Способ подготовки к работе фурмы доменной печи

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при подготовке к работе воздушных фурм доменных печей. Способ заключается в том, что алюминийсодержащее покрытие наносят на наружную поверхность фурмы без фланца с помощью металлизатора, перемещающегося с постоянной скоростью от одного края до другого относительно вращающейся с постоянной угловой скоростью фурмы, при этом скорости вращения фурмы и перемещения металлизатора обеспечивают толщину покрытия за один проход не более 0,1 мм и перекрытие соседних витков на 0,5-0,7 ширины полосы напыления. При этом покрытие напыляют толщиной не менее 0,2-0,3 мм, а при проведении термообработки фурму нагревают со скоростью не более 100°С/ч. Использование изобретения обеспечивает повышение качества диффузионного слоя при снижении расхода напыляемого материала. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при подготовке к работе воздушных фурм доменных печей.

Наиболее близким к предложенному способу является способ подготовки к работе фурмы доменной печи, включающий газотермическое нанесение алюминийсодержащего покрытия на наружную поверхность фурмы без фланца с предварительной очисткой покрываемой поверхности металлической дробью, термообработку, заключающуюся в нагреве фурмы до 550-600°С, выдержке в течение 0,4-0,6 ч, нагреве до 850-860°С, выдержке в течение 3-4 ч и охлаждении с печью до 120-150°C и последующее приваривание фланца (патент RU 2147614, С21В 7/16, 30.11.98). Однако данный способ характеризуется получением покрытия с высокой разнотолщинностью и низкой прочностью сцепления с основой, что отрицательно влияет на качество и свойства создаваемого при последующей термообработке диффузионного слоя и приводит к необходимости повышенного расхода напыляемого материала.

Техническим результатом является повышение качества диффузионного слоя при одновременном снижении расхода напыляемого материала.

Технический результат достигается тем, что в способе подготовки к работе фурмы доменной печи, включающем газотермическое нанесение алюминийсодержащего покрытия на наружную поверхность фурмы без фланца с предварительной очисткой покрываемой поверхности металлической дробью, термообработку, заключающуюся в нагреве фурмы до 550-600°С, выдержке в течение 0,4-0,6 ч, нагреве до 850-860°С, выдержке в течение 3-4 ч и охлаждении с печью до 120-150°С и последующее приваривание фланца, покрытие наносят с помощью металлизатора, перемещающегося с постоянной скоростью от одного края до другого относительно вращающейся с постоянной угловой скоростью фурмы, при этом скорости вращения фурмы и перемещения металлизатора обеспечивают толщину покрытия в проходе не более 0,1 мм и перекрытие соседних витков на 0,5-0,7 ширины полосы напыления. Кроме того, покрытие напыляют толщиной не менее 0,2-0,3 мм, а при проведении термообработки фурму нагревают со скоростью не более 100°С/ч.

Толщина покрытия не более 0,1 мм обеспечивает его высокую прочность сцепления с основой, а перекрытие соседних витков на 0,5-0,7 ширины полосы напыления - разнотолщинность между витками покрытия не более 0,02 мм. Термообработка фурмы с таким покрытием со скоростью нагрева не более 100°С/ч позволяет получить однородный по составу диффузионный слой, обладающий высокими жаростойкостью и износостойкостью. В связи с этим нет необходимости напылять покрытие толщиной 0,5-0,8 мм, а достаточно нанести покрытие толщиной не менее 0,2-0,3 мм.

Угловую скорость вращения фурмы определяют по формуле:

где τ - время нанесения одного витка покрытия;

Р - производительность металлизатора;

m - масса проволоки, необходимой для напыления одного витка покрытия;

k - коэффициент использования напыляемого материала;

h - средняя толщина покрытия на участке фурмы у торца рыльной части за один проход;

b - ширина эффективной полосы напыления, соответствующая перемещению металлизатора для наложения витков на 0,5-0,7 ширины полосы напыления;

l - минимальная длина витка на участке фурмы у торца рыльной части;

ρ - плотность напыленного материала;

d - минимальный диаметр фурмы на участке у торца рыльной части.

Скорость перемещения металлизатора относительно вращающейся со скоростью ω фурмы определяют по формуле:

где S - перемещение металлизатора, соответствующее наложению витков на 0,5-0,7 ширины полосы напыления.

Экспериментально было показано, что при наложении витков покрытия на 0,5-0,7 ширины полосы напыления амплитуда полосы напыления приблизительно равна средней толщине покрытия. Вращение фурмы со скоростью ω, определяемую по формуле (1), обеспечивает толщину покрытия в проходе не более заданной в этой формуле, соответствующую амплитуде полосы напыления, а перемещение металлизатора со скоростью ν относительно вращающейся фурмы, определяемую по формуле (2), обеспечивает наложение витков на 0,5-0,7 ширины полосы напыления, что приводит к достижению технического результата.

Если наложение витков меньше 0,5 ширины полосы напыления, то значительно увеличивается разнотолщинность покрытия между витками, что отрицательно скажется на свойствах диффузионного слоя, полученного в результате последующей термообработки. При наложении витков больше 0,7 ширины полосы напыления толщина покрытия значительно превышает амплитуду полосы напыления, что затрудняет контроль толщины покрытия. Толщина покрытия более 0,1 мм в проходе приводит к значительному уменьшению его прочности сцепления с основой. При напылении покрытия толщиной менее 0,2-0,3 мм полученный диффузионный слой не обеспечивает долговременную защиту фурмы от воздействия агрессивной среды. Нагрев фурмы в печи со скоростью более 100°С/ч сопровождается высокими температурными напряжениями, которые могут привести к короблению стенок стаканов и разрушению сварных швов. При этом по сравнению с прототипом данный способ обеспечивает повышение производительности процесса термообработки, т.к. увеличивается скорость нагрева с 50 до 100°С/ч при сохранении качества фурмы и сварных швов.

Пример 1.

Наружную поверхность доменной фурмы без фланца подготовили под напыление дробеструйной обработкой чугунной колотой дробью. Покрытие наносили газотермическим способом с помощью металлизатора ЭМ-14М со стороны рыльной части. Ширина полосы напыления составила около 80 мм. В процессе напыления фурму вращали с угловой скоростью, определяемой по формуле (1):

а металлизатор перемещали относительно вращающейся фурмы со скоростью, определяемой по формуле (2):

ν=4·5,6=22,4 (см/мин).

Для получения качественного сварного шва при последующей приварке фланца покрытие не напыляли на участки, прилегающие к кромкам, шириной 10-15 мм. Покрытие напылили за 3 прохода. Максимальная толщина покрытия оказалась на рыльной части и составила 0,3 мм, а минимальная - на стакане со стороны фланца - 0,2 мм.

Далее фурму подвергали термообработке - нагревали в печи со скоростью 100°С/ч до температуры 550°С, выдерживали в течение 0,5 ч, затем нагревали с такой же скоростью до температуры 850°С, выдерживали при этой температуре в течение 3 ч и охлаждали с печью до температуры 150°С с последующим охлаждением на воздухе. В результате термообработки на поверхности фурмы образовывался равномерный диффузионный слой, имеющий одинаковый цвет, обладающий высокими жаростойкостью и износостойкостью.

После термообработки к фурме приваривали фланец, и она была готова к работе.

Пример 2 (по прототипу).

Наружную поверхность доменной фурмы без фланца подготовили под напыление дробеструйной обработкой чугунной колотой дробью. Покрытие наносили газотермическим способом с помощью газопламенного напыления со стороны наружного стакана. Толщина покрытия составила 0,5-0,8 мм.

Далее фурму подвергали термообработке - нагревали в печи со скоростью 50°С/ч до температуры 550°С, выдерживали в течение 0,5 ч, затем нагревали с такой же скоростью до температуры 850°С, выдерживали при этой температуре в течение 3 ч и охлаждали с печью до температуры 150°С с последующим охлаждением на воздухе. В этом случае напыленное покрытие имело разнотолщинность до 0,3 мм и более низкую прочность сцепления с основой, чем в примере 1, из-за большой толщины. В результате термообработки на поверхности фурмы образовывался неравномерный диффузионный слой с чередующимися светлыми и темными участками, обладающий невысокими жаростойкостью и износостойкостью.

Преимущество данного способа заключается в том, что при его использовании повышается качество диффузионного слоя за счет уменьшения разнотолщинности покрытия при напылении и повышении его прочности сцепления с основой, снижается расход напыляемого материала, т.к. в этом случае достаточно напылить более тонкое покрытие и повышается производительность процесса подготовки фурмы к работе за счет увеличения скорости ее нагрева при термообработке.

1. Способ подготовки к работе фурмы доменной печи, включающий газотермическое нанесение алюминийсодержащего покрытия на наружную поверхность фурмы без фланца с предварительной очисткой покрываемой поверхности металлической дробью, термообработку, заключающуюся в нагреве фурмы до 550-600°С, выдержке в течение 0,4-0,6 ч, нагреве до 850-860°С, выдержке в течение 3-4 ч и охлаждении с печью до 120-150°С и последующее приваривание фланца, отличающийся тем, что покрытие наносят с помощью металлизатора, перемещающегося с постоянной скоростью от одного края до другого относительно вращающейся с постоянной угловой скоростью фурмы, при этом скорости вращения фурмы и перемещения металлизатора обеспечивают толщину покрытия за один проход не более 0,1 мм и перекрытие соседних витков на 0,5-0,7 ширины полосы напыления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытие напыляют толщиной не менее 0,2-0,3 мм.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что при проведении термообработки фурму нагревают со скоростью не более 100°С/ч.