Миксер для накопления жидкого чугуна Российский патент 2023 года по МПК C21C1/06 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к сталеплавильному производству для хранения и усреднения чугуна по химическому составу и температуре.

В настоящее время в технологической цепочке комбината полного металлургического цикла в большинстве случаев присутствуют миксеры. Основная функция миксера заключается в приеме жидкого чугуна, выплавленного в доменной печи, и его накоплении, усреднении чугуна по химическому составу и температуре, а в случае подачи чугуна в конвертерное отделение конвертерного цеха по схеме перелива жидкого чугуна из чугуновозных ковшей доменного цеха в чугунозаливочные ковши конвертерного цеха для корректировки наливаемого чугуна по заданному весу.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является миксер [1] (Авторское свидетельство СССР SU № 522239, МПК С21С 1/06, опубликованного 25.07.1976.), содержащей металлический корпус, футерованный огнеупорными материалами, состоящим из кирпича и слоя безусадочной огнеупорной массы, при этом участки футеровки, контактирующие с металлом выполнены в виде чередующий рядов кирпичей, различных по высоте, образующих пазы с уширением книзу, которые заполнены и покрыты огнеупорной массой.

Недостатком данного миксера является отсутствие схемы кладки футеровки миксера, направленной на увеличение длительности эксплуатации миксеров и детализации применяемых решений.

Техническим результатом изобретения является увеличение стойкости футеровки стационарно размещенных миксеров, сокращение затрат на проведение ремонтов оборудования.

Указанный технический результат достигается тем, что миксер для накопления жидкого чугуна (фиг. 1), имеющий горловину 1, внутреннее пространство 2, сливной носок 3, металлический корпус 4 (фиг. 2), футерованный огнеупорным материалом, состоящим из теплоизоляционного слоя 5, арматурного слоя 6 и рабочего слоя 7, подину 8, заднюю стену 9, боковые стены 10 (фиг. 3), переднюю стену 11, боковые стены сливного носка 12, на который опирается свод сливного носка 13, шлаковый пояс задней стены 14, шлаковый пояс боковых стен 15, сводовые полки 16, на которые опирается свод 17, согласно изобретению ширину сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11 L₂(фиг. 4) определяют по формуле:

где L₁ - ширина сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11 футеровки миксера;

K - постоянный коэффициент, равный 0,6-0,9.

Кроме этого защитная зона сводовой полки 20 выполнена из

огнеупорных изделий и установлена на поверхность верхнего ряда 21 передней стены 11, таким образом, что между передней стеной 11 и сводовыми полками 16 установлен первый ряд подполочной зоны 18 и вплотную к нему установлен второй ряд подполочной зоны 19, причем торцевая поверхность верхнего ряда 22 передней стены 11 и рабочая поверхность защитной зоны 23 сводовых полок 16 выполнены вровень с образованием точки S, получаемой в результате сопряжения с внутренней поверхностью свода 24 и рабочей поверхностью защитной зоны 23 сводовых полок 16.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг. 1 - поперечный разрез миксера по центру горловины 1;

Фиг. 2 - поперечный разрез миксера со смещением к боковой стене 10 от центра горловины 1;

Фиг. 3 - продольный разрез миксера серийно используемой схемы футеровки миксера;

Фиг. 4 - продольный разрез миксера с уменьшенной шириной сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11;

Фиг. 5 - детализация узла огнеупорной футеровки рабочего слоя защитной зоны сводовой полки 20.

Описание ссылочных позиционных номеров:

1 - горловина;

2 - внутреннее пространство;

3 - сливной носок;

4 - металлический корпус;

5 - теплоизоляционный слой;

6 - арматурный слой;

7 - рабочий слой;

8 - подина;

9 - задняя стена;

10 - боковые стены;

11 - передняя стена;

12 - боковые стены сливного носка;

13 - свод сливного носка;

14 - шлаковый пояс задней стены;

15 - шлаковый пояс боковых стен;

16 - сводовые полки;

17 - свод;

18 - первый ряд подполочной зоны;

19 - второй ряд подполочной зоны;

20 - защитная зона сводовой полки;

21 - поверхность верхнего ряда;

22 - торцевая поверхность верхнего ряда;

23 - рабочая поверхность защитной зоны;

24 - внутренняя поверхность свода;

S - точка, образуемая в результате сопряжения внутренней поверхности свода 24 и рабочей поверхности защитной зоны 23 сводовых полок 16.

Ширина сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11, определяемое по формуле L₂= L₁⋅K (1), объясняется тем, что необходимо иметь прочностные характеристики огнеупорной кладки, при котором необходимо минимизировать данный показатель ширины сливного носка 3, и добиться обеспечения возможности движения работы манипулятора для захвата и скачивания жидкого шлака с поверхности жидкого чугуна.

При увеличении ширины сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11 будет происходить снижение прочностных характеристик огнеупорной кладки, что неизбежно приводит к локальному разрушению огнеупорной футеровки боковых стен сливного носка 12 в зоне шлакового пояса, далее свода сливного носка 13 и свода 17.

При уменьшении ширины сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11 прочностные характеристики огнеупорной кладки возрастут за счет увеличения толщины огнеупорной футеровки боковых стен сливного носка 12, что увеличит ресурс эксплуатации огнеупорной футеровки в зоне шлакового пояса.

Диапазон постоянного коэффициента K = 0,6-0,9 объясняется необходимостью увеличения прочностных характеристик огнеупорной кладки боковых стен сливного носка 12, свода сливного носка 13 и свода 17, что направлено на увлечение длительности эксплуатации миксера.

При меньшем значении коэффициента К, менее 0,6, возникнут ограничения манипуляции по захвату для последующего скачивания шлака с поверхности жидкого чугуна.

При большем значении коэффициента К, более 0,9, технико-экономическая целесообразность внедрения мероприятия не просматривается в связи со сложностью доказательства технического результата и явного перерасхода огнеупоров.

Выполнение защитной зоны сводовой полки 20 (Фиг. 5) из огнеупорных изделий и установка на поверхность верхнего ряда 21 передней стены 11, таким образом, что между передней стеной 11 и сводовыми полками 16 установлен первый ряд подполочной зоны 18 и вплотную к нему установлен второй ряд подполочной зоны 19, причем торцевая поверхность верхнего ряда 22 передней стены 11 и рабочая поверхность защитной зоны 23 сводовых полок 16 выполнены вровень с образованием точки S, получаемой в результате сопряжения с внутренней поверхностью свода 24 и рабочей поверхностью защитной зоны 23 сводовых полок 16, что позволяет повысить прочностные характеристики сводовых полок 16 и увеличить длительность эксплуатации миксера за счет снижения воздействия высоких температур и окислительной среды на стальные конструкции сводовых полок 16, склонных к короблению и выгоранию.

Миксер состоит из металлического корпуса 4, на котором имеется горловина 1 для заливки жидкого чугуна, внутреннее пространство 2 для наполнения жидкого чугуна, сливного носка 3. (Фиг. 1)

Металлический корпус 4 удерживает всю огнеупорную футеровку с жидким чугуном внутри. На металлический корпус 4 миксера уложена огнеупорная футеровка, состоящая из теплоизоляционного слоя 5, предназначенного для минимизации тепловых потерь жидкого чугуна, арматурного слоя 6, предназначенного для защиты от незапланированного прохода жидкого чугуна, рабочего слоя 7, контактирующего с жидким чугуном и атмосферой внутреннего пространства 2 (Фиг. 2).

Огнеупорная футеровка миксера выкладывается снизу-вверх. Процесс формирования огнеупорной футеровки начинается с подины 8, задней стены 9, боковых стен 10, передней стены 11, боковых стен сливного носка 12, на которые опирается свод сливного носка 13, шлакового пояса задней стены 14, шлакового пояса боковых стен 15, закладываемых под заранее установленные сводовые полки 16 свода 17. (Фиг. 3).

Основными зонами износа огнеупорной футеровки миксера является задняя стена 9, боковые стены сливного носка 12, в большей степени зона огнеупорной кладки соединения боковых стен сливного носка 12 и передней стены 11, шлаковый пояс задней стены 14, свод 17. (Фиг. 2 и Фиг. 4).

При переделе ванадиевого чугуна в условиях конвертерного цеха во внутреннем пространстве 2 в стационарных миксерах накапливаются твердые тугоплавкие образования - гренали, борьба с которыми сводится к их размытию путем применения специализированных шлакообразующих смесей и направленного кислородного дутья на поверхность образованной гренали. Наличие агрессивного жидкоподвижного шлака с повышенным содержанием оксида железа и оксида кремния является негативным фактором для стойкости огнеупорной футеровки миксера в зоне шлакового пояса задней стены 14 и задней стены 9, боковых стен сливного носка 12, в процессе эксплуатации с течением времени происходит износ огнеупоров в данных зонах, сопровождающееся локальным разрушением огнеупорной кладки.

Присутствие агрессивного дутья кислорода повышает температуру газовой атмосферы во внутреннем пространстве 2 миксера и насыщает избыточным кислородом, в результате этого ослабляются сводовые полки 16, удерживающие огнеупорную футеровку свода 17. Сводовые полки 16 выполнены из углеродистой стали, при воздействии высоких температур и избыточной окислительной газовой атмосферы внутреннего пространства 2 склонны к короблению и выгоранию, что приводит к преждевременному выходу огнеупорной футеровки миксера из эксплуатации, аварийным ситуациям, связанным с обрушением футеровки свода 17.

Данный способ футеровки миксера сопровождается высоким удельным расходом огнеупорных материалов для формирования огнеупорной футеровки миксера, длительными ремонтами, высокой степенью трудозатрат персонала в процессе замены футеровки.

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить длительность эксплуатации миксера.

Основной целью рационального использования огнеупорных материалов для огнеупорной футеровки миксера является равномерный износ огнеупорной футеровки шлакового пояса задней стены 14, задней стены 9, боковых стен сливного носка 12, а также защита сводовых полок 16 от выгорания (Фиг. 5).

Данная задача достигается за счет:

- увеличения толщины огнеупорной футеровки рабочего слоя боковых стен сливного носка 12 и сокращения ширины сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11;

- установлением защитной зона сводовой полки 20.

Осуществление изобретения.

Испытание миксера для накопления жидкого было осуществлено в конвертерном цехе АО «ЕВРАЗ НТМК».

Огнеупорную футеровку миксера выполняли следующим образом. Изначально огнеупорную футеровку выкладывают с подины 8. На металлический корпус 4 укладывают теплоизоляционный слой 5 в виде асбестового картона, арматурный слой 6 толщиной около 200 мм формируют укладкой на поверхность асбестового картона шамотного порошка и шамотных изделий, на поверхности арматурного слоя укладывают рабочий слой 7 подины 8 из периклазовых изделий толщиной около 460 мм. При радиальной выкладке подины 8 на высоту около 1000 мм производили резка изделий арматурного слоя 6 и рабочего слоя 7 в горизонтальной плоскости. Параллельно вели кладку боковых стен 10. С передней части миксера на горизонтальный натес подины 8 укладывают переднюю стену 11 из периклазовых огнеупоров толщиной до 1300 мм, с тыловой части миксера - заднюю стену 9 из периклазовых огнеупоров толщиной около 690 мм, по центру передней стены 11 формируют сливной носок 3 с выкладкой от горизонтального натеса подины 8 боковых стен сливного носка 12. Параллельную кладку боковых стен 10 толщиной до 690 мм не прекращают. Далее устанавливают кружала к боковым стенам сливного носка 12 и выкладывают свод сливного носка 13 из периклазохромитовых изделий толщиной около 450 мм. Под заранее установленные сводовые полки 16 устанавливают первый ряд подполочной зоны 18 и вплотную к нему второй ряд подполочной зоны 19, кладка осуществляют с минимизацией зазоров между огнеупорными изделиями и сводовых полок 16. Далее выполняют кладку шлакового пояса задней стены 14 на поверхность задней стены 9 и шлакового пояса боковых стен 15 на поверхность боковых стен 10. Шлаковый пояс задней стены 14 и шлаковый пояс боковых стен 15 заводят аналогичным образом под сводовые полки 16. После выкладки огнеупорной футеровки под сводовыми полками 16 устанавливают кружала для футеровки свода 17. Изначально на тычок к кружалам и на ложок или плашку к поверхности сводовых полок 16 устанавливают периклазохромитовые изделия толщиной 300 мм, на них сверху укладывают арматурный слой 6 из шамотных изделий толщиной не менее 180 мм, теплоизоляционный слой представляет собой зазор между арматурным слоем 6 и металлическим корпусом 4, заполняемый асбестовой крошкой толщиной не менее 50 мм. Параллельно ведут кладку боковых стен 10. Кладка ведется радиально и в центральной части свода 17 производится соединение частей свода от задней стены 9 и передней стены 11. По центру свода выкладывают горловину 1 миксера. По окончании кладки свода 17 выкладывают защитную зону сводовой полки 20. На поверхность верхнего ряда 21 передней стены 11 укладывают изделия из периклазовых или периклазохромитовых изделий таким образом, что изделия защитной зоны сводовой полки 20 вплотную прилегали ко второму ряду подполочной зоны 19, при необходимости подвергались подгонке методом резки, теска изделий минимизировалась. Рабочая поверхность защитной зоны сводовой полки 20 выкладывают вровень с торцевой поверхностью верхнего ряда 22 передней стены 11, таким образом между рабочей поверхностью защитной зоны 23 сводовых полок 16 и внутренней поверхности свода 24 формировалась точка S, образуемая в результате сопряжения рабочей поверхности защитной зоны 23 сводовых полок 16 и внутренней поверхности свода 24 (Фиг. 5).

Испытание миксера для накопления жидкого было осуществлено в конвертерном цехе АО «ЕВРАЗ НТМК», что соответствует критерию «промышленная применимость».

Анализ патентов и научно-технической информации выявил отсутствие признаков, сходных с признаками, которые присуще в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Из проведенных исследований следует, миксер для наполнения жидкого чугуна позволяет обеспечить:

- увеличение толщины огнеупорной футеровки рабочего слоя боковых стен сливного носка 12 и сокращение ширины сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11;

- повышение стойкости огнеупорной футеровки миксера;

- установление защитной зона сводовой полки 20;

- увеличение длительности эксплуатации миксера;

Рабочая футеровка миксера по представленному изобретению эксплуатировалась в условиях конвертерного цеха № 1 АО «ЕВРАЗ НТМК» в течение 19 месяцев, при этом средняя длительность эксплуатации рабочей футеровки миксера в конвертерном цехе № 1 составляет 15 месяцев.

Источники информации

[1] Авторское свидетельство СССР SU № 522239, МПК С21С 1/06, опубликованного 25.07.1976.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сталеплавильному производству миксера для хранения и усреднения чугуна по химическому составу и температуре. Миксер содержит горловину, внутреннее пространство, сливной носок, металлический корпус, футерованный огнеупорным материалом, состоящим из теплоизоляционного слоя, арматурного слоя, рабочего слоя огнеупорной футеровки, подину, заднюю стену, боковые стены, переднюю стену, боковые стены сливного носка, на которые опираются свод сливного носка, шлаковый пояс задней стены, шлаковый пояс боковых стен, сводовые полки, на которые оперт свод. Ширину сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11 определяют по формуле с учетом постоянного коэффициента, равного 0,6-0,9. Изобретение направлено на повышение стойкости огнеупорной футеровки стационарно размещенных миксеров и сокращение затрат на проведение ремонтов оборудования. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.

1. Миксер для накопления жидкого чугуна, содержащий горловину 1, внутреннее пространство 2, сливной носок 3, металлический корпус 4, футерованный огнеупорным материалом, состоящим из теплоизоляционного слоя 5, арматурного слоя 6, рабочего слоя 7 огнеупорной футеровки, подину 8, заднюю стену 9, боковые стены 10, переднюю стену 11, боковые стены сливного носка 12, на которые опираются свод сливного носка 13, шлаковый пояс задней стены 14, шлаковый пояс боковых стен 15, сводовые полки 16, на которые опирается свод 17, отличающийся тем, что ширину сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11 L₂ определяют по формуле:

L₂=L₁⋅K, где

L₁ - ширина сливного носка 3 вверху боковых стен сливного носка 12 со стороны внутреннего пространства 2 и передней стены 11 футеровки миксера;

K - постоянный коэффициент, равный 0,6-0,9.

2. Миксер по п.1, отличающийся тем, что защитная зона сводовой полки 20 выполнена из огнеупорных изделий и установлена на поверхность верхнего ряда 21 передней стены 11 таким образом, что между передней стеной 11 и сводовыми полками 16 установлен первый ряд подполочной зоны 18 и вплотную к нему установлен второй ряд подполочной зоны 19, причем торцевая поверхность верхнего ряда 22 передней стены 11 и рабочая поверхность защитной зоны 23 сводовых полок 16 выполнены вровень с образованием точки S, получаемой в результате сопряжения с внутренней поверхностью свода 24 и рабочей поверхностью защитной зоны 23 сводовых полок 16.