Что такое износ футеровки

ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ФУТЕРОВКИ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗНОСА ФУТЕРОВКИ

Главная » Статьи » ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ФУТЕРОВКИ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗНОСА ФУТЕРОВКИ

Основные причины выхода из строя футеровки тиглей 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.

Износ футеровки тигля

Износ футеровки стен тигля ниже уровня шлака значительно меньше. Поступление силикатных расплавов в эти участки футеровки ограничено, вследствие чего при практически одинаковой со шлаковым поясом переходной зоне резко меняется состав и структура рабочей зоны. Распад агрегатных скоплений периклаза наблюдается и здесь, однако вместе с тем идет процесс рекристаллизации зерен периклаза, в результате чего они увеличиваются в размере до 0,3 мм (в шлаковом поясе — 0,05 мм), количество вторичного шпинелида в рабочей зоне увеличивается до 5-10 %, а силикаты составляют 10-15 %, причем ближе к поверхности содержание их уменьшается. Силикаты представлены монтичеллитом и форстеритом.

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 %.

Процесс распада в переходной зоне тигля

Кирпичный рабочий слой по сравнению с монолитным в два раза меньше насыщается SiO₂, меньше содержание Аl₂O₃ в рабочих зонах, до 70 % увеличивается содержание окислов железа (в основном закиси железа), по мере приближения от подины к шлаковому поясу наблюдается увеличение насыщения футеровки компонентами плавки. Как и в монолитном тигле, в переходной зоне тигля с кирпичным рабочим слоем наблюдаются процессы распада обломков периклаза, коррозии зерен хромшпинелида, образования вторичного шпинелида. В более горячей части зоны (15-25 мм) наблюдается уплотнение структуры вследствие проникновения металла и некоторой рекристаллизации зерен периклаза. Силикаты в зоне составляют 8-10 %. В рабочей зоне количество силикатов увеличивается до 10-15 %, периклаз находится в виде отдельных зерен, разобщенных силикатами. Отмечается процесс рекристаллизации зерен периклаза. Обломки хромшпинелида почти полностью перекристаллизовываются в мелкие октаэдрической и кубической формы кристаллы. Связь хромшпинелида с периклазом часто прямая. Силикаты в рабочей зоне распределены равномерно, представлены монтичеллитом и форстеритом с нормальными оптическими константами.

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.

Использованная литература:
1. Кайбичева М.Н. Футеровка электропечей. М.: «Металлургия», 1975, 280 с.
Данная статьи была взята из этого ресурса.

Источник

Стойкость футеровки конвертера

Различные участки футеровки конвертера изнашиваются неодинаково. Нижняя ее часть — ванна, которая не контактирует со шлаком, почти не подвержена износу. Участками повышенного износа являются район шлакового пояса, особенно вблизи цапф; футеровка горловины, особенно выше цапф; летка; зоны падения кусков лома при его загрузке и струи чугуна при его заливке. Износ неравномерен и во времени. Футеровка медленнее изнашивается во второй половине кампании, когда ее поверхность более отдалена от высокотемпературных под фурменных зон, а конвертерные шлаки получаются менее окисленными. При плавке наиболее сильный износ наблюдается в конце продувки, когда высока температура и возрастает окисленность шлака.

Футеровка конвертера изнашивается в результате воздействия многих факторов:

Смолосвязанные огнеупоры изнашиваются в основном в результате взаимодействия со шлаком. При этом вначале под действием оксидов железа шлака или кислорода подсасываемого
воздуха окисляется коксовая пленка и затем шлак взаимодействует с зернами огнеупора с образованием легкоплавких соединений, которые смываются шлаком и металлом. Вместе с тем шлак выполняет определенную защитную роль. При наклонах конвертера для отбора проб, слива стали и шлака последний настывает на охлаждающейся футеровке. Этот слой шлакового гарнисажа сохраняется до 40 % длительности продувки, уменьшая износ футеровки. Участки футеровки, которые при наклонах конвертера не смачиваются шлаком. изнашиваются значительно быстрее (район цапф и горловина выше цапф).

Для повышения стойкости футеровки рекомендуется принимать следующие основные меры:

Стойкость футеровки определяется стойкостью участков повышенного износа. Без торкретирования стойкость безобжиговых смоло- и пекосвязанных огнеупоров составляет 400—600 плавок и несколько возрастает в случае предварительной термической обработки огнеупорных изделий. Расход огнеупоров составляет 2—5 кг/т стали. При торкретировании стойкость возрастает до ≥1000 плавок, уменьшается расход формованных огнеупоров, но дополнительно расходуются огнеупорные порошки.

Источник

Футеровка индукционных печей

ФУТЕРОВОЧНЫЕ МАССЫ ДЛЯ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ,
МЕТОДИКА ФУТЕРОВАНИЯ ПЕЧЕЙ, ИЗНОС ФУТЕРОВКИ
И БЕЗОПАСНОСТЬ ПЛАВКИ

Carl-Johan Nybergh главный технолог концерна OY LUX AB

В последнее время под влиянием экономических, металлургических и факторов охраны труда в Европе всё шире применяются среднечастотные индукционные печи при плавке чёрных и цветных металлов, где самые большие печи для плавки бронзы достигают 80 т, для чугуна 40 т и для стали 10 т. Наблюдается также явная тенденция увеличения мощности печей на килограмм металла (кВт/кг). При плавке чугуна и стали мощность чаще всего составляет 0,5–0,8 кВт/кг.

Для проведения успешной плавки в индукционной печи в первую очередь необходимо принимать во внимание и предупреждать такие моменты, как: возможный неравномерный износ, возможное растрескивание футеровки, протечка металла на обмазку индуктора и даже индуктор. Брызги металла также следует отнести к опасным моментам плавки в индукционных печах. Целью этой статьи является рассмотрение важнейших рисков, влияющих на проведение безопасной индукционной плавки, правильного выбора футеровочных масс, их применения, а также факторов, влияющих на преждевременный износ футеровки.

В статье приводятся ссылки на широко используемые футеровочные массы известного английского производителя — Capital Refractories Ltd, который имеет богатый опыт и специализируется на производстве футеровочных масс именно для индукционных печей.

Выбор футеровочных материалов для индукционной печи

На протяжении длительного времени в Европе для футерования индукционных печей применяются сухие футеровочные массы. Однако, при использовании сухих футеровок, важно иметь в виду, что вибрация при работе печи может спровоцировать утечку сухой массы через трещины в обмазке индуктора и жаропрочном бетоне пода печи. Применение обмазки Capital Silkote 90 позволит защитить индуктор печи. Обмазка индуктора наносится по всей высоте печи от дна до верхнего края, включая воротник, и должна иметь гладкую поверхность.

При плавке углеродистых и низколегированных сталей обычно применяется шпинелеобразующая масса Capital Coral CXL. При плавке в большем объёме высоколигированных сталей используют массу Capital Coral SMC с повышенной стойкостью к налипанию шлака. При плавке особо точных сплавов, требующих температуры более 17200С хорошо зарекомендовала себя масса Capital Coral SXL.

При плавке чугуна обычно используют кварцитовую футеровку. Но если в одной печи наряду с чугуном необходимо иногда плавить цветные металлы и сталь, тогда обосновано применение муллитообразующей массы Capital CRL 65. Муллитовый слой препятствует налипанию металла и шлака, что увеличивает стойкость футеровки.

При необходимости проведения в одной печи плавки меди и бронзы индукционную печь также рекомендуется футеровать муллитообразующей массой Capital CRL 65. Спекающая плавка проводится чугуном.

Порядок футерования индукционной печи сухой массой

Зачастую футерование печи производится в выходные дни или в ночную смену, что обусловлено техническими особенностями производства, и в этих ситуациях консультация со специалистом не всегда возможна. Поэтому целью данного раздела является рассмотрение всех наиболее значимых этапов футерования печи с учётом потенциальных рисков.

После выбивки отработанной футеровки внутреннюю поверхность обмазки индуктора и под печи необходимо очистить щёткой или пропылесосить. По завершении необходимо произвести тщательную проверку состояния поверхности обмазки. Все обнаруженные, даже мелкие, трещинки необходимо сразу заделать массой Capital Silkote 90 таким образом, чтобы поверхность обмазки индуктора стала гладкой. Если участки поверхности ремонта небольшие, то их можно просушить с помощью электронагревателя, но если зона ремонта значительная, в этом случае свежая масса должна сама затвердеть и только потом возможна её сушка. Обмазку индуктора нельзя сушить открытым пламенем, так как на её поверхности может остаться угольный налёт, снижающий электроизоляционные свойства обмазки и способный стать причиной электрических помех во время плавки. Если обмазка индуктора установлена правильно, то протечка металла к индуктору практически невозможна.

Следующим этапом является установка изоляционного материала миканита ( или ) на чистую сухую поверхность обмазки индуктора, начиная от дна печи и до самого верха. В верхней части печи пластины миканита перегибаются через край и закрепляются бумажным тейпом.

Пример крепления миканита бумажным тейпом.
Внимание: напротив носика миканит не следует перегибать.

Вертикальный шов миканита накладывается внахлёст с припуском 50–100 мм и также закрепляется по всей длине бумажным тейпом. Это важно для того, чтобы во время набивки сухая масса не проникала за слой миканита, так как он должен служить газонепроницаемым слоем на пути к обмазке индуктора. В последнее время чаще футеровку начинают наносить с носика печи, а только потом устанавливают миканит. В этом случае миканит напротив носика не следует перегибать, а рекомендуется оставить вертикально стоящим, чтобы образовалась цилиндрическая поверхность. Таким образом небольшое вероятное движение футеровки в вертикальном направлении не приподнимет футеровку носика и не вызовет трещин в районе стыка сухой и пластичной массы. Если же возникнет шов между стенкой и носиком, который будет хорошо виден сверху, его можно заделать перед плавкой ремонтной массой Capital Caprax D 11. После завершения футеровочных работ оставшийся напротив носика вертикальный участок миканита срезается.

При установке шаблона важно, чтобы центральная ось шаблона совпадала с центральной осью печи. На всей поверхности шаблона должны быть равномерно сделаны отверстия диаметром 2 мм для облегчения удаления влаги.

Не рекомендуется высыпать сухую футеровку в печь непосредственно из мешков во избежание попадания вместе с массой обрывков бумажных мешков. Лучше предварительно высыпать массу на чистый вспомогательный настил, перемешать и удостовериться, в том, что в ней нет остатков упаковки и только затем засыпать в печь

Пневматический вращающийся вибратор Capital

Для набивки воротника печи можно использовать готовую пластичную массу Capital Capram 70. Этой же массой футеруется и носик печи. Очень важно правильно сделать стык сухой массы и пластичной. Вручную размятую массу Capram 70 необходимо распределить по поверхности сухой массы и попытаться вдавить её во внутрь сухой массы, особенно в местах проколов так, чтобы массы смешались между собой прибл. слоем в 20–30 мм. Затем футерование продолжается доверху только пластичной массой Capram 70. Стык двух масс должен располагаться на 20–30 мм выше максимально возможного уровня зеркала расплава в печи при плавке и спекании. После укладки пластичной массы по всей поверхности воротника и краям носика необходимо сделать вертикальные наколы для облегчения удаления влаги.

Пластичная масса Capital Capram 70 также очень хорошо подходит для футеровки ковшей.

К процессу сушки футеровки необходимо относиться с должным вниманием. Для наиболее эффективного удаления влаги из футеровки очень важен постепенный, медленный разогрев печи до температуры 8000С с максимальной скоростью 2000С/ч. Лом или чушка для спекающей плавки должны быть сухими, свободными от ржавчины и грязи. Однако существует метод спекания муллито- и шпинелеобразующих масс, с использованием уже готового расплава металла. В этом случае рекомендуется в начале процесса (с целью защиты дна шаблона) уложить 10-15% чушек или лома, после чего начать постепенный разогрев печи со скоростью 2000С/ч до достижения температуры 8000С. И только затем заливается сразу всё запланированное количество расплава. После завершения спекающей плавки хорошо сразу провести две или три плавки подряд для укрепления футеровки перед её остыванием.

Металлургические явления, возникающие при спекающей плавке

При высокой температуре пары влаги, выделяющиеся из футеровки и металлолома, могут разлагаться на водород (Н) и кислород (О). Маленькие и лёгкие атомы водорода проходят к поверхности расплава, где образуют соединения с воздухом и иногда возникает пламя синего цвета. Кислород, в свою очередь, являясь активным газом, вступает в реакцию с марганцем и кремнием, образуя стекловидный шлак, а также с углеродом, образуя оксид углерода. Оксид углерода устойчив при высоких температурах и свободно проникает сквозь футеровку в её более холодные слои. При охлаждении до температуры ниже 5000С оксид углерода вступает в реакцию с железом или его оксидами с выделением углерода или углекислого газа. Чистый углерод способен осаждаться на обмазке индуктора и проникать в её трещины, вызывая электрическую дугу и другие электрические помехи. Поэтому очень важным является применение при футеровании печи изоляционного миканита, который предотвращает проникновение углерода к обмазке индуктора и далее — к индуктору. Более тщательная сушка футеровочной массы при спекании влияет на уменьшение образования оксида углерода. В состав футеровочной массы входят небольшие количества железа и его оксида, которые, являясь катализаторами начала реакции распада оксида углерода, сами практически не исчезают.

Восстановление кремния, содержащегося в футеровочной массе при проведении спекающей плавки возможно, как при использовании кварцитовых, так и муллитообразующих масс. В обоих случаях реакция протекает одинаково. Углерод, содержащийся в расплаве, вступает в реакцию с оксидом или силикатом кремния, в результате чего в расплав выделяется кремний и оксид углерода. Лучшим способом против растворения кремния является выбор для спекающей плавки лома с достаточно высоким содержанием кремния, выше 1,5%.

Металлургические особенности при плавке

Магний попадает в расплав из лома высокопрочного чугуна. Магний и сульфид магния, также как и углерод, вступая в реакцию с оксидом кремния, образуют свободный кремний. Чем больше остаточного магния содержится в ломе высокопрочного чугуна, тем больше опасность выделения кремния из футеровки, что ведёт к неравномерному износу футеровки, так называемой слоновьей ноги. Чтобы этого не произошло лом, содержащий магний нужно добавлять в печь на как можно более поздней стадии.

В последнее время металлолом часто содержит цинк, а его низкая температура плавления 4200С и испарения 9070С создают не только технологические трудности, но и проблемы в области безопасности и охраны труда. Следует учитывать, что цинк легко проникает в трещины футеровки и только слой миканита и обмазка способны стать защитой индуктора. Воспрепятствовать проникновению цинка способна муллитообразующая масса Capital CRL 65, либо кварцитовая масса с высоким содержанием оксида бора. Рекомендуется также не закладывать в печь цинкосодержащий лом до того, как футеровка разогреется докрасна.

Сера появляется в металле из лома или сопровождающих его загрязнений. К примеру, серу содержат многие смазочные масла, которые распадаются при высоких температурах с образованием оксида серы (SО). В свою очередь, оксид серы гидролизуется под воздействием влаги и образует очень едкие пары серной кислоты. Если не использовать изоляционный миканит, то эти пары могут проникнуть к обмазке индуктора и разрушить её. В результате проникновения паров серной кислоты через образовавшиеся трещины свободно проникнет углерод, способный создавать электрические помехи, а в некоторых случаях — электрическую дугу.

Проникновение металла в футеровку

Кислород попадает в расплав металла из влаги, испаряющейся из футеровочной массы или металлолома. Растворённый кислород реагирует не только с углеродом, но и со многими металлами, образуя различные шлаки. Некоторые из них увлажняют футеровку, налипают на её поверхность и проникают внутрь. Кроме того шлаки могут влиять на снижение поверхностного натяжения металла, в результате чего металл проникает в мелкие поры футеровки. Хорошо спечённая масса наилучшим образом отражает проникновение металла, в то время как при плохо спечённой массе или во время процесса спекания поверхность футеровки не столь надёжна. Таким образом, предварительная просушка металлолома имеет большое значение с точки зрения металлургического процесса и охраны труда. Но на практике сушка не всегда возможна, поэтому во время плавки рекомендуется держать печь полностью заполненной ломом.

Учитывая тот факт, что металл также может проникать в футеровку через незаметные мелкие трещины, поэтому холодный запуск должен всегда производиться очень медленно, чтобы имеющиеся трещинки, возникшие в футеровке, успели срастись ещё до появления в печи расплава. Это правило особо важно соблюдать при плавке бронз, содержащих олово или свинец. Рекомендуется перед холодным стартом заделать большие трещины ремонтной массой Capital Caprax D11.

Разница температур в печи

При добавке в расплав печи больших кусков металла, которые всегда остаются на поверхности, совершенно очевидно, что температура расплава в верхней части печи ниже, чем в нижней. Такая же ситуация имеет место, когда верхний уровень зеркала металла находится выше уровня верхнего витка индуктора. С учётом того, что на практике замер температуры расплава производится в верхней части печи, а внизу температура всегда выше, можно ожидать преждевременного износа футеровки в нижней части печи.

Аргоновая продувка во время плавки стали и медных сплавов

Метод продувки аргоном на протяжении всего процесса плавки получил широкое распространение при индукционной плавке стали и медных сплавов. Английская компания Capital Refractories разработала для этого специальную технологию.

Влияние продувки аргоном при плавке стали

Аргоновая продувка сразу выносит на поверхность образовавшиеся частицы шлака, что позволяет содержать футеровку в более чистом состоянии, чем без продувки и тем самым существенно увеличивает срок службы футеровки. Дополнительно продувка оказывает положительное влияние на чистоту стали, поэтому метод получил распространение, как на малые печи точного литья, так и на большие печи.

Зависание металлолома

Предотвратить зависание особенно крупных кусков металлолома в индукционной печи является довольно трудной задачей. Зависание лома приводит к повреждению футеровки и созданию опасных ситуаций. К примеру, температура расплава в печи быстро растёт, так как зависший холодный лом не может попасть в расплав, для его охлаждения. В этой ситуации расплавку зависшего металла может облегчить конструкция печи, позволяющая произвести её наклон при работе на полной мощности.

Зависанием называют ситуацию, когда лом образует неподвижный мост в верхней части печи, не способный попасть в низ печи для охлаждения находящегося там расплава. Воздушная прослойка между расплавом и мостом служит изоляцией. И если вовремя не выключить печь, то возникает эффект «скороварки» с сильным перегревом расплава и футеровки в её нижней части.

Проблему зависания можно решить, наклонив печь под углом в 45, после чего в месте соприкосновения расплава с мостом образуется отверстие, через которое можно добавлять мелкий лом и продолжать плавку в наклонном положении, пока уровень расплава не достигнет моста. Затем печь можно перевести в вертикальное положение.

Влажный металлолом

Всё же самый большой риск в индукционной плавке связан с влажным металлоломом. В брикетированном ломе, пористых чушках, обрезках труб с заглушками может содержаться влага, а зачастую и вода со льдом, который попадает под расплав, не успевая испариться. Вследствие этого металл в печи начинает фонтанировать, что создаёт опасные ситуации для персонала и производства. На конечной стадии загрузки лома, когда в печи уже появился металл и медленного предварительного нагрева лома уже не происходит, необходимо соблюдать осторожность и добавлять только сухой лом. Добавляемые в печь ферросплавы, модификаторы и науглераживатели должны быть также сухими. Это же требование относится и к аппаратуре для замера температуры металла в печи. Важно, чтобы вокруг печи не было посторонних и лишних предметов, которые бы препятствовали в случае необходимости быстрой эвакуации персонала. Вблизи печи должен находиться только минимальный состав персонала в защитной спецодежде.

Аварийный слив металла

В результате падения напряжения могут возникать ситуации, когда необходимо быстро слить металл из печи. Поэтому перед печью всегда должен быть предусмотрен сухой приямок для аварийного слива металла, а также возможность ручного наклона печи для малых печей и гидравлического наклона для больших печей. Рекомендуется время от времени проводить тренинги по аварийному сливу металла, к примеру, в условиях темноты, искусственно создавая ситуацию полного отключения электричества.

В заключение

На сегодняшний день существует ещё довольно много различных модификаций индукционных печей, не имеющих надёжной системы замера тока утечки в землю, хотя эти данные являются существенно важными, так как повышенный показатель утечки говорит о том, что в системе не всё в порядке. Большинство индукционных печей нового поколения автоматически прекратят работу, если значение тока утечки превышает определённое заданное значение мА.

Механизм выталкивания отработанной футеровки печей нового поколения даёт возможность исследования состояния выбитой футеровки. После выбивки толщина неспечённого слоя сухой массы по всей площади должна быть не менее 2 см, а на больших печах и более. Этот факт важен для создания преграды прохождения металла к обмазке индуктора.

Стойкость футеровки при идеальных условиях с использованием масс Capital Refractories можно предсказать. При использовании чистого лома и безошибочного ведения плавки чугуна, меди и бронзы футеровка может простоять более 400 плавок, для стали этот показатель — более 100 плавок. Но так как реальность всё же далека от идеала, на практике замена футеровки происходит несколько чаще. Сигналом к своевременной замене футеровки должно служить уменьшение её толщины на 30–40% от первоначальной. Таким образом, неукоснительно соблюдая технологию проведения футерования печи и ведения плавки, можно избежать преждевременной замены футеровки, а также опасных ситуаций в течение плавки.

Источник