Спосіб обробки шлакових ковшів та чавунних мульд

Винахід належить до металургії, а саме до способів обробки ковшів і може використовуватися для захисту внутрішньої поверхні шлакових ковшів та чавунних мульд від заметалювання і руйнування при розливанні і транспортуванні шлакового розплаву та рідкого чавуна при виробництві сталі та чавуна. Відомий спосіб обробки шлакових ковшів перед наливом розплаву (Авт. Свід. СРСР №1152963, кл.С21В3/10), до складу якого входе нанесення захисного покриття на внутрішню поверхню ковша. Як захисне покриття на стінки ковша з температурою 50-400°С наносять суспензію сульфітно-дріжджової бражки. Недоліком зазначеного способу є те, що вхідні до складу суспензії органічні сполуки фурфурольних та фенольних груп при нагріванні розкладаються, викликаючи спучування матеріалу захисного покриття. Крім того, комплексні вуглецю-водньо-сірчисті з'єднання, що містяться у суспензії, при температурі розплаву близько 600°С перетворюються в сірчаний, сірчистий ангідрид і сірководень, що проникають у пори та тріщини захисного покриття і стикаючись з матеріалом ковша, викликають його корозію та руйнування. У результаті знижується міцність та термостійкість захисного покриття і відповідно знижується термін служби ковшів, а також виділення токсичних органічних та сірчистих з'єднань викликає забруднення навколишнього середовища на робочих площадках. Відомий спосіб обробки шлакових ковшів перед наливом розплаву (Авт. Свід. України №3986, С1, С21В3/10), до складу якого входе нанесення захисного покриття на внутрішню поверхню ковша. Як захисне покриття наносять відходи титано-магнієвого виробництва у виді гелю з питомою щільністю 1,1-1,2г/см3 при температурі стінки ковша 410-500°С. Недоліками зазначеного способу обробки є те, що відходи титаномагнієвого виробництва (кекі) необхідно розпульповувати водою до одержання гелеобразної структури з питомою щільністю 1,1-1,2г/см3. Також у складі гелеобразних відходів міститься 28,6% кристальованної води, що, взаємодіючи з розплавленим металом викликає "удари" (вибухи) і часткове виплескування розплавленого шлаку з ковша. І, нарешті, не дивлячись на низьку вартість відходів титано-магнієвого виробництва, витрати на їх розпульповування та доставку до місця обробки ковшів сприяють подорожчанню захисного покриття. Найбільш близьким за технічною сутністю до способу, який заявляється, є спосіб обробки шлакових ковшів та чавунних мульд, до складу якого входе нанесення захисного покриття на гарячу внутрішню поверхню ковшів та мульд (Н.А. Фомін та ін. Захист шлакових чаш. "Металург", 1978, №8, стр.86). Як захисне покриття наносять вапняну суспензію з питомою щільністю 1,18-1,25г/см3. Вапняну суспензію одержують у результаті гасіння свіжовипалювального кускового вапна і розведення водою до зазначеної щільності. Однак нанесення захисного покриття зазначеним способом не забезпечує надійне зчеплення з матеріалом ковшів та мульд, у наслідку чого захисне покриття має недостатню термостійкість і міцність. Порозумівається це двома причинами. По-перше, при декарбонізації вхідних до складу вапняної суспензії мінералів з групи карбонатів, відбувається втрата матеріалу захисного покриття, внаслідок утворення вуглекислоти, що звітрюється та утворює мікропори і тріщини, через які розплав проникає до стінок ковша і приварюється до них. По-друге, при висиханні нанесеної суспензії вода випаровується й окис кальцію (вапно), що залишився, обсипається від поштовхів при транспортуванні ковшів до місця заливання шлаку. Таким чином порушується однорідність захисного покриття і на незахищених ділянках поверхні ковша відбувається приварювання розплаву до ковша. У результаті цього відбувається часткова втрата металу, та, крім цього, приварені ділянки приходиться очищати механічним способом, що приводить до додаткових ушкоджень ковшів і зниженню терміну їхньої служби. Також значні енергетичні витрати на готування розчину і значна собівартість вихідної сировини приводить до подорожчання захисного покриття й у цілому 1т виплавлюваного металу. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу обробки шлакових ковшів та чавунних мульд шляхом заміни матеріалу захисного покриття і нанесення покриття при визначених режимах, таким чином, щоб забезпечити надійне зчеплення захисного покриття з матеріалом ковшів та мульд, що буде сприяти збільшенню терміну служби ковшів та мульд за рахунок підвищення термостійкості і міцності захисного покриття, а також зниженню собівартості захисного покриття і зменшенню шкідливих викидів. Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі обробки шлакових ковшів та чавунних мульд, до складу якого входе нанесення захисного покриття на гарячу внутрішню поверхню ковшів та мульд, передбачені отакі відміни: - як захисне покриття використовують нейтралізовані відпрацьовані травильні розчини прокатного виробництва; - захисне покриття наносять на внутрішню поверхню ковшів та мульд з температурою 140-220°С. Поміж суттєвими ознаками винаходу та отриманим технічним результатом існує отакий причинно-навідний зв'язок. Використання як захисне покриття нейтралізованих відпрацьованих травильних розчинів прокатного виробництва, нанесених при температурі, що заявляється, забезпечує надійне зчеплення захисного покриття з матеріалом ковшів та мульд, тим самим збільшуючи міцність і термостійкість захисного покриття. Відпрацьовані травильні розчини утворюються в прокатному виробництві при травленні металу сірчаною кислотою в травильних ваннах і містять у своєму складі сірчанокисле залізо FeSО4 і сірчану кислоту. Ці розчини знешкоджують (нейтралізують) за допомогою лужних реагентів (вапняного молока) у спеціальних камерах реакції станції нейтралізації. У результаті нейтралізації відпрацьованих травильних розчинів утворяться рідкі нейтралізовані шлами з питомою щільністю 1,1-1,2г/см3 наступного хімічного складу (%): Si2 0,75 Al2O3 0,46 Ca 30,80 Mg 0,53 Fe 12,05 FeO 1,05 Fe2O3 16,06 ППП 22,19 PO5 0,013 MnO 0,05 C 5,98 S 10,95. Використання нейтралізованих шламів як захисне покриття робочої поверхні шлакових ковшів та чавунних мульд і нанесення їх при температурі, що заявляється, сприяє більш надійному зчепленню з матеріалом ковшів та мульд, збільшенню міцності і термостійкості захисного покриття, запобіганню приварювання шлаку і металу до стінок ковшів та мульд і збільшує термін їхньої служби. Це порозумівається тим, що в нейтралізованих відпрацьованих травильних розчинах прокатного виробництва містяться поверхнево-активні речовини з домішкою олій, що зменшує поверхневий натяг молекул сульфату кальцію (CaSО4), та сприяє еластичності захисного покриття. При температурах, близьких до 180°С, молекули сульфату кальцію втрачають здатність приєднувати молекули води, їхнє зчеплення стає більш міцним. Ця міцність забезпечує схоронність захисного покриття навіть після його висихання та й при транспортуванні до місця заповнення. Крім того, низька собівартість відходів прокатного виробництва веде до здешевлення захисного покриття і тонни виплавлюваного металу в цілому. У виді відсутності в складі нейтралізованих шламів органічних сполук фурфурольних і фенольних груп не відбувається спучування захисного покриття, що сприяє збільшенню його щільності. Відсутність карбонатних порід сприяє збільшенню цілісності та й схоронності захисного покриття, а також зменшенню шкідливих викидів, що виділяються в результаті декарбонізації. Аналіз впливу температури внутрішньої поверхні ковшів та мульд, при якій наносять захисне покриття нейтралізованими шламами, на термомеханічні показники захисного покриття свідчить, що найбільш сприятливою є температура 140-220°С (таблиця 1). При граничних значеннях температури зазначеного діапазону (120-140; 220-240°С) спостерігалося опадання захисного покриття, аж до ячейкового руйнування в межах 25-30% площі покриття. При температурі обробки 140-160; 200-220°С спостерігалася наявність тріщин на площі до 20% поверхні покриття без руйнування захисного покриття. І при температурі нанесення захисного покриття в інтервалі 160-200°С відзначалася цілісність та й рівномірність покриття з наявністю лише незначних волосяних тріщин. Виходячи зі специфіки та й умов експлуатації й обробки шлакових ковшів та чавунних мульд оптимальними значеннями температури внутрішньої поверхні для нанесення захисного покриття прийняті 140220°С, при яких досягнуті найкращі термомеханічні характеристики покриття після висихання. Спосіб обробки шлакових ковшів та чавунних мульд здійснюється таким чином. Нейтралізовані відпрацьовані травильні розчини (нейтралізовані шлами) зі станції нейтралізації в спеціальній тарі подаються автотранспортом у копровий і доменний цехи. Шлами попередньо перемішуються стисненим повітрям, потім зі спеціальної проміжної тари зливаються у видаткові ємності ділянок обприскування. Нейтралізовані шлами по трубопроводу стисненим повітрям подаються в бризкальні форсунки, установлені строго по осі руху складу, послідовно. Обприскування робочої поверхні чавунних мульд та шлакових ковшів, з температурою стінки 140-220°С, проводять під час руху складу уздовж фронту форсунок, при цьому одночасно проводять обприскування відразу двох ковшів, що забезпечує двохразове їхнє покриття. Тривалість обприскування одного ковша однією форсункою повинна бути 7-12сек. Покриття внутрішньої поверхні ковшів та мульд нейтралізованими шламами повинне бути рівномірним по всій робочій поверхні, товщина захисного шару при цьому повинна бути 1-1,5мм. Конкретний приклад. Запропонований спосіб обробки шлакових ковшів та чавунних мульд випробувано при промислових іспитах по обробці шлакових ковшів нейтралізованими відпрацьованими травильними розчинами замість вапняної суспензії в копровому і доменному цехах ВАТ "Запоріжсталь". За період іспитів було оброблено 112 шлакових ковшів. Щільність нейтралізованих шламів складала 1,15-1,2г/см3, рН=9. Захисне покриття наносилося при температурах стінки ковша 120-240°С. Під час іспитів встановлено: - процес нанесення нейтралізованих відпрацьованих травильних розчинів на робочу поверхню шлакових ковшів не відрізняється від процесу нанесення як захисне покриття вапняного молока, технологія й устаткування ідентичні; - захисне покриття рівномірне, щільне, без відшарування і візуально не відрізняється від поверхні, обробленої вапняним молоком; - пригару шлаку до внутрішньої поверхні ковшів не виявлено; - якість повітряного середовища на ділянці обприскування шлакових ковшів і на робочих місцях зливу шлаку не погіршувалися (див. результати аналізів, таблиця 2); - кількість ковшів без ушкодження захисного покриття після 5-го обороту на 8-15% більше, ніж при обробці робочої поверхні вапняною суспензією (таблиця 1). Використання способу, що заявляється, забезпечує надійне зчеплення захисного покриття з матеріалом внутрішньої поверхні ковшів та мульд, збільшуючи тим самим міцність та термостійкість захисного покриття, виключає приварювання металу і шлаку до робочої поверхні і веде до збільшення терміну служби ковшів та мульд. А також виключає витрати на готування вапняної суспензії і придбання товарної сировини, що сприяє здешевленню захисного покриття шлакових ковшів та чавунних мульд і тонни виробленого металу в цілому, і сприяє зменшенню забруднення навколишнього середовища. Таблиця 1 Кількість Характеристика Зміст ковшів після поверхні Матеріал твердого опорожнення захисного Термостійкість,Прочність, № Температура матеріала захисного на відвалі без покриття(після 5опитов поверхні, °С °С г/см3 покриття в розчині, ударів вантажу го оборота г/л 5-й 1-й ковшів) оборот оборот Ячейкове Спосіб, який руйнування на 1 120 1500 320 96 72 запропоновано: 20% поверхні покриття Наявність тріщин як захисне 2 140 1580 360 104 90 на 30% поверхні покриття покриття нанесені нейтралізовані Наявність відпрацьовані волосяних травильні 3 160 1640 380 112 96 тріщин на 10% розчини поверхні прокатного покриття виробництва Пластина деформувалася 4 180 1700 400 112 104 без руйнування захисного покриття Незначні 5 200 1710 400 112 102 волосяні тріщини Наявність тріщин на 25% поверхні 6 220 1680 390 106 90 захисного покриття Суцільна сітка тріщин, поверхня 7 240 1600 370 100 82 на 20% ячейково зруйнована Відомий спосіб (прототип): як Пластина деформувалася захисне 250-350 100 70 без руйнування покриття нанесена захисного покриття вапняна суспензия Таблиця 2 Результати вимірів, мг/м3 ПДК, відповідно Копровий цех, Мартенівський цех Доменний цех до Інгредієнт, при обробці при зливі шлаку в ковші, при випуску шлаку в ковші, Держстандарту що ковшів оброблені оброблені 12.1.005-88, визначається нейтралізованими нейтралізованими вапняною нейтралізованими вапняною мг/м3 шламами шламами суспензією шламами суспензією Пил 26,1-29,1 34,06-38,15 26,1-29,1 61,0-73,07 48,35 4,0 Кремнію 2,2-2,47% 2,31-2,58% 2,7% 2,59-2,64% 2,5% двооксид Ангідрид не виявлений 7,63-9,54 10,8 9,88-11,86 8,1-12,6 10,0 сірчистий не Луги їдкі 0,44-0,47 не виявлений 0,5 0,5-0,59 0,5 виявлений Вуглецю не виявлений 3,3-4,1 9,1 8,9-9,7 8,9-9,8 20,0 оксид