1. Подвижная плита для шиберного затвора металлургического плавильного сосуда, в которой

a) подвижная плита имеет основную часть (2) из огнеупорного керамического материала,

b) основная часть (2) имеет по крайней мере одно проходное отверстие, которое проходит перпендикулярно к главным поверхностям основной части (2),

c) основная часть (2) окружает кольцеобразный вкладыш (1) из огнеупорного керамического материала,

d) вкладыш (1) окружает проходное отверстие, по меньшей мере, в зоне главной поверхности основной части (2) со всех сторон и находится на одной прямой линии с главной поверхностью,

e) пространство (3), имеющееся между вкладышем (1) и основной частью (2), заполнено пропиточным средством, которое прочно соединяет основную часть (2) и вкладыш (1).

2. Подвижная плита по п.1, пространство (3) которой заполнено пропиточным средством, содержащим углерод.

3. Подвижная плита по п.1, пространство (3) которой заполнено пропиточным средством, выбранным из группы: каменноугольный пек, нефтяной пек, фенольная смола.

4. Подвижная плита по п.1, пространство (3) которой имеет ширину щели <100 мкм.

5. Подвижная плита по п.1, которая была подвержена отжигу при температурах от 200 до 700шС.

6. Подвижная плита по п.1, основная часть (2) которой изготовлена прессованием.

7. Подвижная плита по п.1, вкладыш (1) которой изготовлен прессованием.

8. Подвижная плита по п.1, вкладыш (1) которой обладает большей износоустойчивостью, чем основная часть (2).

9. Подвижная плита по п.1, у которой вкладыш (1) и основная часть (2) выполнены из различных огнеупорных керамических материалов.

10. Подвижная плита по п.1, вкладыш (1) которой состоит из материала на основе оксида циркония ZrO ₂ .

11. Подвижная плита по п.1, основная часть (2) которой состоит из материала на основе оксида алюминия Al ₂ O ₃ .

12. Способ изготовления подвижной плиты по п.1, в котором предварительно спрессованный кольцеобразный вкладыш из огнеупорного керамического материала в процессе прессования помещают в основную часть из огнеупорного керамического материала, извлекают из пресс-формы, а созданную таким образом подвижную плиту пропитывают затем в переходной области между вкладышем и основной частью пропитывающим средством и подвергают отжигу.

 

(57) Реферат / Формула:
Подвижная плита для шиберного затвора металлургического плавильного сосуда, в которой

a) подвижная плита имеет основную часть (2) из огнеупорного керамического материала,

b) основная часть (2) имеет по крайней мере одно проходное отверстие, которое проходит перпендикулярно к главным поверхностям основной части (2),

c) основная часть (2) окружает кольцеобразный вкладыш (1) из огнеупорного керамического материала,

d) вкладыш (1) окружает проходное отверстие, по меньшей мере, в зоне главной поверхности основной части (2) со всех сторон и находится на одной прямой линии с главной поверхностью,

e) пространство (3), имеющееся между вкладышем (1) и основной частью (2), заполнено пропиточным средством, которое прочно соединяет основную часть (2) и вкладыш (1).

2. Подвижная плита по п.1, пространство (3) которой заполнено пропиточным средством, содержащим углерод.

3. Подвижная плита по п.1, пространство (3) которой заполнено пропиточным средством, выбранным из группы: каменноугольный пек, нефтяной пек, фенольная смола.

4. Подвижная плита по п.1, пространство (3) которой имеет ширину щели <100 мкм.

5. Подвижная плита по п.1, которая была подвержена отжигу при температурах от 200 до 700шС.

6. Подвижная плита по п.1, основная часть (2) которой изготовлена прессованием.

7. Подвижная плита по п.1, вкладыш (1) которой изготовлен прессованием.

8. Подвижная плита по п.1, вкладыш (1) которой обладает большей износоустойчивостью, чем основная часть (2).

9. Подвижная плита по п.1, у которой вкладыш (1) и основная часть (2) выполнены из различных огнеупорных керамических материалов.

10. Подвижная плита по п.1, вкладыш (1) которой состоит из материала на основе оксида циркония ZrO ₂ .

11. Подвижная плита по п.1, основная часть (2) которой состоит из материала на основе оксида алюминия Al ₂ O ₃ .

12. Способ изготовления подвижной плиты по п.1, в котором предварительно спрессованный кольцеобразный вкладыш из огнеупорного керамического материала в процессе прессования помещают в основную часть из огнеупорного керамического материала, извлекают из пресс-формы, а созданную таким образом подвижную плиту пропитывают затем в переходной области между вкладышем и основной частью пропитывающим средством и подвергают отжигу.

 

---

009962
Изобретение относится к подвижной плите для шиберного затвора металлургических плавильных сосудов.
Подвижные плиты, под которыми понимают как плиты для линейных заслонок, так и плиты для поворотных заслонок, находят свое применение в течение десятилетий для регулирования выпуска из металлургических плавильных сосудов, например разливочных ковшей или так называемых промежуточных ковшей (промежуточных разливочных устройств).
Такие шиберные затворы (шиберные системы) состоят, например, из двух плит: одной неподвижной и одной подвижной плиты. Обе плиты имеют минимум одно пропускное отверстие для соответствующего расплавленного металла, при этом отверстие проходит перпендикулярно к главным поверхностям плит. Плиты достаточно подвижны по отношению друг к другу, так что соответствующие отверстия плит можно выравнивать по отношению друг к другу со смещением, частично внахлестку или по одной прямой для регулирования массы пропускаемого через них расплава или для прекращения потока расплава.
Известны также шиберные системы с более чем двумя плитами.
В ходе эксплуатации особенно изнашивается область стенок пропускных отверстий. Для улучшения износостойкости (как и с целью ремонта) известна установка вокруг пропускного отверстия в основной части плиты кольцеобразного вкладыша из чрезвычайно износостойкого материала. Проблемным является "соединение" вкладыша с окружающим огнеупорным материалом основной плиты.
Из DE 10006939 С1 известна заделка кольцеобразного вкладыша в соответствующей выемке основной части плиты с помощью цементного раствора. Для этого необходимо соответствующим образом механически подготовить основную плиту, например расточить. Это приводит к дополнительным затратам. Кроме того, возможно применение только вращательно-симметричных вкладышей.
В DE 10006939 С1 упоминается также о возможности совместной запрессовки кольцеобразного вкладыша с окружающим огнеупорным материалом матрицы. При этом вставляется, например, предварительно изготовленный вкладыш в пресс-форму и заполняется массой, которая затем должна будет образовать основную часть. Затем масса прессуется. Этот способ в принципе применим с любыми формами вставок, и он прост в исполнении. Однако он имеет тот недостаток, что после выемки из пресс-формы вкладыш и окружающая основная часть отделяются друг от друга и образуется маленький зазор между вкладышем и основной плитой. В результате этого вкладыш может позднее при использовании подвижной плиты в шиберном затворе отстать от основной части или даже выпасть.
Часто применяемый способ заключается в том, чтобы залить предварительно собранный корпус вкладыша огнеупорной гидравлической массой (бетоном). При таком способе можно также применять вкладыши почти любой геометрии. Однако при нагревании гидравлическое соединение материала матрицы основной части теряет по крайней мере часть своей прочности. Лишь при температурах значительно выше 1000°С создается прочное керамическое соединение. В этой связи говорится о "пробеле прочности", чаще всего примерно при 900°С. При использовании подвижной плиты образуется сильный перепад температуры между областью проходного отверстия и краем плиты. В области проходного отверстия огнеупорный материал принимает примерно температуру жидкой стали (например, 1600°С). У края плиты температура значительно ниже. Так неизбежно у плиты образуются области, которые нагреваются лишь до "пробела прочности" (около 900°С). Соответственно высоким является износ таких плит.
Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача предложить подвижную плиту для шиберного затвора металлургического плавильного сосуда, которая будет иметь износостойкий вкладыш в зоне проходного отверстия для расплавленного металла, при этом подвижная плита должна изготавливаться простым способом и во всем своем объема обладать максимально постоянной высокой прочностью (износостойкостью).
Для решения этой задачи изобретение исходит из вышеуказанного уровня техники, при котором вкладыш фиксируется в правильном положении ("in situ") при запрессовке вкладыша в окружающем вкладыш огнеупорном материале матрицы в основную часть плиты. Поскольку вкладыш описывается ниже как "кольцеобразный", он может быть "точно кольцеобразным", из чего следует круглая форма наружного периметра вкладыша. Это понятие включает также формы, при которых вкладыш в осевом направлении своего отверстия снаружи между противоположными торцевыми поверхностями имеет уступы (ступени), т. е. образован различными внешними диаметрами, или имеет форму с конической внешней поверхностью. Понятие "кольцеобразный" включает, кроме того, также несимметричные формы периметра и расположение отверстия не по центру. Понятие "кольцеобразный" в этом отношении включает лишь то, что вкладыш имеет отверстие для прохождения расплавленного металла.
Как описано ранее, при запрессовке вкладыша в плиту происходит образование пространства (зазора) между вкладышем и основной частью, чаще всего в виде кольцеобразного зазора между внешней поверхностью вкладыша и соответствующей поверхностью основной части плиты, который препятствует, по меньшей мере частично, прочному соединению между ними. Это пространство (зазор) может быть также несплошным, т. е. состоящим из многих частей.
- 1 -
009962
Эта проблема решается согласно изобретению тем, что имеющееся между вкладышем и основной частью пространство заполняется пропиточным средством, которое прочно связывает основную часть и вкладыш.
В своей самой общей форме выполнения изобретение относится к подвижной плите шиберного затвора для металлургического плавильного сосуда со следующими отличительными признаками:
a) подвижная плита имеет основную часть (2) из огнеупорного керамического материала,
b) основная часть (2) имеет по крайней мере одно пропускное отверстие, которое проходит перпендикулярно к главным плоскостям основной части (2),
c) основная часть (2) окружает кольцеобразный вкладыш (1) из огнеупорного керамического материала,
d) вкладыш (1) окружает проходное отверстие по меньшей мере в зоне главной поверхности основной части (2) со всех сторон и находится на одной прямой линии с главной поверхностью,
e) пространство (3), имеющееся между вкладышем (1) и основной частью (2), заполнено пропиточным средством, которое прочно соединяет основную часть (2) и вкладыш (1).
Упомянутые участки между вкладышем и основной частью, у которых не возникает прочного соединения между обеими частями, как правило, чрезвычайно узкие и имеют ширину обычно < 100 мкм, часто <10 мкм. Настолько узкое пространство (зазор) явно невозможно заполнить цементным раствором или тому подобным. А применение (жидкого) пропиточного средства позволяет заполнить эту полость (эти полости) и соединить таким способом обе части друг с другом.
При этом пространство можно заполнить пропиточным средством, содержащим углерод. Таким пропиточным средством может быть, например, вещество, выбранное из группы: каменноугольный пек, нефтяной пек, фенольная смола.
Если подвижная плита после извлечения из пресса пропитывается таким средством, а затем подвергается отжигу при температурах от 200 до 700°С, то происходит коксование пропитывающего средства и его затвердевание, создавая при этом необходимое прочное соединение между кольцеобразным вкладышем и окружающей основной частью. Зазор или зазоры между обоими элементами соединяются следовательно при помощи проникающего углеродного слоя.
При этом пропитывание может ограничиться упомянутой переходной областью между вкладышем и основной частью. Однако можно также выбрать большую область пропитывания, вплоть до пропитывания всей плиты.
Пропитывание имеет дополнительное преимущество в том, что увеличивается в общем герметичность плиты в области пропитки и улучшаются ее антифрикционные свойства.
Пропитку можно оптимизировать, если и вкладыш, и материал основной части перед пропиткой имеет открытую пористость от 5 до 20% по объему. При этом пористость основной части будет, как правило, выше, чем пористость вкладыша, так как вкладыш применяется в виде уже предварительно отформованной, часто предварительно спрессованной части.
Материал, а также технология прессования выбираются так, что заполняемое пространство между вкладышем и основной частью имеет ширину <70 мкм, например от 20 до 70 мкм. Это можно отрегулировать также путем, например, выбора гранулометрического состава для вкладыша или основной части.
В то время как вкладыш, как правило, находит свое применение в виде предварительно спрессованной детали, основную часть можно при известных условиях также изготавливать с помощью технологии литья. При этом зазор, как правило, несколько больше, так что и ширина пространства (зазора) между вкладышем и основной плитой перед пропитыванием и после некоторой сушки плиты может быть больше, чем указанные 100 мкм.
Впрочем, известные из уровня техники особенности относительно выбора материала можно перенести также на подвижную плиту, к которой относится изобретение. Так, вкладыш будет, как правило, иметь более высокую износостойкость, чем основная часть. Благодаря этому можно применять для основной части не такие дорогие сорта материала, в результате чего, в целом, снизится цена подвижной плиты.
Обычно вкладыш и основная часть изготавливаются из различных огнеупорных керамических материалов.
Подходящим материалом для вкладыша является материал на основе ZrO2 (диоксида циркония). Для основной части могут применяться материалы, например, на основе Al2O3 (оксида алюминия).
Если подвижную плиту можно изготавливать различными способами, как это упоминалось выше, то предпочтительным оказался тот способ, при котором предварительно спрессованный кольцеобразный вкладыш из огнеупорного керамического материала в процессе прессования помещают в основную часть из огнеупорного керамического материала, извлекают из пресс-формы, а созданную таким образом подвижную плиту пропитывают затем в переходной области между вкладышем и основной частью пропитывающим средством и подвергают отжигу.
Такой способ был опробован в следующем опыте.
Обожженный кольцеобразный вкладыш из окиси циркония, стабилизированной MgO (оксидом магния), был установлен в пресс-форму. Затем вкладыш был окружен прессовочной массой на базе гли
- 2 -
009962
нозема именно в таком количестве, чтобы прессовочная масса (для образования основной части) возвышалась над верхней торцевой поверхностью вкладыша, т. е. в такой массе, чтобы после последующего процесса прессования верхняя торцевая поверхность основной части располагалась на одной прямой линии с верхней торцевой поверхностью вкладыша.
После извлечения спрессованной таким образом подвижной плиты она была подвержена пропитке жидким каменноугольным пеком в диапазоне нескольких миллиметров с обеих сторон переходной области между вкладышем и основой частью, а затем была подвергнута отжигу при 500°С.
Как показано на прилагаемой фиг. 1, в четком переходе между вкладышем 1 и основной частью 2 обнаруживается микроскопический слой 3 шириной примерно 5 мкм из закоксованного каменноугольного пека.
Этот заполненный слой создает прочное соединение между вкладышем и оболочкой (основной частью). Тем самым вкладыш жестко и надежно зафиксирован по отношению к основной части. В проведенном опыте удалось проверить подвижную плиту вместе с аналогичной по конструкции подвижной плитой для образования системы шиберного затвора. Была осуществлена разливка 6 плавок стали, при этом вкладыш не потерял своего прочного соединения с основной частью.
Улучшенное жесткое крепление вкладыша в подвижной плите было проверено при следующем испытании так, как изображено на фиг. 2.
Плиту 10 укладывали горизонтально на кольцо 12, при этом вкладыш 14 на него не опирался. У вкладыша 14 наружный диаметр составляет 130 мм, внутренний диаметр отверстия составляет 80 мм и его толщина 15 мм. Сверху плиту просверливали до верхней стороны 14о вкладыша 14 в шести местах 16, которые расположены равномерно под одинаковым углом по предполагаемому кругу. Штамп 18 с шестью соответствующими цилиндрами 20 под давлением вводили в отверстие. Было проведено измерение усилия, при котором происходит разрушение вкладыша 14 или его выдавливание из плиты 10.
При этом было проведено по 5 испытаний на выполненной согласно изобретению подвижной плите, подверженной отжигу при 500°С (Е), и аналогичной по конструкции подвижной плите без пропитки (S), и было определено среднее значение для каждой плиты.
Для плиты S было установлено значение 2±1 кН, а для плиты Е - значение 18 <3кН.
Вкладыш может быть расположен по всей высоте подвижной плиты (перпендикулярно к главным поверхностям). Но также возможно и ступенчатое расположение наружного диаметра кольца вкладыша в соответствии со ступенями окружающей основной части. Таким способом создается дополнительная механическая надежность того, что кольцо при установке будет надежно опираться на соответствующий краевой выступ основной плиты и не сможет сдвигаться в направлении расплавленного потока металла.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Подвижная плита для шиберного затвора металлургического плавильного сосуда, в которой
a) подвижная плита имеет основную часть (2) из огнеупорного керамического материала,
b) основная часть (2) имеет по крайней мере одно проходное отверстие, которое проходит перпендикулярно к главным поверхностям основной части (2),
c) основная часть (2) окружает кольцеобразный вкладыш (1) из огнеупорного керамического материала,
d) вкладыш (1) окружает проходное отверстие, по меньшей мере, в зоне главной поверхности основной части (2) со всех сторон и находится на одной прямой линии с главной поверхностью,
e) пространство (3), имеющееся между вкладышем (1) и основной частью (2), заполнено пропиточным средством, которое прочно соединяет основную часть (2) и вкладыш (1).
2. Подвижная плита по п.1, пространство (3) которой заполнено пропиточным средством, содержащим углерод.
3. Подвижная плита по п.1, пространство (3) которой заполнено пропиточным средством, выбранным из группы: каменноугольный пек, нефтяной пек, фенольная смола.
4. Подвижная плита по п.1, пространство (3) которой имеет ширину щели <100 мкм.
5. Подвижная плита по п.1, которая была подвержена отжигу при температурах от 200 до 700°С.
6. Подвижная плита по п.1, основная часть (2) которой изготовлена прессованием.
7. Подвижная плита по п.1, вкладыш (1) которой изготовлен прессованием.
8. Подвижная плита по п.1, вкладыш (1) которой обладает большей износоустойчивостью, чем основная часть (2).
9. Подвижная плита по п.1, у которой вкладыш (1) и основная часть (2) выполнены из различных огнеупорных керамических материалов.
10. Подвижная плита по п.1, вкладыш (1) которой состоит из материала на основе оксида циркония
ZrO2.
11. Подвижная плита по п.1, основная часть (2) которой состоит из материала на основе оксида алюминия Al2O3.
- 3 -
009962
12. Способ изготовления подвижной плиты по п.1, в котором предварительно спрессованный кольцеобразный вкладыш из огнеупорного керамического материала в процессе прессования помещают в основную часть из огнеупорного керамического материала, извлекают из пресс-формы, а созданную таким образом подвижную плиту пропитывают затем в переходной области между вкладышем и основной частью пропитывающим средством и подвергают отжигу.
Фиг. 2
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 4 -