгоды. Потенциальная опасность
этой стратегии заключается в том, что страна с дешевым
производством сегодня может стать страной с дорогостоящим
производством в следующем году. Хорошим примером этих
двух сторон является использование огнеупорных материалов
из стран с высокими колебаниями валютных курсов.
Повышение курса валюты на 40% за один год означает, что
компания может перейти от низкой стоимости к высокой.
Подход всегда должен заключаться в том, чтобы выбрать
лучший огнеупорный материал для самой низкой совокупной
стоимости владения, и если поставщик из страны с дешевым
производством может сделать продукт, который соответствует
этому, то это плюс!
356
Другие советы / хитрости для снижения совокупной стоимости владения
1. Сопоставительный анализ, обмен знаниями
Сопоставительный анализ и обмен знаниями имеют решающее значение для достижения минимальной
совокупной стоимости владения для огнеупорных материалов! Однако следует отметить, что это может
быть эффективно сделано только путем сравнения производств схожих технологических методов. Цех с
одной единицей ОКК, производящий 8000 тонн в день, не может сравниться с цехом, в котором
установлены три единицы ОКК, производящие 8000 тонн в день; стратегии и полезное время будут
отличаться с другим исполнением. Это особенно важно в сталеразливочных ковшах, где температура, шлак,
время и т.д. могут сильно различаться! Я помню, как несколько лет назад мой начальник спросил меня,
почему другая сталелитейная компания получала 150 плавок на шлаковой зоне, а мы могли получить только
60 плавок, что подразумевало плохое исполнение. Когда мы проанализировали этот момент, оказалось, что
они использовали CAS-OB-процесс, и у нас был УДМ с электродуговым подогревом, что довольно быстро
объяснило эту разницу. Лучше всего найти и сопоставить аналогичные заводы /процессы и сравнивать их,
по крайней мере, раз в год, чтобы расставить приоритеты для улучшения ССВ.
2. Роль поставщиков
Поставщики могут рассматриваться как раздражителями, так и спасителями, в зависимости от дня и
кризисной ситуации! Реальность такова, что поставщики могут оказать неоценимую помощь, однако, всегда
следует помнить, что их работа заключается в продаже огнеупорных материалов и увеличении их
прибыльности и продаж. Из-за этого напряжения крайне важно, чтобы специалист по отбору огнеупорных
материалов имел контакт не только с продавцами, но также с ключевыми техническими специалистами и
специалистами, занятыми в НИОКР и эксплуатации. Я узнал очень много о выборе огнеупорных материалов
от технических специалистов поставщиков, которые стремятся повысить производительность своей
продукции. Также бесценны сотрудники поставщиков сырья, занятые в НИОКР, которые постоянно
продают производителям огнеупорных материалов все лучшее и разнообразное сырье.
Они имеют
отличные знания в области проектирования материалов, их выбора и т.д. Также они очень открыты для
обмена информацией, поскольку они хотят «вытянуть» маркетинг из конечного пользователя, чтобы
производитель использовал их материалы (особенно в монолитных материалах).
Для установки и сушки огнеупорных материалов поставщик является ключевым ресурсом для обеспечения
правильного размещения продукта и нагрева, чтобы получить свойства, необходимые для конечного
использования.
3. Роль отдела закупок
Людей из отдела закупок иногда считают «злыми персонажами из комиксов Дилберта», которые не
позволяют заводу делать то, что они хотят, а вместо этого вынуждают их покупать то, что они не могут
использовать или не нужно! Однако это не соответствует действительности (частично?), и следует
понимать, что покупка может играть и играет важную роль. Краткая история - я был в Англии на одном из
металлургических заводов и спросил менеджера, какой шлаковый кирпич он использовал. Он ответил:
«Любой, какой привезут эти идиоты из отдела закупок». И он действительно это имел в виду. И по
причине того, что он не принимал участия в покупке, а они отгружали кирпич из 85% MgO и 15% C,
которые они нашли по хорошей цене на той неделе. Производительность цеха варьировалась от 40 до 70
плавок в зависимости от качества кирпича! Это не правильная роль для отдела закупок. Вместо этого он
должен помочь договориться и определить правильную стратегию закупок с конечным пользователем, как
описано в таблице 11.1. Отдел закупок также могут сыграть ключевую роль в отслеживании будущих
тенденций в объединении поставщиков, отслеживании цен на материалы, поиске трудностей с поставками
для продукции или ключевых видов сырья, поиске новых потенциальных поставщиков и, если есть
возможность, увеличении объемов на нескольких заводах.
357
Отдел закупок является частью межфункциональной команды внутренних заинтересованных сторон,
которые участвуют в процессе выбора поставщиков; однако, как неоднократно указывалось, начальник
производства/технологического отдела продолжают нести окончательную ответственность за определение и
указание продукта для цеха, который будет давать самую низкую совокупную стоимость владения для
сталелитейного производства. Сотрудникам, занимающимся закупками, необходимо совместно с
оператором разрабатывать и рассчитывать различные сценарии совокупной стоимости владения при
сравнении предложений с конкурирующими поставщиками. Кроме того, операторы не могут иметь «узкий
кругозор», полагая, что поддержание статус-кво является приемлемым. Они также должны быть
непредвзятыми, когда отдел закупок обращается к ним с вопросами о новых потенциальных поставщиках,
материалах и т.д. Опять же, мы должны гарантировать отношения сотрудничества между оперативным
управлением и отделом закупок.
Обратите внимание, что роль завода заключается в том, чтобы работать вместе с группой закупок для
разработки как минимум двух поставщиков для любой области с эквивалентной совокупной стоимостью
владения, чтобы они могли не только иметь рычаги влияния на переговорах о цене, но и гарантировать, что
в случае перебоев с поставками или проблемы с качеством, которые могут возникнуть у основного
поставщика, всегда будет альтернативный источник. Завод также должен информировать сотрудников
отдела закупок о ключевых рычагах ССВ, чтобы они могли сосредоточить переговоры на выработке
оптимального решения.
4. Роль операторов
Ключевая роль оперативного управления заключается в том, чтобы управлять печами, ковшами и
процессами в соответствии со стандартом и минимизировать вариативность, чтобы определить ключевые
рабочие условия, с которыми может работать разработчик огнеупорных материалов. Это легче сказать, чем
сделать, и большинство отказов огнеупорных материалов связано с вариативностью процессов на
сталеплавильном заводе (более высокие температуры, большие термические циклы, шлаки с низкой
вязкостью и т.д.). Еще одна ключевая роль операторов заключается в том, чтобы сообщить специалисту по
отбору огнеупорных материалов об изменениях ассортимента продукции или технологических методов
/переменных, так что изменения могли быть сделаны заранее, прежде чем возникнут крупные неудачи с
соответствующими затратами.
Таким образом, есть три ключевых правила, которые применяются в процессе проектирования/отбора
огнеупорных материалов, которые должны помнить все стороны:
1. Вы никогда не сможете выбрать / разработать идеальное решение, но вы можете быть оптимальным!
2. Если вы все-таки найдете оптимальное решение, параметры работы изменятся, и вам придется начинать
процесс заново!
3. Это всегда будет интересно!
358
Глава 12
12.0 Заключение
Как закончить книгу такого масштаба? Давайте начнем с рассмотрения того, почему мы начали весь
процесс и посмотрим и была ли достигнута цель.
Мы хотели ответить на несколько ключевых вопросов: «Почему вы выбираете огнеупор, с которым вы
работаете? Как вы выбираете? С чего начать процесс отбора?»
В этой книге мы начали первую главу с целеполагания, и цели оказались сложными и частично
перекрывающими друг друга.
Затем мы углубились в вопрос «В чем проблема?» Или почему происходит износ огнеупорных материалов?
Каковы основные механизмы износа? Главы 2-5 посвящены тому, что такое огнеупорные материалы, какое
сырье используется и как они установлены, и, наконец, какова текстура и свойства установленного
продукта? Главы 6-10 являются специфическими для каждого из ключевых вариантов применения
огнеупорных материалов на сталелитейном заводе, от горячего металлического ковша до непрерывного
литья заготовок, и описывают ключевые проблемы износа и примеры решений.
Наконец, глава 11 посвящена тому, как их закупать и какие ключевые стратегии задействованы в этом
процессе. Таким образом, цель была достигнута с помощью систематического подхода, который может быть
использован любым специалистом по отбору огнеупорных материалов в любой отрасли для поиска решений
их проблем в отношении огнеупорных материалов.
И снова повторим, что цель этой книги - не выбирать огнеупорные материалы для какого-то отдельного
объекта или процесса, или оборудования, а вместо этого, - обеспечить шаг за шагом процесс для того, как
сделать это. Эта книга является достаточно подробным руководством, обеспечивающим хорошую и
прочную основу для отбора материала, но с гораздо меньшей глубиной, необходимой для фактического
проектирования материала с точки зрения производителя огнеупорных материалов.
Предпосылки для этой книги - 25 лет проб / ошибок, успехов / неудач, пота, которые определили
проверенную и истинную методологию успеха. При составлении этой работы я был бы по-настоящему
небрежен, если бы не признал и не поблагодарил ключевых лиц, которые за последние 25 лет внесли прямой
или косвенный вклад в эту базу знаний (см. Выражение благодарности в начале книги).
360
Список использованной литературы
Aneziris C., Poirer J, Tonnesen T, Fire Course - Unitecr’ 20ll, October 30th. 20ll, Kyoto, Japan Fundamentals
on
Corrosion
Behaviour
of
Refractories
www.fire.polymtl.ca/documents/2.2ExperimentalCorrosionTT.ppt
"AutoPore IV." AutoPore IV. Micrometrics. Web. 27 July 2015.
"Basic Oxygen Process." Lime for Basic Oxygen Furnace Applications. Carmeuse NA, Web. 27
July 2015.
Carniglia, Stephen C., and Gordon L. Barna. Handbook of Industrial Refractories Technology:
Principles, Types, Properties,
and Applications. Park Ridge, NJ: Noyes Publications, 1992.
Print.
Crescent R., and Rigaud M, Proceedings of the International Symposium on Advances in
Refractories for the Metallurgical Industries, Winnipeg, Canada, August 23-26, 1987. New
York: Pergamon Press, pp. 235 - 250.
H. Harmuth H., Bradt R C, Investigation of Refractory Brittleness by Fracture Mechanical and
Fractographic Methods; Refractories Manual, 2010; 62 (20l0) [4] 264-269
"Hexmesh™ Accessories Refractory Hardware." J97l-S., Jayne Industries, Web. 27 July 2015.
"How Glazes Melt: In Search of the Elusive Eutectic." Ceramic Arts Daily RSS.. Web. 27 July
2015.
Kingery, W. D., H. Kent Bowen, and D. R. Uhlmann. Introduction to Ceramics. New York:
Wiley, 1976. Print.
Lee, W.E., Zhang, S., Direct and indirect slag corrosion of oxide and oxide-c refractories. VII
International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts, The South African Institute of
Mining and Metallurgy, 2004.
Modern Refractory Practice. Pittsburgh, PA: Harbison-Walker, 1992. Print.
Pan, S. M.; Ho, Y. H.; Hwang, W S, Journal of Materials Engineering and Performance; “Threedimensional fluid flow model
for gas-stirred ladles” June 1997; ProQuest Materials Science
Collection.
"Phase Equilibria Diagrams." The American Ceramic Society. Web. 27 July 2015.
Ruh, Edwin, and J. Spotts Mcdowell. "Thermal Conductivity of Refractory Brick." Journal of the
American Ceramic Society 45.4 (1962): 189-95. Web.
"Diffusers." Vesuvius. Web. 27 July 2015 www.vesuvius.com/en/end-markets/ironsteel/casting/continuous-casting/ tundish-furniture/diffusers/
www.cooksongroup.annualreport2010.com/information/ceramics-products/steel-flow-control
Schacht, Charles A. Refractory Linings: Thermomechanical Design and Applications. New
York: M. Dekker, 1995. Print.
Stett, Mark A. Proceedings of Unified International Technical Conference on Refractories: Fifth
Biennial Worldwide Congress, November 4-7, l997, Radisson Hotel, New Orleans, Louisiana,
USA: Refractories - a Worldwide Technology. Westerville: American Ceramic Society, 1997.
Print
Padfield R.C., “The Relationship Between Hot Strength and the Performance of BOF
Refractories”, Sixth Annual Symposium
on Refractories, St. Louis Section of the American
Ceramic Society, April, 1970.
361
Technology of Monolithic Refractories. Tokyo, Japan: Plibrico Japan, 1984. Print.
Vert, T. A., “A Comparison of Precast Bottom Materials/Designs at Dofasco Inc.”, American
Iron and Steel Proceedings, Chicago, 1999.
Yuan, Quan, Brian G. Thomas, and S. P. Vanka. "Study of Transient Flow and Particle
Transport in Continuous Steel Caster Molds: Part II. Particle Transport." Metallurgical and
Materials Transactions B 35.4 (2004): 703-14. Web.
Schmidt, K; Carbon Based Materials for Severe Service Applications, Presentation at 46th
annual ACerS Symposium on Refractories - SGL Group; March 2010
362
Предметный указатель
Долл. США
Долл. США за кг огнеупорного материала
355
долл. США за шт. огнеупорного материала
355
Долл. США за тонну стали, включая распределение прибыли
355
долл. США за тонну произведенной стали
355
%
% B2O3
2, 5, 6, 7, 22, 23, 26, 47, 48, 49, 52, 60, 64, 70, 75, 89, 97, 99,101, 111,
113,114,121,127,151, 152,157,194,196, 201, 206, 213, 223, 226, 231, 245, 252, 271, 274, 294296, 300, 327
A
Истирание 2, 36, 77, 78, 89, 90,125,196, 200, 204, 210, 216, 221, 230, 236,237, 243, 250,
257, 267, 270, 276, 284, 287, 295, 304, 309, 314, 318, 327, 331, 336, 340, 342, 344, 346, 348
Поглощение 27, 33, 66, 67, 71, 73,113, 209
Печь на переменном токе 241, 253
Катализатор 135, 137, 142, 143, 145
административные расходы
17
заполнители 83, 111, 135,144,150,163,164
захват воздуха
26, 324, 349
попадание воздуха 31
воздушное вяжущее вещество
151
всасывания воздуха/кислорода
338
треугольники Алькемаде 54, 55
глинозем
11, 57, 72, 84,109,110, 111, 112,149,163
графит с оксидом алюминия
128
глинозем-магнезия-углерод (ГМУ)
310
карбид алюминия 119
некристаллический 12
креплениеанкерное крепление
2, 133, 153, 154
андалузит
110, 111, 164
угол воздействия 74, 75, 77, 210
угол смачивания
86, 88
противоокислительные присадки Al 2, 2,118
Al-Mg
118
B4C 118
Mg
118
MgB2
118
приложенное напряжение 36, 196, 200, 204, 211, 216, 221, 230, 236, 237, 243, 251, 257,
267, 270, 276, 284, 287, 295, 305, 310, 314, 318, 327, 331, 336, 340, 342, 345, 347, 348
арочный
139
арочный-замковый-клин 139
система подачи аргона
294
пробка для перемешивания аргона
265, 268, 295, 297
перемешивание аргоном
263, 264, 268, 298
асбест
9
ASTM
61, 65, 94, 95, 165
степень использования
13,18, 73, 90,137, 209
В
перегородка
334 335
363
полая часть 2, 29, 37, 200, 203, 204, 205, 208, 211, 212, 215, 216, 217, 221, 308, 309, 310,
311, 317
основной кислородный конвертер (ОКК)
Стык днища ОКК 5
воздействие на площадку ОКК со стороны загрузки 5
печь ОКК
5
Наклон стадиона ОКК
5
футеровка ОКК
5
устье ОКК 5
Защитная футеровка ОКК 5
стадион ОКК
5
шпур ОКК 5
химический состав выпущенной стали ОКК
5
опорное кольцо ОКК
5
перемешивание расплава 80, 83
боксит
110, 111, 144,150,163,164
связующие 113, 123, 130, 131, 163
биорастворимый
10,12
рулонная изоляция 2, 135, 137, 159, 161, 283, 326
плита
2, 135, 137, 159, 161, 198, 283, 326
канал 31, 304, 346, 348, 349
карбид бора (B4C) 120
узкое место 13,18
дно 2-6, 13, 17, 18, 61, 68-70, 72-74, 90, 91, 100, 115, 116, 140, 148, 150, 151, 156, 172,
173, 185, 187, 191, 193, 196, 197, 209, 210, 224-228, 230-233, 241, 243, 244, 247, 250-254,
263, 265, 267, 268, 273, 276, 282, 284, 286-292, 295, 296, 298, 299, 301, 309, 310, 314, 322,
331, 338
прорывы
2-6, 14, 126, 183,191, 194, 233, 241, 280, 282, 286, 291, 299, 300, 301, 307, 308,
311, 312, 316, 322, 324, 326, 338, 345 кирпич 6, 7, 8,14,17,18, 21, 27, 29, 33, 34, 37, 38, 43,
44, 46, 47, 56, 60, 64, 65, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 76, 79, 83, 84, 87, 92, 95, 100, 104, 111, 114119, 122-123, 125-127, 130, 131, 135, 137, 139-141,149, 150, 154, 164, 165, 166, 173, 180,
181, 190, 191, 196-206, 208, 211, 212, 213, 215-224, 228-231, 236, 237, 239, 243, 244, 247,
251-254, 256-259, 262, 267, 274, 275, 276, 277, 284, 288, 296, 309, 310, 314, 315, 322, 328,
332, 336, 341, 343, 355, 356, 357
покрытие кирпича
200, 204, 211, 216, 221
качество кирпича
199, 357
солевой раствор
97, 99
хрупкий
65, 66, 86,112, 213, 239, 247
коричневый электрокорунд
110, 144, 150, 164
накопление 199, 200, 348, 348,349
заделка сыпучей массой
207, 214
горелки/инжекторы 6
C
Соотношение сырье/катализатор 104
воздействие паров кальция
305, 347
алюминат кальция 31, 43, 56
хлорид кальция
145
карбонат магния-кальция 130
покупка у кэптивной компании 356
углерод
2, 26, 27, 33, 57, 113, 114, 118, 123, 126, 135, 253, 277, 362
печная сажа 125
364
науглероживание 34,127
канцерогены 11
картон для компенсации расширения
200, 204, 211, 216, 221
огнеупорная смесь 38, 43, 65, 135, 142, 143, 144, 145, 154, 155, 156, 157, 163, 173, 233,
270, 309, 322, 325, 328,
332, 336, 341, 343, 345
огнеупоры для литейных цехов 111, 129, 324, 338
керамические волокна
2, 9
площадка со стороны загрузки
73, 74, 208, 209, 210, 212, 213, 214
угол загрузки
230
хромовая руда
33
хромит
126
клиноэнстатит
48
засорение
31, 304, 325, 338, 342, 344, 346, 348, 349
закрытая пористость
86,167
наличие уплотнений
64
коксованная пористость 165, 167, 169
холодная прочность (CCS) 165
товары
354
сжатие
61, 171, 236, 237, 276, 305, 317, 347
проводимость
21
проводник 69
партия
17, 354
герметизация
2, 183, 194, 241, 280, 324
установка непрерывной разливки 279
подрядчик 17
конвекция 22
коррозия
24, 25, 38, 39, 41, 47, 49, 51, 55, 71, 79, 80-84, 86, 89, 113, 116, 121, 123, 159,
161,
165, 167, 168, 173, 176, 177, 178, 179, 223, 229, 231, 237, 271, 276, 283, 306, 315, 319, 322,
326, 327, 330, 347, 349, 361
коррозионная стойкость 165
корунд
46, 47
перекрытия трещин 71,229
возникновение трещины 67,175
распространение трещины 67, 73, 73,175
ползучесть 38, 65, 91, 289
кристобалит 9,12, 48, 60
испытания тиглей 177
корка 113, 247, 248
размер кристалла 101, 102, 106, 164, 206, 213, 218, 239
кристаллический
9,12
клиенты
26
D
шиберная заслонка 334, 335
печь постоянного тока
241, 253, 262, 271, 277
декарбонизация
320
дефлокулянт 145
дегазатор
126, 127, 320, 321
дегидрогенизация 320
расходы на снос
15,17
365
образование плотного слоя
118
Плотность 27, 28, 61, 67, 86, 94, 142, 143, 144, 145, 146, 148, 150, 151, 165, 166, 169, 175,
176, 213, 248, 254, 330, 331, 332
раскисление 26
снятие гарнисажа 204, 216, 322, 330, 331
диаметр воздействующей струи 74, 75, 210
диаспоровый 110
двухкальциевый феррит 249
двухкальциевый силикат 131
дилатантный 145
пробки с прямым контактом
267
утилизация 15, 18, 354
растворение 2, 36, 79, 89, 92,125,197, 201, 205, 211, 217, 222, 230, 236, 244, 251, 258, 267,
270, 276, 284, 296, 305, 310, 314, 318, 328, 332, 336, 341, 343, 345, 347, 349
доломит
2, 44, 130, 149, 313
нисходящая ветвь 322
сухая вибрационная масса 244, 247, 275, 331
высыхание
7, 91, 125, 153, 154, 158, 260, 289, 357
пластичный 65, 66
запыление 146
E
внецентренный донный выпуск 273
Электродуговая печь (ЭДП)
дельта ЭДП
6, 241
Измерительный прибор для пода ЭДП 6
вдувание в ЭДП
6
химический состав шлака ЭДП 6
шпур ЭДП 6
химический состав выпущенной стали ЭДП
6
излучательная способность
23
энергия
15,19, 21, 23, 28, 29, 36, 75,159,183, 210, 241, 292, 313
температура эвтектики
41, 43
эвтектоид
42, 48
припуск на расширение
64, 65, 72, 141,196,197, 200, 204, 211, 221, 229, 230, 244, 251,
258, 259, 284, 310, 314, 315, 318, 319
расширение/сжатие 59,173
пределы воздействия
10
F
рассеяние
148
скорость подачи
146
футеровка
заправочные машины
247, 252
футеровочные материалы 247
полевые условия
179
нити 9
присадочный материал
235, 274, 277
проба из плавки
178
испытание при помощи испытательного пальца
размер хлопьев
114, 115, 116
хлопья
113, 114, 115, 116, 164, 166, 213, 239
366
109
уложенный плашмя 140
флокулянт 145
аппаратные средства управления потоком
330, 332, 335, 336, 337
динамика потока
324
плавиковый шпат 314
принудительная конвекция
22
формальдегид
7,125
форстерит 48, 72
полный пакет услуг 356
дым
2, 7
угол печи
73, 209
кожухи печей
21, 282
сплавленное зерно 16, 19, 71, 206, 213, 218, 239
плавленый кремнезём
60, 63, 67, 108, 144,150
G
заслонка
31, 274, 276, 277, 301, 303, 304, 305, 306, 338, 346, 347, 348
границы зерна
58, 101,102,103,164
размер зерна 101, 130, 131,134, 164, 175, 252
графит
16, 17, 69,104, 113-117, 120, 123, 124, 164, 206, 213, 218, 223, 231, 239, 259,
277
торкретирование
установка торкретирования
135
сопло установки торкретирования
135
H
опасные отходы
18
под
6, 243, 245, 247-254, 256, 257, 263, 264, 268, 274, 275, 277
теплоемкость
21, 69
тепловой поток
21, 23, 24, 37, 159, 283, 326
вяжущее вещество, твердеющее при нагревании
151
разогрев
21, 60, 67, 69, 108, 139, 154, 158 ,169, 173, 348, 357
нагрев
59, 83, 99, 123, 128, 154, 166,176, 177, 181, 292, 298, 313, 315, 318, 322
размер «болота»
250, 266
герцинит
126
уложенный в ёлку 140
гексагональная сетка
157
гексагональная сетка
157
шестивалентный хром
126
высокоглиноземистый
110, 288, 296, 310, 328, 332, 336, 341, 343
высокая температура
4,11, 34, 37, 38, 46, 56, 57,108, 111, 128,135,139,142, 203, 206,
215, 218, 220, 228, 235, 236, 250, 256, 258, 266, 269, 270, 271, 275, 286, 295, 303, 306, 308,
313, 318, 331, 335, 339, 341, 342, 343, 346, 347
загрузка жидкого металла 208, 209
химический состав жидкого металла
184
давление жидкого металла 74, 210
ковш для заливки чугуна 2, 5, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 243, 360
шлака горячего чугуна
184
предел прочности при нагреве (HMOR) 65
зоны максимальных температур 6
гашеная известь
145
гидратация 44, 130, 131, 135, 197, 244, 252, 259
367
I
ударное воздействие
2, 20, 36, 73, 76, 77, 89, 90, 125, 151, 152,196, 200, 204, 209, 210,
216, 221, 230, 236, 237, 243, 250, 257, 267, 270, 276, 284, 287, 289, 290, 295, 304, 309, 313,
318, 327, 331, 336, 340, 342, 344, 346, 348
противоударное уплотнение
90, 91, 287, 289, 334, 335, 336
зона ударного воздействия 325
примеси
19, 26, 48, 58, 67, 99, 102, 103 106, 111, 114, 135, 308, 312, 320
мусоросжигательная установка 7, 8
наклонный кирпич
202, 224
включение 26, 27, 31
затраты на монтаж 17
монтажные наборы
356
изоляционный слой 197
изоляция
9,11, 23, 24, 25, 109, 135, 137, 159, 160, 161, 167, 170, 176, 197, 198, 245, 246,
283, 285, 326, 327, 327.328
рулонная изоляция 137
изоляционная плита
137
изолятор
21, 69
промежуточный сосуд
324, 338
внутренняя нагрузка
62, 65, 65,173
изостатический пресс
325
J
стыки
31, 46, 64, 72, 92, 135, 137, 140, 141, 150, 151, 161, 191, 225, 229, 230, 235,
258, 274, 283, 284, 296, 322, 325, 326, 327, 328
К
замковыей кирпичи 92, 139, 149, 298
кианит
110
L
полая часть ковша 310
дно ковша 140
ковшевая металлургия
47, 126, 279, 292, 313, 318
ковшовый песок
128, 304, 305
перемешивание в ковше 77, 292
L-образные анкеры 155
правило рычага
42
известняк
13, 14, 30, 31, 41, 42, 43, 44, 45, 51, 53, 55, 56, 58, 59, 102, 104, 130, 131, 252,
322
линейное изменение
62, 63, 64, 91, 174, 289
опорное кольцо
317
снятии гарнисажа с ободка 313, 318
жидкий чугун
2, 5, 6, 129, 183, 191, 193, 195
линия ликвидуса
41, 47
поверхности ликвидуса
55
расходы на логистику
15,17
низкоглинозёмистый
107 109
покупка в стране с дешевым производством
356
нижние конусы
221
нижние боковые стенки
256
368
M
магнезия
18, 44, 46, 48, 49, 56-58, 67, 79, 80, 84, 89, 91, 99, 107, 125, 126, 130, 131, 163,
164, 180, 181,197, 200, 201, 204, 205, 211, 213, 216, 217, 221-223, 230, 237, 244, 251, 252,
258-260, 267, 276, 277, 284, 289, 310, 322, 333, 344, 345, 356
магнезит
72
магний
119 120
феррит магния
249
техническое обслуживание
7, 9, 13, 14, 15, 18, 247, 356
матрица
36, 71, 78, 83, 92, 123, 142, 144, 150, 163, 164, 172, 229
механическое воздействие 37, 73
механическая ударопрочность
76
свойства плавления 38, 95
MgO-C
18, 22, 27, 33, 56, 57, 71, 104, 116, 117, 118, 139, 166, 180, 181, 207, 213, 214,
229, 239, 305, 313, 314, 315, 347
Микро-плита
161, 283, 326
микротрещины
164
микродефекты
71, 229
микроснимки
84, 164, 176
минералогический состав 39, 91, 169, 247, 249, 289, 354
замковые мини-кирпичи 139
модуль упругости
65, 67, 68, 70, 91, 289
влага 19, 44, 119, 130, 143, 144, 145, 150, 154, 330, 331
монолитный 95, 135, 136, 139, 140, 143, 150, 153, 191, 196, 197, 201, 233, 244, 247, 251,
252, 253, 284, 285, 287, 288, 310, 318, 319, 327, 328, 357
раствор
31, 72, 135, 141, 150, 151, 152, 229, 298, 299, 300, 305, 354
формовой порошок 31,176, 349
чистка устья 200
муллит
12, 47, 55, 107, 109, 110, 111, 144, 144,150
несколько бойков 253
N
естественная конвекция
22
природные минеральные волокна
9
поглощение азота 26
неметаллические включения
301, 338
сопла 30, 31, 34, 116, 128, 176, 306, 307, 325, 343, 344, 345, 349, 352, 354
О
оливин
332
открытая пористость
86, 169, 170
операционное воздействие 15
органические полимеры 145
стойкость к окислению
99, 113, 114, 116, 120, 125
процессы продувки кислородом 193
кислородная фурма 200, 296, 306, 341, 347
поглощение кислорода
330, 334
перемешивание кислородом
225, 228, 231
P
панельный метод испытаний
твердость частиц
77
теория упаковки частиц
166
176 181
369
форма частиц
77
размер частиц
37, 77, 95, 95,145
распределение размеров частиц 95
пассивирующий слой
80
подварка
7, 18, 19, 74, 148, 213
пиковая температура
36, 125, 196, 199, 203, 208, 215, 220, 228, 235, 236, 243, 250,
256, 266, 269, 275, 284, 286, 295, 303, 308, 313, 318, 327, 331, 335, 339, 342, 343, 346, 347
проникновение
2, 36, 86, 88, 89, 106, 125 ,197, 201, 205, 212, 217, 222, 230, 236, 237,
244, 251, 258, 267, 270, 276, 284, 288, 296, 306, 310, 315, 318, 328, 332, 336, 341, 343, 345,
347, 349
Университет штата Пенсильвания
8
проницаемость
86, 134, 167, 168, 169
фазовые изменения 108
фазовая диаграмма
Al203—Si02 109
Al203—Zr02 109
Ca0—Al203 109
370
