СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПЛИТ ДЛЯ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК B22D19/02 C21B7/10 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литейному производству и может быть использовано при получении чугунных плит с залитыми в нее стальными трубками, по которым движется охлаждающий реагент (вода, пароводяная эмульсия и т.д.) внутренняя поверхность которых может быть выполнена гладкой, ребристой или защищенной огнеупорным материалом.

В настоящее время “холодильные плиты для доменных печей’’ используются практически во всех европейских станах, где есть доменное производство. Основное их отличие - материал, из которого изготавливается данная деталь. Главной задачей холодильных плит является отвод тепла от стенок путем охлаждающих каналов, полученных в результате заливки стальной трубы во внутрь. За всю историю доменного производства использование различных материалов для получения холодильных плит приводило к накоплению опыта по поиску материала, работающего в постоянных термоциклических нагрузках.

Один из видов холодильных плит и систем охлаждения кожуха печи предложен в изобретения патента РФ по заявке №2005111505 от 18.04.2005, МПК F27B 1/24, №2353875, опубл. 27.04.2009. Согласно данного изобретения оно относится к области металлургии, в частности к устройствам холодильных плит шахтной печи. Холодильная плита выполнена из меди или медного сплава и имеет несколько каналов для охлаждающего средства. Каналы связаны приваренными на холодной стороне плиты соединительными трубками с входом и выходом для охлаждающего средства. Соединительные трубки снабжены на концах со стороны плиты образованными отгибанием кромки фланцами. Эти фланцы вставлены в выемки на холодной стороне плиты и сварены по периметру фланцев с холодной стороны плиты.

В конструкции данного изобретения имеется ряд недостатков:

1. Плита выполнена из меди, что имеет достаточно высокие технико-экономические показатели, по сравнению к чугуну.

2. Так как плита работает при разных термоциклических нагрузках, наличие дополнительных сварных соединений, может привести к разрыву сварных соединений.

Помимо этого, существует способ получения холодильной плиты при котором в стальной плите высверливают охлаждающие каналы и соединяют их с патрубками подвода и отвода воды, при этом, охлаждающие каналы высверливают в виде как минимум двух пар отверстий, минимально отстоящих друг от друга, а патрубки для подвода и отвода воды присоединяют к паре отверстий, соединяя их при этом в одно элипсообразное отверстие (см. описание изобретения к патенту РФ по заявке №2003112804 от 30.04.2003, МПК С21В 7/10, №2238330, опубл. 20.10.2004).

К основным недостаткам данного изобретения можно отнести то, что плита изготавливается из стали, а водоохлаждающие каналы высверливаются. Это значительно усложняет технологический процесс, так как, в сравнении с чугунными деталями, технология получения стальных отливок сложнее ввиду повышенной температуры плавления и линейной и объемной усадки. Кроме того, высверливание водоохлаждаемых каналов затрудняет реализацию данного способа, ввиду дополнительной механической обработки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение чугунных плит с залитыми в нее стальными трубками, по которым движется охлаждающий реагент (вода, пароводяная эмульсия и т.д.) внутренняя поверхность которых может быть выполнена гладкой, ребристой или защищенной огнеупорным материалом.

Технический результат достигается тем, что способы включают загрузку в плавильный агрегат шихты, приготовление формовочных компонентов, которые могут быть из песчано-глинистой смеси - для последующего уплотнения пневматическими трамбовками и холоднотвердеющей смесью, имеющей в качестве связующего материала жидкое стекло и катализатор. Формовка осуществляется в нижней полуформе, с последующим объединением ее с верхней. В состав песчано-глинистой и холоднотвердеющей смеси входят компоненты, обеспечивающие высокие показатели качества смеси. В случае использования первой смеси, формовка низа полуформы осуществляется с последующем просушиванием в сушильной камере, в отличие полуформы верха. При использовании второй смеси, получение формы обеспечивается путем засыпки опоки низа, с последующей выдержкой 30…60 мин, и дальнейшего объединения с верхней опокой. После осуществляется установка стального змеевика, продуваемого воздухом 3,5…7 атм, и закрепление его в теле отливки жеребейками, после установки которых, осуществляется заливка расплавом чугуна температурой 1220…1340°С. В состав песчано-глинистой смеси входит: песок кварцевый 2К₂О₂025 10…30%; возвратная смесь 60…90%; глина формовочная огнеупорная (в виде суспензии) 4…11%; декстрин кукурузный кислотный (сорт высший) палевый 1…4%; графит серебристый до 2%. В состав холоднотвердеющей смеси входит: песок кварцевый 1К₂О₂025 (за основу, без возвратной смеси) 100%; стекло натриевое жидкое (силикатный модуль 2,4 не требует использования натра едкого) 3,2…4,5% от песка; катализатор АМ30 12…25% от жидкого стекла. В случае использования песчано-глинистой смеси прочностные характеристики находятся в пределах: предел прочности на сжатие в сыром состоянии 24…60 КПа; предел прочности на растяжение в сухом состоянии 115…320 КПа; газопроницаемость не ниже 60; влажность 4,5…7%. При использовании холоднотвердеющей смеси предел прочности на растяжение в сухом состоянии - 330…670 Кпа. Так же при использовании песчано-глинистой смеси, дополнительно осуществляется покраска полуформы низа противопригарными покрытиями, в основе которых может быть маршалит, силикат циркония, или графит, после нанесения которых осуществляется сушка в сушильной камере при температуре 255…295°С продолжительностью 8…17 ч. Перед установкой змеевика осуществляется покраска огнеупорными красками с температурой плавления более 1500°С, обеспечивающие создание защитного слоя от прогара толщиной до 5 мм. При заливке чугунным расплавом продувка змеевика осуществляется воздухом в каждом контуре. Змеевик располагается в нижней полуформе на нижних жеребейках, а через полуформу верха проходят прижимные жеребейки, который защищают его от всплытия, это позволяет обеспечить нахождение охлаждающих каналов в теле отливки, согласно предъявляемых требований. Следует отметить, что литниковая система располагается таким образом, чтобы шлакоуловитель располагался в верхней полуформе, а литники в нижней, причем подвод металла осуществляется ниже охлаждаемого канала, чтобы не прожечь змеевик расплавом чугуна.

Холодильные плиты проходят практически по всему контуру доменной печи, соответственно они имеют достаточно разную конфигурацию, и каждый отдельный холодильник - это отдельно взятая сложная технология получения отливки. В целом средний тоннаж используемых холодильных плит - 3 т с толщиной стенки не менее 30 мм. Конфигурации этих деталей различны и насчитывается более 30 различных позиций с кирпичом и без кирпича, что зависит от расположения холодильной плиты. В зависимости от опочной и модельной оснастки может возникнуть вопрос при выборе формовочной смеси.

В случае типичной отливки холодильной плиты доменной печи использовались песчано-глинистые смеси. Прочностные характеристики этой смеси находятся в пределах: предел прочности на сжатие в сыром состоянии 24…60 КПа; предел прочности на растяжение в сухом состоянии 115…320 КПа; газопроницаемость не ниже 60; влажность 4,5…7%. Данные характеристики получались путем смешивания компонентов смеси в бегунах с вертикально-вращающимися катками. Сначала осуществляется подача отработанной смеси, затем свежий песок. После освежения горелой земли подается крепитель (дикстрин, в виде водной суспензии). После чего, на подмодельную плиту кладется модель холодильной плиты. Затем устанавливается опока низа. Изготовление формы осуществляется путем подачи смешанных компонентов по транспортерным лентам в бункера, из которых формовщик брал смесь и производил формовку ручными пневмотромбовками. После чего осуществлялось кантование полуформы низа, и данная операция повторялась с полуформой верха. Затем осуществлялась покраска полуформы низа противопригарными покрытиями, в основе которых может быть маршалит, силикат циркония, или графит, самое главное, чтобы температура плавления была выше 1500°С. После нанесения покрытий осуществляется сушка в сушильной камере при температуре 255…295°С продолжительностью 8…17 ч.

В случае сложной конфигурации холодильной плиты, когда требуются повышенные прочностные характеристики смеси, формовка производилась из холоднотвердеющей смеси в основе которой идет жидкое стекло и катализатор.

Приготовление смеси осуществлялась в смесителе непрерывного действия. В состав смеси входит:

- песок кварцевый 1К₂О₂025;

- стекло натриевое жидкое (силикатный модуль 2,4 не требует использования натра едкого)

- натр едкий технический

- катализатор АМ30 (ТУ2494-001-95197502-2006).

Формовка осуществлялась поэтапно. Сначала на подмодельную плита кладется модель холодильной плиты. После чего устанавливается опока низа. Изготовление формы осуществляется путем подачи смешанных компонентов из разгрузочного рукава смесителя без остановок. После заполнения всего объема опоки осуществлялось кантование полуформы низа, после чего данная операция повторялась с полуформой верха. Затем, когда произошел процесс полного затвердевания смеси, извлекался модельный комплект из полу форм. После готовые формы окрашивались противопригарными покрытиями на основе силиката циркония. Причем имеется достаточный опыт по применению различного рода технологий окраски [1].

После получения полуформ, независимо от формовочных смесей, в верхних опоках делались наколы до 14 мм, путем пробивания или сверления. Это позволяло обеспечить выход газа при заливке и снизить процент газовых раковин до 5%.

Затем производилась подготовка к установке стального змеевика, который мог иметь несколько охлаждаемых каналов, по которым должен двигаться охлаждающий компонент (вода, пар, углекислота и т.д.). Подготовка его заключалась в нагреве до 300°С для нанесения на него противопрогарного покрытия. Нанесение может осуществляться путем окунания или орошения из специальных распылительных приборов. После производилась установка змеевика на стальные, сварные жеребейки на требуемое расстояние, согласно требуемых норм теплопередачи. После верхняя полуформа объединялась с нижней и прижимными жеребейками, контролировалось удержания змеевика от всплытия.

Для получения расплава чугуна использовались индукционные тигельные печи, основанные на принципе передачи энергии индукцией от первичной цепи вторичной объемом ИЧТ-6 и ИСТ-2,0. Электрическая энергия переменного тока, подводимая к первичной цепи, превращается в электромагнитную энергию поля, которая во вторичной цепи снова переходит в электрическую, а затем в тепловую. Тепловая энергия обеспечивает получение расплава шихтовых материалов. Данный технический результат реализовывался на различных марках чугунных холодильных плит:

1. Хромистые, низколегированные, жаростойкие марки ЧХ1, ЧХ2 (ГОСТ 7769-82);

2. Высокопрочные, марки ВЧ45, ВЧ50 (ГОСТ 7293-85), полученные по известному способу [2].

Следует отметить, что допустимо использование других марок чугуна, но одним из важных факторов будет температура заливки, которая должна находится в пределах 1220…1340°С. То есть, если температура модифицирования высокопрочного чугуна находится в пределах 1480…1520°С, значит требуется дополнительная выдержка для остывания металла до требуемой. Кроме того, согласно этого способа нахождение шаровидной формы в высокопрочном чугуне имеет длительные временные рамки [3]. Вышеизложенные факты, не исключают возможность получения холодильных плит для доменных печей из других марок чугуна.

В результате решения вышеупомянутой технической проблемы был создан способы, позволяющие осуществить получение холодильных плит для доменных печей из чугуна

Список использованных источников

1. Зенкин, Р.Н. Об использовании противопригарных покрытий для форм из холодно-твердеющих смесей при получении чугунных отливок [Текст] / Р.Н. Зенкин // Литейное производство. - 2017. - №1. - С. 11-14.

2. Патент №2586730. Российская Федерация. Способ получения высокопрочного чугуна / Р.Н. Зенкин, Н.Н. Зенкин, заявитель и патентообладатель Зенкин Р.Н. - №2015110457/02; заявл.25.03.2015; опубл. 10.06.2016. Бюл. №16. - 10 с.

3. Зенкин, Р.Н. О влиянии продолжительности модифицирующего эффекта на механические характеристики высокопрочного чугуна [Текст] / Р.Н. Зенкин / Литейное производство. - 2016. - №11. - С. 2-6.

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает загрузку в плавильный агрегат шихты, приготовление формовочных компонентов, формовку нижней полуформы с литниками и верхней полуформы со шлакоуловителем, объединение нижней полуформы с верхней и заливку расплавом чугуна с температурой 1220-1340°С. Верхнюю полуформу выполняют с прижимными жеребейками. В качестве формовочных компонентов используют песчано-глинистую или холоднотвердеющую смесь. При изготовлении формы из песчано-глинистой смеси формовку нижней полуформы осуществляют с последующим просушиванием в сушильной камере и установкой в нее стального змеевика на нижние жеребейки. При изготовлении форм из холоднотвердеющей смеси, содержащей в качестве связующего материала жидкое стекло и катализатор, осуществляют последующую выдержку 30-60 мин. Обеспечивается получение холодильной плиты с залитыми в нее стальными трубками для движения хладагента. 2 н. и 7 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления чугунной холодильной плиты для доменной печи с залитыми в нее стальными трубками, включающий загрузку в плавильный агрегат шихты, приготовление формовочных компонентов из песчано-глинистой смеси, формовку нижней полуформы с литниками и верхней полуформы со шлакоуловителем, при этом формовку нижней полуформы осуществляют с последующим просушиванием в сушильной камере и установкой в нее стального змеевика на нижние жеребейки, объединяют нижнюю полуформу с верхней и осуществляют заливку расплавом чугуна с температурой 1220-1340°С, при этом верхнюю полуформу выполняют с прижимными жеребейками.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что песчано-глинистая смесь имеет состав, включающий песок кварцевый 2К₂О₂025 10-30%, возвратную смесь 60-90%, глину формовочную огнеупорную в виде суспензии 4-11%, декстрин кукурузный кислотный высшего сорта палевый 1-4%, графит серебристый до 2%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предел прочности смеси на сжатие в сыром состоянии составляет 24-60 кПа, предел прочности на растяжение в сухом состоянии – 115-320 кПа, газопроницаемость не ниже 60, влажность 4,5-7%.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют покраску нижней полуформы противопригарным покрытием, в основу которого входит маршалит, или силикат циркония, или графит, после нанесения которого осуществляют сушку в сушильной камере при температуре 255-295°С продолжительностью 8-17 ч.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед установкой змеевика осуществляют покраску огнеупорной краской с температурой плавления более 1500°С, обеспечивающей создание защитного слоя от прогара толщиной до 5 мм.

6. Способ изготовления чугунной холодильной плиты для доменной печи с залитыми в нее стальными трубками, включающий загрузку в плавильный агрегат шихты, приготовление формовочных компонентов из холоднотвердеющей смеси, содержащей в качестве связующего материала жидкое стекло и катализатор, засыпку нижней полуформы с литниками и верхней полуформы со шлакоуловителем с последующей выдержкой 30-60 мин, установку стального змеевика в нижнюю полуформу на жеребейки, объединение нижней полуформы с верхней полуформой и заливку расплавом чугуна с температурой 1220-1340°С, при этом верхнюю полуформу выполняют с прижимными жеребейками.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что холоднотвердеющая смесь имеет состав, включающий песок кварцевый 1К₂О₂025 100%, стекло натриевое жидкое с силикатным модулем 2,4, не требующим использования натра едкого, 3,2-4,5% от песка, катализатор АМ30 12-25% от жидкого стекла.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что предел прочности смеси на растяжение в сухом состоянии 330-670 кПа.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что перед установкой змеевика осуществляют покраску огнеупорными красками с температурой плавления более 1500°С, обеспечивающими создание защитного слоя от прогара толщиной до 5 мм.