Сталеразливочный ковш, этот, на первый взгляд, простой «сталевозный ковш», является ключевым звеном, соединяющим конвертер и машину непрерывного литья заготовок. Он должен не только выдерживать температуру жидкой стали выше 1600°C, но и противостоять множеству воздействий: внепечной обработке, эрозии шлаковой зоны, коррозии высокоосновными шлаками и т.д.

Первое поколение «защитников»: алюмосиликатные огнеупоры

1.1 Шамотный кирпич
Шамотный кирпич отличается доступным сырьём и низкой ценой. Типичные показатели шамотного кирпича: Al₂O₃ 44,10%, SiO₂ 52,10%, предел прочности при сжатии при комнатной температуре 54,9—96,0 МПа. Несмотря на высокую открытую пористость (16%—18%), он позволял достигать стойкости футеровки ковша около 30 плавок.

Таблица 1. Классификация и виды огнеупоров для сталеразливочных ковшей

1.2 Высокоглиноземистый кирпич — повышение стойкости до «трёхзначных» значений
Высокоглиноземистый кирпич (Al₂O₃ ≥ 72%) позволил увеличить стойкость футеровки до 50 и более плавок. На одном заводе 270-тонный мартеновский ковш с 1968 года начали использовать высокоглиноземистый кирпич второго сорта, и в 1970 году стойкость достигла 25,7 плавки, что в 2,5 раза превышало показатели шамотного кирпича; в 1980 году на 70-тонном конвертерном ковше стойкость достигла 34 плавок. На другом заводе после перехода на высокоглиноземистый кирпич первого сорта для футеровки стен 300-тонного ковша средняя стойкость стабилизировалась на уровне 50 плавок, а в 1992 году после внедрения микродатирующегося высокоглиноземистого кирпича стойкость впервые превысила 100 плавок.

Таблица 2. Стойкость шамотных футеровок сталеразливочных ковшей

1.3 Высокоглиноземистые трамбовочные массы — новая концепция «монолитной футеровки»
В конце 70-х годов на сцену вышла технология монолитной трамбовки из высокоглиноземистых масс. С использованием фосфорной кислоты в качестве связующего, при однократном формовании стенок ковша уменьшалось количество швов, стойкость, как правило, превышала 60 плавок, а максимальный показатель достигал более 90 плавок.

Второе поколение «щитов»: алюмомагнезиальные (с углеродом) материалы

2.1 Алюмомагнезиальная монолитная трамбовочная масса — повышение стойкости в 5–7 раз
В начале 80-х годов прорыв произошёл с появлением алюмомагнезиальной монолитной трамбовочной массы. С использованием высококачественного бокситового спека высшего сорта в качестве заполнителя и жидкого стекла в качестве связующего, при испытании на 200-тонном ковше одного завода были получены следующие результаты: средняя стойкость 85,15 плавки, максимальная — 108 плавок, расход огнеупоров на тонну стали составил всего 2,7 кг.

2.2 Алюмомагнезиальная литая масса (мертель)
Алюмомагнезиальная литая масса на жидком стекле показала высокий результат в 109,7 плавки на малых ковшах (10–14 т); ковши среднего и малого размера (до 30 т) почти полностью перешли на монолитные литые футеровки, средняя стойкость которых составила 40–60 плавок, а на некоторых малых ковшах достигла 90 плавок.

2.3 Алюмомагнезиальный необожжённый кирпич — без обжига на месте
При испытании на 160-тонном ковше одного завода алюмомагнезиальный необожжённый кирпич показал среднюю стойкость 40,56 плавки; на 20-тонном ковше — до 55 плавок, что более чем в 4 раза превышает показатели шамотного кирпича. Связка на жидком стекле, высокая прочность при комнатной температуре, отсутствие необходимости в обжиге на месте позволили сократить сроки ремонта вдвое.

2.4 Алюмомагнезиальная шпинельная литая масса — удвоение стойкости
При добавлении в литейную массу 14%–16% шпинели значительно повысилась устойчивость к коррозии и отслаиванию. На одном заводе 70-тонный ковш с вакуумно-дуговой обработкой DH и на другом заводе 30-тонный ковш МНЛЗ показали стойкость соответственно 71 и 114 плавок, что в 1–3 раза выше, чем у традиционной алюмомагнезиальной литой массы на жидком стекле.

2.5 Алюмомагнезиальный углеродсодержащий кирпич — «долговечный кирпич» эпохи непрерывной разливки
Высокоэффективная непрерывная разливка требует большей чистоты стали и более длительных интервалов между сменами ковшей. Алюмомагнезиальный углеродсодержащий кирпич (MgO 45%–55%, C 8%–12%) появился как ответ на эти требования: на одном заводе стойкость 300-тонного ковша МНЛЗ выросла с 20 с небольшим до более 80 плавок; на другом заводе на 200-тонном полностью разливочном ковше средняя стойкость составила 64 плавки; на третьем заводе на 160-тонном ковше достигла 115 плавок. Связка на фенолформальдегидной смоле, высокая прочность при комнатной температуре, превосходная термостойкость.

2.6 Алюмомагнезиальный шпинельный углеродсодержащий кирпич
На основе алюмомагнезиального углеродсодержащего кирпича с добавлением предварительно синтезированной шпинели был получен алюмомагнезиальный шпинельный углеродсодержащий кирпич. На одном заводе 300-тонный ковш показал стойкость 105–200 плавок; на другом — 200-тонный ковш — 73 плавки; на третьем — 90-тонный ковш — стойкость выросла с 20 до 40 плавок. Проблема науглероживания стали была дополнительно подавлена, что лучше удовлетворяет требованиям производства чистой стали.

2.7 Высококачественный алюмомагнезиальный необожжённый кирпич — «безуглеродная» революция
Для удовлетворения требований выплавки чистой, низкоуглеродистой и сверхнизкоуглеродистой стали появился высококачественный алюмомагнезиальный необожжённый кирпич (безуглеродное связующее): в составе используются плавленый корунд, высокочистый плавленый периклаз, шпинель и т.д. в сочетании с комплексными связующими. Стойкость сопоставима с углеродсодержащим кирпичом, но науглероживание сведено к минимуму. На одном заводе 200-тонный ковш показал 119 плавок; на другом заводе после отказа от углеродсодержащего кирпича на 300-тонном ковше средняя стойкость повысилась до 258 плавок.

2.8 Высококачественные алюмомагнезиальные (шпинельные) литые массы — новое применение(предварительно сформированных блоков)
Высококачественные алюмомагнезиальные литые массы (с заполнителями из корунда, плавленого периклаза, микропорошка шпинели) прошли испытания на крупных и средних ковшах для внепечной обработки типа LF-VD на нескольких металлургических заводах: 300-тонный ковш — в среднем 258 плавок; 90-тонный ковш — 138 плавок; на одном заводе после перевода 90% ковшей на предварительно сформированные блоки стойкость выросла с 65 до 118 плавок.