Способ изготовления безобжиговых огнеупорных изделий, применяемых в металлургической промышленности

 

Способ относится к области изготовления огнеупорных безобжиговых изделий на основе КВС, преимущественно для применения в металлургической промышленности в качестве сталеразливочного припаса. Способ включает приготовление вяжущей суспензии, ее стабилизацию путем медленного перемешивания ее в герметичном охладителе до полного остывания в течение 6-7 ч, при этом занимаемый суспензией объем не превышает 50% полезного объема охладителя, приготовление формовочной массы путем подачи вяжущей суспензии в заполнитель до получения оптимального соотношения и их смешивания в смесительных бегунах, вибропрессование изделий и их сушку. Вибропрессование изделий производят с удельным статическим давлением 0,05÷0,20 кг/см² в течение 20÷35 с в матричной форме, стенки которой подвергнуты конусной корректировке в пределах до 0,013. Технический результат изобретения: получение однородной по всему объему структуры повышенной плотности с улучшенными физическими и эксплуатационными характеристиками изделий.

Изобретение относится к области изготовления огнеупорных безобжиговых изделий на основе КВС для применения в любых высокотемпературных условиях металлургической промышленности. В данной работе как частный случай рассматривается изготовление сталеразливочного припаса.

Известен способ изготовления огнеупоров (например, керамобетона) шликерным литьем [1], включающий заливку текучей смеси, состоящей из заполнителя и вяжущей суспензии, в пористую форму с последующей сушкой. Способ обладает низкой производительностью, кроме того, произведенные данным способом изделия не отличаются необходимой прочностью.

Известен также способ получения изделий из материала на основе КВС с приложением вибрации путем виброукладки или вибролитья. Способ включает приготовление смеси вяжущей суспензии с заполнителем, загрузку ее в форму, виброформование и сушку. Смешение вяжущей суспензии с заполнителем производится путем введения заполнителя в вяжущую суспензию до получения необходимой концентрации.

Недостатком известного способа является низкая производительность и недостаточная термостойкость из-за появления при вибролитье раковин в готовом изделии.

Наиболее близким по технической сущности (но не по достигаемому результату) является способ, описанный в патенте [2] "Способ получения безобжиговых огнеупорных изделий, преимущественно для металлургической промышленности". В вышеупомянутом способе изделия получали по следующей технологической схеме: - приготовление вяжущей суспензии (в шаровой мельнице путем мокрого помола); - ее стабилизация перемешиванием (в течение 4 часов); - смешение с заполнителем алюмосиликатного состава до получения оптимальной концентрации компонентов (в бетоносмесителе гравитационного действия); - виброформование (засыпка формовочной смеси в форму, закрепленную на вибростоле, установка пригруза и включение вибратора) с виброускорением 10-80 м/с² и удельным статическим давлением пригруза 0,025-0,25 кг/см² с общим временем виброформования 45 с.

Причем новшеством известного патента является дополнительный прижим в конце виброформования с удельным статическим давлением 4-10 кг/см², являющийся причиной образования трехслойной структуры изделия. Описанный выше способ позволяет иметь достаточно высокую производительность при изготовлении безобжиговых изделий как огнеупорного, так и строительного назначения, но не обеспечивает необходимого качества изделий, в частности шлакостойкости и ударной прочности, из-за недостаточной плотности и повышенной открытой пористости внутреннего и внешнего слоев. Это ведет к преждевременному выходу изделия из строя в процессе его работы в расплавленном металле и шлаке.

Целью предлагаемого технического решения как способа изготовления безобжиговых огнеупорных изделий является повышение качества изделий, применяемых в металлургической промышленности (в частности, стопорных трубок), путем повышения их плотности, максимальной однородности по всему объему изделия, уменьшения открытой пористости и, как следствие, улучшения их эксплуатационных характеристик.

Поставленная цель в заявляемом способе достигается следующими моментами: - стабилизацией вяжущей суспензии путем медленного перемешивания ее в герметичном охладителе до полного остывания в течение 6-7 ч, при этом занимаемый суспензией объем не превышает 50% полезного объема охладителя; - приготовлением формовочной массы в смесительных бегунах; - использованием в процессе вибропрессования матричной формы, стенки которой подвергнуты конусной корректировки в пределах до 0,013.

Рассмотрим вышеназванные пункты более подробно.

Известен процесс стабилизации свежеприготовленной КВС путем ее медленного перемешивания в течение 4 ч, после чего плотность суспензии повышается на 0,01-0,02 г/см³ благодаря естественному удалению пузырьков воздуха из КВС, которые оказались "захваченными" ею в процессе помола. Однако воздуха в суспензии остается еще достаточно. Заявляемый способ позволяет произвести дополнительное удаление воздуха из КВС методом самовакуумирования следующим образом.

Свежеприготовленная горячая суспензия (с температурой 70-80^oС) сливается в цилиндрический охладитель, особенностью которого является его достаточный объем и герметичность. Занимаемый суспензией объем не должен превышать 50% полезного объема охладителя, после чего охладитель герметично закрывается и медленно вращается в течение 6-7 ч до полного остывания КВС (до температуры окружающей среды).

Эффект самовакуумирования заключается в том, что непосредственно после слива суспензии в охладитель воздух в свободном объеме охладителя имеет повышенную температуру, но не имеет давления выше атмосферного. Но затем в процессе медленного перемешивания при полной герметичности охладителя происходит снижение температуры всей системы "суспензия-воздух" и, как следствие, падение давления в замкнутом воздушном пространстве охладителя до некоторого значения, гораздо ниже атмосферного. Воздушные пузырьки, заключенные в суспензию, дополнительно "откачиваются" из нее в это разреженное воздушное пространство охладителя. Для того чтобы вернуть их назад в КВС, потребовалось бы создание избыточного давления в охладителе. Таким образом, происходит самовакуумирование суспензии, а следовательно, повышение ее плотности. Как показали эксперименты, плотность КВС после самовакуумирования повышается на 0,03-0,04 г/см³. При недостаточном свободном воздушном объеме в охладителе (менее 50% полезного объема) эффект самовакуумирования резко снижается и процесс переходит в обычную стабилизацию.

Далее технологическая схема патента [2] предлагает приготовление формовочной смеси в бетоносмесителе гравитационного действия, эксплуатационные особенности которого опять же дают неизбежную загазованность формовочной массы.

В заявляемом способе приготовление формовочной массы осуществляется в смесительных бегунах в течение 5 мин, где вследствие частичного уплотнения катками формовочная масса при оптимальной влажности получается хорошо обезвоздушенной, равномерно смешанной, плотной и пластичной. По окончании перемешивания формовочную массу засыпают в форму, закрепленную на вибростоле, устанавливают пригруз и приступают к вибропрессованию.

Особенность же фазы вибропрессования заявляемого технического решения заключается в конусной корректировке стенок матрицы в пределах до 0,013. Известно, что удельное давление прессования, прилагаемое к массе у поверхности пригруза, уменьшается по мере удаления от него ввиду отрицательного влияния сил внешнего трения формовочной массы о стенки формы. В отсутствие сил внешнего трения удельное давление прессования в любой момент во всех сечениях прессовки по высоте было бы одинаковым. При вибрации силы внешнего трения уменьшаются, но полностью не исчезают. Вибропрессование же, направленное вдоль расходящихся стенок формы, оказывает весьма положительное влияние на процесс, и потери давления приближаются к потерям при прессовании призматических изделий. Это позволило получить сырец с более плотной однородной структурой. Как следствие у изделий повысилась плотность на 0,10-0,12 г/см³ и уменьшилась открытая пористость на 4-6% по сравнению с изделиями, получаемыми по технологической схеме патента [2]. Конусной токарной обработке подлежит как внешний матричный цилиндр (по внутренней стороне), так и пустотообразователь (по внешней стороне). Высота h конусной корректировки матрицы зависит от высоты конкретного изготавливаемого изделия согласно ГОСТа 5500-75 или ТУ.

Кроме того, благодаря конусной корректировке матрицы уменьшилось общее время фазы вибропрессования с 45 до 35 с, т.к. в заявляемых условиях формовочная масса быстрее достигает своего предельного уплотнения по всему объему изделия. Продление процесса вибропрессования (свыше 35 с) приводит к появлению эффекта перепрессовки (поперечных трещин и расслоению).

После вибропрессования изделия направляются в сушильную камеру и сушатся при температуре 115-125^o С не менее 10 ч. Затем изделия вынимаются из сушильной камеры и остывают. После контроля качества изделия направляются на склад готовой продукции.

Испытания опытной партии трубок алюмосиликатных безобжиговых СП - 4, изготовленных с применением заявляемых технологических и технических приемов (в условиях ККЦ - 1 ОАО "НЛМК") показали, что стойкость продувочных фурм увеличилась (по сравнению с изделиями, изготовленных согласно патенту [2], при условии равного хим. состава) в среднем на 60-90%. Изделия показали высокую устойчивость к агрессивному воздействию расплавленных шлаков (благодаря повышенной плотности), а также снижен до минимума эффект проникновения расплавленной стали в зазоры между отдельными изделиями ввиду улучшения геометрического сопряжения между ними. Стойкость продувочных форм достигала 10-11 плавок при общем времени нахождения фурмы в расплавленной стали 56-70 мин и выше.

Источники информации 1. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. - М.: Металлургия, 1990, С. 20-21, 162-178.

2. Патент РФ 2169718 С1, приор. 14.03.2000 г., МПК С 04 В 35/14 "Способ получения безобжиговых огнеупорных изделий, преимущественно для металлургической промышленности", (прототип).

Формула изобретения

Способ изготовления безобжиговых огнеупорных изделий, применяемых в металлургической промышленности, включающий приготовление вяжущей суспензии, ее стабилизацию, приготовление формовочной массы путем подачи вяжущей суспензии в заполнитель до получения оптимального соотношения и их смешивания, вибропрессование изделий с удельным статическим давлением 0,05÷0,20 кг/см² в течение 20÷35 с и их сушку, отличающийся тем, что вяжущую суспензию стабилизируют путем медленного перемешивания ее в герметичном охладителе до полного остывания в течение 6-7 ч, при этом занимаемый суспензией объем не превышает 50% полезного объема охладителя, приготовление формовочной массы осуществляют в смесительных бегунах, а при вибропрессовании используют матричную форму, стенки которой подвергнуты конусной корректировке в пределах до 0,013.