Žárovzdorné materiály pro mezipánve v Třineckých železárnách, a.s. REFRASIL, s.r.o., Areál Třineckých železáren, a.s., Třinec, ČR

Transkript

1 Žárovzdorné materiály pro mezipánve v Třineckých železárnách, a.s. Adam Molin Stanislav Rusnok REFRASIL, s.r.o., Areál Třineckých železáren, a.s., Třinec, ČR Refractories for Tundish in Třinecké železárny, a.s. Tundish as an element of continous casting steel system is very sensitive at the quality of used refractories. Two sides of issue : technical and economical. The permanent lining of tundish. Working lining : the layer of gunning mix. Purpose of working lining. Gunning mixes for short and long sequences of steel casting. Application of working lining. Other refractory elements in a tundish. The regulator of steel stream. Žárovzdorné materiály pro mezipánve v Třineckých železárnách, a.s. Mezipánev jako prvek licího systému kontinuálního odlévání oceli je velmi citlivá na jakost použitých žáromateriálů. Dvě stránky problému: technická a ekonomická. Základní vyzdívka mezipánve. Pracovní vyzdívka : vrstva nástřikové hmoty. Funkce pracovní vyzdívky. Nástřikové hmoty pro krátké a dlouhé sekvence lití. Aplikace pracovní vyzdívky. Další žárovzdorné prvky v mezipánvi. Usměrňovač proudu oceli. 1. VÝZNAM MEZIPÁNVE V SYSTÉMU KONTINUÁLNÍHO ODLÉVÁNÍ OCELI Zásadní technologické změny v ocelárenském průmyslu v posledních desetiletích, které se postupně promítaly i do ocelárenských závodů v České republice, se snad nejmarkantněji projevily v ústupu od klasického způsobu odlévání oceli do kokil a přechodu k plynulému odlévání oceli. Nejinak tomu bylo i v Třineckých železárnách (TŽ) po náběhu výroby na kyslíkové konvertorové ocelárně a následném uvedení do provozu zařízení plynulého odlévání (ZPO) číslo 1 a 2. Odlévání do kokil bylo zachováno pouze u několika speciálních jakostí oceli a jako havarijní systém při poruše ZPO. Zákonitě se proto střed zájmu ocelářů přesunul z licí soupravy na mezipánev jako na jeden z rozhodujících prvků celé soustavy, přičemž tato pozornost má hned dvojí charakter. Jednak je to pohled technologický s přihlédnutím k dopadům na jakost oceli a jednak je to pohled ekonomický. K technologickému pohledu uvedu několik poznámek, které mohou oceláře zajímat, a to k problematice používaných žáromateriálů, zároveň se vyjádřím k ekonomické stránce z pozice výrobce velké části žárovzdorných materiálů používaných v mezipánvi. Je nutno zdůraznit, že podstatná většina žáromateriálů, o nichž bude řeč, je odzkoušená, případně již delší dobu provozována na mezipánvích třinecké ocelárny, pro kterou dodáváme značnou část své produkce. 2. VYZDÍVÁNÍ MEZIPÁNVÍ Mezipánve pro plynulé odlévání oceli se vyzdívají podobně jako většina agregátů tohoto typu, tzn. že vyzdívka se dělí na trvalou (nepracovní) a pracovní. Zatímco životnosti trvalé vyzdívky, kterou tvoří zpravidla dvě vrstvy: izolační a hutná, se počítají na stovky až tisíce taveb, životnosti pracovních vyzdívek se počítají v hodinách až desítkách hodin podle počtu taveb v sekvenci, a jsou zhotovovány po každé sekvenci znovu. Na vlastnosti pracovních vyzdívek mezipánví jsou přesto kladeny vysoké nároky, neboť ovlivňují nejen životnost trvalé vyzdívky, ale řadu dalších faktorů, jako např. tepelné ztráty a mikročistotu odlité oceli. Pro jejich zhotovení jsou používány jak různé technologie, tak i materiály.

2 3. TRVALÉ VYZDÍVKY Trvalé neboli nepracovní vyzdívky byly dříve prováděny klasickým zděním s použitím tvarových materiálů. Postupem doby, kdy byly vyžadovány stále delší životnosti mezipánví, stal se převládajícím materiálem žárobeton. V podmínkách TŽ provádí vyzdívání mezipánví z materiálu Refrasilu firma D5, a.s. Třinec, bývalá divize údržby TŽ, která pro potřeby tohoto hutního podniku provádí podstatnou část údržbářských prací, včetně údržby hutnických pecí. Postup při zhotovení trvalé vyzdívky je následující : - položení 1.izolační vrstvy, kterou tvoří izolační deska (tl. 3 mm) - vyzdění 2. izolační vrstvy z materiálu TRIZOL HBU5 (tvarovka o tl. 30 mm) s použitím plastického tmelu TTP85K - vybetonování žárobetonové vrstvy z materiálu BN82B s použitím šablony a následné zvibrování. Následuje obvyklý postup jako při práci s žárobetony, tj. nejprve vysušení s tvrdnutím žárobetonu na volném prostoru a následně vysušení s použitím hořáků podle zadané křivky sušení. 4. DRUHY PRACOVNÍCH VYZDÍVEK Vyzdívka mezipánve je vystavena koroznímu působení tekuté oceli a ochranné strusky a také mechanickému namáhání při odstraňování zbytků zatuhlé oceli po ukončení lití. Mezipánve se před litím buď předehřívají (1100 až 1200 C), nebo se používají mezipánve nepředehřáté, tzv. studené. U těchto studených mezipánví se na trvalou vyzdívku pokládají izolační tabule na bázi křemičitého písku nebo magneziového slinku. 4.1 Suché technologie V některých případech dávají oceláři přednost tzv. suchým hmotám, které se, jak z názvu vyplývá, instalují za sucha bez použití vody [1]. Jedná se zejména o případy, kdy se jedná o oceli s extrémně nízkými obsahy vodíku. Jsou to rovněž směsi páleného magnezitu, popř. olivínu a vláken, ale obsahující práškovou tmelící přísadu ve formě novolaku, babelitového tmelu apod. Směs se nasype na dno mezipánve a mezi její stěnu a formu, při ohřevu na C dojde ke zpevnění vrstvy, forma se vytáhne a mezipánev je připravena na lití bez nutnosti dalšího ohřevu. 4.2 Suspenzní torkretování Nástřikové hmoty pro suspenzní torkretování mezipánví se používají na zhotovení pracovních vyzdívek tzv. předehřívaných mezipánví. Jedná se o směsi na bázi magneziových slínků, olivínů, organických nebo anorganických vláken, vodního skla, povrchově aktivních látek vytvářejících vzduchové bublinky, čímž se zlepší izolační vlastnosti vyzdívky. Neméně důležitým požadavkem kladeným na žáruvzdorný materiál přicházející do styku s ocelí obecně, je minimální koroze ocelí a struskou s ohledem na mikročistotu odlité oceli. 5. FUNKCE PRACOVNÍ VYZDÍVKY Hlavním posláním pracovní vyzdívky v mezipánvi je ochrana její trvalé vyzdívky, tedy možnost odstranění zbytků zatuhlé oceli po ukončení sekvence, bez poškození trvalé vyzdívky. Tato může být buď vyzděna alumosilikátovými tvárnicemi nebo dnes častěji monolitická. Nejčastěji používaným materiálem pro trvalé monolitické vyzdívky jsou nízko, popř. ultranízkocementové žárobetony na bázi bauxitu, andaluzitu nebo jejich kombinace. Trvalá vyzdívka má nižší koeficient teplotní roztažnosti než pracovní vrstva na bázi magneziového slinku. To způsobuje při změnách teplot napětí mezi vrstvami, což má někdy

3 za následek nežádoucí tvorbu trhlin, ale na druhé straně značnou měrou přispívá k tomu, že se tyto vrstvy nespojí a nedojde k poškození trvalé vyzdívky při odstraňování slitku. 6. NÁSTŘIKOVÉ HMOTY Nástřikové hmoty pro suspenzní torkretování se aplikují pomocí speciálního zařízení, kde je směs míchána s % vody a následně protlačována hadicí do trysky, ve které je stlačeným vzduchem vrhána na trvalou vyzdívku mezipánve; tato může být buď předehřátá na cca C, nebo studená. Tloušťka nanesené vrstvy se pohybuje od 3 do 7 cm v závislosti na kvalitě hmoty, vlastnostech krycí strusky a oceli a na zamýšlené délce lití. V oblasti strusky se obyčejně nanáší vrstva silnější o 1 2 cm. Po zatuhnutí se mezipánev suší podle křivky sušení, která je dána jednak výrobcem hmoty, jednak zkušenostmi daného provozu (příklad viz obr. č. 2). Před vlastním litím se mezipánev předehřívá na cca 1100 C. V průběhu lití pak dochází k infiltraci zejména strusky do pracovní vyzdívky, dále pak ke zhutňování (obr. 1). Za daných provozních podmínek je pak hloubka infiltrace a zhutněné vrstvy závislá na kvalitě nástřikové hmoty a délce lití. Cílem je, aby se pracovní vyzdívka nespekla až do bezprostředního kontaktu s trvalou vyzdívkou. Ta by pak byla mechanicky poškozována během odstraňování slitku a částečně i chemicky reakcemi mezi nástřikovou hmotou a žárobetonovým monolitem v trvalé vyzdívce (2).

4 Křivka sušení - NH85M (NH60O) ( C) ,3 2,3 2,5 3,5 4 6,5 7 (hod.) Obr. 2: Příklad křivky sušení 6.1 Technologie pro velmi dlouhé doby lití V případě velmi dlouhých sekvencí (nad 20 hodin) ale nemůžeme zabránit i u špičkových hmot (na bázi kvalitních magnezií), propečení pracovní vrstvy na trvalou vyzdívku. Nelze totiž neomezeně zvětšovat tloušťku nástřiku (nad 8 cm) s ohledem na možné problémy při sušení nebo s ohledem na objem mezipánve apod. Proto byl vývoj těchto hmot zaměřen na omezení infiltrace struskou a ocelí a zejména zpomalení zhutňování sypké nespečené vrstvy. Výsledkem tohoto vývoje jsou materiály s přídavky uhlíku, který jednak snižuje smáčivost povrchu struskou a ocelí, jednak zabraňuje spékání pracovní hmoty a poškození trvalé vyzdívky. V současné době jsou používány dva způsoby aplikací těchto hmot. V prvním případě se jedná o nástřikové hmoty s uhlíkem, které se nanášejí suspenzní torkretací v tenké vrstvě 1 1,5 cm na trvalou vyzdívku jako její ochrana. Na ni se pak stejným způsobem aplikuje hmota neobsahující přídavky uhlíku v tloušťce 3 6 cm. V případě, že se tato vrstva zhutní, spékání se zastaví na černé vrstvě a nedojde k poškozování trvalého zdiva. Druhou variantou je nástřik jedné vrstvy hmotou, která spojuje vlastnosti dvou materiálů, popsaných výše. 6.2 Výhody použití hmot obsahujích uhlík: - použitelné do 36 hodin lití - použití stávajícího torkretačního stroje - tlošťky do 7cm bez prasklin a odlupování - použitelné na teplou i studenou mezipánev - nový vazebný systém zaručuje snadnější aplikaci, zabraňuje praskání,odlupování při sušení a ohřevu, nevytváří konc. vazbu na povrchu, umožnňuje nástřik na dvakrát - nízká tepelná vodivost - nízké tepelné ztráty - nízká spékavost - vysoká korozivzdornost i vůči struskám - snižuje výskyt nemetalických vměstků - snižuje specifické náklady

5 - zvyšuje technologickou spolehlivost Poznámka: - nevhodné pro ultranízkouhlíkaté oceli 7. DALŠÍ ŽÁROVZDORNÉ PRVKY V MEZIPÁNVI Technologický proces lití oceli do mezipánve vyžaduje použití i dalších žárovzdorných prvků. Když pomineme výtokové uzly, tj. zejména šoupátkové uzávěry, které jsou spíše doménou jiných výrobců, byla v podmínkách třinecké ocelárny vyzkoušená řada prvků, které byly montovány do mezipánví a jejichž účelem bylo buď chránit nejvíce namáhaná místa anebo usměrnit proudění oceli v mezipánvi. K tomuto účelu byly používány nejrůznější přepážky a dopadové desky. Jednalo se v podstatě o různé typy žárobetonových prefabrikátů, které po fázi zkoušek na bázi různých materiálů jsou vyráběny převážně z žárobetonu na bázi tabulárního korundu a spinelu (BNS95T-S), který vyhovuje nejlépe s ohledem na náročné tepelné a mechanické podmínky v mezipánvi. Ekonomika použití tohoto druhu žárobetonu je nejlepší, přestože patří k nejdražším námi vyráběným materiálům. Proto bylo rozhodnuto o jeho použití i do poslední novinky, kterou naše společnost připravuje ve spolupráci s techniky oceláren a výzkumnými pracovníky TŽ. Jedná se o usměrňovač licího proudu oceli při dopadu do mezipánve. Bude to žáromonolit ve tvaru hrncovité nádoby, jenž bude plnit současně více funkcí, a to jednak funkci dopadové desky a zároveň by měl zabránit turbulentnímu proudění v mezipánví, od čehož oceláři očekávají zejména větší mikročistotu oceli a tím dosažení lepších vlastností u některých náročných jakostí ocelí. 8. Rekapitulace uvedených žáromateriálů V následující tabulce jsou uvedeny základní technické údaje o jakostech žáromateriálů, o nichž bylo zmíněno v mém příspěvku. DRUH Materiálová Teplota Chemické složení Objem. Pevnost báze použití Al2O3 MgO Fe2O3 hmotnost v tlaku označení C % % % g*cm -3 Mpa Mpa popis 110 C 1500 C TRICAST BN82B bauxit ,2 2, LCC žárobeton TRIZOL HBU 5 keram.suroviny ,0 1,9 0,50 1,5 izolační výrobek polystyren TRITIC TTP85K korund ,0 1,6 plastický tmel TRICAST BNS95T-S tab.korund ,0 0,05 3, LCC samotekoucí ŽB spinel TRIGUN NH75M magnezit ,5 72,0 3,0 nástřiková hmota TRIGUN NH60O olivin ,0 60,0 4,9 nástřiková hmota magnezit TRIGUN NH85M magnezit ,6 1,5 nástřiková hmota Tab. 1 - Základní technické údaje o žáromateriálech používaných na mezipánve

6 9. Shrnutí Mezipánev je velmi důležitým prvkem v procesu plynulého odlévání oceli a je tedy vhodné věnovat zvýšenou pozornost výběru vhodných žárovzdorných materiálů. Platí to současně pro materiály jak pro trvalou, tak i pracovní vyzdívku, případně i další elementy používané v mezipánvi. Případné problémy při nevhodném výběru materiálu mohou mít značné finanční dopady z titulu ztráty ve výrobě, špatné jakosti ocele, zvýšení nákladů na trvalou vyzdívku, pokud byl zvolen nekvalitní materiál pro pracovní vyzdívku. Pro dosažení co nejlepších výsledků ve vývoji se naší společnosti velmi osvědčila těsná spolupráce s konečným odběratelem TŽ a provozovatelem žárotechnických prací D5, a.s., protože výsledky vývoje bylo možno si prakticky okamžitě ověřit v provozních podmínkách s možností přímého sledování chování materiálu. Získané poznatky a takovým způsobem odzkoušené materiály jsme připraveni nabídnout i ostatním zájemcům. Literatura: [1] STENDERA J., KOTYNK M. A Very Rapid Application Technique for Steel Tundish Werbring Linings. Sborník z konference UNITECR 99 Berlín 1999, str [2] VON WITSLEBEN, KOLLENBERG W., BANNENBERG N. - Untersuchungen der Reaktionen zwischen Feuerfestbeton und Spritzmasse im Tundish Sborník z XXXIX International Colloqium on Refractories, Aachen 1996, str [3] ROUTSCHKA G. Refractory Materials Pocket Manual, Vulkan Verlag Essen, str [4] STAROŇ J., TOMŠŮ F. Žiaruvzdorné materiály, Alfa Bratislava, str