Патентная документация ЕАПВ |
|||
Запрос: | ea000012989b*\id |
|
Термины запроса в документе Реферат Способ изготовления огнеупорных изделий для футеровки металлургических тепловых агрегатов с использованием литья и сушки изделия, при котором в литьевую массу включают частицы огнеупорного материала, отличающийся тем, что по меньшей мере 10 об.% частиц литьевой массы являются крупными частицами с размерами от 50 мм до 1/3-1/2 толщины изделия, а остальные частицы, по меньшей мере, частицы с размерами до 6 мм распределяют так, чтобы обеспечить плотную укладку литьевой массы, причем содержание воды в изделии перед сушкой не превышает 5 мас.% для того, чтобы изготавливаемые изделия имели относительную плотность (отношение плотности изделия к плотности, рассчитанной по удельным весам компонентов состава) не менее 0,87 и предпочтительнее не менее 0,90. Изделия, изготовленные в соответствии с изобретением, являются более долговечными и более дешевыми в производстве, чем обычные изделия. Формула [0001] Способ изготовления огнеупорных изделий для футеровки металлургических тепловых агрегатов, содержащий литье и сушку изделия, при котором в литьевую массу включают частицы огнеупорного материала, отличающийся тем, что [0002] Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы распределяют так, чтобы обеспечить плотную укладку литьевой массы в диапазоне от 1/3 до 1/2 толщины изделия. [0003] Способ по п.1, отличающийся тем, что крупные частицы помещают в литьевую массу раздельно в процессе литья. [0004] Способ по п.1, отличающийся тем, что литьевую массу сначала перемешивают без крупных частиц, после чего в литьевую массу помещают крупные частицы в другой фазе перемешивания перед осуществлением процесса литья. [0005] Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс литья включает один или более этапов виброуплотнения. [0006] Способ по п.1, отличающийся тем, что материал крупных частиц выбирают из группы, включающей спеченный боксит и плавленый корунд. [0007] Огнеупорное изделие для футеровки металлургических тепловых агрегатов, изготовленное путем литья и сушки литьевой массы, содержащей частицы огнеупорного материала, отличающееся тем, что [0008] Изделие по п.7, отличающееся тем, что частицы распределяют так, чтобы обеспечить плотную укладку литьевой массы в диапазоне от 1/3 до 1/2 толщины изделия. [0009] Изделие по п.7, отличающееся тем, что материал крупных частиц выбран из группы, включающей спеченный боксит и плавленый корунд. Полный текст патента Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к способам изготовления огнеупорных изделий и к огнеупорным изделиям для футеровки металлургических тепловых агрегатов. Огнеупорные изделия изготавливаются, например, для днищ, стен и крышек металлургических тепловых агрегатов, таких как литейно-плавильные, обрабатывающие и транспортировочные агрегаты. Замена и обслуживание огнеупорной футеровки составляют весьма значительную долю эксплуатационных расходов по использованию, например, сталеразливочного ковша. Футеровка должна заменяться как можно реже и использоваться как можно дольше, поэтому она нуждается в проведении осмотров и технического обслуживания по возможности чаще, а такие операции вызывают перерывы в использовании ковша. Естественно, экономия материальных и трудовых затрат всегда необходима, то есть задача состоит в том, чтобы использовать такие материалы и способы, которые обеспечивают экономию в результате получения футеровки как можно лучшего качества. Так называемая монолитная футеровка сталеразливочных ковшей может быть изготовлена методом литья, при этом литьевая масса содержит воду. После литья изделие подвергается сушке, и количество содержащейся в литьевой массе воды влияет существенно как на время сушки, так и на свойства сформованного изделия, например, на его износоустойчивость. В патенте ЕР 0915069 В1 представлен способ повышения износоустойчивости футеровки и экономии средств, при котором материал в кусковой форме (бой-лом), содержащий MgO/C, с размерами частиц от 50 до 100 мм, помещен в матрицу из огнеупорного бетона. В указанном патенте рассмотрены более подробно только свойства указанного материала в кусковой форме, но не представлено каких-либо примеров по поводу свойств изделия, полученного указанным способом. В патенте ЕР 0857704 В1 представлен способ изготовления огнеупорных изделий, при котором в пресс-форму сначала засыпают сухой сравнительно крупнозернистый материал с размерами частиц от 1 до 60 мм, занимающий от 50 до 90% объема формы, а затем промежутки между частицами заполняют жидкой наливной массой, содержащей связующее, воду и присадочный материал. По нашему мнению, способ, описанный в патенте, не может быть рабоспособным в том случае, когда 90% объема или около того заполнено крупнозернистыми частицами указанного вида. Если форма заполнена указанным выше крупнозернистым материалом (от 1 до 60 мм), то наливная масса, содержащая частицы с размерами от 0,001 до 1,0 мм, как это определено в патенте, не способна проникать для заполнения промежуточных пустот между крупнозернистыми частицами. Как преимущество этого способа можно отметить небольшое количество воды, содержащейся в отлитом изделии и, соответственно, короткое время сушки, благодаря чему изделия могут быть изготовлены очень быстро. Что касается количества воды, то в патенте указано только желательное процентное содержание, причем даже не сказано, относится это к массовым или объемным процентам. Нет примеров осуществления способа, а также нет никакой информации о свойствах изделий, изготовленных способом, представленным в патенте. Патент ЕР 0965024 В1 представляет, по существу, тот же самый способ, что и указанный выше. Однако, описание способа является неопределенным и, исходя из нашего опыта и знаний, дефектным во многих моментах. В этом патенте также не представлено никаких примеров осуществления способа или информации о свойствах полученных изделий. Патент США 5681786 представляет специальный состав огнеупорного материала, который содержит от 41 до 100 вес.% частиц оксида алюминия, диаметр которых составляет от 10 до 50 мм. Целью запатентованного технического решения является повышение коррозионной стойкости, прочности и, прежде всего, устойчивости к высоким температурам. Подобное решение представлено также в патенте США 5506181. Однако из-за применяемых материалов и необходимости специальных составов, указанные решения являются дорогостоящими и потому пригодными прежде всего для специальных целей. Патент ЕР 1170267 А1 представляет огнеупорный бетон с использованием обычного основного материала с размерами частиц не более 10 мм, содержащий дополнительно более крупные частицы с размерами до 60 мм. Доля частиц с размерами от 10 до 60 мм может быть не более 60%. Решение направлено на уменьшение количества воды, необходимой для изготовления бетона, на облегчение равномерности прогревания, на получение более плотной структуры и на недопущение распространения трещин, а также на повышение износоустойчивости. Однако в патенте не приведено примеров осуществления способа или информации о свойствах изделий, полученных способом, представленным в данном патенте. Цель изобретения заключается в том, чтобы предложить такой способ изготовления огнеупорных изделий путем литья и сушки литьевой массы, при котором, например, износоустойчивость сменной футеровки наиболее широко используемых металлургических агрегатов, таких как сталеразливочные ковши, значительно улучшается, и в то же время сокращаются время, необходимое для замены футеровки, и производственные затраты. Для достижения этих целей предлагается способ изготовления огнеупорных изделий для футеровки металлургических агрегатов, содержащий литье и сушку изделия, при котором в литьевую массу включают частицы огнеупорных материалов, отличающийся тем, что по меньшей мере 10 об.% частиц литьевой массы составляют крупные частицы с размерами от 50 мм до 1/3-1/2 толщины изделия, а остальные частицы, по меньшей мере, частицы с размерами до 6 мм, распределяют так, чтобы обеспечить плотную укладку литьевой массы, причем содержание воды в изделии перед сушкой составляет не более 5 мас.% для того, чтобы получить изделие, относительная плотность (отношение плотности изделия к плотности, рассчитанной по удельным весам компонентов состава) которого составляет не менее 0,87 и, предпочтительно не менее 0,90. В одном из воплощений изобретения частицы распределяют так, чтобы обеспечить плотную укладку литьевой массы в диапазоне от 1/3 до 1/2 толщины изделия. В другом воплощении изобретения литьевую массу перемешивают вначале без крупных частиц, после чего вводят в литьевую массу крупные частицы в другой фазе перемешивания перед осуществлением процесса литья. Процесс литья может включать один или более этапов виброуплотнения. Материалом крупных частиц, может быть, например, спеченный боксит или плавленый корунд. Для достижения этих целей предлагается огнеупорное изделие для футеровки металлургических агрегатов, изготовленное путем литья и сушки литьевой массы, в которую включены частицы огнеупорного материала, отличающееся тем, что по меньшей мере 10 об.% частиц литьевой массы составляют крупные частицы с размерами от 50 мм до 1/3-1/2 толщины изделия, а остальные частицы, по меньшей мере, частицы с размерами до 6 мм распределены так, чтобы обеспечивать плотную укладку литьевой массы для того, чтобы получить изделие, относительная плотность (отношение плотности изделия к плотности, рассчитанной по удельным весам компонентов состава) которого составляет не менее 0,87 и предпочтительно не менее 0,90. В одном из воплощений изобретения частицы распределены так, чтобы обеспечивать плотную укладку литьевой массы в диапазоне от 1/3 до 1/2 толщины изделия. Материалом крупных частиц может быть, например, спеченный боксит или плавленый корунд. Следующие несколько примеров способа по изобретению и изделий, полученных таким способом, показаны в сравнении с обычно изготовленными изделиями. Пример 1. Представленная ниже табл. 1 относится к экспериментам, в которых способ по изобретению и изделия, полученные таким способом, сравниваются с обычным способом, при котором изделие изготавливают из шпинелеобразующей литьевой массы с размерами частиц материала до 6 мм. В изделии согласно изобретению 20 об.% составляют частицы спеченного боксита, размеры которых находятся в пределах от 520 до 1800 см 3 , добавленные к обычной шпинелеобразующей литьевой массе. Способ изготовления включает литье и сушку и, в случае необходимости, термическую обработку. При изготовлении изделий сушка производится по определенным программам и длится, например, от 1 до 4 дней. Во-первых, цель заключается в том, чтобы обеспечить испарение межкристаллической и кристаллизационной воды при более низкой температуре (например, от 100 до 200 °С), а затем так называемую гидратацию воды при более высокой температуре (например, около 350 °С). При изготовлении изделий может потребоваться термическая обработка, по крайней мере, для того, чтобы обеспечить достаточно хорошее связывание массы. Термическая обработка может быть объединена с сушкой, например, таким образом, что значение температуры обработки задается выше, чем это требуется для сушки. Опытные образцы в виде структурных элементов днища сталеразливочного ковша были изготовлены с использованием вибрационного уплотнения. Обычная литьевая масса, называемая здесь основная масса, получена добавлением воды в обычное сухое вещество, содержащее частицы с размерами до 6 мм, и перемешиванием в барабанном смесителе в течение приблизительно 4 мин. Одноразовая загрузка составляла от 500 до 550 кг. Обычное изделие формовали из двух загрузок так, что литьевую массу, частицы которой имеют размеры до 6 мм, подавали через выпускное отверстие в основании смесителя непосредственно вниз в форму, а форму подвергали воздействию вибрации после каждой из двух загрузок для того, чтобы уплотнить литьевую массу. Изделие по изобретению формовали точно так же, как обычное изделие, но между двумя загрузками, после размещения первой загрузки, на слой основной массы добавляли относительно крупные частицы огнеупора, содержащие спеченный боксит, с размерами от 520 до 1800 см 3 , представленные в табл. 1. Под воздействием вибрации частицы спеченного боксита частично погружались в основную массу. После этого добавляли вторую загрузку основной массы и литьевую массу уплотняли вибрацией. В обоих случаях пресс-форма была демонтирована на следующий день, и изделия были подвергнуты сушке в течение 30-100 ч после формовки. В процессе сушки изделие освобождалось от межкристаллической и кристаллизационной воды и, возможно, также от химически связанной воды. Затраты на выпаривание воды сушкой были меньше в случае материала согласно изобретению, чем у материала сравнения. Никакая дополнительная термическая обработка изделий не производилась. После высушивания изделия были охлаждены, упакованы и доставлены клиенту для использования. На промплощадке клиента изделия были установлены в днище сталеразливочного ковша в виде футеровочных плит, и ковш нагревали до температуры не менее 800 °С перед сдачей его в эксплуатацию. В процессе эксплуатации сталеразливочный ковш должен был охлаждаться для выполнения некоторых операций технического обслуживания, например, для того, чтобы заменить гнездовой блок. При этом изделие, установленное в днище ковша, тоже остывало почти до комнатной температуры. После операций техобслуживания ковш снова нагревался и эксплуатация продолжалась. Нет никаких свидетельств негативных последствий этой операции охлаждения для долговечности изделия. По окончании срока службы футеровки сталеразливочного ковша изделие, установленное в днище ковша, было раздроблено на куски с использованием мощного гидравлического молота. Исследование стуктурных элементов использованного изделия по изобретению показало, что частицы спеченного боксита распределены относительно равномерно в вертикальном направлении. Поскольку плотность спеченного боксита близка к взвешенной плотности основной массы, наблюдаемое равномерное распределение частиц спеченного боксита является естественным. Дополнительно было установлено, что сталь почти вообще не проникала в материал изделия по изобретению. Проникновение стали было явно более заметно при использовании обычного изделия согласно табл. 1, не говоря уже о случае, когда обычная футеровочная масса была уложена непосредственно на днище ковша, чтобы сформировать футеровку. Шлак тоже не проникает в материал изделия по изобретению так, как в материал сравнения. Объясняется это более низкой пористостью и уменьшенной пощадью реагирующей поверхности. По той же причине улучшено сопротивление химикатам, добавляемым к шлаку. Повышение износоустойчивости составляет порядка 30%. Это содействует лучшему сопротивлению шлаку и металлам и эрозионной стойкости так же, как и, очевидно, лучшему сопротивлению перепадам температуры, которое обусловлено лучшей теплопроводностью. Решение по изобретению заметно снижает материальные затраты. В примере табл. 1 экономия средств составила порядка 30%. Кроме того, снижены расходы на сушку и на трудовые затраты, а надежность производственного процесса улучшилась. Изобретение делает возможным также использование более тонкой футеровки, благодаря чему повышается использование емкости ковша. Пример 2. В табл. 2 приведены результаты сравнения друг с другом изделий, одно из которых изготовлено из ультранизкоцементной огнеупорной литьевой массы, содержащей спеченный боксит в качестве основного компонента и крупные частицы в количестве 23 об.%, а второе представляет собой изделие для сравнения, которое не включает никаких крупных частиц. Опытные образцы, использованные в экспериментах, эквивалентны структурным элементам футеровки днища сталеразливочного ковша с размерами: длина 1200 мм, ширина 250 мм и толщина 280 мм. Длина пролета, используемая в испытаниях на изгиб, составляла 1060 мм. Отличие материалов табл. 2 по сравнению с материалами табл. 1 заключается в том, что литьевая масса, включающая обожженный боксит, используется как литьевая масса с размерами частиц основного материала до 6 мм. Кроме того, в материале изделия по изобретению табл. 2 доля крупных частиц спеченного боксита, имеющих диаметр 93-140 мм, составляет 23 об.%. В случае табл. 2 стоимость сырья для материала согласно изобретению немного выше, чем для материала сравнения, потому что стоимость спеченного боксита по сравнению с бокситом, обожженным в шахтной печи, выше. Экономия получена прежде всего благодаря лучшей долговечности материала по изобретению и более низким трудозатратам вследствие этого. В изделиях по изобретению материал как мелких частиц с размерами до 6 мм, так и крупных частиц, может варьироваться. Например, возможны один или несколько из следующих материалов: сильно обожженный боксит (в частности, гомогенизированный перед обжигом), плавленый боксит, плавленый корунд, различные спеченные корунды, плавленая магнезия, спеченная магнезия, плавленый муллит, оливин или карбид кремния. Кроме того, сырье может быть получено дроблением огнеупорного кирпича или других конструктивных элементов. В качестве связующего могут использоваться, например, алюминатный цемент, портландцемент, гидратирующие глиноземы, гидроксиды алюминия, гидроксид кальция, щелочные фосфаты, фосфорная кислота, коллоидный кварц, коллоидный глинозем, оксид магния или гидроксид магния. Могут быть использованы различные добавки к литьевым массам, такие как диспергаторы и дефлокулянты, а также другие материалы. Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что с его помощью и с помощью вибрационного уплотнения могут быть изготовлены высококачественные изделия из относительно дешевых сырьевых материалов. Желательно ограничить максимальный размер частиц примерно на уровне 1/3 толщины изделия, например, когда свежую литьевую массу подают вертикально в пресс-форму изделия. С другой стороны, если свежую массу не подают в пресс-форму, а только уплотняют посредством вибрации и собственного веса массы, то максимальный размер частиц может быть порядка 1/2 толщины изделия. Такое осуществление изобретения может иметь место, например, при формировании изделия в виде горизонтальной плиты, например, футеровочной плиты днища ковша. Во многих случаях доля крупных частиц составляет порядка от 30 до 40 об.% , но при желании она может быть увеличена даже до уровня 50 об.%. Для достижения эффектов, которые являются целью изобретения, доля крупных частиц должна быть не менее 10 об.% и предпочтительно по меньшей мере порядка 20 об.%. На практике, в самом крайнем случае, максимум, который может быть достигнут, составляет порядка 70 об.%. Доля крупных частиц и характеристики изделия могут быть обеспечены путем соответствующего распределения размеров частиц, а также путем изменения технологии производства и выбором материалов, например. Преимущества, обеспечиваемые предлагаемым изобретением, уже были рассмотрены выше в связи с описанными примерами. Кроме того, улучшается сопротивляемость изделий тепловым ударам (термостойкость). Причина заключается, возможно, в том, что, когда начальная трещина в матрице встречает крупную частицу, ее распространение останавливается при условии, что контакт между матрицей и частицей хороший. Поскольку жаростойкость связующего и наполнителей обычно хуже, чем у основного материала, жаростойкость изделия улучшается, если объемная или массовая доля основного материала в изделии увеличены. Осуществлением изобретения могут быть например, конструктивные элементы, изготовленные для футеровки металлургических агрегатов. Таким агрегатом может быть ковш, плавильная печь или конвертер, используемые в производстве чугуна, стали, меди, никеля, феррохрома или алюминия, например. Важным фактором, существенно влияющим на преимущества предлагаемого способа изготовления и на хорошие свойства изделий, изготовленных таким способом, является доля воды в изделии перед сушкой. В решении по изобретению отправной точкой является то, что указанная доля воды составляет не более 5 мас.%. Предпочтительнее не более 4 мас.% и может быть даже 3,5 или 3 мас.%. Крупные частицы, включенные в огнеупорную массу, имеют в решении по изобретению преимущественно неправильную форму, то есть не являются сферическими, кубическими или иной правильной формы частицами. Максимальная толщина футеровки на практике составляет примерно 600 мм. Предлагаемое изобретение может быть изменено в пределах прилагаемой формулы изобретения. |