СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФУТЕРОВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОВША ИЗ СУХИХ СПЕКАЕМЫХ МАСС Российский патент 1996 года по МПК B22D41/02 

Изобретение относится к металлургии, а именно к футеровкам из сухих спекаемых масс, работающих в контакте с расплавленным металлом, преимущественно сталью или чугуном.

Известен способ изготовления футеровки агрегата из сухих спекаемых масс путем набивки футеровки по шаблону, первоначального нагрева футеровки с последующим извлечением шаблона, пропиткой связующим рабочей поверхности футеровки, нанесением защитного покрытия и загрузки металлической шихты или расплава для дальнейшего нагрева футеровки (а. с. СССР N 1483223, кл. F 27 В 1/16, 1989 г.).

Применение этого способа не позволяет получить надежную футеровку из-за образования дефектной структуры ее рабочего слоя, вызванной воздействием расплава на недостаточно спеченную футеровку.

Наиболее близким к патентуемому изобретению является способ изготовления футеровки металлургического ковша для плавки сплавов на основе железа из сухих спекаемых масс путем набивки футеровки по шаблону, первоначального нагрева футеровки до 200-500^оС, извлечения шаблона, дополнительного нагрева футеровки до 1100-1300^оС, охлаждения футеровки, нанесения на рабочую поверхность футеровки связующего, а затем защитного покрытия, нагреве футеровки до 800-1000^оС и загрузки расплава для дальнейшего нагрева футеровки Патент Российской Федерации N 1822490, кл. F 27 D 1/16, 1993). Известный способ изготовления футеровки обеспечил повышение ее стойкости, хорошо зарекомендовал себя в печах для плавки алюминиевых сплавов по сравнению с использованием огнеупорных изделий.

Вместе с тем интенсификация металлургических процессов, внепечная обработка металла с применением барбатирования инертными газами предъявляют дополнительные требования к футеровке сталь-ковшей по огнеупорности, химической стойкости, механической прочности, создает необходимость использования более износоустойчивых основных футеровочных материалов, например на основе периклаза, с повышенной температурой спекания.

Проведенные исследования показали, что изготовление футеровок сталь-ковшей по указанному способу, требуя значительных энерго-и трудозатрат, не создает необходимой прочности и надежности футеровки для контакта с расплавом из-за недостаточного спекания массы. Наливка металла на недостаточно спеченную футеровку приводит к эрозионному ее износу при первой наливке, возникновению на рабочей поверхности трещин, вызванных напряжениями, связанными с относительно большим (500-900^оС) перепадом температур футеровки и наливаемого металла, приводящим к проходу металла по трещинам и разрушению футеровки.

Задачей изобретения является создание при наименьших энерго- и трудозатратах надежной в эксплуатации футеровки металлургического ковша из сухих спекаемых масс.

Технический результат, который достигается изобретением, состоит в повышении механической прочности и снижении дефектности футеровки до наливки расплавленного металла, а также в уменьшении энерго- и трудозатрат на ее изготовление.

Для достижения указанного технического результата в способе изготовления футеровки металлургического ковша из сухих спекаемых масс путем формования футеровки и ее термообработки согласно изобретению, при термообработке после достижения температуры 1100-1300^оС проводят форсированный нагрев до 1500-1600^оС.

Форсированный нагрев футеровки состоит в резком увеличении скорости нагрева за счет интенсификации процесса горения газовоздушной смеси в газогорелочном устройстве, применяемом для спекания футеровки.

Нагрев футеровки в указанных интервалах температур обеспечивает достаточное спекание керамической массы до контакта с расплавом. При этом достигается равномерная по высоте футеровки термообработка под действием наливаемого металла с относительно малым (50-100^оС) перепадом температур между футеровкой и расплавом, в отличие от прототипа, где наливка производится на недостаточно спеченную футеровку, создавая участки горячей и холодной футеровки, вызывая дополнительные напряжения и разрушению футеровки. Малый перепад температур между футеровкой и расплавом, достаточное количество жидкой стеклофазы, образующейся в огнеупоре в интервале температур от 1100-1300 до 1500-1600^оС, обеспечивают резкое снижение уровня разрушающих футеровку теплонапряжений.

Форсированный односторонний нагрев футеровки из сухих спекаемых масс способствует формированию в интервале температур от 1100-1300 до 1500-1600^оС зональной структуры, включающей прочную плотноспеченную и неспеченную зоны, обеспечивающие низкую металлопроницаемость, повышенную теплоизоляцию и компенсацию напряжений в футеровке при ее расширении в процессе резкого нагрева при наливке металла. Для надежной эксплуатации набивной футеровки необходимо, чтобы толщина плотноспеченной зоны составляла 30-50% ее толщины, а толщина неиспеченной зоны 10-30%
Формирование структуры происходит в процессе спекания в результате образования жидкой стеклофазы и в период эксплуатации после проведения 2-3 наливов металла. Причем при этой циклической термообработке жидким металлом у жидкой стеклофазы, растворяющей тонкомолотые огнеупорные компоненты массы, повышается температура плавления, вязкость, снижается скорость ее пропитки в более холодную зону, обеспечивается необходимое соотношение толщин зон.

В процессе спекания жидкая стеклофаза, имея температуру плавления 500-650^оС и малую вязкость в интервале температур от 1100-1300 до 1500-1600^оС, интенсивно пропитывает холодные слои, приводит их к дополнительному спеканию.

При формированном одностороннем нагреве футеровки из сухих спекаемых масс в процессе спекания в указанном интервале температур обеспечивается достаточное упрочнение рабочей зоны и в связи с малой теплопроводностью набивной футеровки снижается степень пропитки и спекания периферийных зон, создающее необходимое соотношение их толщин, обеспечивая надежность эксплуатации футеровки сталь-ковша.

В случае нефорсированного нагрева футеровки не достигается необходимое соотношение толщин зон ввиду глубокого спекания, что приводит к резкому увеличению толщины плотноспеченной зоны и к исчезновению неспеченной зоны. Это вызывает сквозное трещинообразование и металлопроницаемость, снижение теплоизоляционных и компенсационных свойств футеровки.

Кроме того, предлагаемый способ снижает энергозатраты на термообработку футеровки за счет более полной теплоотдачи в меньший промежуток времени при форсированном нагреве. Снижению энерго-и трудозатрат способствует также исключение охлаждения и последующего нагрева футеровки, необходимость в которых отпадает в виде непрерывности нагрева ее до температур, обеспечивающих необходимое упрочнение рабочей зоны и, кроме того, в связи с неполным выявлением и устранением дефектов футеровки после нагрева до температур 1100-1300^оС при изготовлении футеровки сталь-ковшей.

Проведение форсированного нагрева с температуры футеровки ниже 1100^оС повышает энергозатраты и не обеспечивает необходимой надежности футеровки для контакта с расплавом, так как недостаточное количество жидкой стеклофазы не обеспечивает упрочнение рабочей зоны и компенсацию напряжений в ней в результате резкого подъема температуры.

Проведение форсированного нагрева при температурах выше 1600^оС повышает энергозатраты, поскольку процессы формирования структуры рабочей зоны футеровки обеспечивают необходимую прочность и надежность ее при наливке металла с температурой 1630-1680^оС. Термообработка при более высоких температурах усложняет технологическую подготовку, которая в данном случае экономически невыгодна.

Интервалы температур 1100-1300^оС и 1500-1600^оС объясняются применением для футеровки различных по химическому составу огнеупорных и спекающих материалов, различной степенью их спекания, образованием двойных и тройных соединений, полиморфных превращений, приводящих к дополнительным объемным изменениям футеровки и, кроме того, связан с температурой наливаемого в ковш металла.

Патентуемый способ осуществляют следующим способом.

На арматурный слой днища металлургического ковша засыпают слой сухой спекаемой массы, который уплотняют с помощью виброустановки. На изготовленное днище устанавливают шаблон и производят формование стен ковша путем засыпки в зазор между шаблоном и кожухом сухой спекаемой массы с последующим их уплотнением с помощью виброустановки.

После формования выполняют термообработку футеровки с помощью газогорелочного устройства. Первоначально футеровку ковша нагревают до извлечения шаблона со скоростью 45-65^оС/ч до 200-500^оС. После извлечения шаблона футеровку нагревают со скоростью 70-100^оС до 1100-1300^оС, а затем проводят форсированный нагрев с помощью газокислородной горелки со скоростью 300-500^оС/ч до температуры футеровки 1500-1600^оС.

Далее ковш подают под наливку.

В соответствии с сущностью изобретения возможно формование по шаблону и термообработка по указанному режиму и арматурного слоя футеровки.

П р и м е р 1 (по прототипу). Изготовление рабочего слоя футеровки сталь-ковша СК-130 из сухих спекаемых масс.

Для изготовления футеровки используется сухая спекаемая масса на основе кварцита фракции 3-0 мм с содержанием диоксида кремния 97,5 и с добавкой 6,0 спекающей смеси, включающей борную числу и силикат натрия. При изготовлении рабочего слоя днища набивная масса укладывается на арматурный слой, выполненный из муллитокремнеземистых изделий, выравнивается и уплотняется с помощью донной виброустановки. Изготовление стен производится с помощью шаблона и виброустановки.

Термообработка с помощью газогорелочного устройства до 500^оС производится со скоростью 70-100^оС/ч. После извлечения шаблона нагрев футеровки до 1200^оС производится со скоростью 100-150^оС/ч. После охлаждения футеровки до 50^оС производится пропитка поверхности раствором кварцита на жидком стекле, заделка трещин и нанесение покрытия толщиной 1-2 мм с помощью торкрет-установки. Далее футеровка разогревается с помощью газогорелочного устройства до 800-1000^оС и ковш отправляется для наливки металла.

П р и м е р 2. Изготовление футеровки рабочего слоя сталеразливочного ковша СК-130 из сухих спекаемых масс.

Днище ковша с арматурным слоем на муллитокремнеземистых изделий изготавливается из виброуплотненной шамотно-корундовой смеси. Стены изготавливаются из шамотно-корундовой смеси с содержанием оксида алюминия 68-72% с помощью шаблона и виброустановки. Термообработку производят с помощью газогорелочного устройства. Первая стадия выполняется до извлечения шаблона со скоростью 45-65^о С/ч до 450^оС. Вторая стадия выполняется со скоростью 70-100^оС/ч до 1300^оС и далее производится форсированный нагрев с применением газокислородной горелки со скоростью 300-400^оС/ч до 1550^оС. После выдержки в течение 40-60 мин. ковш отправляется для наливки металла с температурой 1630-1650^оС.

П р и м е р 3. Изготовление футеровки сталеразливочного ковша СК-130 из сухих спекаемых масс.

Арматурный слой днища ковша изготавливается из виброуплотняемой кварцито-корундовой смеси, включающей кварцит с содержанием диоксида кремния 97% и нормальный корунд с содержанием оксида алюминия 90% Стены арматурного слоя изготавливаются из кварцито-корундовой смеси с помощью шаблона и виброустановки.

Термообработку арматурного слоя производят с помощью газогорелочного устройства. Первая стадия до извлечения шаблона выполняется со скоростью 45-65^оС/ч до 450^оС. Вторая стадия выполняется со скоростью 70-100^оС/ч до 1100^оС и далее производится форсированный нагрев до 1500^оС с помощью газокислородной горелки со скоростью 300-350^оС/ч. После охлаждения под теплоизоляционной крышкой производится изготовление футеровки рабочего слоя.

Рабочий слой днища ковша изготавливается из виброуплотняемой периклазо-шпинельной массы, включающей периклаз с содержанием оксида магния 86% и благородную шпинель с содержанием оксида магнитя 35% Рабочий слой стен выполняется из периклазо-шпинельной смеси с помощью шаблона и виброустановки. Термообработку производят с помощью газогорелочного устройства. Первая стадия выполняется до извлечения шаблона со скоростью 45-65^оС/ч до 450^оС. Вторая стадия выполняется со скоростью 70-100^оС/ч до 1200^оС и далее производится форсированный нагрев с применением газокислородной горелки со скоростью 350-500^оС/ч до 1600^оС. После выдержки с течением 35-45 мин ковш отправляется для наливки металлов с температурой 1650-1680^оС.

Экспериментальное сравнение футеровок, изготовленных по патентуемому способу и прототипу, показало необходимость форсированного нагрева до температур 1500-1600^оС футеровок для сталь-ковшей, используемых для внепечной обработки металла.

Применение форсированного нагрева после 1100-1300^оС при термообработке футеровки металлургического ковша, изготавливаемой из сухих спекаемых масс, в несколько раз повышает ее надежность в результате повышения ее механической прочности, в 1,5-2,0 раза повышает стойкость футеровки ковша в результате снижения термонапряжений, обеспечивает повышение стойкости футеровки плавильной печи на 25-40% в результате снижения на 30-50^оС температуры сливаемого в ковш металла, снижает удельный расход энерго-и трудозатрат на тонну расплавляемого металла.

Изобретение относится к применению футеровок из сухих спекаемых масс, работающих в контакте с расплавами на основе железа. Способ заключается в формовании футеровки и ее термообработке. После достижения температуры термообработки 1100 - 1300 ^oС проводят форсированный нагрев футеровки до 1500 - 1600 ^oС газокислородной горелкой. Такой способ повышает надежность футеровки за счет обеспечения достаточного спекания керамической массы до контакта с расплавом и снижает энерго-и трудозатраты.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФУТЕРОВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОВША ИЗ СУХИХ СПЕКАЕМЫХ МАСС, включающий формование футеровки и ее термообработку с нагревом до 1100
1300^oС, отличающийся тем, что после достижения 1100 1300^oС проводят дополнительно форсированный нагрев футеровки до 1500 1600^oС.