Основні напрямки покращення якості периклазовуглецевих вогнетривів для кисневих конверторів
Основні напрямки
покращення якості периклазовуглецевих вогнетривів для кисневих конверторів
Конвертор – агрегат для виробництва сталі, дія якого
полягає в продувці рідкого чавуну киснем. Конвертор представляє собою велику
стальну реторту, футеровану вогнетривкими виробами. Форма корпуса грушоподібна,
симетрична. Корпус кисневого конвертера складається з днища, нижнього усіченого
конуса, циліндричної частини і конічної горловини. Біля основи верхньої
конічної частини кожуха конвертора розташовано сталевипускний отвір.
Розрізняють конвертори з верхнім дуттям (LD), нижнім (OBM) і комбінованим (ТВМ,
LBE) (рис.1.1) [1].
Вогнетриви
в кисневих конверторах піддаються дії основних шлаків, змінного газового
середовища, металів при температурі ~ 1700 С°, та інтенсивного механічного
стирання в результаті турбулентної циркуляції металу та шлаку [2].
Вплив
різних факторів на зношення вогнетривів обумовлюється ділянкою футеровки
конвертора. В зоні металу (нижня конічна частина і днище) зношення
відбувається головним чином турбулентними потоками рідкої сталі, в шлаковому
поясі (циліндрична частина) – оксидами заліза, шлаку, на ділянці завантаження
шихти йде інтенсивне абразивне зношення під дією скрапу і рідкого чавуну,
на руйнування футеровки верхнього конуса істотний вплив робить
атмосферний кисень. Всі зони футеровки піддаються дії різких термічних ударів і
змінного газового середовища [3].
На
стійкість вогнетривів в футеровці впливає вміст кремнезему та заліза в рідкому
чавуні, зміна температури, основність шлаку, режим кисневого дуття, а також
конструкція фурм (їх положення відносно рівня дзеркала ванни), маса плавки,
розмір і кількість металобрухту. [2].
Зношення
футеровки кисневих конверторів, виконаної периклазовуглецевими вогнетривами, відбувається
поступово шляхом зневуглецьовування поверхневого шару футеровки [3].
а)
Конвертор типу LD (з верхнім дуттям);
б)
Конвертор типу OBM (з нижнім дуттям);
в)
Конвертор з комбінованим дуттям і фурмами в днищі;
г)
Конвертор з вставним днищем:
1 –
безвипальний вогнетрив на смоляній зв’язці; 2 – периклазовий вогнетрив; 3 –
шамотний вогнетрив; 4 – набивка.
Рисунок
1.1 – Різновиди конверторів в залежності від способу дуття
На
сучасному етапі розвитку металургійної промисловості значно підвищилися вимоги
до сталі за структурним та хімічним складом, що безпосередньо зв’язано з розробкою
нових якісних вогнетривів для кисневих конверторів. При цьому сучасні
вогнетриви повинні мати високу стійкість до хімічних і термічних навантажень і
не забруднювати своїми компонентами сталь, що плавиться.
Аналіз
сучасного стану і перспектив розвитку вогнетривів показав, що для робочої
футеровки кисневих конверторів широке розповсюдження отримали периклазовуглецеві
вироби.
До
переваг даних вогнетривів можна віднести: низький т.к.л.р, високу
теплопровідність, стійкість до термічних ударів, високу вогнетривкість,
шлакостійкість, металостійкість, але вагомим недоліком вогнетривів в склад яких
входить вуглець є його вигорання. Отже, для підвищення якості виробів необхідно
використати заходи до зменшення вигорання вуглецю, як в технології виробництва
так і під час служби в тепловому агрегаті.
До
напрямків покращення технології виробництва периклазовуглецевих виробів, що
мають за мету підвищити якість даних вогнетривів, можна віднести:
·
підвищення ступеня чистоти сировини;
·
введення комплексних антиоксидантів;
·
розробку і удосконалення технологічних зв’язок;
Периклазові
порошки є головним видом сировини для виробництва периклазовуглецевих, а
також інших вогнетривких виробів. Важливою проблемою магнезіальної сировини є
її чистота. Вважається, що ціна периклазового клінкера є прийнятною до вмісту в
ньому 96,5 % MgO, подальше очищення стає економічною проблемою. Поява
високоякісних периклазовуглецевих вогнетривів в конвертерному виробництві
зменшило витрату вогнетривких виробів на 1 т сталі до 1,6 кг і це зменшення
вважають досягнуто за рахунок зниження вмісту оксидів заліза в периклазі.
Графіт є найкращим
вуглецевим матеріалом для використання в вогнетривах, бо має упорядковану
структуру стійку до окислення. Головною проблемою є якість графіту, яка
визначається величиною частинок і максимальною чистотою за хімічним складом.
Для зменшення витрат на очищення і отримання в кінцевому результаті більш
чистого і якісного графіту потрібно використовувати графіт, який має
забруднення між шарами. Бо якщо домішки в графіті (SiO2, CaO та
інші) знаходяться усередині шару, то очистити його можливо тільки флотацією. В
неочищеному графіті домішки реагують с вогнетривким заповнювачем (MgO), що
впливає на властивості і стійкість вогнетривів. Неочищений графіт в виробах
легко окислюється, крім того, його присутність в матеріалі помітно знижує
високотемпературну міцність виробів.
Значну
увагу продовжують приділяти дії металів на властивості периклазовуглецевих
композицій, а особливо на щільність і окислюваність. Ефективну антиоксидантну
дію в композиціях MgO – С відіграють добавки борида цирконія і кремнія, а також
карбіду бора, у тому числі в сполученні з металами. Інгібіторами, які
безпосередньо впливають на вуглець є сполуки фосфору. Вони знижують швидкість
вигорання графіту за рахунок деактивації каталітичних домішок графіту, а також
сприяють закриттю і зменшенню активаційних центрів вуглецю. Антиоксидантними
властивостями також володіє графітова спель (відходи металургійної
промисловості) тому її використання сприятливо відображається на якості
виробів. А так, як вона містить у своєму складі вуглець від 30 до 75 % (в
середньому 60 %) то її використовують в якості вуглецьвміщуючого компоненту
спільно з графітом. Графітова спель є перспективною сировиною для
виробництва вуглецьвміщуючих вогнетривів тому що вона вирішує проблему
ресурсозбереження і дозволяє створити безвідходну технологію для деяких
виробництв чорній металургії.
Розповсюдження
також отримало механічне перешкоджання вигорання вуглецю, яке включає:
пасивацію, отримання всіляких антиоксидантних покрить, обмазок, легкоплавких
глазурей, мас та торкрет – мас, застосування металічних касет. Пасивація може
бути здійснена: покриттям, просочуванням, покриттям методом розплавлення
(силіціювання, борирування), плазмовим покриттям.
Підвищені
екологічні вимоги та вимоги до якості вогнетривів створюють необхідність
розробки нових зв’язок з високим коксовим залишком, що при термообробці не
виділяли б токсичні і канцерогенні речовини. До теперішнього часу в технології
периклазовуглецевих виробів використовуються кам’яновугільні смоли і пеки,
порошкоподібну фенольну зв’язку, рідкий бакеліт, розчини лігносульфонатів і
концентрати сульфітно – спиртової барди. Проте при термообробці перераховані
зв’язки виділяють токсичні і канцерогенні речовини – фенол, 1,2 – бенз(а)пірен,
аміак. Тому розроблені екологічно безпечні зв’язки на основі термореактивних
смол – меламінових, епоксидних, карбамідних, ненасичених поліефірних,
резорцинових, які не містять фенол і не дають в результаті деструкції токсичних
канцерогенних речовин. В результаті багаторічних досліджень отримані резорцинвміщуючі
термореактивні органічні зв’язки (РТОЗ),які є вуглецевою зв’язкою з великим
коксовим залишком і необхідною в’язкістю для формування виробів. Комплекс
досліджень показав можливість використання і високу ефективність зв’язки РТОЗ в
виробництві безвипальних периклазовуглецевих вогнетривів.
.Для
формування щільної структури периклазовуглецевих вогнетривів, яка перешкоджає
проникненню О2, необхідно використання:
·
змішувачів нового покоління
·
формувального комплексу і високого тиску пресування;
·
високощільного вихідного вогнетривкого заповнювача;
·
оптимальних зв’язок;
·
добавок високотемпературного і низькотемпературного спікання;
·
гарячого пресування брикетів з наступним подрібненням до отримання
зернистого матеріалу.
Фактично
процес змішування в технології периклазовуглецевих вогнетривів є ключовою
технологічною операцією, яка визначає в кінцевому підсумку терміни експлуатації
виробів. Так як змішувачі, які використовувалися раніше (бігуни, відцентрові
змішувачі) не задовольняли вимогам технології якісних вогнетривів, тому в
останні роки намітилась тенденція використання новаційних планетарних
змішувавальних механізмів з обертаючимися 1 – 2 мішалками (зірочками), з
нерухомими або обертаючимися скребками, які розташованими по внутрішній стінці
змішувача, з котками різної маси і регульованою висотою розташування. Але
розвиток змішувальних пристроїв не стоїть на місці і завдяки таким прогресивним
фірмам як „Айріх” та „Лайс” був зроблений значний крок в покращенні планетарних
змішувачів і розробки нових. Так фірма „Айріх” виготовляє планетарні змішувачі
з чашею, механізмами завихрюваннями і зіркоподібними мішалками, які
обертаються, і забезпечують інтенсивне перемішування компонентів суміші.
Сучасні змішувачі з механізмами завихрювання не мають котків, завдяки цьому
підвищується корисна місткість змішувача. Випускаються змішувачі „Айріх” з
різними новаторствами: з підігрівом і охолодженням, з перемішуванням у вакуумі,
в інертному середовищі і різною їх комбінацією.
Розробка,
удосконалення і створення змішувачів нового покоління сприяє розширенню
технологічних можливостей машин і асортименту приготування маси.
Для
пресування периклазовуглецевих мас використовуються гідростатичні, фрикційні,
ізостатичні та інші преса. Найкращі за можливостями преса фірми „Лайс”,
використання їх в виробництві дозволяє покращити якість готових виробів.
Застосування їх дозволяє обирати оптимальний режим пресування, регулювати
пресове зусилля, швидкість пресування на різних етапах. Мають автоматичну
систему регулювання товщини сирцю з допусками ± 0,1 мм.
З
метою виключення додаткового подрібнення графіту при пресуванні, що призводить
до інтенсифікації процесів його вигорання, маси пресують з використанням
багатоступінчатого пресування. Відмінністю даного пресування є повільна
швидкість наростання тиску на першій стадії і повним зняттям зусилля пресування
після досягнення заданого тиску (на першій стадії).
Перспективним
при пресуванні периклазовуглецевих мас вважається формувальний комплекс, в
якому маса, що пресується, попередньо повільно придавлюється, а потім
пресується. Величину пресового зусилля встановлюють дослідним шляхом, виходячи
з того що щільність сформованого сирцю повинна бути ≥2,85 – 2,95 г/см3.
Як правило, зазначена щільність виробів досягається при тисках пресування в
межах 100 - 150 Н/мм2. Збільшення тиску пресування до 200 Н/мм2
при відсутності перепресовок підвищує щільність сформованого сирцю до 3,0 – 3,1
г/см3, тобто йде зменшення пористості і підвищення щільності
структури виробу.
Однак
підвищення щільності, яке досягається пресуванням, потребує в сотні разів менше
енергетичних витрат, ніж аналогічний ефект, який досягається при спіканні. Тому
безвипальна технологія, яка використовується для виробництва вогнетривів
представлених в даному дипломному проекті є енергозберігаючою, що є значною
перевагою її над випальною.
Для
отримання якісних щільних вогнетривких виробів, які працюють в жорстких умовах,
необхідно використовувати плавлені периклазові порошки. Перевагою плавлених
порошків над спеченими є низька пористість самих зерен плавленого периклаза,
висока щільність. Вироби мають підвищену стійкість до відновлення вуглецю до
газоподібного стану. Недоліком є дорожнеча даної сировини в порівнянні з
спеченими і тому введуться дослідження над підвищенням щільності і якості
спечених порошків. Перспективним є використання порошку, що пройшов
двостадійний випал, бо він забезпечує отримання більш чистої і щільної
сировини.
Ущільнення
структури вогнетривів також досягається за рахунок введення добавок, які або
продукти яких, при підвищених температурах розширюються, спікаються і роблять
структуру щільною.
До
високотемпературних добавок відносять порошки металічного Si, Al, Cr, Mg, Fe,
SiC. При їх додаванні утворюються продукти з більшим об’ємом, які заповнюють
пустоти і пори, зменшуючи при цьому пористість і газопроникність. Працюють при
температурах вище 1000 С°(до 1000 С° не діють).
Щільні
і міцні вироби отримують на основі MgO – C методом гарячого пресування брикетів
з подальшим їх подрібненням до отримання зернистого матеріалу. При використанні
цієї технології досягається рівномірний розподіл вуглецю.
Стійкість
футеровки пов’язана не тільки з технологічними параметрами отримання
вогнетривів, а й з умовами експлуатації. Використання та удосконалення методів
торкретування, регулювання складу шлаку, точний контроль розгару футеровки,
захист від змочування шлаком і металом, дозволило значно підвищити стійкість
вогнетривів для кисневих конверторів. Перспективним методом підвищення
стійкості також є використання пневматичного спінювання шлаку азотом.
Продування азотом під високим тиском спінює шлак і розбризкує його на вогнетривку
футеровку. По суті шлак захищає футеровку від зношення.
Торкретування
є одиним із методів захисту футеровки з метою максимального її використання.
Раніш всю футеровку конвертора торкретували однією масою, зараз використовують
різні торкрет-маси в залежності від зони нанесення і необхідного терміну
служби.
Отже,
об’єднання всіх засобів захисту футеровки під час служби, а також удосконалення
параметрів виробництва значно підвищують експлуатаційну стійкість
периклазовуглецевих вогнетривів для кисневих конверторів.