СПОСОБ КЛАДКИ ОГНЕУПОРНОЙ ФУТЕРОВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ С НАКЛОННЫМИ ИЛИ КОНИЧЕСКИМИ УЧАСТКАМИ СТЕНОК И ОГНЕУПОРНЫЙ КЛИНОВЫЙ КИРПИЧ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК F27D1/16 C21C5/44 B22D41/02 

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению футеровки металлургических резервуаров, имеющих наклонные или конические участки стенок, например конверторов, мартеновских печей, транспортировочных ковшах для стали и чугуна, ковшей для вторичной обработки расплава и т.п.

Известен способ кладки огнеупорной футеровки металлургических резервуаров с наклонными или коническими участками стенок, включающий укладку по меньшей мере одного ряда огнеупорных кирпичей одинаковой высоты вдоль внутренней поверхности резервуара и последующую укладку над эти рядом по меньшей мере двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с наклоном поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, относительно противолежащей ей поверхности, примыкающей к предыдущему ряду [1]
Недостатками известного способа являются протечки через футеровку в переходной зоне от горизонтально расположенных кирпичей к наклонно расположенным, что ведет к ее преждевременному износу, а также невозможность повторения очертания стального корпуса емкости.

Задачей изобретения является существенное уменьшение или полное исключение преждевременного износа футеровки за счет исключения или существенного уменьшения износа кирпичей в переходной зоне от горизонтально расположенных кирпичей к наклонно расположенным, а также обеспечение более полного копирования формы контура емкости и получения более закругленного перехода от горизонтально расположенных кирпичей к кирпичам, расположенным наклонно.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе кладки огнеупорной футеровки металлургических резервуаров с наклонными или коническими участками стенок, включающем укладку по меньшей мере двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с наклоном поверхности, примыкающей к последнему ряду, относительно противолежащей ей поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, угол наклона поверхности каждого кирпича, примыкающего к последнему ряду, относительно противолежащей поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, находится в пределах 0,5-5,0^o, при этом четыре боковых поверхности каждого из этих кирпичей расположены перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду.

Поставленная задача может решаться благодаря тому, что укладкой по меньшей мере двух рядов из кирпичей, каждый из которых выполнен с углом наклона 0,5-5,0^o его поверхности, примыкающей к последнему ряду, относительно противолежащей ей его поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и с четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, осуществляют создание уклонов футеровки резервуаров, и/или изменение уклонов футеровки, и/или удаление уклона слоя футеровки.

Поставленная задача может решаться благодаря тому, что между одним или несколькими слоями по меньшей мере из двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с углом наклона 0,5-5,0^o его поверхности, примыкающей к последующему ряду, относительно противолежащей ей его поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и с четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, размещают слой из кирпичей известных промышленных форматов.

Поставленная задача может решаться благодаря тому, что укладкой слоев по меньшей мере из двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с углом наклона 0,5-5,0^o его поверхности, примыкающей к последнему ряду, относительно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и с четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и/или сочетание этих слоев со слоями из кирпичей известных промышленных форматов осуществляют приведение очертания футеровки в соответствии с формой резервуара, определяемой формой его стального корпуса.

Поставленная задача может решаться благодаря тому, что укладкой слоев по меньшей мере из двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с углом наклона в пределах 0,5 5,0^o его поверхности, примыкающей к последнему ряду, относительно противолежащей ей его поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и с четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и/или чередовании этих слоев со слоями из кирпичей известных промышленных форматов, осуществляют получение заданного внутреннего контура резервуара независимо от формы его стального корпуса.

Поставленная задача может также решаться благодаря тому, что укладкой одного или нескольких слоев по меньшей мере из двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с поверхностью, примыкающей к последнему ряду, наклоненной под углом 0,5 5,0^o относительно противолежащей к предыдущему ряду, и с четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, с дополнительной укладкой промежуточных кольцевых слоев из кирпичей промышленного формата, осуществляют укладку футеровки резервуара конической или закругленной формы, или представляющей собой тело вращения, диаметр которого меняется по заданной кривой.

Представленный способ позволяет распределять суммарный угол наклона футеровки на несколько слоев, что позволяет исключить такой часто наблюдаемый преждевременный износ, как образование отверстий, а также позволяет получить мягкие или плавные переходные зоны внутреннего контура футеровки. В обычных способах кладки такое изменение угла осуществляют от ряда к ряду, то есть ряд горизонтально расположенных кирпичей переходит прямо в ряд наклонных кирпичей с заданным конечным углом наклона. Такое мгновенное изменение угла установки кирпича ведет к неблагоприятным переходам внутреннего обвода поверхности футерованной емкости. Поскольку преждевременный износ футеровки наблюдается в этих переходных зонах футеровки металлургических емкостей, в которых имеют место интенсивные турбулентные потоки и высокие скорости отходящих газов, то есть основания полагать, что этот преждевременный износ футеровки связан с нежелательными течениями в этой области, в частности вихревыми.

Представленный способ позволяет использовать кирпичи с малыми углами наклона между основанием и противолежащей ему стороной, что не исключает использования обычного клинового кирпича, выпускаемого промышленностью.

Заданный угол наклона футеровки получают используя соответствующее количество рядов кирпичей, причем этот угол можно увеличивать и уменьшать, а также возможно полностью исключить наклон. Это позволяет получать футеровку, контур которой повторяет контур внешнего стального корпуса резервуара, а также иметь заданный внутренний контур резервуара, который не зависит от формы его стальной оболочки.

Косое размещение обычных клиновых кирпичей означает, что стыки между кирпичами в слое открыты в виде клина, например вертикальные стыки между отдельными кирпичами, уложенными в горизонтальное замкнутое кольцо, для многих типоразмеров клиновых кирпичей открыты в виде клина, если кольцо укладывается в наклонном участке. Ширина основания этого клинового стыка, например, составляет 3 мм, если поперечный клиновый кирпич с обычной высотой 100 мм укладывается при уклоне 20^o. Оказалось достаточно неожиданным, что эти стыки, открытые с одной стороны, не вызывают на практике какие-либо затруднения. Недостатки в работе различных агрегатов не были связаны с этими стыками в футеровке, если кирпичи укладывались с применением обычных растворов или сухого заполнителя стыков, например мелкодробленого доломита или магнезита, или даже без заполнителя вообще. Таким образом, в рамки изобретения входит укладка промышленно изготовленного кирпича под углом без применения каких-либо специальных мер, используя общепринятую технологию с применением или без применения наполнителя для стыка.

Применение способа по изобретению не зависит от качества используемого кирпича. Все известные сорта кирпича с определенным химическим составом, связующим и при определенной его плотности можно применять для его реализации. Например, можно использовать шамотный кирпич или кирпич более высокой огнеупорности, такой, как силлиманитный или меллитный, а также корундовый кирпич различного сорта. Однако для реализации данного способа желательно использовать такие сорта кирпича, которые обладают повышенным термическим расширением, например доломитовый и/или магнезитовый кирпич различных сортов с керамическим связующим или связующим в виде смолы. Доломитовый кирпич и в основном магнезитовый кирпич с различной степенью обогащения углеродом (при содержании остаточного углерода до 22) можно укладывать, например, в сталеплавильном конверторе.

Способ может быть выгодным для футеровки реакционных сосудов для восстановления расплава и газификации угля. Наряду с указанными выше сортами кирпича можно использовать хромомагнезитный кирпич с различными характеристиками спекания, литые огнеупорные строительные материалы, а также пирохромный кирпич. Также можно использовать кирпич, помещенный в стальную оправку.

Применением данного способа был улучшен в сторону уменьшения износа рисунок износа футеровки в переходной зоне от нижнего конуса к цилиндрическому участку стенки конвертора. При использовании известной технологии футеровки с горизонтальными параллелограмными кольцами кирпича в нижнем конусе и обычными кольцами из поперечного клинового кирпича в цилиндрической части изменение угла в 30^o от конической части к цилиндрической части было резкое. Типичный рисунок износа футеровки в этом конверторе показал, что имеет место преждевременный износ кирпича в этой переходной зоне. Он выглядел так, как если бы цилиндрическая область емкости была внедрена в нижний конус, причем наибольший износ кирпича имел место на протяжении от шести до десяти рядов ниже первого ряда, с которого начинается цилиндрический участок. В результате агрегат оказался в нерабочем состоянии. Размещением восьми рядов кирпича согласно данному способу, которые заканчивались на уровне дна конвертора, при обеспечении угла 20^o для укладки промышленного поперечного клинового кирпича в нижнем конусе, а затем постепенно устраняя этот угол на протяжении восьми рядов, обеспечивая горизонтальное размещение кирпичей в футеровке цилиндрической части, оказалось возможным существенно изменить рисунок износа по сравнению с исходным состоянием. В футеровке, изготовленной согласно изобретению, имел место равномерный износ в ее наиболее уязвимой переходной зоне, что в конечном итоге позволило увеличить срок службы всей футеровки приблизительно на 25
При футеровке реактора, предназначенного для проверки восстановления чугуна в расплаве, способ по изобретению оказался гибким и полезным для выполнения изменения внутреннего контура футеровки независимо от внешней формы емкости. Необходимые изменения внутренней формы емкости горизонтального цилиндрического конвертора были получены соответствующими изменениями контура футеровки. В частности, используя приемы данного способа, можно получить сужение в этом цилиндрическом участке емкости для уменьшения объема расплавленного чугуна в конверторе. Эти изменения внутренних обводов емкости были получены оптимальным путем, используя укладку нескольких рядов кирпичей приемами данного способа.

Для изготовления наклонных или конических участков стенок металлургических резервуаров используют выпускаемые промышленностью клиновые кирпичи, у которых по меньшей мере две противолежащие поверхности наклонены друг к другу под углом.

Известен огнеупорный клиновый кирпич, содержащий две наклоненные друг другу противолежащие боковые поверхности и две параллельные друг другу боковые поверхности, перпендикулярные примыкающему к ним основанию, и наклоненную к основанию противолежащую ему поверхность [2]
Недостатком известного кирпича является то, что его геометрия, в частности угол наклона друг к другу основания и противолежащей ему поверхности, не позволяет существенным образом сократить преждевременный износ футеровки и обеспечить мягкие и плавные переходные зоны внутреннего контура футеровки.

Задачей изобретения является создание огнеупорного клинового кирпича, геометрия которого позволит сократить или исключить износ футеровки при их укладке, согласно представленному выше способу, а также обеспечить мягкие и плавные переходные зоны внутреннего контура футеровки, также при их укладке согласно представленному выше способу.

Поставленная задача решается благодаря тому, что огнеупорный клиновый кирпич, содержащий две наклонные друг другу противолежащие боковые поверхности и две параллельные друг другу боковые поверхности, перпендикулярные примыкающему к ним основанию, имеет наклоненную под углом 0,5-5,0^o к основанию противолежащую ему поверхность.

Представленный кирпич можно производить на промышленных формовочных машинах. Необходимость изменения пресс-форм вызывает небольшие трудности при малых углах наклона и эти изменения могут быть реализованы при небольших затратах.

Опыты показали, что эти сформованные машиной кирпичи характеризуются такими же технологическими параметрами с известным, как и у уже выпускаемых, разбросом по всему поперечному сечению кирпича. Разница плотностей менее +10 от среднего значения, преимущественно менее +5 в частности +3
Предпочтительный угол наклона между основанием и противолежащей ему поверхностью составляет 1-4^o, в частности 2-3^o.

Для заявленного кирпича, соответствующего поперечному клиновому кирпичу, разница в размере между узкой и широкой сторонами кирпича составляет около 25 мм при угле наклона около 2,8^o и длине кирпича 500 мм. При угле наклона около 2,5^o длина кирпича составляет около 900 мм, а разница в размере 40 мм.

При укладке представленного кирпича согласно представленному способу не имеет значения получается ли угол наклона добавлением разницы размера к высоте кирпича основного формата или вычитания. Например, высота кирпича конверторного клинового формата составляет преимущественно 100 мм, а при длине кирпича 500 мм разница в размере 25 мм может привести к одностороннему увеличению высоты кирпича до 125 мм или к ее уменьшению до 75 мм. На практике кирпичи с высотой в центральной части 100 мм оказались наиболее приемлемыми. При изготовлении этих кирпичей в расчет принимают половину суммарной разницы в размере на каждую противоположную сторону кирпича. В кольцах данных кирпичей высотой 100 мм в центральной части кирпича можно менять угол наклона кирпича в кольце, сочетая обычные кирпичи с данными. В рамках изобретения можно обеспечить наклонные положения кирпича в определенных зонах таким путем. Например, можно обеспечить благоприятные условия в футеровке в тех местах, в которых фурмы проходят сквозь футеровку.

При укладке представленного кирпича согласно представленному способу можно получить заданный угол наклона футеровки, используя, например, от двух до двадцати пяти слоев, в частности угол наклона 5^o можно получить с помощью двух слоев.

На фиг. 1 представлена половина участка продольного разреза вращающегося реактора симметричного барабанного типа, футерованного согласно представленному способу; на фиг. 2 огнеупорный клиновый кирпич.

На фиг. 1 представлена стальная оболочка 1 реактора и двухслойная огнеупорная футеровка, содержащая изоляционный слой 2 и изнашивающийся слой 3. Изображенный реактор имеет два цилиндрических участка большого внутреннего диаметра 4 (3 м) и 5 (2,2 м). Цилиндрические участки 4 и 5 соединены коническим переходом, имеющим угол наклона 6 около 20^o.

Кирпичи в цилиндрической части большего диаметра представляют собой поперечный клиновый кирпич длиной 500 мм, формат которого в каждом кольцевом ряду составляет 50/36 и 50/60. За этими кирпичами расположены восемь рядов кирпичей 8, изготовленных согласно изобретению, которые имеют основной формат поперечного клина, но имеют второй клин с углом наклона основания и противолежащей ему поверхности около 3^o в осевом направлении емкости. За ними расположено четыре ряда обычного поперечного кирпича 9. Эти поперечные клиновые кирпичи точно соответствуют форматам 7, но используется другое количество кирпичей на кольцо, поскольку диаметр емкости уменьшается. Далее имеется еще восемь рядов клинового кирпича 10, выполненного согласно изобретению, угол клина которого в осевом направлении также составляет 3^o, но это направление, обратное по отношению к кирпичам 8. Затем стенка цилиндрической части меньшего диаметра футеруется поперечным клиновым кирпичом 11, таким же, как кирпич 7, но количество кирпичей в кольце другое.

Как видно из фиг. 1, футеровка следует контуру емкости с плавными переходами, при переходе от кольца к кольцу отсутствуют уступы в конической зоне стенки.

На фиг. 2 в качестве примера представлен кирпич, выполненный согласно изобретению на основе поперечного клинового формата, например конверторного кирпича 50/36. Размеры основного поперечного клинового формата, соответствующие показанным номерам на фиг. 2 следующие: 13 132 мм; 14, 15 100 мм каждый; 16 168 мм, а длина 17 500 мм. Размеры 13, 14, 16 и 17 в данном случае остаются одинаковыми и для поперечного клинового кирпича и для кирпича, выполненного согласно изобретению на его основе. Размер 15 увеличен на 26 мм (размер 19). В результате высота 18 составляет 126 мм. Это соответствует углу наклона 21, равному 3^o.

Укладка огнеупорного клинового кирпича, выполненного согласно изобретению, позволяет получить угол наклона на кольцо 3^o.

В кирпиче, показанном на фиг. 2, добавляется клиновая часть 19 к исходной высоте поперечного клина 14 и 15. Эту же цель можно также достичь путем уменьшения высот 14 или 15 на величину 19.

В частности, в рамках изобретения выгодно оставить исходную высоту кирпича 14 и 15 в центральной части 20 кирпича, получая при этом заданные значения клина 19 за счет высот 14 и 15 в равной мере. Для показанного поперечного клинового формата это означает уменьшение высоты 14 на 13 мм и увеличение высоты 15 на 13 мм. Кирпичи такого размера позволяют сочетать их с обычными промышленно выпускаемыми поперечными клиновыми кирпичами, укладывая их в одном кольце и обеспечивая тем самым наклон только части кольца.

Использование: в способах футеровки металлургических резервуаров с наклонными и коническими участками стен. Сущность: способ включает укладку по меньшей мере одного ряда огнеупорных кирпичей одинаковой высоты вдоль внутренней поверхности резервуара и последующую укладку над эти рядом по меньшей мере двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с наклоном поверхности, примыкающей к последнему ряду, относительно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду под углом 0,5 - 5,0^o, при этом четыре боковых поверхности каждого из этих кирпичей расположены перпендикулярно его поверхности, примыкающей к предыдущему ряду; огнеупорный клиновый кирпич содержит две наклонные друг к другу противолежащие боковые поверхности, перпендикулярные примыкающему к нем основанию, и наклоненную к основанию под углом 0,5-5,0^o противолежащую ему поверхность. 2 с. и 5 з. п. ф-лы., 2 ил.

1. Способ кладки огнеупорной футеровки металлургических резурвуаров с наклонными или коническими участками стенок, включающий укладку по меньшей мере одного ряда огнеупорных кирпичей одинаковой высоты вдоль внутренней поверхности резервуара и последующую укладку над этим рядом по меньшей мере двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с наклоном поверхности, примыкающей к последующему ряду, относительно противолежащей ей поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, отличающийся тем, что угол наклона поверхности каждого кирпича, примыкающей к последующему ряду, относительно противолежащей поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, находится в пределах 0,5 5,0^o, при этом четыре боковых поверхности каждого из этих кирпичей расположены перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что укладкой по меньшей мере двух рядов из кирпичей, каждый из которых выполнен с углом наклона в пределах 0,5
5,0^o его поверхности, примыкающей к последующему ряду, относительно противолежащей ей его поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и с четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, осуществляют создание уклонов футеровки резервуаров, и/или изменение уклонов футеровки, и/или удаление уклона слоя футеровки. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что между одним или несколькими слоями из по меньшей мере двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с углом наклона в пределах 0,5 5,0^o его поверхности, примыкающей к последующему ряду, относительно противолежащей ей его поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и с четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, размещают слои из кирпичей известных промышленных форматов. 4. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что укладкой слоев из по меньшей мере двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с углом наклона в пределах 0,5 5,0^o его поверхности, примыкающей к последующему ряду, относительно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и с четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и/или сочетанием этих слоев со слоями из кирпичей известных промышленных форматов осуществляют приведение очертания футеровки в соответствие с формой резервуара, определяемой формой его стального корпуса. 5. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что укладкой слоев из по меньшей мере двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с углом наклона в пределах 0,5 5,0^o его поверхности, примыкающей к последующему ряду, относительно противолежащей ей его поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и с четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и/или чередованием этих слоев со слоями из кирпичей известных промышленных форматов осуществляют получение заданного внутреннего контура резервуара независимо от формы его стального корпуса. 6. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что укладкой одного или нескольких слоев из по меньшей мере двух рядов огнеупорных кирпичей, каждый из которых выполнен с поверхностью, примыкающей к последующему ряду, наклоненной под углом 0,5 5,0^o относительно противолежащей ей поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, и четырьмя боковыми поверхностями, расположенными перпендикулярно поверхности, примыкающей к предыдущему ряду, с дополнительной укладкой промежуточных кольцевых слоев из кирпичей промышленного формата, осуществляют укладку футеровки резервуаров конической, или закругленной формы, или представляющей собой тело вращения, диаметр которого меняется по заданной кривой. 7. Огнеупорный клиновый кирпич, содержащий две наклоненные друг к другу противолежащие боковые поверхности и две параллельные друг другу боковые поверхности, перпендикулярные примыкающему к ним основанию, и наклоненную к основанию противолежащую ему поверхность, отличающийся тем, что противолежащая основанию поверхность наклонена к нему под углом 0,5 5,0^o.