СПОСОБ ТОРКРЕТИРОВАНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОВШЕЙ Российский патент 2007 года по МПК B22D41/02 

Изобретение относится к области черной металлургии, к применению огнеупоров, а именно к сегменту футеровки промежуточного ковша и созданию на арматурной футеровке агрегата слоя из неформованного огнеупорного материала - торкрет-слоя.

Известны различные способы нанесения торкрет-слоя. Так, существующие способы нанесения можно разделить на три группы.

К первой из групп относятся так называемые способы сухого торкретирования, состоящие в том, что порошкообразный огнеупорный материал влажностью 3-5% наносится на разогретую до 900-1200°С поверхность футеровки металлургического агрегата в струе сжатого воздуха при давлении газа в транспортной системе 2,5-4,4 атмосферы.

Вторую группу составляют способы полусухого торкретирования. При этом влажность наносимого порошкообразного материала составляет 6-10%, а температура огнеупорной футеровки составляет 600-900°С.

И, наконец, третья группа включает в себя способы мокрого торкретирования. Здесь огнеупорный порошкообразный материал затворяется водой в соотношении 15-22%. Иными словами, смесь представляет собой пульпу. Температура огнеупорной футеровки, на которую наносится торкрет-слой при мокром способе торкретирования, колеблется от 60 до 90°С.

Каждый из указанных способов применяется на конкретном металлургическом агрегате, в тот или иной период промежуточных ремонтов, или подготовки агрегата к разливке.

Известны способы торкретирования рабочего слоя промежуточного ковша и других пирометаллургических агрегатов магнезиальными и периклазохромитовыми массами, включающие приготовление смеси в смесительно-насосной установке, подачу смеси через систему транспортных шлангов к месту торкретирования, нанесение массы потоком сжатого воздуха через мундштук-аппликатор на рабочую огнеупорную футеровку металлургического агрегата.

Так, применение торкретирования главного свода мартеновской печи массами периклазохромитового состава увеличило стойкость свода до рекордного числа плавок (М.: Новые огнеупоры, 2005, №4 г., с.43).

Торкретирование рабочего слоя промежуточного ковша при различных условиях, а именно: с температурой поверхности футеровки 40-80°С, влажностью массы 20-25%, позволило установить, что торкрет-масса наносится равномерно, обладает достаточной адгезией к поверхности футеровки и обеспечивает серийность разливки на уровне 3-4 плавок (М.: Сталь, 2005, №3 г., с, 32).

Известные способы обладают рядом несомненных преимуществ, но не устанавливают связи между температурой огнеупорной футеровки, на которую наносится торкрет-слой, и затратами воды, и, как следствие этого, не обеспечивают устойчивости нанесенного торкрет-слоя.

Наиболее близким по технической сущности из описанных способов торкретирования промежуточных ковшей к заявляемому является способ, заключающийся в приготовлении смеси в смесительно-насосной установке в весовом соотношении торкрет-масса/вода = 70/30, подачу данной смеси через систему транспортных шлангов к месту торкретирования, послойное нанесение полученной смеси при толщине одного слоя 20-30 мм потоком сжатого воздуха через мундштук-аппликатор на рабочую огнеупорную футеровку промежуточного ковша, имеющую температуру 60-90°С (см. М.: Новые огнеупоры, 2003, №12, с.10).

Однако существующий способ торкретирования промежуточных ковшей не обеспечивает достаточного уровня устойчивости, т.е. способности массы сохранять свое положение на рабочей футеровке агрегата после нанесения. Особенно отчетливо этот недостаток проявляется при нанесении как на более холодную рабочую футеровку, так и на более горячую. Иными словами, торкретирование данным способом приводит к оползанию фрагментов массы, нанесенной как непосредственно на рабочую футеровку, так и на уже нанесенный предыдущий слой.

Кроме того, реализация существующего способа требует дополнительных временных затрат на подготовку промежуточного ковша к торкретированию.

Рассмотрим каждый из этих аспектов подробно.

Оползание нанесенной торкрет-массы с поверхности футеровки промежуточного ковша обусловлено превышением значения равнодействующей силы тяжести фрагмента массы и силы реакции опоры (арматурной футеровки), значения величины силы сцепления массы на границе раздела торкрет-слой - рабочая поверхность футеровки.

В свою очередь, уменьшение силы сцепления (адгезии) связано с процессом парообразования на границе раздела торкрет-слой - рабочая футеровка. Образующаяся на границе раздела пленка газовой фазы из паров воды препятствует контакту и сцеплению раствора торкрет-массы с рабочей футеровкой промежуточного ковша.

Так, при значительных затратах воды на уровне 30% и температуре арматурной футеровки 60-90°С образующиеся пары воды на границе раздела торкрет-слой - арматурная футеровка формируют мощный газовый слой, препятствующий непосредственному контакту массы с арматурной футеровкой, вследствие этого не происходит достаточного сцепления массы с подложкой. Если же температура арматурной футеровки близка к температуре кипения воды - 100°С, то при данной концентрации влаги в смеси нанести и сохранить устойчивость торкрет-слоя невозможно.

В результате развития этого процесса нанесение массы затруднено и наблюдается отрыв и оползание ее фрагментов.

В то же время насыщенный влагой слой, толщиной 20-30 мм, нанесенный на рабочую футеровку с температурой менее 60°С, требует более длительной сушки, поскольку испаряющаяся влага концентрируется в этом достаточно мощном слое и тем самым увеличивает время торкретирования.

В конечном итоге увеличивается время подготовки промежуточного ковша к торкретированию и время торкретирования.

Целью настоящего изобретения является обеспечение уровня устойчивости (сцепления) наносимой торкрет-массы с арматурной футеровкой промежуточного ковша, препятствующего отрыву и оползанию торкрет-слоя, с одновременным уменьшением времени подготовки к торкретированию.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе торкретирования промежуточных ковшей, включающем операции приготовления смеси торкрет-массы с водой в смесительно-насосной установке, подачу данной смеси через систему транспортных шлангов к месту торкретирования, послойное нанесение полученной смеси потоком сжатого воздуха через мундштук-аппликатор на рабочую огнеупорную футеровку промежуточного ковша, операцию смешения торкрет-массы с водой осуществляют при соотношении твердой и жидкой составляющей, в % по массе, в пределах:

W_TB/W_Ж=(85-60)/(15-40)=5.7-1.5.

Другое отличие состоит в том, что температуру арматурной футеровки промежуточного ковша поддерживают на уровне 40-110°С.

Кроме того, нанесение смеси торкрет-массы с водой осуществляют по схеме: смесь с соотношением твердой фазы к жидкой, равной 1.5, наносится слоем толщиной 5-10 мм на рабочую футеровку с температурой 40°С, а смесь с соотношением твердой и жидкой фаз, равной 5.7, наносится слоем 10-40 мм на рабочую футеровку с температурой 110°С. Причем на каждые 10°С увеличения температуры рабочей футеровки промковша отношение W_TB/W_Ж увеличивается на 0.6.

Расширение пределов соотношения твердой и жидкой фаз в заявляемом способе по сравнению с прототипом обеспечивает необходимую устойчивость нанесенного торкрет-слоя, не приводя к отслаиванию и оползанию его фрагментов, за счет равномерного и плавного процесса испарения воды. При этом наиболее эффективно расходуется физическое тепло рабочей футеровки промежуточного ковша, необходимое на испарение влаги из смеси. И тем самым уменьшается время сушки промежуточного ковша с нанесенным торкрет-слоем.

Принципиальное отличие заявляемого способа от существующего состоит в том, что нанесение смеси, обогащенной жидкой фазой, с одной стороны, осуществляется на менее нагретую поверхность арматурной футеровки, с другой - более тонким слоем. И наоборот, нанесение смеси, обогащенной твердой фазой, с одной стороны, осуществляется на более нагретую футеровку, с другой - более толстым слоем.

Такая операция позволяет жидкой фазе из смеси испаряться более интенсивно, с меньшим сопротивлением, оказываемым самим торкрет-слоем, поскольку нанесенный тонкий слой в существенно меньшей степени препятствует испарению и не способствует обратной конденсации влаги в слое. Кроме того, процесс парообразования в данном случае протекает равномерно и не является причиной отрыва и оползания фрагментов нанесенной смеси.

В то же время нанесение смеси, обогащенной твердой фазой, на более нагретую футеровку, хотя и сопровождается более интенсивным процессом парообразования, тем не менее также не приводит к отрыву и оползанию фрагментов нанесенной смеси, поскольку доля жидкой фазы в данном случае невелика и соответственно количество газообразной влаги также понижено. Кроме того, нанесение более толстого слоя массы с пониженным содержанием воды не приводит к увеличению времени сушки, поскольку тепловой энергии нагретой арматурной футеровки вполне достаточно для прогрева слоя и испарения меньшего количества воды.

Расширение интервала температуры рабочей футеровки промежуточного ковша обусловлено следующим. Если промежуточный ковш поступает под торкретирование после полной замены футеровки, т.е. с температурой футеровки, равной температуре окружающей среды, то разогрев достаточно осуществить до меньшей температуры по сравнению с известными способами. Если же промежуточный ковш поступает под торкретирование после серии разливок, то нет необходимости охлаждать его до температуры ниже температуры кипения воды. В первом случае очевидна экономия энергоносителей, во втором - времени.

Экспериментально установлено, что при естественном охлаждении промежуточного ковша, находящегося в неотапливаемом помещении, с температурой рабочей футеровки 400°С до температуры рабочей футеровки 90°С, требуется около 270 минут, т.е. приблизительно со скоростью 1°С/мин.

С другой стороны, нагрев холодной арматурной футеровки промежуточного ковша от 20°С до 60°С требует временных затрат не менее 60 минут.

Вместе с тем время на подготовку поверхности и восстановление отслоившихся и упавших фрагментов торкрет-слоя сопоставимо со временем торкретирования.

ПРИМЕР 1. Торкретируют промежуточный ковш. Смешение массы с водой осуществляют в смесительно-насосной установке в заданном соотношении W_тв/W_ж (масса/вода). Нанесение торкрет-массы производят послойно, толщина одного слоя L. Температура рабочей футеровки ковша перед торкретированием Т. Время подготовки к торкретированию t.

Общая толщина торкрет-слоя и в заявляемом способе и прототипе - 60 мм. Химический состав торкрет-масс - MgO - 85%, CaO - 5%, Fe₂О₃ - 4%, SiO₂ - 5%, Al₂О₃ - 0,5%.

Полученные результаты торкретирования промежуточного ковша после полной замены футеровки по заявляемому способу в сравнении с прототипом приведены в табл.1.

Таблица 1Заявляемый способПрототипW_тв/ W_жL, ммT, °Сt, минСостояние торкрет-слояW_тв/W_жL, ммТ, °Сt, минСотояние торкрет-слояКовш после полной замены футеровки (холодный)Ковш после полной замены футеровки (холодный)Менее 1.5104030Оползание слоя2.3206060Устойчивый слой1.5Менее 54030Затруднено формирование слоя2.3204090Отслаивание и оползание1.554030Устойчивый слой     1.5104030Устойчивый слой     1.5Более 104030Наблюдается отслаивание     

ПРИМЕР 2. Исходные данные такие же, как в примере 1. Торкретируют промежуточный ковш после серии разливки (горячий ковш).

Полученные результаты торкретирования промежуточного ковша после серии разливки по заявляемому способу в сравнении с прототипом приведены в табл.1.

Таблица 2Заявляемый способПрототипW_тв/W_жL, ммТ, °Сt, минСостояние торкрет-слояW_тв/W_жL, ммT, °Ct, минСотояние торкрет-слояКовш после серии разливки (горячий)Ковш после серии разливки (горячий)5,710110250Устойчивый слой2.320-30110252Растрескивание и оползание5.740110252Устойчивый слой2.320-3090270Устойчивый слой5.7Более40110252Наблюдается отслаивание2.34090270Отслаивание и оползаниеБолее 5.710110252Наблюдается отслаивание     

Как видно из данных таблиц 1, 2, заявляемый способ торкретирования обеспечивает устойчивость торкрет-слоя при его нанесении и формировании на рабочей футеровки промежуточного ковша в более широком интервале температуры рабочей футеровки, что уменьшает время подготовки промежуточного ковша к разливке стали. Этот результат достигнут найденным рациональным соотношением твердой и жидкой фазы в смеси торкрет-массы и воды, и установленной оптимальной толщиной торкрет-слоя в зависимости от температуры рабочей футеровки промежуточного ковша.

Изобретение относится к черной металлургии. Способ включает приготовление смеси торкрет-массы с водой, подачу смеси к месту торкретирования, послойное нанесение полученной смеси потоком сжатого воздуха на рабочую огнеупорную футеровку промежуточного ковша. Отношение твердой фазы к жидкой в смеси составляет 5,7÷1,5. Смесь наносят слоем 5÷40 мм, а температуру рабочей футеровки поддерживают на уровне 40÷110°С. Смесь с большим содержанием твердой фазы наносят на более нагретую футеровку и более толстым слоем и наоборот. Обеспечивается устойчивость нанесенного торкрет-слоя при различной температуре рабочей футеровки, сокращение времени подготовки промежуточного ковша к торкретированию. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ торкретирования промежуточных ковшей, включающий приготовление смеси торкрет-массы с водой, подачу смеси к месту торкретирования, послойное нанесение смеси потоком сжатого воздуха через мундштук-аппликатор на рабочую огнеупорную футеровку промежуточного ковша, отличающийся тем, что отношение твердой фазы к жидкой в смеси составляет 5,7÷1,5, смесь наносят слоем 5÷40 мм, а температуру рабочей футеровки промежуточного ковша поддерживают на уровне 40÷110°С, при этом смесь с большим содержанием твердой фазы наносят на более нагретую футеровку и более толстым слоем, и наоборот.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь с отношением твердой фазы к жидкой, равным 1,5, наносят слоем толщиной 5÷10 мм, а смесь с отношением твердой фазы к жидкой, равным 5,7, наносят слоем 10÷40 мм.