Шиберные плиты для разливки стали

Шиберные плиты для разливки стали

ООО Шибер поставляет широкую гамму составов шиберных плит:

  • корундографитовый Al2O3–C
  • корундографитоциркониевый Al2O3–ZrO2–C
  • втулки шиберных плит циркониевого состава ZrO2

Состав изделий подбирается в индивидуальном порядке в зависимости от сортамента разливаемой стали, конструкции шиберного затвора, специфики условий разливки на предприятии заказчика и его требований.

В производстве изделий используются только особочистые синтезированные сырьевые материалы, такие как табулярный глинозем, белый электрокорунд, плавленый муллитоциркон и корундоциркон, добавки которого способствуют повышению термостойкости и коррозионной устойчивости к действию металла и шлака. Использование добавок с повышенным содержанием оксида циркония ZrO2 в составе изделий приводит к повышению высокотемпературных показателей плит (прочность на изгиб и др.). За счет введения специальных модифицированных добавок, в процессе эксплуатации этих плит происходит формирование вторичной углеродно-керамической связки, что приводит к образованию микропористой структуры и увеличивает коррозионную стойкость изделий.

Информативные физико-химические показатели огнеупорных шиберных плит ООО Шибер:

Свойства Шиберная плита
КГЦ-74, -76, -78, -80
1. Al2O3, % 74-80
ZrO2, % 0-7
C, % 2-8
2. Кажущаяся плотность, г/см 3 3,00-3,20
3. Открытая пористость, % 3-8
4. Предел прочности при сжатии, МПа 100-140
5. Предел прочности на изгиб, МПа 8-12

Физико-химические показатели изделий на основании требований стандарта предприятия № СТ-ШР-001-2015 «Изделия огнеупорные для шиберных затворов. Технические условия».

Шиберные плиты изготавливаются методом полусухого прессования с последующим обжигом в восстановительной среде, вакуумной пропиткой углеродсодержащими связками, термообработкой и механической обработкой поверхности. Шиберные плиты, поставляемые ООО Шибер, по нормативу имеют допуски по неплоскостности не более 0,05 мм и непараллельности контактной и противоположной стороны не более 1 мм. Фактически показатели шиберных плит соответственно составляют 0,03 мм и 0,5 мм. Контактная поверхность шиберных плит покрывается высокотемпературной смазкой на основе огнеупорных наночастиц, которая значительно снижает высокотемпературное трение.

Стойкость комплекта огнеупоров шиберного узла зависит от следующих факторов:

  • емкости сталеразливочного ковша;
  • типа конструкции шиберного затвора и его индивидуальных особенностей (вид привода, тип упругих элементов, элементы фиксации плит и др.);
  • типа разливки (МНЛЗ, МНЛС, изложницы и др.);
  • качества применяемой заказчиком стартовой смеси;
  • длительности разливки и количества перекрытий шиберного затвора;
  • агрессивности металла и сортамента разливаемой стали;
  • соблюдения технологии обслуживания огнеупоров (при установке огнеупоров, разливке металла и очистке после плавки).

Отрицательное влияние оказывает обработка кислородом разливочного отверстия. При неаккуратной обработке сталеразливочного канала кислородом после разливки происходит изменение формы канала (овальность) и значительное увеличение диаметра. Это приводит к появлению внутренних повреждений в стыковочных поверхностях шиберного узла и снижает общую стойкость всех огнеупорных элементов разливочного узла. Для шиберных затворов с малым диаметром разливочного канала (

Источник

Плита шиберного затвора и способ ее изготовления

Владельцы патента RU 2645851:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве шиберных затворов. Огнеупорную плиту шиберного затвора формуют из порошкового огнеупорного материала на основе табулярного глинозема следующего состава, мас.%: Al2O3 – не менее 75, ZrO2 – не менее 5, С – не более 5, SiO2 – не более 10, примеси, включая Fe2O3, – не более 5, затем обжигают при 1600-1900°С в инертной атмосфере. При этом толщину плиты определяют из соотношения

где δ – толщина плиты, мм, М – вместимость сталеразливочного ковша, кг, Dотв. – диаметр выпускного отверстия сталеразливочного ковша, определяемый требуемой скоростью разливки стали, м, σ=100-150 МПа – величина предела прочности при сжатии материала плиты в диапазоне температур 400-1600°С. Обеспечивается повышение стойкости огнеупорных плит, что обеспечивает снижение их расхода при разливке металла.

Изобретение относится к металлургии, а именно к разливке стали из сталеразливочного ковша (далее СК).

С развитием непрерывной разливки стали и ее внепечной обработки на агрегатах ковш-печь стопорный механизм разливки был практически полностью заменен на шиберный. Ответственной деталью шиберного затвора является огнеупорная плита, перекрывающая сталевыпускное отверстие СК. Она испытывает механические нагрузки в широком диапазоне температур, в том числе и при высоких температурах (до 1700°С), а также химическое воздействие жидких стали и шлака. Она должна обеспечивать надежное перекрытие сталевыпускного отверстия не только при транспортировке СК с плавкой, но и в процессе непрерывной разливки при необходимости ее прекращения. В отличие от корпуса и механизма шиберного затвора, изготовленных из стали, огнеупорная шиберная плита заменяется на новую после нескольких плавок. Стойкость плиты зависит как от ее эксплуатационных характеристик, так и от технологии выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки стали, и изменяется от 1 до 10 плавок. При этом шиберная плита является достаточно дорогим изделием, и увеличение ресурса ее работы является весьма актуальным.

Читайте также:  Коллекторная группа нержавеющая сталь

Эксплуатация огнеупорных плит шиберных затворов осуществляется в сложных условиях: плиты испытывают воздействие высоких температур и разнонаправленных механических нагрузок. Причем имеет место локальный перегрев в зоне контакта плиты с жидкой сталью до температуры около 1600°С, а периферийные части плиты могут иметь температуру 200°С и менее. Это приводит к возникновению термических напряжений в плите и может являться причиной возникновения трещин и даже к ее разрушению [1]. Поэтому материал плиты должен не только обладать достаточной механической прочностью в рабочем температурном интервале и огнеупорностью, но и обладать таким комплексом теплофизических свойств, чтобы в нем не возникали чрезмерные термические напряжения.

В качестве основы огнеупорного материала для изготовления шиберных плит используют периклаз или глинозем. Для повышения эксплуатационных характеристик к основе добавляют углерод, двуокись циркония и кремния.

Известен комплект шиберных плит (полезная модель РФ №8642), каждая из которых содержит основу, выполненную, например, из спеченного магнезита, и установленный в выемке основы вкладыш, выполненный из более стойкого огнеупорного материала, например, из плавленого периклаза с добавками углерода.

Основным недостатком данного изделия является сложность его изготовления из-за использования бикерамического материала. Кроме того, разные теплофизические свойства основы и вкладыша приводят к возникновению термических напряжений, которые могут повлечь преждевременное разрушение плиты.

Известны плиты, изготовленные из высокостойкого огнеупорного материала, например периклаза или корунда, с добавками углерода и ZrO2, имеющие прямоугольную или ромбическую форму со скошенными или скругленными углами и содержащие круглое отверстие для выпуска металла, расположенное со смещением относительно центра по длинной оси плиты (ГОСТ Р 52707-2007. Изделия огнеупорные для шиберных затворов сталеразливочных ковшей).

К основным недостаткам данных плит относится возникновение в них термических напряжений, вызванных неравномерным распределением температуры по длине и ширине плиты. Это приводит к растрескиванию и последующему размытию огнеупора вокруг сталевыпускного отверстия, что снижает стойкость плит и может привести к аварийной ситуации — прорыву металла.

Задачей изобретения является повышение стойкости и надежности плит шиберного затвора, и, как следствие, снижение расхода огнеупорных материалов при разливке стали.

Задача достигается за счет того, что плита шиберного затвора выпускного отверстия сталеразливочного ковша, сформованная из порошкового огнеупорного материала в виде эллипса или двух сопряженных окружностей с равными или разновеликими радиусами, прямоугольника или ромба со скругленными углами и обожженная при 1600-1900°С в инертной атмосфере, имеющая круглое отверстие, смещенное относительно центра плиты по ее большей оси, в соответствии с изобретением, выполнена из огнеупорного материала на основе табулярного глинозема, содержащего, мас.%: Al2O3 — не менее 75, ZrO2 — не менее 5, С — не более 5, SiO2 — не более 10 и примеси, включая Fe2O3, — не более 5, при этом толщина плиты δ определена соотношением

,

где δ — толщина плиты, мм;

М — вместимость сталеразливочного ковша, кг;

Dотв. — диаметр выпускного отверстия сталеразливочного ковша, определяемый требуемой скоростью разливки стали, м;

σ=100-150 МПа — величина предела прочности при сжатии материала плиты в диапазоне температур 400-1600°С,

причем минимальная толщина плиты составляет 30 мм.

Огнеупорный материал заявленного состава имеет меньшую механическую прочность, чем огнеупорные материалы на основе корунда, периклаза или глиноземистые материалы другого состава, однако, его предел прочности при сжатии (σ) и при изгибе меньше изменяются с изменением температуры, и поэтому в условиях эксплуатации он менее других огнеупоров склонен к растрескиванию. Благодаря использованию в качестве высокоглиноземистого сырья табулярного глинозема, имеющего более высокие прочностные и огнеупорные характеристики, возможно снижение общего содержания Al2O3 в огнеупоре и, за счет этого — уменьшение склонности к растрескиванию и повышение стабильности прочностных характеристик при изменении температуры.

Содержание в составе огнеупорного материала ZrO2 в количестве не менее 5 масс. % повышает механическую прочность и термическую стойкость огнеупора. Содержание углерода в количестве не более 5 мас. % обеспечивает повышение химической стойкости и снижение газонасыщенности материала.

Добавление кремнезема (SiO2) при указанном содержании остальных компонентов смеси и технологии изготовления — формовке и обжигу при температуре 1600-1900°С, позволяет получить огнеупорный материал, прочность при сжатии которого меньше зависит от температуры, нежели соответствующий показатель огнеупорных материалов другого состава. К тому же меньшая стоимость кремнезема (SiO2) обуславливает возможность снижения себестоимости изделий.

Формула (1) для определения толщины плиты получена на основании расчета напряженно-деформированного состояния плиты методом конечных элементов и эмпирических данных.

Повышение толщины плиты приведет к увеличению удельного расхода дорогостоящего огнеупорного материала без заметного повышения ее стойкости. Уменьшение толщины плиты менее рассчитанных по формуле (1) значений, но не менее 30 мм, повлечет за собой снижение ее стойкости из-за недостаточной прочности конструкции.

Для изготовления плит используется шихта, состоящая из порошка табулярного глинозема, углерода (графит, связка), оксида циркония, SiO2. После смешивания шихта поступает на дозатор, а затем с помощью пресса штампуется плита. Сырые плиты выдерживаются при комнатной температуре, после чего поступают на обжиг. Плиты обжигают в инертной атмосфере при температурах 1600-1900°С. После охлаждения плита шлифуется, проходит процедуру контроля и отправляется потребителю.

Читайте также:  Ст3пс гост 14637 89 расшифровка стали

Эксплуатация заявляемых шиберных плит не отличается от эксплуатации традиционных плит. При этом повышается надежность и стойкость плит, уменьшается удельный расход огнеупоров.

Выполненные в соответствии с настоящим изобретением шиберные плиты применялись на 160-т сталеразливочных ковшах при разливке на сортовой УНРС. Толщина плиты рассчитывалась по формуле (1) при значении σ равном 120 МПа, и равнялась 36 мм. Средняя стойкость плит составила 6,6 плавок, что на 10% превышало данный показатель для традиционных шиберных плит. Повысилась надежность эксплуатации плит за счет предотвращения растрескивания и размытия огнеупора вокруг сталевыпускного отверстия.

1. R. Grasset-Bourdel, j. Pascual, C. Manhart. Thermal Shock at the Shutoff Position of a Lower Slide Gate Plate — Test Development and Postmortem Investigations / RHI Bulletin, #1, 2014, pp. 40-46.

Плита шиберного затвора выпускного отверстия сталеразливочного ковша, сформованная из порошкового огнеупорного материала и обожженная при 1600-1900°С в инертной атмосфере, имеющая круглое отверстие, расположенное со смещением относительно центра плиты по ее большей оси, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного материала использован огнеупорный материал на основе табулярного глинозема, имеющего следующий состав, мас.%:

Al2O3 не менее 75
ZrO2 не менее 5
С не более 5
SiO2 не более 10
примеси, включая Fe2O3, не более 5,

при этом толщина плиты определена из соотношения

,

где δ – толщина плиты, мм;

М – вместимость сталеразливочного ковша, кг;

Dотв. – диаметр выпускного отверстия сталеразливочного ковша, определяемый требуемой скоростью разливки стали, м;

σ=100-150 МПа – величина предела прочности при сжатии материала плиты в диапазоне температур 400-1600°С,

при этом минимальная толщина плиты составляет 30 мм.

Источник

Шиберные плиты для разливки стали

Журнал «Металлургическая и горнорудная промышленность» №1 за 2004г.

Бикерамические, безобжиговые шиберные плиты на высокоуглеродистом синтети-ческом вяжущем для разливки стали.

д.т.н. Чеченев В.А., инженер Авраменко В.И., инженер Черняк Р.М.
ООО «КП «Магнезит» г. Днепропетровск

В 2000 — 2002 г. на Никитовском доломитном заводе концерном «Магнезит» (г. Днепропетровск)* были выполнены разработки и начат промышленный выпуск безобжиговых, бикерамических периклазовых плит на высокоуглеродистом синтетическом вяжущем для разливки стали [1].
Известно, что важным показателем периклазовых углеродсодержащих изделий является их прочность при температурах более 1000 0С. Специалисты немецкой компании «Refratechnik» в своих исследованиях показали значительное превосходство по сравнению с другими ма-гнезиально-углеродистых материалов на полимерных связках в области температур 1000-1500 0С ( рис.1) [2].

Рис. 1. Изменение прочности при изгибе магнезиально-углеродистых материалов в зависимости от температуры: 1 — связка из каменноугольной смолы; 2 — связка из полимерной термореактивной смолы; 3 — пропитка каменноугольной смолой; 4 — связка и пропитка из каменноугольной смолы; 5 — модифицированная полимерная связка.

В последние годы за рубежомшироко используются синтетические смолы преимущественно фурановые и фенольные [3 — 5 ].
Общим для фенолформальдегидных и фурановых смол является высокая степень полимеризации, трехмерная структура углеродистого каркаса, обеспечивающая термостойкость и большой коксовый остаток до 60 %.
В данной работе, для получения вяжущего, использовалась фенольная смола новолачного типа в твердом виде. Известно, что новолаки хорошо растворяются в одно- и многовалентных спиртах и сложных эфирах [6]. Поэтому в качестве растворителя и затворителя использовались полигликоли с минимальным содержанием влаги, что позволяло сохранять свойства огнеупорной смеси при низких (до -25 0С) температурах.
Впервые на Никитовском доломитном завод была разработана технология прессования двухслойных бикерамических плит, в которых верхний, рабочий слой состоял из высокоогнеупорного материала, а нижний, каркасный слой, из менее стойкого материала, например на хромомагнезитовой основе (рис. 2).

Цель разработки — получить надежную шиберную плиту для безаварийной разливки стали, упростить технологический процесс, сделать его менее энергоемким, заменить плавленый периклаз обычным спеченным, устранить обжиг плит и сверление отверстия, разрыхляющее канал выпуска стали, сделать сливной канал более надежным по сравнению с традиционной конструкцией.
В качестве исходных материалов для рабочего слоя плит использовался турецкий магнезит с 96 % MgO, новолачная фенольная смола, российского производства, полигликоль, а также углеродсодержащий компонент в виде пекового кокса или высокотемпературного пека. В качестве антиоксиданта использовался порошок алюминия.
Исследованиями установлено, что любая добавка алюминия, не столько ограничивает окисление углерода, сколько формирует более прочную структуру коксового остатка смолы, путем связывания кислорода. Введение алюминия способствует увеличению прочности изделия и его термостойкости [7]. Состав шихты для рабочего слоя приведен в табл. 1.

Шиберные плиты марки ПУБП-90-1 изготавливались различных типоразмеров по временной технологической инструкции ТИ М — 304-55-2002 согласованной с заводами — потребителями. Технология изготовления плит включала процесс приготовления смеси для рабочего и нерабочего слоя, по специальной технологии, включающей режимы смешивания и прессования на специальной оснастке с последующей термообработкой после прессования. Режим термообработки плит представлен в табл. 2.

Читайте также:  Гост толщина стали сечение

В состав высокоуглеродистого синтетического вяжущего, согласно зарегистрированному патенту Украины [1] входит: магнезиальная составляющая, углеродсодержащий компонент в виде пекового кокса или высокотемпературного пека, алюминиевый порошок и фенольная смола новолачного типа. Компоненты вяжущего проходят совместный помол.
Термообработка проводилась для полимеризации смолы вяжущего. После термообработки плиты подвергались пропитке. Вначале для пропитки применялся бакелитовый лак, однако, впоследствии он был заменен на жидкий раствор новолачной смолы в полигликоле, что позволило улучшить свойства изделия, благодаря получению однородного состава вяжущего и пропитывающего раствора, снизить общую пористость изделия до 3-4 %.
Пропитка изделий благодаря глубокому вакуумированию достигла 100 % сечения изделия вместо 5-7 мм — по технологии ранее применявшейся, для обжиговых плит.
Далее плиты подвергались шлифовке и термообработке, с целью удаления остаточной влаги.
Основные физико-технические свойства плит концерна «Магнезит» и других фирм приведены в табл. 3.

Из приведенных данных видно, что разработанные изделия по своим показателям не уступает зарубежным аналогам. В табл. 4 приведены показатели плит серийной партии.

Контрольная проверка показателей проводилась в УкрНИИО им. А.С. Бережного, г. Харьков.
Испытания плит проводились на металлургическом заводе им. Петровского, г. Днепропетровск, Таганрогском металлургическом заводе (Россия, г. Таганрог), металлургическом комбинате им. Дзержинского, г. Днепродзержинск и Алчевском металлургическом комбинате, г. Алчевск.
Первые шиберные плиты размером 5х60, изготовленные по новой технологии (марка ПБХПУБ), были поставлены в 2001г. на Таганрогский металлургический завод, где сталь разливалась в ковше емкостью 150 тонн, при температуре около 16000С.
Металл подвергался, в установке «Печь-ковш», доводке синтетическими шлаками и на заводе была проблема со стойкостью плит. Разливались различные марки стали, от 20С до 32Г2Д. Каждая плита выдерживала по 8-11 полных и 50-55 частичных (дросселирующих) перекрытий.
Первые испытания дали очень хорошие результаты. Стойкость плит была более высокой, чем комбината «Магнезит», г. Сатка и муллитокорундовых плит Часовярского и Кондратьевского огнеупорных заводов (Донецкая область). Поэтому с заводом был подписан контракт на серийную поставку плит. В дальнейшем плиты маркировались ПУБП-90-1.
Аналогичные промышленные испытания на плитах 10Ах70 были проведены на комбинате им. Дзержинского, где емкость ковша составляет 250 тонн. Разливаемые марки сталей 3пс, 5пс, А36, Ос, Ш-2, st 37, при температуре металла1580-16000С. Количество перекрытий составляло от 26 до 34 и при каждом перекрытии проводилось по 6-10 дросселирований. В 2002 г. была окончательно доработана технология и состав применительно к ковшам большой емкости. Испытания, проводившиеся с середины 2001 до 2002 г. подтвердили высокую безаварийную работу плит. Было выдано заключение на серийную поставку. На рис. 3. и рис. 4. показаны безобжиговые бикерамические плиты до и после разливки стали на комбинате им. Дзержинского.

После комбината им. Дзержинского, в 2002г. плиты успешно были испытаны на Алчевском металлургическом комбинате (размер плит 10Ах80). Металл разливался с ковша емкостью 300тонн, при температуре 16000С. Разливаемые марки стали были 09Г2С и ST-3T-3/S235i2Ж3. Каждая шиберная плита выдерживала не менее 28 полных и 80 частичных перекрытий. Все разливки прошли безаварийно.
Таким образом, в результате проведенной работы, была достигнута возможность применения безобжиговых шиберных плит для разливки стали на высокоуглеродистом синтетическом вяжущем, которые имели более высокие эксплуатационные свойства, чем обжиговые периклазовые и муллитокорундовые.

1. Разработано новое высокоуглеродистое синтетическое вяжущее, позволяющее изготавливать безобжиговые шиберные плиты с улучшенными эксплуатационными свойствами.
2. Высокие свойства вяжущего позволило использовать спеченный магнезит вместо плавленого в рабочем слое плит, что позволило снизить энергозатраты на производство до 50% и удешевить продукцию.
3. Разработана технология прессования бикерамических плит, в котором рабочий слой плит переходит в сливное отверстие, чем увеличивает его надежность. Конструкция позволяет использовать, в нерабочем слое плит, менее дорогостоящие материалы. Исключена операция сверления отверстия.

1. Чеченев В.А., Авраменко В.И., Черняк Р.М. и др. Патент Украины №58962 А, МПК7: С04В35/035.
2. ВейбелГ., Барта П., Валдханс Г. Свойства и применение огнеупорных изделий на полимерной углеродистой связке // Черная металлургия России и стран СНГ в ХХI веке:Т.2. — М.: Металлургия, 1994. — С.295-304.
3. Патент США № 5002908.
4. Патент США № 4795725.
5. Кривокорытов Е.В., Гурьев А.Г., Поляк Б.И. Высокоуглеродистые связующие в технологии огнеупорных изделий и коррозионно-стойкой керамики. Стекло и керамика. 1998. №5.
6. Кноп А., Швейб В. Фенольные смолы и материалы на их основе. — М.: Химия, 1983. — 228с.
7. Кащеев. Оксидо-углеродистые огнеупоры. 2001г.

Источник