ArcelorMittal Кривой Рог — полная рабочая футеровка конвертера 300 т и продувка днища

У конвертеров с комбинированной продувкой есть задача по огнеупорам, которой нет у чисто верхнепродуваемых агрегатов: у донного продувочного узла свой срок службы, и если он короче кампании, то он и становится кампанией. На ArcelorMittal Кривой Рог согласование этих двух сроков было главной целью комплекта.

Заказчик и условия эксплуатации

В Кривом Роге работают 300-т кислородные конвертеры с комбинированной верхней и донной продувкой. Для сортамента завода комбинированная продувка не является опцией — донное перемешивание обеспечивает гомогенизацию ванны и контроль углерод-кислородного равновесия в точке плавки, которых требует этот сортамент. Поэтому донный продувочный узел здесь производственный компонент, а не удобство. Когда он деградирует, металлургическое следствие — ухудшение контроля точки плавки, рост потерь железа со шлаком — проявляется раньше, чем огнеупорное.

Диагноз

По эксплуатационным записям и результатам разбора футеровки выявлены две отдельные проблемы. Во-первых, срок службы донного продувочного узла был короче кампании агрегата, поэтому конвертер останавливали — или вели при ухудшенном перемешивании — раньше, чем рабочая футеровка достигала своего предела. Во-вторых, износ рабочей футеровки концентрировался на шлаковой линии и в зоне металла, причём характер износа соответствовал окислению, опережающему шлаковую коррозию: как только кислород или FeO достигал графита в кирпиче, шлаковый барьер исчезал, и проникновение ускорялось.

Инженерное решение

Футеровка была разделена на зоны, а продувочный узел задавался как система, а не как расходник:

• Шлаковая линия конвертера и зона металла — MgO-C с содержанием углерода 14–19 % на высокочистом плавленом периклазе, подобранный под основность и FeO шлака данного завода, причём работу выполняет антиоксидантный пакет, а не дополнительный углерод, которого для этого часто напрасно просят. Подбор антиоксидантов — Al и Si при пониженных температурах, SiC и B₄C в диапазоне 1400–1600 °C — даёт больше кампании, чем простое повышение углерода, которое снижает горячую прочность и увеличивает риск окисления.
• Зона завалки и конус — ударопрочные марки с содержанием углерода 14–17 %, подобранные по прочности и вязкости, поскольку здесь преобладает удар скрапа при завалке, а не атака шлака.
• Лётка — гнездовой блок и стакан XZK-MC-12AF1/F2 с согласованной безводной леточной массой, изготовленные под геометрию гнезда.
• Донная продувка — пробка, гнездовой кирпич и седло, поставляемые одним спроектированным комплектом, проверенные по размерам и прошедшие пробную сборку без футеровочных растворов до отгрузки. Механизм отказа, который здесь устраняется конструктивно, — зазор: не полностью посаженная пробка оставляет непрерывный путь для жидкой стали в днище конвертера, где ферростатическое давление максимально, а оператор не видит, что происходит.
• Защитная футеровка — низкоуглеродистая марка: углерод минимизирован сознательно, чтобы защитить чистоту стали и сохранить низкую теплопроводность.

Поставка, документация и логистика

Паспорта качества на партию охватывали химический состав, плотность, пористость и предел прочности при сжатии, а для марок, где эти свойства определяющие, — также горячий ППИ и испытание на окисление. Продувочные узлы отгружались с протоколами испытаний на расход, где указаны расход при рабочем давлении, давление открытия и поведение противодавления при низком расходе — три числа, позволяющие ввести узел в эксплуатацию с уверенностью и сравнить его с предшественником при следующей замене.

Монтаж и ввод в эксплуатацию

Монтаж продувочного узла для первого комплекта шёл под надзором: поверхность седла проверена на чистоту и отсутствие повреждений, стыковочный мертель заданной марки и толщины, а первые плавки велись по проектному профилю перемешивания данной пробки, а не по практике, которую терпела предыдущая. Монтаж футеровки шёл по зональному графику с контролем толщины швов.

Результаты

Срок службы донного продувочного узла был согласован с длиной кампании, поэтому конвертер перестал останавливаться — или работать при ухудшенном перемешивании — из-за пробки. Износ рабочей футеровки соответствовал зональному прогнозу, и шлаковая линия больше не была единственной лимитирующей позицией. Эксплуатационный эффект состоял в том, что контроль точки плавки удерживался всю кампанию, а не ухудшался в её последней трети.

Что переносится на другие заводы

Для любого конвертера с комбинированной продувкой срок службы продувочного узла и длину кампании стоит отложить по одной оси. Если они не совпадают, агрегат ведут по меньшему из двух сроков, и вся разница доступна как кампания — обычно ценой поставки узла согласованным комплектом, а не пробки, купленной отдельно от своей оснастки.

Марки футеровки описаны на странице периклазоуглеродистого кирпича для конвертера, продувочный узел — на страницах продувочной пробки и гнездового кирпича, лётка — на странице безводной леточной массы, а системный обзор — на странице футеровки кислородного конвертера.