CC BY
101
It is shown that hydraulically solidifying concrete mix of grade "Rantal-65" is used for fettling of heat-retention lids of pouring bowls at RUP "BMZ".
M. А. МУРИКОВ, А. И. НОСОВЕЦ, В. M. НОСОВЕЦ, А. В. ОЛЕНЧЕНКО, И. И. ШКУЛЬКОВА, РУП«БМЗ»
УДК 669.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ КРЫШЕК ДЛЯ СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫХ КОВШЕЙ НА РУП «БМЗ»
Постоянно растущие требования к качеству стали и снижению энергетических затрат являются важными факторами при ее производстве на РУП «БМЗ».
Технология внепечной обработки и разливки стали в ЭСПЦ-1, 2 предусматривает высокотемпературный, не менее 800 °С, разогрев футеровки сталеразливочных ковшей перед приемом плавки с помощью горизонтальных горелок.
С целью уменьшения теплопотерь металла в ковшах используются утеплители. Применение одного утеплителя не позволяет уменьшить теплопотери в ковше. В связи с этим в ЭСПЦ-1,2 используются теплозащитные крышки. Теплозащитные крышки сталеразливочных ковшей подвержены воздействию термических, механических и химических нагрузок, поэтому футеровка является защитным слоем в их конструкции.
Повышение сроков службы футеровки крышек актуально в технологической цепочке производства стали. Используемые для футеровки крышек сталеразливочных ковшей огнеупорные материалы не должны подвергаться хрупкому разрушению после удара, термическому расширению, ведущему к образованию трещин и их высыпанию, высокотемпературной деформации, приводящей к образованию трещин.
За время эксплуатации теплоизоляционных крышек сталеразливочных ковшей в ЭСПЦ-1,2 для их футеровки были использованы огнеупорные материалы следующих марок: муллитокрем-неземистое волокно МКРВ-200; корундовая наливная масса МКН-94; бетонная масса БиРКА-РЕБТ НЬ81/СН4, СТ2 фирмы иЖвМ^; теплоизоляционный материал БШИЛЬ-БиРЕК фирмы КЕЛАТЕСН; низкоцементный гидравлически твердеющий бетон Рантал-65.
Первоначально для футеровки крышек сталеразливочных ковшей в ЭСПЦ-1,2 использовали теплоизоляционный муллитокремнеземистый во-
локнистый материал марки МКРВ-200. Укладку волокна на металлическую конструкцию крышки проводили как с помощью всевозможных крепежных приспособлений, так и клеющих добавок (жидкое стекло). Однако значительные механические повреждения при эксплуатации крышек, а также усадка огнеупорного материала не позволяли эксплуатировать их длительное время. Стойкость крышек составляла максимум 80—100 плавок. Материал выгорал (оплавлялся) и осыпался, что, в конечном итоге, приводило к деформированию металлической конструкции крышки и увеличению парка крышек для сталеразливочных ковшей. Футеровка новых крышек требовала значительных трудозатрат.
Замена теплоизоляционного волокна на корундовую наливную массу марки МКН-94 дала возможность увеличить стойкость крышек от 150 до 200 плавок. Технология приготовления массы марки МКН-94 требовала применения смесителя принудительного действия, так как сначала компоненты массы перешивались в сухом состоянии, а затем в сухую смесь добавляли воду в количестве 10-12%. Укладку подготовленной массы осуществляли вручную. Готовую крышку подвергали естественному твердению и сушке с газовой Y-образной горелкой. Крышки с футеровкой из данной массы длительное время не эксплуатировали. Масса осыпалась, что, как указывалось выше, приводило к деформированию металлической конструкции крышки и увеличению парка крышек для сталеразливочных ковшей.
Следующим огнеупорным материалом для футеровки крышек явилась бетонная масса марки SUPRAFEST HL/81 (СТ2). Для ее приготовления использовали машину "Estromat". Сухую массу загружали из мешков в смесительный резервуар машины, перемешивали и добавляли при непрерывном перемешивании 5,5% воды. Готовый бетон равномерно распределяли по поверхности крышек и уплотняли с помощью пальчиковых
/¡ГГТТ* ¡Т тшлтш /90
- 1 (45). 2008 I ЛжчВ
электровибраторов. Подготовленные крышки выдерживали для естественного твердения в течение 1 сут, а затем сушили газовой К-образной горелкой. Применение футерованных крышек из бетонной массы значительно повысило их стойкость до 1000 плавок, снизило трудозатраты, однако наряду с этим увеличились масса крышки, удельный расход и стоимость огнеупорного материала.
В ЭСПЦ-2, согласно рекомендациям фирмы КЕЯАТЕСН, была зафутерована крышка для ста-леразливочных ковшей из теплоизоляционного войлочного огнеупорного материала марки БШКАЬ-ЗиРЕЯ. Футеровку крышки осуществляли с разметки мест крепления болтов с помощью сварки и подготовки полос из материала шириной 200 мм. На винтовые соединения (болт МбхЗО, шайба 6,4, гайка Мб) закрепляли металлические крепления (анкера) марки КОТУА ОН. Футеровку выполняли по всей поверхности крышки путем накалывания полос на крепления и уплотнения полос вручную до замкового ряда и т.д. Подготовленная таким образом крышка перед эксплуатацией не требовала сушки. Первая кампания крышки, выполненной по рекомендациям фирмы КЕКАТЕСН, составила 155 плавок. Основной причиной вывода крышки из работы явилось механическое повреждение материала марки БШКАЬ-ЗиРЕК по периметру до 300 мм к центру, так как при эксплуатации сталеразли-вочных ковшей на обечайке образуется гарнисаж от шлака, металла. Механическое повреждение способствовало сплошному разгару огнеупорного материала ЗШКАЬ-ЗиРЕЯ и металлических креплений. Центральная часть крышки была под-
вержена износу до креплений (анкеров) с образованием оплавления материала ЗШЯАЬ-БиРЕК. Футеровка и крепления крышки пришли в негодность, по периметру крышки произошла незначительная деформация верхнего металлического каркаса под воздействием температуры. При подготовке крышки для второй кампании металлическая конструкция крышки была очищена от предыдущей футеровки. По периметру крышки на 300 мм приварили V-образные анкера и установили опалубку. Пространство между опалубкой и бортом крышки заполнили бетонной массой марки БиРКАРЕБТ СТ2. После выдержки массы в течение 6 ч опалубку удалили и осуществили сушку бетона. Оставшуюся центральную часть крышки зафутеровали огнеупорным материалом марки 81ВКАЬ-8иРЕ11 по описанной выше технологии. Однако и вторая кампания крышки продолжалась до 250 плавок. Причинами вывода крышки из работы явилось образование трещины в бетоне и усадка огнеупорного материала марки 81ВКАЬ-8иРЕ11 по окружности от бетона и по диаметру крышки в одну линию, а также полное оплавление огнеупорного материала 81В11АЬ-8иРЕ11 и деформация верхнего металлического каркаса крышки под воздействием температуры.
По предложению ООО "Огнеупорные технологии" (г. Санкт-Петербург) на завод была поставлена партия теплоизоляционной высокоглиноземистой гидравлически твердеющей бетонной смеси марки «Рантал-65», предназначенной для выполнения футеровки крышек сталеразливоч-ных ковшей. Физико-химические свойства бетонной смеси соответствуют ТУ 1523-003-490121152003 и приведены в табл. 1.
Таблица 1. Физико-химические свойства бетонной смеси «Рантал-65»
Химический состав, % Физические свойства
АЬ03 Ре2Оэ СаО п.п.п. влага при отгруз ке зе рновой состав (остаток на сетке), % кажущаяся плотность при 1350 °С, г/см3 предел прочности при сжатии, Н/мм2
№10 №5 №2 №0,5 проход через сетку №009
>65,0 <2,5 6-7,5 <1,0 <0,8 - <10 <30 <55 >28 2,34 >40
В ЭСПЦ-2 в октябре 2002 г. опытной бетонной смесью марки «Рантал-65» были зафутерова-ны две крышки для сталеразливочных ковшей.
Для изготовления футеровки из бетонной смеси марки «Рантал-65» на внутреннюю поверхность металлической конструкции крышек наварили металлические анкера, смазанные битумом. Общий вид внутренней поверхности крышки показан на рис. 1.
Для приготовления бетонной смеси использовали машину "Ез^опШ". Сухую смесь загружали из мешков в смесительный резервуар машины, перемешивали и добавляли при непрерывном перемешивании 10-12% питьевой воды. Готовый бетон равномерно распределяли по поверхности крышек и уплотняли с помощью пальчиковых
qn i frmfjjfi
Uli / 1 (45). 2008 -
электровибраторов. При изготовлении футеровки бетон имел густую консистенцию, хорошо твердел и не трескался при выдержке. Расход бетонной смеси на одну крышку составил 2,9 т. Подготовленные крышки выдерживали для естественного твердения в течение 1 сут, а затем сушили газовой У-образной горелкой.
Схема футерованной крышки показана на рис. 2.
А-А
Рис. 2. Схема футеровки крышки
Для определения стойкости было решено ввести в работу обе опытные крышки вместе. Эксплуатация крышек началась с 11 октября 2002 г. Длительность эксплуатации крышек за одну плавку в среднем составляла от 60 до 90 мин. За время эксплуатации опытных крышек проводили визу-
альные осмотры состояния футеровки и металлической конструкции. Футеровка обеих крышек имела монолитную структуру, не крошилась и не оплавлялась, на поверхности опытного бетона не наблюдалось образование трещин.
В декабре 2003 г. обе крышки в ЭСПЦ-2 были выведены из работы. Стойкость крышек более чем за годовую эксплуатацию составила 2528 плавок. Причиной вывода крышек из работы явился локальный износ футеровки со стороны установки крышки на горловину стале-разливочного ковша.
Аналогично в течение года теплоизоляционной высокоглиноземистой гидравлически твердеющей бетонной смесью марки «Рантал-65» были подготовлены и зафутерованы две крышки для сталеразливочных ковшей в ЭСПЦ-1.
В табл. 2 приведены данные по служебным свойствам опытных крышек и сравнительные данные применяемых крышек. Для сопоставления данных средняя масса плавки по годной стали взята одинаковой.
Таблица 2. Данные по служебным свойствам огнеупорных материалов опытных крышек и
сравнительные данные применяемых крышек
Марка огнеупорного материала Стойкость плавок Расход на одну крышку, т Удельный расход, кг/т
«Рантал-65» 2528 2,9 0,0114
Сравнительные данные
SUPRAFEST HL81 800 4,0 0,0495
SUPRAFEST СТ2 1000 4,0 0,0396
МКН-94 200 3,9 0,190
SIBRAL-SUPER 211 Общая стоимость крышки всех материалов 2107 $
Из таблицы видно, что при достигнутой стойкости футеровка опытных крышек, выполненных из бетонной смеси марки «Рантал-65», имеет удельный расход намного ниже, чем из ранее применяемых огнеупорных материалов.
В настоящее время для футеровки теплоизоляционных крышек сталеразливочных ковшей в ЭСПЦ-1,2 на РУП «БМЗ» используется высокоглиноземистая гидравлически твердеющая бетонная смесь марки «Рантал-65».
Выводы
1. Теплоизоляционная высокоглиноземистая гидравлически твердеющая бетонная смесь марки «Рантал-65» производства ООО «Огнеупорные технологии» имеет хорошие технологические и служебные свойства.
2. Стойкость теплоизоляционных опытных крышек более чем за годовую эксплуатацию составила 2528 плавок.
3. При достигнутой стойкости футеровка опытных крышек, выполненных из бетонной смеси марки «Рантал-65», имеет удельный расход намного ниже, чем из ранее применяемых огнеупорных материалов.
1 (45), 2008
/31
The calculations, allowing to optimize using of sacrificial copper anodes in the process of wire brassing, and also the results of experimental matching of material for insoluble anodes are given.
С. Е. ЧИКИЛЕВ, А. А. ТРУХАНОВИЧ, РУП«БМЗ»
УДК 669.
РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ СХЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАСТВОРИМЫХ АНОДОВ В СВЕТЕ СБЕРЕЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНЫХ И ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
Для нанесения латунного покрытия на проволоку на РУП «БМЗ» используются электролиты пирофосфатного и сернокислого меднения. Для них характерно увеличение концентрации меди в процессе эксплуатации, обусловленное тем, что анодный выход по току больше, чем катодный. Для поддержания концентрации в нужном диапазоне часть электролита периодически направляется на утилизацию.
Применение же нерастворимых анодов позволяет компенсировать эффект накопления меди в электролитах сернокислого и пирофосфатного меднения без откачки части электролита. Тем самым снижаются потери медных анодов и химических реактивов, применяемых для корректировки электролитов. Также, что немаловажно, весь электрический ток будет затрачен только на совершение полезной работы.
Использование инертных анодов дает возможность прекратить постоянный сброс электролитов сернокислого и пирофосфатного меднения, что позволяет снизить расход меди и основных компонентов электролитов (серной кислоты, пирофосфата калия).
Расчет необходимого количества инертных анодов
Согласно законам электролиза, масса металла, выделяющаяся (растворяющаяся) в процессе электролиза, равна:
Mit
т = — л, (1)
zF
где M — молярная масса металла; / — сила тока; t — время электролиза; г — число электронов, участвующих в электрохимической реакции; /7=96485 Кл/моль-эквивалент; г| - выход по току.
Увеличение концентрации металла в ванне происходит из-за того, что анодный выход по току больше, чем катодный, т.е. за одно и то же время растворяется металла больше, чем осаждается на проволоку. Эта величина равна
Mit Mit Mit Am = ma-mk = —Л.--= —(Лв-Л*). (2)
zF zF zF
Для компенсации данного эффекта необходимо часть анодов заменить инертными. Площадь поверхности инертных анодов можно определить по формуле:
= Ат-твъш
°инертн , w)
Щ
где твьш — потери металла, обусловленные выносом электролита из ванны; т0 - масса металла, растворяющегося с 1 м2 поверхности анода.
Средний ток на 1 м2 поверхности анода составляет
/o=i> <4> где п - общее число рабочих ванн; / — суммарная сила тока по всем рабочим ваннам; S - площадь поверхности анодов в рабочей ванне.
32/
f.r^^r, mmwïT.p, 1 №), 2008 -
Масса металла, растворяющегося с 1 м2 поверхности анода, равна:
MU Mit
Потери металла, обусловленные выносом электролита, составляют
"*вын = VyJlndUtc(l-кул)р 5 (6)
где Куд - удельный вынос раствора из ванны (на 1 м2 поверхности проволоки); 71=3,14; d — диаметр проволоки; р — количество проволок диаметра d\ U - скорость проволоки; î - время; с — концентрация металла в электролите; куя — коэффициент улавливания. Подставив (2), (5), (6) в (3), получим
Mit, ч ,, 1ТТ „ , ч Mit, ч _ —¡ï^a -4k)-VynKdUtc(\-kyjl)p ^ —-r\k) vyandUtc(l-kyn)p
^инертн- J^ - J^ Jfif (7)
zFSn a zFSn a zFSn °
И далее
= СПД ~T\k)Sn VydTidUc(\-kyi)pzFSn ипертн Mly\a ' (8)
Необходимое количество инертных анодов найдем по формуле
5,
_ инерти
^инерти ç,
(9)
где 50 - площадь поверхности одного анода. Учитывая, что
*«>=-, (10)
а
где 5 — площадь поверхности анодов в рабочей ванне; а — количество анодов в одной ванне, получаем
_ (Ля -У\к)ап _VyдкdUc(l-ky!l)pzFan
"ипертн - - . (11)
Для линий, на которых в качестве анодов используются шарики или цилиндрики, можно рассчитать количество ванн, в которых необходимо аноды-шарики (цилиндрики) заменить инертными анодами:
^инертн (Лл "Лк)п Уу^иф-к^рЯп
"ванп ~ 5 ~ ца М1ца ■ (12)
Учитывая, что ТГА состоят из нескольких секций, на которых обрабатывается проволока различных диаметров и сила тока в гальванических ваннах устанавливается в зависимости от обрабатываемого материала, формулы (11) и (12) примут вид
= у M« - Л* )ащ VyJtdjU ,с(1 - kyjï) Pi zFarii
¿s n Min '
---ш-(13)
- V ДЛя-Лк)щ Уу^и.сЦ-к^р^п^
Лв.....¡¡: ш ' (14)
где Ь - число секций на агрегате: di — диаметр проволоки для /-й секции; р1 - количество проволок для ¡-и секции; — скорость проволоки для /-й секции; п. — общее число рабочих ванн для /-й секции; /. - суммарная сила тока по всем рабочим ваннам для /-й секции.
Расчеты показывают, что в выражениях (13) и (14) значение второго члена намного меньше, чем первого, поэтому им можно пренебречь. В результате этого получаем упрощенные формулы для расчета:
_ у
"инерти " 2/-„-} , (15)
"ванн 7 у V _ '
штт:Г; г гл^гг?г,/:ггггггггт/оо
- 1 (45), 2008/ «119
(16)
Учитывая, что для электролитов пирофосфатного и сернокислого меднения анодный выход по току формулы (15) и (16) примут вид
/2
"инертн
(17)
/=1
(18)
1=1
Ожидаемое снижение расхода меди при использовании инертных анодов
Для компенсации разницы между катодным и анодным выходом по току действующей технологией предусматривается периодический сброс части электролита для утилизации. При этом объем сбрасываемого электролита равен:
у = Ат-твып
(19)
С учетом (2) и (6) получаем
^инерти ^инертп^апода ^исп) ^ ? (21)
У = Ш(Ца~Г]к)~~кУ*)р' (2°)
При установке в ванну инертных анодов масса образующихся отходов меди каждый месяц уменьшается:
30 Э '
где пт — число установленных в ванну инертных анодов; тшот — масса одного анода; кжп — коэффициент использования анода; О — средний период работы анода в гальванической ванне.
Исследование поведения инертных анодов из различных материалов в электролитах меднения
В ваннах пирофосфатного меднения с успехом могут использоваться как нержавеющие, так и графитовые аноды.
Свинцовые аноды из-за пассивации поверхности со временем прекращают функционировать. Тем не менее, в ваннах сернокислого меднения их можно использовать, если регулярно проводить зачистку поверхности.
Применение титановых анодов из-за пассивации приводит к аварийному отключению ванн и без значительной реконструкции, заключающейся в их раздельном управлении. Поэтому такие аноды использоваться не могут.
Графитовые аноды в пирофосфатном электролите не пассивируются и могут устанавливаться в одну ванну с медными, что позволяет использовать расчетное количество инертных анодов для поддержания концентрации меди практически постоянной.
Из-за значительного перераспределения тока нержавеющие аноды в пирофосфатном и свинцовые в сернокислом электролитах устанавливаться в одну ванну с медными не могут и должны полностью заполнять одну или несколько ванн. Поэтому их фактическое количество практически всегда будет либо больше, либо меньше расчетного. В результате концентрация меди будет либо снижаться, либо продолжит увеличиваться, но с меньшей скоростью соответственно. Для таких ситуаций разработана подробная схема по применению инертных анодов в условиях гальванических участков.
