Vývoj pracovních vyzdívek mezipánví v TŽ Třinec

VÝVOJ PRACVNÍCH VYZDÍVEK MEZIPÁNVÍ V TŽ TŘINEC
TUNDISH WORKING LININGS IN TŽ TŘINEC
Ing. Jan Lasota, Refrasil, s. r. o., Průmyslová 720, 739 65 Třinec – Konská, ČR
Ing. Lubomír Lacina, Třinecké železárny, a. s., Průmyslová 1000, 739 70 Třinec, ČR
Ing. Milan Cieslar, Třinecké železárny, a. s., Průmyslová 1000, 739 70 Třinec, ČR
Ing. Adam Molin, Refrasil, s. r. o., Průmyslová 720, 739 65 Třinec – Konská, ČR
Abstrakt
Mezipánve pro plynulé odlévání oceli se vyzdívají podobně jako většina agregátů tohoto typu, tzn. že
vyzdívka se dělí na trvalou a pracovní. Zatímco životnosti trvalé vyzdívky 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. V referátu je uveden stručný přehled těchto technologií, dale pak na příkladu
TŽ je popsán princip a výhody vyplývající z poskytování komplexních služeb na mezipánvích.
Abstract
Linings of tundishes for continuous casting of steel, just like the vast majority of metallurgical vessels
linings of similar type, consist of two main layers, one being permanent lining, the other working one.
While service life of the permanent lining is supposed to last for almost a year, the working lining will be
replaced after several or dozens of hours in service, depending on how many taps there are in the sequence
in question. However, the working lining material quality is of utmost importance as it will not only
protect permanent lining, but it will influence other factors such as heat losses and steel micropurity.
Tundish working linings involve both diverse materials and installation techniques. The paper gives a
revue of those techniques, further more, there is an example shown, on the principle and merits of tundish
management in Třinec being provided as full package servicing.
1. Úvod
V Třineckých železárnách (TŽ) jsou provozu dvě zařízení pro plynulé odlévání oceli,
ZPO 1 s jednou mezipánví a ZPO 2 se dvěmi mezipánvemi.
Mezipánve pro plynulé odlévání oceli jsou vyzdívány podobně jako většina agregátů
tohoto typu, tzn. že vyzdívka se dělí na trvalou 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.
Trvalá vyzdívka může být buď vyzděna alumosilikátovými tvárnicemi nebo se dnes
častěji zhotovuje jako 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
za následek nežádoucí tvorbu trhlin, ale na druhé straně taky přispívá ke snadnějšímu
odstraňování slitku po sekvenci.
Pracovní část vyzdívky se skládá z pracovní vrstvy, dopadových bloků a různých
segmentů usměrňujících tok oceli v mezipánvi. Hlavním posláním pracovní vyzdívky
v mezipánvi je ochrana trvalé vyzdívky, tedy možnost odstranění zbytků zatuhlé oceli po
ukončení sekvence, bez poškození trvalé vyzdívky. Pracovní vyzdívka mezipánve je vystavena
koroznímu působení tekuté oceli a ochranné strusky. Na vlastnosti pracovních vyzdívek
mezipánví jsou 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. Druhy hmot a technologie aplikace pracovních vyzdívek odzkoušené v TŽ
2.1. 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. Jedná se rovněž o směsi pálené magnezie,
popř. olivínu a vláken, ale obsahující práškovou tmelící přísadu na organické nebo anorganické
bázi, zpevňující během ohřevu. Směs se nasype na dno mezipánve a mezi její stěnu a formu, při
ohřevu na 200 – 400 °C dojde ke zpevnění vrstvy, forma se vytáhne a mezipánev je připravena
na lití bez nutnosti dalšího ohřevu.
V provoze TŽ ZPO byla v roce 2006 zkoušena aplikace této suché technologie. Do
připravené mezipánve byla nejdřív nasypaná hmota na její dno a urovnána na tloušťku cca 5 cm.
Následně byla do mezipánve vložena kovová forma a po jejím vystředění byly zasypány stěny
mezipánve až k hornímu okraji trvalé vyzdívky. Průměrná tloušťka hmoty na stěnách byla 5 cm.
Následně byla pánev temperována na 250°C, aby došlo k žádanému zpevnění. Po
volnoprostorovém chlazení následovalo vytažení formy z mezipánve. Po vytažení formy byly
viditelné trhliny na povrchu a ve dvou případech z 10 došlo během lití v mezipánvi k odpadnutí
části vyzdívky stěn. Jelikož tento způsob vyzdívky nesplnil hlavní očekávaný cíl, tj. snížení
obsahu vodíku v oceli, a také z důvodů technických problémů a ekonomiky, došlo k ukončení
zkoušek se suchými hmotami.
2.2. Suspenzní torkretování
V současnosti je v provozu ZPO Třineckých Železáren používáno suspenzní
torkretování nástřikovými hmotami. Jedná se o směsi na bázi magneziových slinků, olivínů,
organických a anorganických vláken, a aditiv.
Nástřikové hmoty pro suspenzní torkretování se aplikují pomocí speciálního zařízení,
kde je směs míchána s 18 - 28 % vody, a následně protlačována hadicí do trysky, ve které je
stlačeným vzduchem vrhána na trvalou vyzdívku mezipánve, která je předehřátá na cca 50 –
80 °C. Tloušťka nanesené vrstvy se pohybuje od 3 do 7 cm v závislosti na kvalitě hmoty,
vlastnostech krycí strusky, 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, viz. obr. č. 1.
Křivka sušení
700
Teplota (°C)
600
500
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Doba sušení (hod)
Obr. č.1: Příklad křivky sušení mezipánve
Před vlastním litím se mezipánev předehřívá na cca 1200 °C. V průběhu lití pak dochází
k infiltraci zejména strusky do pracovní vyzdívky, a k jejímu spékání, obr.č.2.
žárobeton
sypká vrstva
spečená vrstva
infiltrace
Obr.č.2: Rozhraní struska/ocel a žáromateriál
Za daných provozních podmínek je pak hloubka infiltrace a spečení vrstvy závislá na
kvalitě nástřikové hmoty a délce lití. Cílem je, aby se pracovní vyzdívka nespekla až na trvalou
vyzdívku. Ta by pak byla mechanicky poškozována během odstraňování slitku a částečně i
chemicky reakcemi mezi nástřikovou hmotou a žárobetonovým monolitem v trvalé vyzdívce [2].
2.2.1. Technologie pro dlouhé doby lití
V případě velmi dlouhých taveb (více než 20) ale nemůžeme zabránit i u špičkových
hmot (na bázi kvalitních magnézií), propečení pracovní vrstvy na trvalou vyzdívku. Nelze totiž
neomezeně zvětšovat tloušťku nástřiku (nad cca 10 cm) s ohledem na možné problémy při
sušení, popř. s ohledem na objem mezipánve. Proto byl vývoj těchto hmot zaměřen na omezení
infiltrace struskou a ocelí, a zejména na zpomalení spékání sypké vrstvy.
Výsledkem tohoto vývoje jsou materiály s přídavky uhlíku, který jednak snižuje
smáčivost povrchu struskou a ocelí, jednak zabraňuje spékání pracovní hmoty a tím 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 pracovní v tloušťce 3 – 6 cm. Během lití se pak spékání, popř. infiltrace zpomalí na
„černé“ vrstvě a nedojde k poškození trvalého zdiva.
Druhou variantou je nástřik jedné vrstvy hmotou, která spojuje vlastnosti dvou materiálů,
popsaných výše.
3. Principy přípravy mezipánví jako komplexní služby
Příprava mezipánví pro odlévání představuje ucelený komplex činností, které lze poměrně
přesně definovat a specifikovat požadovaný výstup (6). Vstupem je použitá mezipánev po
ukončení odlévání na ZPO a výstupem vyzděna a vysušená mezipánev. Příprava mezipánví se
skládá z několika etap :
- odstranění zbytků kovu, strusky a původní pracovní vyzdívky,
- oprava poškození trvalé vyzdívky,
- usazování potřebných prvků do mezipánve (výtokové kameny, přepážky,
usměrňovače proudu oceli, dopadové desky apod.),
- provedení nástřiku pracovní vyzdívky,
- vysušení mezipánve.
Pro realizaci uvedené činnosti jsou potřebné jak materiály, tak práce. Společnost Refrasil
poskytuje na ZPO TŽ komplexní servis mezipánví ve spolupráci se subdodavatelem, společností
D5, a.s. Hlavním principem komplexní služby je plné přenesení odpovědnosti za zajišťování
materiálu a prací na dodavatele. Mezipánev je jen jedním z prvků složitého technologického
systému plynulého odlévání oceli, který vyžaduje respektování mnoha návazností vyplývajících
jak ze složitosti samotného systému, tak i z různorodosti značek vyráběné oceli. To jsou některé
důvody, proč nelze službu přípravy mezipánví izolovat od provozní problematiky a technologie
výroby oceli. Z důvodu složitosti procesu a nutnosti trvalé vazby mezi dodavatelem, odběratelem
a subdodavatelem žárotechnických prací je tato služba zajišťována a řízena servisními techniky
dodavatele služby (6).
3.1. Výhody komplexní služby na mezipánvích
Pro odběratele je to zejména jasná představa o nákladech. Od momentu uzavření smlouvy
může kalkulovat náklady na mezipánve. Dalším přínosem je úspora pracovní síly těch
zaměstnanců, kteří se dosud podíleli na zajišťování této činnosti. Tato spolupráce je nezbytná i z
důvodu vlivu technologického uzlu – mezipánve na kvalitu vyráběné oceli, a taktéž při
zkouškách nových materiálů a aplikačních postupů zaváděných ať už z důvodu technologických
změn ve výrobě oceli, nebo z důvodu snižování nákladů dodávané služby. S cílem zlepšit
ekonomiku poskytované služby mohou být jak náměty z provozu, tak výsledky vlastního vývoje
dodavatele, prakticky ověřovány v provozních podmínkách. Finanční efekt, který takovýto
společný vývoj přinese, se rozdělí mezi oba zúčastněné subjekty (6).
4. Shrnutí a závěr
Na vlastnosti pracovních vyzdívek mezipánví jsou kladeny vysoké nároky, neboť ovlivňují
nejen životnost trvalé vyzdívky, ale řadu dalších faktorů, jako např. tepelné ztráty a zejména
mikročistotu odlité oceli. Mezipánev prochází neustálým vývojem zejména v oblasti žárovzdorné
keramiky. Tento vývoj byl zaznamenán i v TŽ, a to jak v oblasti trvalých, tak i pracovních
vyzdívek. Pro jejich zhotovení jsou používány jak různé technologie, tak i materiály.
Na ZPO TŽ je celý proces přípravy mezipánví zajišťován firmouou Refrasil jako
komplexní služba.
Literatura:
[1] STENDERA J., KOTYNK M. – A Very Rapid Application Technique for Steel Tundish
Werbring Linings. Sborník z konference UNITECR ´99 – Berlín 1999, str. 113 – 116
[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. 111 – 117
[3] ROUTSCHKA G. – Refractory Materials – Pocket Manual, Vulkan Verlag Essen, str.226229
[4] STARO´N J., TOM´SU F. – Žiaruvzdorné materiály, Alfa Bratislava, str.368-373
[5] MOLIN A. - Nové směry ve vývoji pracovních vyzdívek mezipánví pro plynulé odlévání
oceli, Refrasil, Třinec 2000
[6] CIESLAR M., MOLIN A., POWETZ H., RUSNOK S. – Mezipánev pro plynulé odlévání
oceli z pohledu žáruvzdorné keramiky, Ocelářská konference, Třinec 2003