Эффективная футеровка ковшей INSURAL ATL для алюминиевых сплавов

Статьи от автора: Фрайн М.

Фрайн М.- ФОСЕКО Чехия, Кендрик Р., Хопс В. – ФОСЕКО Европа.

Перевод: Чикунов А.В. – ООО «ФОСЕКО

Вступление

Затраты на энергию и экологические требования продолжают оказывать финансовое давление на литейную промышленность. Опасения глобального потепления климата подталкивают правительственные органы на создание дополнительных экономических санкций в отношении предприятий и индивидуальных хозяйств, которые не эффективно расходуют энергоресурсы. Для того, чтобы сохранять конкурентоспособность литейные предприятия должны рассматривать каждый аспект собственного производства на предмет сокращения затрат и вести поиск наиболее эффективных методов выплавки и выдержки расплава, а также уделять внимание методам переработки возврата и отходов производства.

Одной из мер повышающих экономическую эффективность производства является применение специальной изоляционной футеровки для передаточных ковшей – Insural ATL, благодаря которой можно сохранять расплав в более узких температурных пределах и понизить температуру выдачи металла из плавильных печей.

Большинство предприятий используют для футеровки ковшей огнеупорный бетон, который является плохим теплоизолятором и требует длительного спекания. Такая футеровка может являться источником насыщения расплава алюминия водородом, так как полное спекание и стабилизация свойств футеровки может занять несколько дней или несколько переливов расплава.

Другие предприятия для футеровки ковша используют графито-шамотные тигли, но данный материал по своей природе также является теплопроводным и соответственно расплав в таких ковшах быстро теряет температуру.

В поиске идеальной футеровки для передаточных ковшей, следует учитывать множество факторов, включая хорошую теплоизоляцию, отсутствие источников загрязнения расплава и скорость замены футеровки после износа.

Футеровка INSURAL ATL разработана с учетом всех вышеперечисленных факторов. INSURAL ATL представляет из себя комплект теплоизоляционных материалов для быстрой футеровки ковша, включая тигель подобранный по размеру металлической обечайки Вашего ковша, ригели для выполнения сливного носка, а также наполнительную самотвердеющую сухую смесь для заполнения зазора между тиглем и обечайкой и мастику для скрепления элементов и заделки швов. Подготовка ковша с применением комплекта INSURAL ATL занимает считанные минуты и такой ковш может сразу же подаваться под раздачу металла, без дополнительного прогрева или длительного спекания.

Изоляция

Для обеспечения оптимального использования энергии во время выплавки сплава все больше литейных предприятий используют централизованное плавильное отделение, которое быстро и экономично обеспечивает необходимыми сплавами все заливочные участки производства. Для предприятий такого типа все чаще используется внепечная обработка сплава непосредственно в транспортном ковше. Эта система позволяет сократить время между выдачей расплава из плавильной печи и заливкой форм. Рафинирование, дегазация, измельчение макрозерна и модифицирование микроструктуры может выполняться быстро, в частности с применением систем роторной дегазации с автоматической подачей флюсов, такой как FDU MTS 1500 производства ф. ФОСЕКО. Но даже с применением этой установки общее время обработки расплава может составить до 10 минут. Для такого периода выдержки расплава, передаточный ковш должен иметь повышенную теплоизоляцию.

К примеру, если используется традиционная футеровка, то тепловые потери расплава составляют прибл. 8°С в минуту, в таком случае, для компенсации тепловых потерь за 10 минут потребуется перегреть расплав в плавильной печи на 80°С, что может повлиять на образование дополнительных оксидных включений и/или увеличение объема растворенного водорода в сплаве. Футеровка INSURAL ATL позволяет сократить тепловые потери до 3°С/мин, поэтому при тех же условиях потребуется перегрев всего на 30°С. Это дает возможность снизить время подготовки сплава в плавильной печи и ведет к прямой экономии энергоресурсов предприятия.

На рисунках 1 и 2 показано сравнение изоляции ковшей с традиционной футеровкой (Рис. 1) и футеровкой Insural ATL (Рис.2). Для сравнения выделяемой тепловой энергии от обоих ковшей используется инфракрасная камера, снижение тепловых потерь на рисунке 2 очевидно.

Рис. 1 - Инфракрасная съемка ковша наполненного жидким сплавом алюминия с футеровкой из огнеупорного бетона

Рис. 2 - Тот же ковш с расплавом при той же температуре, но с футеровкой INSURAL ATL

Чистота расплава

Для обеспечения качества литых заготовок особенно важно исключить загрязнение расплава окисными пленами и другими неметаллическими включениями. Окисные плены и включения снижают механические свойства отливок, являются подложками для образования газовой пористости и нежелательных интерметаллидов, а также повышают риск негерметичности изделия. Футеровка ковша, которая позволяет избежать формирования окисных плен на стенках или позволяет легко очистить стенки ковша, исключает перекрестное загрязнение расплава включениями при многократном заполнении ковша и образование корундовых наростов разрушающих футеровку и загрязняющих расплав твердыми включениями. Поэтому большим преимуществом является использование футеровки, которая не смачивается алюминием. Футеровка INSURAL ATL как раз отличается такими качествами и незначительные настыли могут быть легко удалены после охлаждения ковша. Это позволяет сохранять чистоту передаточного ковша в отличие от традиционной футеровки, где очень быстро образуются значительные оксидные наросты (Рис.3).

Рис. 3 - Традиционная футеровка из огнеупорного бетона после 4000 заполнений ковша покрыта значительными оксидными настылями

Регулярное использование огнеупорных красок, таких как CERAMOL 258G (поставляется в готовой форме) или TERRACOTE 7667 (поставляется в сухой форме) может улучшить чистоту футеровки выполненной материалами INSURAL ATL, как показано на рис.4.

Рис. 4 - Ковш INSURAL ATL регулярно окрашиваемый огнеупорной краской CERAMOL после 4000 заполнений. Настыль на дне может быть также легко удалена рукой защищенной рукавицей

Сопротивление термическому удару

Многие керамические и огнеупорные материалы плохо переносят термический удар и поэтому требуют тщательного подогрева в течении значительного периода времени перед использованием, что связано с дополнительными затратами производства. Материал INSURAL не имеет этого недостатка и расплав может безопасно заливаться в ковш даже при температуре футеровки ниже 150 °С, без нежелательных последствий.

Подогрев ковша

Большинство огнеупорных бетонов имеют высокую теплопоглощающую способность и существенно захолаживают расплав если их предварительно не прогреть до температуры, близкой к температуре выдачи расплава из печи. В большинстве случаев, такие ковши непрерывно стоят под газовыми факелами в периодах между заливками. Футеровка INSURAL имеет минимальное теплопоглощение, поэтому она практически не требует разогрева. С целью предотвращения насыщения расплава водородом из влаги футеровка INSURAL может быть быстро прогрета после простоя ковша в течении нескольких часов, например после выходных, но в обычном производственном цикле, прогрев данной футеровки либо не требуется, либо ограничен минимальным периодом. Исключение прогрева ковша обеспечивает предприятию существенную экономическую выгоду, а также является огромным подспорьем для производств с ограниченным газоснабжением или с полным отсутствием газа.

Стойкость футеровки

Футеровка INSURAL ATL выпускается для ковшей металлоемкостью до 2 тонн. Заливка крупных ковшей сопровождается значительным металлостатическим ударом приложенным к днищу ковша. Данный металлостатический удар чаще всего направлен в одно и тоже место днища ковша, поэтому футеровка в этом месте может размываться. Во избежание этого, крупные ковши INSURAL ATL снабжаются дополнительной донной плитой из более износостойкого материала INSURAL 180. Данный материал достаточно прочный для предотвращения эрозии футеровки, и он интегрирован в определенное место основания ковша.

Доступные типоразмеры

Тигли INSURAL ATL устанавливаются в металлическую обечайку и обсыпаются наполнительным составом INSURAL 10, входящим в монтажный комплект. Материал легко режется и подгоняется под необходимую высоту. Это позволяет установить футеровку INSURAL практически в любой ковш используемый на Вашем производстве (рис. 5). Несмотря на то, что сегодня выпускается достаточно большой ряд типоразмеров тиглей INSURAL ATL, в некоторых случаях емкость транспортного ковша может немного уменьшиться (за счет подгонки типоразмера тигля к существующей обечайке). Тем не менее, благодаря низкой плотности материалов INSURAL по сравнению с большинством стандартных огнеупоров, можно изготовить более крупный ковш для перевозки большего объема расплава без опасения недостатка грузоподъемности используемого крана или погрузчика.

Рис. 5 - Различные формы и размеры тиглей INSURAL

Пример промышленного применения

Предприятие Nemak (Чехия) производит 5000 тонн кокильного литья головок блоков цилиндров в год.

Рис.6 - Ковш с футеровкой INSURAL ATL 1000 LB, емкостью 1000 кг.

Плавка производится в газовых отражательных печах и расплав перевозится к раздаточным печам погрузчиком с использованием ковша емкостью 1000 кг (см. рис. 6). Ковш устанавливается на позицию роторной дегазации и обработки флюсами. Полный цикл обработки длится 10 минут, после чего металл доставляется в раздаточные печи.

Изначально на производстве применяли ковш с традиционной футеровкой из огнеупорного бетона. Для прогрева ковша использовался газовый факел, который поддерживал температуру футеровки между заливками на уровне 800 °С . Данная практика была необходима для предотвращения падения температуры расплава во время перелива в ковш.

Впоследствии футеровка данного ковша была заменена на материал INSURAL ATL 1000. Полное время подготовки ковша «с нуля» составляет 4 часа, включая окраску огнеупорной краской CERAMOL 258G и небольшой прогрев перед первой заливкой. Для того чтобы выдавать расплав из плавильной печи при температуре 750°С и обеспечить перелив в раздаточную печь при температуре 710°С, футеровка подогревается до 380°С. Расход газа контролировался на всем протяжении испытаний и экономия составила 90% по сравнению с расходом на традиционной футеровке. В числовом выражении расход газа был снижен с 3,117 м3/час до 0,29 м³/час.

Дополнительные преимущества от использования INSURAL ATL 1000, отмеченные производством: минимальное обслуживание и простая очистка ковша в сравнении с прежней цементной футеровкой, меньшее количество образующихся после передачи расплава настылей и снижение уровня растворенного водорода в расплаве за счет снижения температуры выдачи расплава из плавильной печи. Первый ковш INSURAL ATL 1000, введенный в эксплуатацию на заводе NEMAK (Чехия), выстоял 12 месяцев при интенсивности 20 переливов в день.

Заключение

Преимущества футеровки INSURAL ATL для передаточных ковшей, используемых в производстве литья из алюминиевых сплавов:

высокая теплоизоляция
хорошая чистота футеровки в течении всего периода эксплуатации, что предотвращает засорение расплава экзогенными оксидными и неметаллическими включениями
отсутствие необходимости разогрева или минимальный разогрев позволяет значительно сократить расход газа
возможность использовать более низкую температуру выдачи расплава из плавильной печи, что также экономит энергию
отличное сопротивление тепловому удару
широкий выбор форм и типоразмеров
может быть приспособлен к большинству существующих на производстве обечаек ковша
поставляется в готовой к применению форме
отсутствует необходимость сушки
быстрая смена футеровки.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №02 (150) 2013 г.