Конструкция футеровки конвертера
Корпус кислородного конвертера состоит из днища, нижнего усеченного
конуса, цилиндрического пояса и конической горловины. У основания верхней конической части кожух конвертера имеет сталевыпускное отверстие, которое предназначено для лучшего отделения стали от шлака во время её выпуска в ковш после каждой плавки. Кожух конвертера имеет симметричную горловину.
Днище кислородного конвертера предлагается выполнить вставным. Вставное днище представляет собой металлическую футерованную крышку, вмонтированную заподлицо в люк определенного диаметра. Относительно небольшие размеры такого днища и его центральное положение позволяют сохранить жесткость и прочность корпуса, обеспечивая при этом быстрое охлаждение футеровки во время ремонта, и организацию подачи огнеупорных материалов с уровня пола цеха. Однако при ремонте такого днища футеровка разрушается и выполняется вновь.
В соответствии с профилем конвертера его футеровку подразделяют на следующие основные части: днище, цилиндрическую часть и горловину. Кладка этих частей имеет некоторые особенности как вследствие своего расположения, так и условий службы. Для огнеупоров горловины конвертера характерны специфические условия службы: налипание металла на футеровку в результате его выбросов и резкие термические удары. Футеровка нижней конической части и днища контактирует с бурлящим металлом, и в меньшей степени со шлаком. Футеровка цилиндрической части разрушается преимущественно в результате химического взаимодействия с бурлящим шлаком, нагретым до высокой температуры с последующим смыванием прореагировавшего рабочего слоя газовым потоком, металлом и шлаком. Служба огнеупоров во всех зонах усложняется значительными термическими ударами и воздействием переменной газовой среды. Завалочная сторона футеровки разрушается механически при загрузке скрапа и чугуна. Футеровка сталевыпускного отверстия находится в чрезвычайно жестком тепловом режиме: во время выпуска плавки рабочая поверхность кладки нагревается от 400 - 700 до 1590 - 1680 оС и подвергается истирающему воздействию жидкого металла и шлака. В связи с этим важно, чтобы футеровка этой части обладала хорошей термической стойкостью и высокой прочностью. В большинстве случаев наибольший износ наблюдается в районе шлакового пояса и загрузочной стороны. Интенсивно разрушается также кладка сталевыпускного отверстия.
Футеровка конвертера должна иметь высокую прочность и плотность. Для обеспечения прочности и плотности кладки большое значение имеет правильный расчет и распределение температурных швов в огнеупорной кладке, так как недостаточное их число ведет к вспучиванию, разрушению кладки и деформации металлического кожуха, а избыточное их количество – к проникновению металла и шлака в футеровку. Материалом для температурных швов служат дерево, картон, толь. Они закладываются между кирпичами в виде пластин, соответствующих размерам плоскостей укладываемого кирпича. Температурные швы огнеупорной кладки футеровки делают рассредоточенными, что позволяет обеспечить равномерный рост кладки и исключает проникновение металла и шлака в кладку.
Футеровка конвертера выполняется из нескольких слоев различных огнеупорных материалов. В настоящее время в эксплуатации находится двухслойная футеровка, состоящая из арматурного и рабочего слоев.
Арматурный слой предназначен для защиты металлического кожуха конвертера от непосредственного воздействия расплава. Поэтому арматурный слой изготавливается из обожженных высококачественных огнеупорных материалов (периклазового кирпича) и выкладывается толщиной 115... 230 мм. Зазоры между стальным корпусом и кирпичом заполняют периклазовым порошком без использования раствора. Обычно арматурный слой выдерживает несколько кампаний без замены.
Рабочий слой обеспечивает технологический процесс ведения плавки. Как правило, в настоящее время он изготавливается из периклазоуглеродистых огнеупоров. Кладку ведут без раствора с перевязкой швов, кольцами или по винтовой линии.
Кладка по толщине рабочего слоя выполняется, как правило, из двух кирпичей (блоков) различной длины. Стойкость рабочего слоя стен определяет длительность кампании конвертера и его технико-экономические показатели.
Футеровка рабочего слоя верхней конической части выполняется горизонтальными рядами. В отечественной практике три - десять верхних рядов выкладываются из периклазошпинелидных обожженных огнеупоров на соответствующих растворах. Плохая стойкость огнеупоров обусловлена повышенным износом кладки на этом участке вследствие ударных и абразивных воздействий загружаемых твердых шихтовых материалов, окисления углерода связки огнеупора за счет контакта с окислительной атмосферой и взаимодействия воды с материалом кирпича, попадаемой при подтекании фурмы, или охладителя конвертерных газов.
Профиль футеровки днища может иметь сферическую или плоскую форму. Во всех случаях на металлический кожух укладываются листовой асбест и выравнивающий слой периклазовой массы на сернокислой магнезии или доломитовой массы на смоляной связке. Рабочий слой выполняется из периклазоуглеродистого кирпича, поставленного на торец обычно в два слоя или в один слой. Вся кладка выполняется без раствора с перевязкой швов каждого слоя путем поворота последующего слоя на 45 ... 90°. Швы кладки заполняются тонкомолотым периклазовым порошком размером частиц менее 0,2 мм.
В районе границы верхней конической и цилиндрической частей конвертера находится сталевыпускное отверстие.
Угол наклона канала отверстия к горизонтали может изменяться в широких пределах от 0 до 45° и определяется удобством горячих ремонтов отверстия, его стойкостью, зависящей от гидродинамики струи расплава, изменением траектории струи в процессе слива, требующего точной центровки относительно сталеразливочного ковша, исключением возможности совместного слива металла и шлака.
Учитывая большие скорости металла и его размывающие воздействия на огнеупоры при прохождении через сталевыпускное отверстие, последнее выкладывают из специальных блоков, изготовленных на основе плавленых периклазовых огнеупоров, сравнительно неплохо противостоящих размывающему действию расплава. Однако стойкость сталевыпускного отверстия пока остается самой низкой по сравнению с другими элементами футеровки конвертера.
Длина выпускного отверстия обычно составляет 1200 - 1500 мм и его футеровка выступает за корпус конвертера на расстояние 500 - 700 мм в зависимости от угла наклона отверстия, что обеспечивает необходимую траекторию струи металла. Внутренний конец блоков закреплен в рабочем слое футеровки. Остальная часть блоков крепится в арматурном слое, который выполняется из периклазовых огнеупоров.
Как уже упоминалось, износ огнеупорной кладки в кислородных конвертерах имеет сложный характер и зависит как от качества огнеупорных материалов, так и от технологии плавки. Основным фактором является воздействие газошлакометаллической эмульсии. Это подтверждается тем, что наиболее интенсивный износ футеровки наблюдается, как правило, в средних и верхних участках футеровки. Общий характер износа футеровки наиболее полно характеризуется топографией ее рабочей поверхности в конце кампании.