Ремонт футеровки индукционной печи
Обновлено: 04.05.2024
Футеровка индукционной печи ИСТ-025/032 – кислый процесс
Влажность кварцита не должна превышать 0,3 %. Зерновой состав должен быть следующим, %, по массе:
- проход через сетку № 5 — 100
- остаток на сетке № 3.2 — не более 5
- остаток на сетке № 1 — 40—50
- остаток на сетке № 02 — 20—30
- остаток на сетке № 02 — 20—30
Кварц молотый пылевидный марки А по ГОСТ 9077-82.
Цемент высокоглиноземистый марки ВЦ-75 по ТУ 21-20-60-84 или алюминат кальция по ТУ 6-03-339-78 опытного завода НИИ Цемент г. Подольск.
Борная кислота по ГОСТ 9656-75 или борный ангидрид. Влажность борной кислоты 0,2 %.
Картон асбестовый толщиной 5 мм или 8 мм по ГОСТ 2850-80.
Слюдопласт гибкий марки ИФГ-КАХФ толщиной 0,2—0,3 мм по ТУ 21-25-263-82.
Футеровка тигля кварцевой массой
Перед началом футеровки тигля индуктор покрывают обмазкой состава, %, по массе:
- кварцит фракции до 1 мм, отсеянный от кварцита;
- высокоглиноземистый цемент;
- вода сверх 100 %.
Обмазку наносят мастерком вертикальными полосами шириной 15—20 см с тщательным заполнением зазоров между витками.
На первый слой, после его схватывания, наносят второй и наклеивают асбестовую ткань, смоченную водой с нанесенной обмазкой 1,0—1,5 мм в сметанообразном состоянии.
Обмазку сушат в течение 24 ч при температуре 20—25 °С, а далее сушат лампами для инфракрасного излучения или нагревателем при температуре около 100 °С в течение 24 ч.
Во время сушки обмазки воду в индуктор не подают.
Общий вид футеровки показан на рис. 1.8.
Устанавливают сигнализатор контроля состояния футеровки тигля электропечи в соответствии с технической документацией.
Перед началом футеровки тигля обмазанный индуктор обкладывают изнутри слоем слюдопласта или слоем асбестового картона (рис. 1.8, поз. 13).
Слюдопласт или асбест прижимают к индуктору с помощью специального распорного кольца из стальной пружинной проволоки. По мере набивки тигля кольцо извлекают.
Состав набивной кварцевой массы должен быть следующим, %, по массе:
При применении Первоуральского кварцита
- кварц — 88,8,
- борная кислота — 1,2—1,9,
- борный ангидрит — 0,8.
Дозирование компонентов производится взвешиванием с точностью +/— 2 % по массе.
Набивную массу готовят в смесителе, который должен иметь крышку с резиновым уплотнением.
В смеситель загружают кварцит и молотый пылевидный кварц, затем равномерно рассыпают борный ангидрит или борную кислоту. Перемешивают в течение 10 мин.
Перед набивкой дна необходимо заделать отверстия выводов сигнализатора состояния футеровки, стеклопластиковые трубки выводов.
На подину печи укладывают слои асбестового картона толщиной 5 мм (рис. 1.8, поз. 6).
Для набивки нижнего слоя дна тигля применяют смесь: кварцит — 90% ; пылевидный кварц — 10% без добавки борного ангидрита или борной кислоты.
Засыпают смесь слоем 50—70 мм. Засыпку производят с помощью ведер, при этом следует избегать падения массы с высоты с целью предотвращения расфракционирования и пыления. Кварцит разравнивают и уплотняют.
Для уплотнения кварцитовой массы применяют лопатообразные ручные трамбовки с заостренным концом и плоскую ручную трамбовку (рис. 1.9). При уплотнении массы необходимо трамбуемую поверхность пройти лопаткой не менее трех раз. Расстояние между ударами лопатки должно быть не более 40 мм. При первом проходе лопатки ее нужно держать в радиальном направлении, при повторном — перпендикулярно к радиусу, чтобы трамбуемая поверхность штыковалась в виде креста.
Поверхность уплотненного слоя взрыхляют на глубину 8—10 мм лопаточной трамбовкой для обеспечения надежного сцепления слоев.
Засыпают кварцитовую набивную массу и уплотняют. Дно тигля набивают на 20—30 мм выше, чем необходимо. Затем соскребают с помощью деревянной планки для выравнивания дна тигля. Остатки массы удаляют из печи с помощью подъемной лопатки. Затем дно тигля дополнительно уплотняют плоской трамбовкой. С помощью центрирующих реек устанавливают шаблон и фиксируют его, загружая шихтой (рис. 1.8, поз. 5). Удаляют центрирующие рейки или засыпают кварцитовую массу на высоту 50-70 мм, разравнивают и уплотняют.
Продолжают набивку стенок тигля, засыпая кварцитовую массу слоями по 50—70 мм, применяя дополнительное постукивание шаблона слесарным молотком с внутренней стороны.
Набивку стенок тигля (рис. 1.8, поз. 3) ведут до уровня, указанного в чертеже, до воротника (рис. 1.8, поз. 2).
Футеровка индукционной печи
Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!
Войти
Уже есть аккаунт? Войти в систему.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Главная
Активность
- Создать.
Важная информация
Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.
Футеровка индукционной печи
Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!
Войти
Уже есть аккаунт? Войти в систему.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Главная
Активность
- Создать.
Важная информация
Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.
Причины выхода из строя футеровки индукционных печей. Физико-химические процессы износа футеровки
Причины выхода из строя футеровки индукционных печей. Физико-химические процессы износа футеровки
Основной причиной выхода тиглей из строя является их сквозное спекание и растрескивание, сопровождающееся выходом металла к индуктору. Слабым звеном в футеровке тигля является шлаковый пояс, где футеровка обильно насыщена SiO2, CaO, MnO, R2О. Содержание MgO в рабочих зонах снижается до 20,97 %, Fe2O3 достигает 8,2 %. Результаты химического и минералогического анализов футеровки шлакового пояса показали, что огнеупоры весьма значительно насыщаются силикатными расплавами, в результате чего примерно в 4 раза увеличивается содержание силикатов в рабочей зоне и высокоогнеупорная форстеритовая связка заменяется неогнеупорной монтичеллитовой. Известно, что монтичеллит начинает корродировать зерна хромшпинелида при 1400 °С, причем с увеличением температуры процесс интенсифицируется. При температуре металлургического процесса 1600-1640 °С при неограниченном снабжении футеровки расплавами наблюдается разрушение агрегатных скоплений, а также отдельных зерен периклаза и зерен хромшпинелида, в результате чего вместо обломочной структуры образуется структура с корродированными зернами периклаза и хромшпинелида, разобщенными силикатными прослойками и участками силикатов. Такая структура менее износоустойчива в службе и обусловливает высокий износ шлакового пояса тигля вследствие оплавления. Так же как и в футеровке шлакового пояса дуговых печей, в шлаковом поясе тигля не наблюдается рекристаллизации зерен периклаза.
Подина печи работает в несколько отличных (по сравнению со стенками) температурных условиях, она подвергается более длительному воздействию расплавленного металла, т. е. скорости процессов по сравнению с верхом тигля должны увеличиваться. Однако контакт подины со шлаком ограничен (слив металла, начало плавления), поэтому должны увеличиться в основном скорости твердофазовых реакций. Это подтверждается данными минералогического исследования. Установлено, что в рабочей зоне подины количество вторичного шпинелида сложного состава увеличивается до 20-25 %, содержание силикатов в рабочей зоне не превышает 5-15 %.
Увеличение количества силикатов в футеровке приводит как к ее износу, так и к спеканию. В основной футеровке возрастает роль порошкообразного буферного слоя, примыкающего к индуктору. Наличие этого слоя особенно важно при применении материалов с высоким содержанием MgO, обладающих повышенным термическим расширением в интервале температур 1200-1400 °С и склонных к растрескиванию вследствие усадки при более высокой температуре, в результате чего возможен проход металла на индуктор.
Поскольку наиболее расплавоустойчивой фазой является периклаз, то восстановление шлакового пояса основных тиглей целесообразнее проводить массой из плавленого магнезита с содержанием 95-96 % фракции мм.
Футеровка индукционных тигельных печей периклазовыми и периклазохромитовыми массами
Футеровка индукционных тигельных печей периклазовыми и периклазохромитовыми массами.
Периклазовую и хромопериклазовую футеровку индукционных тигельных пеней применяют при плавке качественных сталей и сплавов, в которых строго лимитировано содержание кремния, фосфора, серы, неметаллических включений, а также жаропрочных и тугоплавких сплавов. Нецелесообразно плавить в печах с основной футеровкой обычные углеродистые, кремнистые и другие стали, расплавляемые при сравнительно невысоких температурах (1450-1550 °C), при которых может успешно служить более дешевая и недефицитная кислая футеровка.
Наиболее целесообразно применять зерна разной величины. Общие принципы при подборе зернового состава периклазовой и хромопериклазовой набивной футеровки такие же, как и кварцитной, однако, следует количество крупных фракций брать с учетом доизмельчения некоторой части массы при набивке пневматической трамбовкой или отбойным молотком. Содержание средних и мелких фракций регулируется необходимостью наиболее плотной укладки крупных зерен. При этом содержание мелких фракций должно быть минимально возможным, чтобы замедлить глубокое спекание набивных масс в процессе службы футеровки. Таким образом, правильное соотношение между фракциями зерен является одним из важных факторов, обусловливающих термостойкость и металло- и шлакоустойчивость футеровки из набивных масс, особенно основных и нейтральных.
Увеличение содержания крупных фракций более 50 % приводит к расфракционированию шихты при набивке и расслоению футеровки тигля в процессе эксплуатации печи. Увеличение количества средних фракций приводит к уменьшению плотности набивки.
Рассеянные по фракции порошки магнезита и хромомагнезита хранят раздельно. Дозированные в необходимом соотношении сухие фракции (компоненты) тщательно смешивают в механических смесителях или бегунах. Все фракции перемешивают до равномерного распределения. Приготовленную сухую массу используют непосредственно для набивки или слегка увлажняют раствором сернокислого магния или другого связующего раствора. Раствор готовят заранее. После увлажнения массу вновь тщательно перемешивают в тех же мешалках. Приготовленную массу для влажной набивки выдерживают в специальной таре под влажной мешковиной для равномерного распределения влаги. Практикой установлено, что слегка увлажненные основные массы при трамбовании уплотняются лучше, чем сухие. В этом случае укладка зерен, их сцепление между собой обеспечивают большую прочность и термостойкость набивных стенок, однако влажная футеровка требует более длительного времени на сушку и пуск печи в эксплуатацию.
В качестве плавня-минерализатора во влажной футеровке применяется плавиковый шпат (CaF2), который не растворяется и не переносится влагой при сушке от горячей поверхности к индуктору. При влажной футеровке следует избегать применения борной кислоты и борного ангидрида, так как они растворяются в воде и при сушке тигля вместе с влагой мигрируют к индуктору, увеличивая спекание буферного слоя и ухудшая спекание рабочего слоя футеровки.
Индуктор печи готовят к футеровке аналогичным образом, как и при кислой набивке тигля. В качестве обмазки индуктора применяют следующие составы изоляционной массы:
1) 50 % электрокорунда + 50 % диоксида циркония (обезжелезненного);
2) смесь талька с бакелитовым лаком в соотношении 2:1;
3) смесь кварцевого песка или маршалита со строительным гипсом (алебастром) 2:1;
Изоляционную обмазку (массу) наносят мастерком на витки индуктора слоем толщиной 4-8 мм (в зависимости от габаритов индуктора). Покрытие на высокоглиноземистом цементе выдерживают во влажных условиях, а затем сушат. Остальные виды обмазки сушат через 1-2 ч после нанесения. Сушку проводят также, как и обмазку, под кислую футеровку.
Перед набивкой тигля печи поверх обмазки наклеивают асбест (2-5 мм) или тонкий миканитовый лист (0,3-0,5 мм).
Дно тигля набивают слоями (30-40 мм) пневматической трамбовкой или отбойным молотком с зубчатым наконечником. Перед засылкой очередного слоя поверхность набитого слоя взрыхляет металлической гребенкой на глубину 3-5 мм. На утрамбованное дно тигля устанавливают шаблон, нижняя часть которого имеет форму усеченного конуса для плавного перехода от дна к стенкам тигля. Шаблон центрируют, загружают в него цилиндрические болванки (груз для придания устойчивости шаблону) и укрепляют четырьмя деревянными брусьями, что обеспечивает равномерную толщину стенок тигля.
Для равномерной эвакуации паров воды из влажной магнезитовой массы в стенках шаблона просверливают отверстия диаметром 3-5 мм, располагая их в шахматном порядке на расстоянии 100-120 мм.
Вторую (промывную плавку) проводят по режиму первой, но при этом выплавляют необходимую марку стали.
При определении стойкости футеровки тигельных печей объемом 0,5 и 0,15 т установлено (табл. 1), что средняя стойкость периклазохромитовых тиглей в два раза выше, чем периклазовых при плавке одинаковой марки стали. Периклазохромитовые тигли обеспечивают надежную безаварийную работу печей, в то время как в периклазовых тиглях без добавки хромита чаще образуются трещины с проходом металла к индуктору. Химический состав периклазохромитовой массы колеблется в следующих пределах, массовые доли, %: MgO 63-73; А12O3 4-6; Cr2O3 7-12; СаO 2-3; Fe2O3 + FeO 7-9; SiO2 4-6.
Таблица 1. Сроки эксплуатации тиглей
| Показатель | Материал тиглей | |
| периклазохромит | периклаз | |
| Количество кампаний, шт | 54 | 212 |
| Средняя стойкость тиглей, плавок | 66 | 37 |
| Стойкость, плавок: | ||
| максимум | 82 | 61 |
| минимум | 46 | 3 |
| Аварийные плавки: | ||
| с прорывом металла, шт | 0 | 17 |
Увеличение количества силикатов в рабочем слое футеровки в процессе службы приводят как к ее износу, так и к спеканию. В основной футеровке возрастает роль буферного слоя, примыкающего к индуктору. Наличие этого слоя особенно важно при применении составов с высоким содержанием МgО, обладающих высоким термическим расширением в интервале температур 1200-1400 °C и склонных к растрескиванию вследствие усадки при болёе высокой температуре. Особую роль в этом случае играет металлоустойчивая магнезитовая обмазка, дающая возможность слить металл при срабатывании сигнализатора износа футеровки.
Футеровка индукционных печей
Футеровка индукционных тигельных печей (см. рис. 1) состоит из 6 основных элементов: тигля, подины, воротника, сливного носка, крышки печи и обмазки индуктора. Основным элементом футеровки является тигель, поэтому правильный выбор огнеупорного материала для тигля в основном обеспечивает надежность работы печи и ее технико-экономические показатели, заложенные в конструктивном решении печи.
Тигель индукционной печи может быть выполнен четырьмя различными методами: выемным (в печах малой емкости), набивным, в виде кладки из огнеупорных изделий и комбинированным, сочетающим кирпичную кладку рабочего слоя и набивку буферного слоя между индуктором и кладкой. При образовании трещин в швах кирпичной кладки буферный слой задерживает металл от прохода его к индуктору.
Таблица 1. Данные для выбора вида футеровки индукционных тигельных печей и миксеров для чугуна и стали
Для оптимального решения в выборе того или иного вида огнеупорных материалов необходимо учитывать конкретные службы футеровки тигля, вид выплавляемого металла, а также стоимость и дефицитность огнеупора. Как показала практика, основным фактором при выборе футеровки является срок ее службы, обеспечивающих надежную работу печи в данных условиях. Технически обоснованный выбор вида и метода футеровки должен обеспечивать следующие требования:
- выплавку металла высокого качества;
- наибольшую продолжительность межремонтного цикла работы печи;
- надежность и безопасность работы обслуживающего персонала;
- стабильность проведения металлургического процесса;
- более высокие экономические показатели;
- недефицитность применимых материалов;
- минимальное загрязнение окружающей среды отходами футеровки.
Футеровка оказывает существенное влияние на химическую чистоту и на физико-механические свойства выплавляемого металла, например, на пластичность стали при обычных и высоких температурах, структуру, усталостную прочность, длительную жаропрочность, ползучесть, коррозийную стойкость и др. Наряду с полезными, вводимыми в ванну (тигель) легирующими добавками и раскислителями в процессе плавки образуются нежелательные примеси, которые вредно отражаются на качестве металла. Эти смеси обычно попадают в металл в виде неметаллических включений, образующихся в результате взаимодействия с поверхностью футеровки, а также из шихты или в виде оксидов металлов, получающихся при окислении расплава кислородом воздуха, вовлекаемым при движении расплавленного металла или при окислении раскислителей.
Наиболее распространенными нежелательными примесями являются кислород и его соединения в виде простых и сложных оксидов (SiO2; Al2O3; FeO; Fe2O3; Cr2O3; MgO; ZrO2; FeCr2O4; FeAl2O4; MgAl2O4), силикатов; алюмосиликатов и др. Уменьшение содержания нежелательных примесей (в том числе и неметаллических включений) — одна из основных проблем качественной металлургии [12].
Сталь, выплавляемая в основных тиглях, обладает более высокими прочностными и пластическими свойствами, чем сталь, выплавляемая в кислом тигле. Причиной этому является образование кремнекислородных включений в результате взаимодействия металла с кислой футеровкой. Включения, богатые кремнеземом, хорошо смачиваются жидким металлом, трудно удаляются из него, так как имеют пониженное поверхностное натяжение, а включения оксида магния, корунда и соединения типа шпинелей (R0 · Al2O3) плохо смачиваются металлом и быстрее удаляются из него. По понижению межфазового натяжения материалы включений располагаются в следующем порядке: α-Al2O3 (корунд); MgO · Cr2O3; MgO · Al2O3; FeO · Al2O3; алюмосиликаты и SiO2. Отсюда следует, что для получения металла с меньшим содержанием неметаллических включений наиболее эффективными являются футеровки шпинельного типа (RO · Al2O3 и RO · Cr2O3), а также химически чистые основные огнеупорные материалы с минимальным содержанием кремнезема.
Для плавки специальных сталей (12Х18Н10Т и др.) стойкой (19-25 плавок) в тиглях емкостью 8 т [13] является масса, состоящая из обожженного периклазового порошка фракции 4-2 мм (с массовой долей MgO ≥ 88 %), периклазошпинелидного порошка фракции 2-0 мм и плавленого периклаза фракции 4-0 мм (MgO ≥ 93 %) в соотношении 3:3:1. Высокую расплавоустойчивость массы обеспечивает периклаз, являющийся наиболее стойким к расплаву металлов и шлака, а также наличие периклазошпинелидного порошка, обладающего плотной структурой повышенной термостойкостью вследствие присутствия хромита в тонкомолотом состоянии.
Из приведенных данных следует, например, что алюминий можно плавить в тиглях из оксидов магния и алюминия. Кислая футеровка будет восстанавливаться алюминием и его сплавами, поэтому кварцит не может быть применен в индукционных печах для плавки алюминиевых сплавов.
Реакции, протекающие на контакте металл—огнеупор, имеют большое значение как для правильного выбора вида футеровки печи, так и с точки зрения качества выплавляемого металла. Склонность расплавленных металлов и сплавов к окислению повышается в следующей последовательности: никель, нихром, железо, хром, кремний, титан, цирконий, алюминий, магний, а склонность огнеупоров к восстановлению уменьшается в ряду: Cr2O3; SiO2; TiO2; ZrO2; Al2O3; MgO; MgAl2O4. Контактная реакция между расплавом стали и кислой футеровкой может быть представлена следующим уравнением:
Контактные реакции взаимодействия происходят главным образом на поверхности рабочего слоя в системе жидкий металл—твердая футеpoвка с участием вовлеченного в металл кислорода воздуха. Прочность связи поверхностного слоя (фаялита) с последующими слоями футеровки ослабляется с увеличением его толщины. Затем слой фаялита уносится движущимся расплавом и всплывает наверх в виде шлака, так как его удельная масса (4,0-4,35) меньше удельной массы стали. Температура плавления фаялита 1200 °C значительно ниже температуры плавления стали и чугуна, поэтому при плавке черных металлов в кварцитовом тигле нет необходимости наводить шлаки.
Защитный шлаковый покров предотвращает окисление металла кислородом воздуха, обеспечивает его рафинирование, уменьшает содержание в нем нежелательных примесей и неметаллических включений. При плавке металла в основных огнеупорных тиглях шлаки почти не образуются, поэтому в основной тигель дают добавки, образующие шлак: плавиковый шпат, буру, известь, магнезит, известковое стекло, кварцевый песок, оксид алюминия, порошок шамота, различные соли и др. Эти материалы иногда перед началом плавки помещают на дно тигля. По мере расплавления они нагреваются, плавятся и, будучи легче металла, всплывают на поверхность, закрывая металл.
При плавке черных металлов износ футеровки чаще всего происходит равномерно в виде размывания в соответствии с 2-контурным движением металла в крупных печах промышленной частоты. В этом случае износ зависит от агрессивности различных марок металла. Ориентировочно по степени агрессивности черные металлы можно расположить в нижеследующем порядке.
При плавке стали в высокочастотных печах движение металла менее интенсивное, износ футеровки более равномерный и при прочих равных условиях стойкость футеровки выше, чем в печах промышленной частоты (рис. 2).
Рис.2. Характер износа кислой футеровки индукционной тигельной печи.
Кислую футеровку обычно применяют в печах любой емкости (до 60 т) для плавки чугуна, углеродистых, кремнистых и других сталей с перегревом металла до температуры 1450-1550 °C. Однако кислая футеровка не может быть использована при выплавке многих марок качественных сталей и сплавов, в которых строго лимитируется содержание углерода, кремния, фосфора, серы, неметаллических включений. Выгорание этих примесей значительно быстрее происходит в основной футеровке. Оксид кальция (известь), добавляемый для рафинирования стали от кремния, серы и фосфора, взаимодействует с кислой футеровкой и, не успевая соединиться с серой и фосфором металла, уходит в шлак. Кремний же частично переходит из материала кислой футеровки в сталь. Жаропрочные и тугоплавкие сплавы опасно плавить в печах с кислой футеровкой еще и потому, что температура плавления и перегрева этих металлов близка к температуре плавления кварцитов.
Стойкость кислой футеровки зависит от вида выплавляемого металла и колеблется в широких пределах от 10 до 300 плавок. При плавке чугуна стойкость футеровки из первоуральского кварцита ПКМИ-97,5 достигает 4 мес. Высокая стойкость может быть достигнута только при тщательном уходе за тиглем и ремонтах изношенной футеровки. На Горьковском автозаводе стойкость тигельных печей емкостью 10-12 т стабильно составляет 3-4 мес или 300 плавок. Плавку ведут без наведения шлаков, чугун полностью не сливают. При применении кислой футеровки в шлак нельзя добавлять плавиковый шпат CaF2 и буру Na2B4O7, так как в этом случае стойкость футеровки резко падает (до 2-3 плавок). При плавке высокомарганцевых сталей стойкость кислой футеровки также очень низка. Однако в практике футеровки тигельных индукционных печей кислая футеровка применяется чаще, чем другие виды футеровок. Причины этому следующие: а) дешевизна кварцита; б) недефицитность футеровки; в) полиморфные превращения кварца обеспечивают безусадочность рабочего слоя и плотность неспеченного буферного слоя; г) нет необходимости в наведении шлаков; д) мала вероятность образования сквозных усадочных трещин, что обеспечивает надежность работы печи; е) стабильный достаточно высокий срок службы тигля.
Срок службы кислой футеровки в значительной мере зависит от качества исходного сырья. Для футеровки тигельных печей для плавки черных металлов и медных сплавов чаще всего используют кварциты двух месторождений — Первоуральского на Урале и Овручского на Украине. Первоуральский молотый кварцит марки ПКМИ-97,5 готовый к применению, выпускается Первоуральским динасовым заводом, а Овручский марки ПКМ-97 — Красногоровским огнеупорным заводом (табл. 2.). С точки зрения качества и технологии изготовления тиглей эти кварциты не равнозначны. При обжиге в кусках при 1600 °C пористость Первоуральского кварцита увеличивается до 14 %, а Овручского до 7,7 % [11] . Поскольку при выплавке стали температура металла может превышать 1600 °C, то применение более разрыхляющего в обжиге кварцита менее желательно, так как это приведет к большему насыщению футеровки металлом и шлаками, а следовательно, к увеличению скорости износа тигля. При плавке медных сплавов более высокая пористость кварцитов также приводит к уменьшению стойкости футеровки.
Таблица 2. Свойства кварцитов различных месторождений
Массовая доля кремнезема в Первоуральском кварците выше (97,5-99 %), чем в овручском (97-98 %). Более высокая степень чистоты первоуральского кварцита обеспечивает однородность свойств материала и позволяет сократить существующие колебания в стойкости футеровки, что особенно важно при эксплуатации печей большей емкости. Первоуральский молотый кварцит марки ПКМИ-97,5 рекомендуется как оптимальный материал для кислой футеровки (см. табл. 2).
Основную футеровку изготавливают из магнезитовых, доломитовых и известковых огнеупоров, которые имеют химически основной характер. Эти материалы отличаются высокой огнеупорностью, как правило, выше 2000 °C. Химически чистые разновидности оксида магния имеют температуру плавления 2800, а оксид кальция 2500 °C.
В настоящее время для изготовления основной футеровки открытых тигельных печей применяют спеченный и плавленый магнезит, а для футеровки вакуумных печей — плавленый магнезит с содержанием MgO > 90 %. Для компенсации усадочных процессов при образовании шпинели в футеровочную массу добавляют от 10 до 30 % электрокорунда. С этой же целью вместо электрокорунда в массу добавляют 3-4 % молотого кварцевого песка, кварцита или молотого ферросилиция в количестве до 10 %. В качестве плавней, обеспечивающих спекание футеровки, обычно добавляют плавиковый шпат CaF2 [12], который при обжиге до 1400 °C способствует росту магнезитовой массы, а при 1500-1600 °C уменьшает усадку при спекании по сравнению с другими спекающими добавками (борной кислотой, бурой, стеклом, содой, криолитом).
Срок службы основной футеровки колеблется в зависимости от марок выплавляемой стали и от последовательности, с которой они выплавляются. Например, если вести подряд несколько плавок низкоуглеродистой стали, а затем несколько плавок высокомарганцевой, то футеровка пострадает значительно меньше, чем в том случае, если чередовать указанные металлы через плавку. Износ большинства составов периклазовой футеровки происходит в результате одновременного действия эрозии и коррозии, главным образом, на уровне зеркала металла. Сильно разрушается футеровка при неудовлетворительном качестве связки (мало тонких фракций, плохое спекание, дефекты набивки, разрыхление связки при спекании). Например, футеровка из магнезита и циркония имеет рост при обжиге и разрыхляется, ее шлакоустойчивость ниже, чем у магнезитовой с добавкой электрокорунда или кварцевого песка, что ограничивает ее применение.
Для приготовления набивной массы составные части тщательно смешивают в лопастном смесителе или в бегунах. Срок хранения готовой массы в условиях, не допускающих увлажнения и загрязнения пылью, не ограничивается. Стойкость футеровки на печи ИСТ-1,0 составляет 40-50 плавок. В индукционных печах (для плавки стали) меньшей емкости ( ≤ 0,5 т) футеровка аналогичного состава имеет стойкость 70-90 плавок.
Основная футеровка разных составов и даже из плавленого магнезита с электрокорундом имеет сравнительно низкую стойкость и не всегда обеспечивает надежную работу индукционных тигельных печей. Основная причина этого состоит в том, что все разновидности магнезитовых набивных масс, наряду с положительными свойствами (высокая огнеупорность, шлако- и металлоустойчивость), имеют ряд существенных недостатков. Главной причиной низкой стойкости основной футеровки (особенно в печах повышенной емкости > 500 кг) является неудовлетворительное ее объёмопостоянство и термостойкость. В процессе службы длительное воздействие на футеровку высоких температур, их резкие колебания, а также диффузия расплавов металла и шлака в толщину стенки тигля через постепенно развивающиеся трещины в спекшейся части футеровки приводят к более глубокому спеканию тигля, большим усадкам и к образованию глубоких трещин. Причем величина трещин тем больше, чем больше объем огнеупорного тигля. Для увеличения стойкости периклазовой футеровки в нее вводят хромит или применяют смесь периклазовых и периклазохромитовых компонентов (см. табл. 1, п.8).
Данные о продолжительности службы основной набивной футеровки в производственных условиях крайне разноречивы и имеют большие колебания (от 10-15 до 70-80 плавок). Слабым звеном в тигле является шлаковый пояс, где футеровка обильно насыщается из шлака оксидами SiO2; CaO; MgO; R2O. Массовая доля MgO в рабочей зоне шлакового пояса снижается до 21 %, Fе2O3 увеличивается до 8 %, а содержание силикатов возрастает примерно в 4 раза, огнеупорная форстеритовая связка перерождается в неогнеупорную монтичеллиуовую. При температуре расплава 1600-1640 °C при постоянном снабжении футеровки шлаками наблюдается разрушение агрегатных скоплений, а также отдельных зерен периклаза и зерен образовавшейся шпинели при обжиге футеровки. В результате чего образуется менее устойчивая структура с корродированными зернами периклаза и шпинели, разобщенными силикатными прослойками, и с отдельными участками, состоящими из менее огнеупорных силикатов. Такая структура менее износоустойчива в службе и обусловливает высокий износ шлакового пояса тигля вследствие оплавления.
Износ футеровки стен основного тигля ниже уровня шлака значительно меньше. Поступление силикатных расплавов в эти участки футеровки ограничено, вследствие чего резко различаются состав и структура после службы рабочей зоны нижней части стен тигля от структуры шлакового пояса.
Футеровка тиглей индукционных печей
Огнеупорная футеровка плавильных тиглей должна обеспечивать:
- относительно высокую стойкость тигля при минимальной толщине стенок;
- отсутствие электрической проводимости;
- минимальные объемные изменения материалов в процессе эксплуатации;
- достаточную эрозионную стойкость против воздействия металла и шлака;
- высокую механическую прочность;
- термическую стойкость.
Футеровку тиглей изготовляют из кислых, основных и нейтральных огнеупоров. Для кислой футеровки используют кварцит, содержащий не менее 95% SiO2 и борную кислоту (в качестве связующего). Положительно зарекомендовала себя кислая футеровка (стойкость до 150 плавок), состоящая из кварцита (70% фракции 1,5-3 мм и 30% фракции 0-1,5 мм) с добавкой 2-4 мас.% борной кислоты. Основную футеровку изготовляют из магнезитовых, магнезитохромитовых, известковых, доломитовых и других материалов. Основные тигли имеют меньшую стойкость, чем кислые.
Работы по подбору более стойких огнеупоров и увеличению срока кампании основных тиглей индукционных печей продолжаются. Для тигля ОИП емкостью 1,5 т успешно применяют порошок от помола отработанных магнезитохромитовых сводовых кирпичей дуговых печей. Зерновой состав порошка: 15% фракции 4—2 мм, 35% фракции 2-1 мм и 50% фракции
Для набивки основных тиглей применяют массу, состоящую из 80% порошка плавленого магнезита (смесь зерен разной крупности: 12% фракции 2-4 мм, 12% фракции 1—2 мм и 56% фракции 0-1 мм) и 20% порошка электрокорунда (размер зерен 0-1 мм), а также 1,25 % (сверх 100%) порошка плавикового шпата. Все материалы после дробления и измельчения подвергают магнитной сепарации. Огнеупорные тигли индукционных печей изготовляют: набивкой по шаблону в печи и в пресс-форме вне печи, выкладкой из фасонных огнеупорных изделий и послойной наваркой. При исполнении в качестве связующей добавки борной кислоты огнеупорную массу не увлажняют. Смеси с добавками глины, плавикового шпата, каустического магнезита увлажняют.
Осматривают и проверяют механизм наклона печи, а также крепление в каркасе керамики и индуктора. Внутреннюю поверхность индуктора обмазывают изолирующим составом из кварцевой муки и алебастра (63:35), увлажненным водой до консистенции густой сметаны. В ряде случаев используют для обмазки индуктора массу из 70% талька и 30% бакелитового лака. Для повышения прочности обмазку окрашивают смесью тонкомолотого магнезитохромитового порошка с жидким стеклом и просушивают в течение 30-40 мин легким пламенем газовой горелки. После сушки изоляционный слой покрывают гидролизованным этилсиликатом и оклеивают стеклотканью.
Набивку футеровки ведут пневматическими трамбовками. Каждый раз массу засыпают слоями на толщину 25-30 мм для основного и 50-70 мм для кислого тигля и плотно утрамбовывают.
Перед засыпкой каждого последующего слоя поверхность предыдущего тщательно разрыхляют острым прутком на глубину 3-5 мм. Недостаточное разрыхление прибитого слоя может явиться причиной образования поперечных трещин в процессе эксплуатации тигля. Слой считают достаточно уплотненным, если масса при ударах трамбовки не разлетается в стороны. Порядок набивки откосов и стен кислого и основного тиглей аналогичен изготовлению набивки подины.
После набивки подины на нее устанавливают шаблон и центрируют его так, чтобы стенки тигля имели на одной высоте во всех направлениях одинаковую толщину. Шаблон укрепляют в индукторе деревянными клиньями и грузом. Перед набивкой откосов верхний слой футеровки подины, не прикрытый шаблоном, взрыхляют и на него насыпают слой массы. При набивке обеспечивают равномерное распределение зерен разных размеров в набиваемом слое. Скопление в одном месте или в нескольких местах футеровки только крупных или только мелких зерен приведет к нарушению спекаемости массы и может вызвать преждевременный выход тигля из строя. Когда футеровка готова, удаляют из шаблона груз, тщательно убирают площадку вокруг печи, индуктор снаружи обдувают сжатым воздухом и приступают к сушке и спеканию тигля.
После набивки основной тигель выдерживают
24 ч, затем сушат равномерным пламенем газовых горелок в течение 12—14 ч. После этого тигель загружают шихтой на первую обжиговую плавку. В начале плавления поверх набивки выкладывают кольцо (воротник) из шамотного кирпича (для кислой футеровки) или из магнезитохромитового термостойкого кирпича (для основной футеровки).
Тигли емкостью до 300 кг изготовляют вне печи в разборных пресс-формах с шаблонами. Перед набивкой пресс-форму смазывают машинным маслом. Сначала набивают стенки, а затем дно тигля. Готовый тигель подвергают воздушной сушке (до 15 сут).
После набивки основания магнезитовым порошком в смеси с 10% каустического магнезита или 1,5% борной кислоты просушенный тигель устанавливают в индуктор. Пространство между ним и индуктором засыпают порошком огнеупорного материала. Спекание футеровки тигля осуществляют или с помощью графитового блока, близкого по габаритам к размерам тигля, или в процессе первой плавки. Перед загрузкой шихты в тигель вставляют металлический шаблон без днища.
При изготовлении футеровки индукционной печи методом кладки используют обожженный и необожженный фасонный и фигурный кирпичи с шпунтовыми соединениями. При кладке швы засыпают соответствующим мертелем. Зазор между индуктором и кладкой тигля (25—30 мм) утрамбовывают порошкообразной массой, служащей изоляцией и буферным слоем.
Футеровку тигля методом послойной наварки осуществляют с помощью торкретирования, трамбования и послойного спекания, а также газоплазменным напылением. Торкрет-массу наносят на стенки тигля пневмопушкой и слой спекают графитовыми шаблонами разных диаметров. В процессе эксплуатации после выпуска каждой плавки тигель очищают от остатков металла и шлака и осматривают. Быстрое потемнение отдельных участков футеровки тигля указывает на уменьшение ее толщины. Восстановление изношенных участков футеровки осуществляют подваркой. Так, при уменьшении толщины стен на 1/3 в него вставляют металлический шаблон из 2-мм железа без днища и заполняют шихтой. В пространство между футеровкой и шаблоном засыпают кварцевую массу и уплотняют ее стальным прутком.
Подварочную плавку ведут на пониженной мощности с увеличением ее продолжительности на 1 — 1,5ч. На поврежденные участки основной футеровки тигля наносят тестообразную огнеупорную массу из мелкого магнезитохромитового порошка и 10% глины на жидком стекле. Для лучшего спекания эти участки защищают листовым железом и мелкой шихтой.
При непрерывной работе стойкость основной футеровки возрастает. При длительных паузах основную футеровку подогревают газовыми горелками или графитовым блоком.
Читайте также: