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 включает нанесение алюминийсодержащего покрытия на боковую поверхность фурмы без фланца с помощью металлизатора, перемещающегося параллельно напыляемой поверхности фурмы от одного ее края до другого с линейно изменяющейся от V_Н до V_k скоростью, при этом фурм вращают с линейно изменяющейся от ω_Н до ω_К угловой скоростью, а скорости вращения фурмы и перемещения металлизатора соответствуют отношению dн/dк=ωк/ωн=Vк/Vн, гдеv d_Н, d_К - диаметры фурмы в начале места напыления с какого-либо края и в конце, соответственно; ω_Н, ω_К - угловые скорости вращения фурмы в начале и в конце напыления соответственно; V_Н, V_К - скорости перемещения металлизатора в начале и в конце напыления, соответственно. При этом расстояние от металлизатора до напыляемой поверхности составляет 70-90 мм. 1 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 боковую поверхность фурмы без фланца с предварительной очисткой покрываемой поверхности металлической дробью, термообработку и последующее приваривание фланца (патент RU 2147614, C21B 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 боковую поверхность фурмы без фланца с предварительной очисткой покрываемой поверхности металлической дробью, термообработку и последующее приваривание фланца, покрытие наносят с помощью металлизатора, перемещающегося параллельно напыляемой поверхности фурмы от одного ее края до другого с линейно изменяющейся от V_H до V_K скоростью, при этом фурма вращается с линейно изменяющейся от ω_H до ω_K угловой скоростью, а скорости вращения фурмы и перемещения металлизатора удовлетворяют отношению

где d_H, d_K - диаметры фурмы в начале места напыления с какого-либо края и в конце соответственно;

ω_H, ω_K - угловые скорости вращения фурмы в начале и в конце напыления соответственно;

V_H, V_K - скорости перемещения металлизатора в начале и в конце напыления соответственно.

При этом расстояние от металлизатора до напыляемой поверхности составляет 70-90 мм.

Согласование скоростей вращения фурмы и перемещения металлизатора относительно вращающейся фурмы, удовлетворяющих отношению (1), обеспечивает перекрытие соседних витков на 0,5-0,7 ширины полосы напыления, что позволяет получить разнотолщинность покрытия на всей напыленной поверхности не более 0,02 мм при толщине покрытия 0,2-0,3 мм. Такое покрытие, напыленное при перемещении металлизатора параллельно напыляемой поверхности на расстоянии 70-90 мм от нее, имеет высокую прочность сцепления с основой. В связи с этим при термообработке фурмы с таким покрытием исключают выдержку при температуре 550-600°С, а нагрев проводят со скоростью не более 100°С/ч до температуры 780-800°С и охлаждают с печью до температуры 200°С, что повышает производительность процесса подготовки фурмы к работе по сравнению с прототипом. Термообработка 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.

Отношение (1) было получено следующим образом.

Угловые скорости вращения фурмы в начале и в конце напыления определяют по формулам

где τ_H, τ_K - время нанесения первого и последнего витков покрытия соответственно, мин;

Р - производительность металлизатора, кг/мин;

m_H, m_K - масса проволоки, необходимой для напыления первого и последнего витков покрытия соответственно, кг;

k - коэффициент использования напыляемого материала;

h - средняя толщина покрытия за один проход, мм;

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

l_H, l_K - длина первого и последнего витков покрытия соответственно, мм;

ρ - плотность напыленного материала, кг/мм³;

d_H, d_K - диаметр фурмы в месте начала и окончания напыления, соответственно, мм.

Скорости перемещения металлизатора в начале и в конце напыления определяют по формулам:

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

Отношение формул (2), (3) и (4), (5) обеспечивает получение (1). При этом первый виток покрытия наносят со стороны рыльной части, а последний - со стороны фланца, или наоборот.

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 скоростями, линейно изменяющимися от ω_H до ω_K, определяемыми по формулам (2), (3), и перемещение металлизатора со скоростями, линейно изменяющимися от V_H до V_K относительно вращающейся фурмы, определяемыми по формулам (4), (5), обеспечивают толщину покрытия в проходе, заданную в этой формулах (2) и (3), соответствующую амплитуде полосы напыления, при наложении 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. Не параллельное перемещение металлизатора относительно напыляемой поверхности приводит к изменению эффективной ширины полосы напыления, что увеличивает разнотолщинность покрытия. При расстоянии от металлизатора до напыляемой поверхности меньше 70 мм частицы покрытия не успевают приобрести требуемую скорость, а при расстоянии больше 90 мм они заметно охлаждаются, что приводит к низкой прочности сцепления покрытия и основы.

Способ осуществляется следующим образом.

Боковую поверхность доменной фурмы без фланца подготавливают под напыление дробеструйной обработкой чугунной колотой дробью. Покрытие наносят газотермическим способом с помощью металлизатора ЭМ-14М, закрепленного на суппорте, со стороны рыльной части или фланца. По формуле (2) вычисляют угловую скорость вращения фурмы в начальный момент напыления, а по формуле (4) вычисляют соответствующую ей скорость перемещения металлизатора. По формуле (1) вычисляют угловую скорость вращения фурмы и скорость перемещения металлизатора в конечный момент напыления. В процессе напыления фурму вращают с угловой скоростью, линейно изменяющейся от начального до конечного значений, удовлетворяющих (1), а металлизатор перемещают параллельно напыляемой поверхности на расстоянии 70-90 мм от поверхности фурмы со скоростью, линейно изменяющейся от начального до конечного значений, также удовлетворяющих (1).

Пример 1.

Боковую поверхность доменной фурмы без фланца подготовили под напыление дробеструйной обработкой чугунной колотой дробью. Покрытие наносили газотермическим способом с помощью металлизатора ЭМ-14М, закрепленного на суппорте, со стороны рыльной части. Ширина полосы напыления составила около 80 мм. Угловую скорость вращения фурмы в начальный момент напыления вычисляли по формуле (2):

а соответствующую ей скорость перемещения металлизатора вычисляли по формуле (4):

V_H=4·2,8=11,2 (см/мин).

Угловую скорость вращения фурмы и перемещения металлизатора в конечный момент напыления вычисляли по формуле (1):

В процессе напыления фурму вращали с угловой скоростью, линейно изменяющейся от 2,8 мин^-1 до 2,2 мин^-1, а металлизатор перемещали относительно вращающейся фурмы параллельно напыляемой поверхности, расположенный от нее на расстоянии 70-90 мм, со скоростью, линейно изменяющейся от 11,2 см/мин до 8,7 см/мин.

Для получения качественного сварного шва при последующей приварке фланца покрытие не напыляли на участки, прилегающие к кромкам, шириной 10-15 мм. Толщина напыленного покрытия оказалась равной 0,2 мм, разнотолщинность не превышала 0,02 мм.

Далее фурму подвергали термообработке - нагревали в печи со скоростью 100°С/ч до температуры 800°С, выдерживали при этой температуре в течение 3 ч и охлаждали с печью до температуры 200°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).

Боковую 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 исключения времени выдержки при температуре 550-600°С, увеличения скорости ее нагрева при термообработке, снижения температуры термообработки и повышения температуры охлаждения фурмы с печью.

1. Способ подготовки к работе фурмы доменной печи, включающий газотермическое нанесение алюминийсодержащего покрытия на боковую поверхность фурмы без фланца с предварительной очисткой покрываемой поверхности металлической дробью, термообработку и последующее приваривание фланца, отличающийся тем, что покрытие наносят металлизатором, который перемещают параллельно напыляемой поверхности фурмы от одного ее края до другого с линейно изменяющейся скоростью, а фурму вращают с линейно изменяющейся угловой скоростью, при этом скорости вращения фурмы и перемещения металлизатора определяют по соотношению:

,

где d_Н, d_К - диаметры фурмы в начале напыления с какого-либо края и в конце, соответственно;

ω_Н, ω_К - угловые скорости вращения фурмы в начале и в конце напыления соответственно;

V_Н, V_К - скорости перемещения металлизатора в начале и в конце напыления соответственно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние от металлизатора до напыляемой поверхности составляет 70-90 мм.