Футеровка индукционных тигельных печей периклазовыми и периклазохромитовыми массами

Периклазовую и хромопериклазовую футеровку индукционных тигельных пеней применяют при плавке качественных сталей и сплавов, в которых строго лимитировано содержание кремния, фосфора, серы, неметаллических включений, а также жаропрочных и тугоплавких сплавов. Нецелесообразно плавить в печах с основной футеровкой обычные углеродистые, кремнистые и другие стали, расплавляемые при сравнительно невысоких температурах (1450-1550 °C), при которых может успешно служить более дешевая и недефицитная кислая футеровка.

Основная футеровка при спекании претерпевает усадку, она не растет в процессе нагревания, поэтому набивку основной футеровки надо производить до максимального уплотнения с помощью пневматических трамбовок или отбойных молотков. Зерновой состав набивной массы оказывает большое влияние на качество и стойкость футеровки. При использовании мелких фракций можно обеспечить хорошее спекание даже при отсутствии или при малых количествах плавней — минерализаторов. В этом случае можно получить более плотную футеровку, хорошо сопротивляющуюся проникновению металла и шлака. Однако высокое содержание в массе мелких фракций приводит к быстрому и глубокому спеканию стенок футеровки, которое сопровождается усадкой, уменьшением термической стойкости, а следовательно, и образованием трещин в футеровке. Увеличенное количество крупных фракций понижает спекаемость массы и плотность набивки футеровки, что сопровождается пропиткой тигля металлом и шлаками.

Наиболее целесообразно применять зерна разной величины. Общие принципы при подборе зернового состава периклазовой и хромопериклазовой набивной футеровки такие же, как и кварцитной, однако, следует количество крупных фракций брать с учетом доизмельчения некоторой части массы при набивке пневматической трамбовкой или отбойным молотком. Содержание средних и мелких фракций регулируется необходимостью наиболее плотной укладки крупных зерен. При этом содержание мелких фракций должно быть минимально возможным, чтобы замедлить глубокое спекание набивных масс в процессе службы футеровки. Таким образом, правильное соотношение между фракциями зерен является одним из важных факторов, обусловливающих термостойкость и металло- и шлакоустойчивость футеровки из набивных масс, особенно основных и нейтральных.

Для печей емкостью более 1 т оптимальным является следующий зерновой состав: 40-50 % фракции 4-2 мм; 14-20 % — 2-0,5 мм; 25-30 % мельче 0,088 мм; фракции 0,5-0,088 — остальное. Для печей меньшего объема количество крупных фракций необходимо уменьшить, оптимальным для них является следующий зерновой состав: 10-20 % фракций 4-2 мм; 30-40 % — 2-0,5 мм; 30-35 % — 0,5-0,088 мм; 20-25 % мельче 0,085 мм.

Увеличение содержания крупных фракций более 50 % приводит к расфракционированию шихты при набивке и расслоению футеровки тигля в процессе эксплуатации печи. Увеличение количества средних фракций приводит к уменьшению плотности набивки.

Рассеянные по фракции порошки магнезита и хромомагнезита хранят раздельно. Дозированные в необходимом соотношении сухие фракции (компоненты) тщательно смешивают в механических смесителях или бегунах. Все фракции перемешивают до равномерного распределения. Приготовленную сухую массу используют непосредственно для набивки или слегка увлажняют раствором сернокислого магния или другого связующего раствора. Раствор готовят заранее. После увлажнения массу вновь тщательно перемешивают в тех же мешалках. Приготовленную массу для влажной набивки выдерживают в специальной таре под влажной мешковиной для равномерного распределения влаги. Практикой установлено, что слегка увлажненные основные массы при трамбовании уплотняются лучше, чем сухие. В этом случае укладка зерен, их сцепление между собой обеспечивают большую прочность и термостойкость набивных стенок, однако влажная футеровка требует более длительного времени на сушку и пуск печи в эксплуатацию.

В качестве плавня-минерализатора во влажной футеровке применяется плавиковый шпат (CaF₂), который не растворяется и не переносится влагой при сушке от горячей поверхности к индуктору. При влажной футеровке следует избегать применения борной кислоты и борного ангидрида, так как они растворяются в воде и при сушке тигля вместе с влагой мигрируют к индуктору, увеличивая спекание буферного слоя и ухудшая спекание рабочего слоя футеровки.

Индуктор печи готовят к футеровке аналогичным образом, как и при кислой набивке тигля. В качестве обмазки индуктора применяют следующие составы изоляционной массы:

1) 50 % электрокорунда + 50 % диоксида циркония (обезжелезненного);

2) смесь талька с бакелитовым лаком в соотношении 2:1;

3) смесь кварцевого песка или маршалита со строительным гипсом (алебастром) 2:1;

4) смесь электрокорунда с высокоглиноземистым цементом (ВГЦ) — 3:1.

Изоляционную массу тщательно перемешивают и доводят до консистенции подвижного теста. Первую из указанных масс смешивают с гидрализованным этилсиликатом, вторую — с жидким бакелитовым лаком, третью и четвертую — с водой.

Изоляционную обмазку (массу) наносят мастерком на витки индуктора слоем толщиной 4-8 мм (в зависимости от габаритов индуктора). Покрытие на высокоглиноземистом цементе выдерживают во влажных условиях, а затем сушат. Остальные виды обмазки сушат через 1-2 ч после нанесения. Сушку проводят также, как и обмазку, под кислую футеровку.

Для уменьшения возможности прохода металла к индуктору наносят 3-й слой обмазки, который предотвращает проход металла через мелкие трещины в футеровке. Металлостойкую периклазовую обмазку приготавливают из тонкомолотого периклаза (проход через сито 0,5 мм — 100 %) затворенного раствором полифосфата натрия плотностью 1,34 г/см³. Наносят ее толщиной 5-10 мм таким же способом, как первый слой обмазки, сушат также лампами 24-36 ч без подачи воды в индуктор. Промышленные испытания такой обмазки показали увеличение стойкости футеровки и надежности работы печи. Обмазка не пропускает металл к индуктору при образовании трещины в основной футеровке. Изоляционная и металлостойкая обмазка служат 1-2 года. При замене футеровки ее ремонтируют (подновляют).

Перед набивкой тигля печи поверх обмазки наклеивают асбест (2-5 мм) или тонкий миканитовый лист (0,3-0,5 мм).

Дно тигля набивают слоями (30-40 мм) пневматической трамбовкой или отбойным молотком с зубчатым наконечником. Перед засылкой очередного слоя поверхность набитого слоя взрыхляет металлической гребенкой на глубину 3-5 мм. На утрамбованное дно тигля устанавливают шаблон, нижняя часть которого имеет форму усеченного конуса для плавного перехода от дна к стенкам тигля. Шаблон центрируют, загружают в него цилиндрические болванки (груз для придания устойчивости шаблону) и укрепляют четырьмя деревянными брусьями, что обеспечивает равномерную толщину стенок тигля.

Для равномерной эвакуации паров воды из влажной магнезитовой массы в стенках шаблона просверливают отверстия диаметром 3-5 мм, располагая их в шахматном порядке на расстоянии 100-120 мм.

При набивке вертикальный части тигля более тщательно набивают массу прилегающую к шаблону, чтобы слой, прилегающий к жидкому металлу, был плотнее, чем буферный слой. При набивке влажной массы очень важно не допускать перерывов в работе, так как это приводит к
расслоению набивной массы. Для хорошего уплотнения верхних слоев тигля набивку производят на 20-30 мм выше установленного уровня, а затем срезают лишнюю высоту и торец заглаживают металлической гладилкой.Воротник печи и сливной носок изготавливают из той же массы, что и стенки тигля, но с добавлением разбавленного водой жидкого стекла до плотности 1,28-1,32 г/см³.

Готовую футеровку сушат сначала на воздухе 4-6 ч, а затем досушивают пламенем газовой горелки или индукционным способом 6-8 ч с постепенным подъемом температуры до 300-400 °С с таким расчетом, чтобы удалить всю влагу. После сушки в тигель загружают крупную шихту и приступают к обжигу индукционным способом. Постепенно увеличивая мощность печи с выдержкой на каждой ступени трансформатора (начиная с низшей) по 30-40 мин, доводят шаблон и шихту до расплавления. Догружают тигель металлом до полного заполнения объема и постепенно (за 20-30 мин) перегревают металл до 1650-1750 °C (на 150-200 °C выше рабочей температуры плавки). Перегретый металл выдерживают 20-40 мин в зависимости от толщины стен и объема тигля — чем больше толщина, тем длительнее выдержка. Указанный режим обжига необходим для спекания рабочего слоя футеровки, чтобы придать ему необходимую механическую прочность. После обжиговой плавки тигель освобождают от жидкого металла. При обнаружении небольших дефектов футеровки их устраняют футеровочной массой с добавкой жидкого стекла.

Вторую (промывную плавку) проводят по режиму первой, но при этом выплавляют необходимую марку стали.

При определении стойкости футеровки тигельных печей объемом 0,5 и 0,15 т установлено (табл. 1), что средняя стойкость периклазохромитовых тиглей в два раза выше, чем периклазовых при плавке одинаковой марки стали. Периклазохромитовые тигли обеспечивают надежную безаварийную работу печей, в то время как в периклазовых тиглях без добавки хромита чаще образуются трещины с проходом металла к индуктору. Химический состав периклазохромитовой массы колеблется в следующих пределах, массовые доли, %: MgO 63-73; А1₂O₃ 4-6; Cr₂O₃ 7-12; СаO 2-3; Fe₂O₃ + FeO 7-9; SiO₂ 4-6.

Таблица 1. Сроки эксплуатации тиглей

Показатель	Материал тиглей
	периклазохромит	периклаз
Количество кампаний, шт	54	212
Средняя стойкость тиглей, плавок	66	37
Стойкость, плавок:
максимум	82	61
минимум	46	3
Аварийные плавки:
с прорывом металла, шт	0	17

В тиглях емкостью 8 т при выплавке никельхромовых и железохромоалюминиевых сплавов с содержанием углерода 0,02 %, высокую стойкость (19-25 плавок) показала периклазохромитовая масса из обожженного периклазового порошка — фракции 4-2 мм (содержание МgO > 88 %), периклазошпинелидного порошка — фракции 2-0 и плавленого периклаза фракции 4-0 мм (МgO > 93 %) в соотношении 3:3:1. Повышенную устойчивость массы к сплаву и шлаку обеспечивает увеличенное содержание в ней периклаза и хромита в тонкомолотом состоянии. Наличие периклазошпинелидного порошка обеспечивает также высокую термостойкость тигля в службе.

Исследования свойств массы показали, что ее линейная усадка после обжига при 1600 °C составляет 1-1,2 %, а пористость — 18,5 %. После обжига при более низких температурах масса обнаруживает небольшой рост: при 1000 °C — 0,1 %; 1200 °C — 0,4 % и при 1400 °C — 0,5 %. Основным преимуществом массы является уменьшение степени растрескивания футеровки и обеспечение надежной ее эксплуатации в печах большой емкости.

Увеличение количества силикатов в рабочем слое футеровки в процессе службы приводят как к ее износу, так и к спеканию. В основной футеровке возрастает роль буферного слоя, примыкающего к индуктору. Наличие этого слоя особенно важно при применении составов с высоким содержанием МgО, обладающих высоким термическим расширением в интервале температур 1200-1400 °C и склонных к растрескиванию вследствие усадки при болёе высокой температуре. Особую роль в этом случае играет металлоустойчивая магнезитовая обмазка, дающая возможность слить металл при срабатывании сигнализатора износа футеровки.

Использованная литература:
1. Сасса В.С. Футеровка индукционных печей. М.: «Металлургия», 1989, 232 с.