Основная пластина для шибера
Изобретение относится к металлургии, в частности к шиберным или поворотным затворам на металлургических плавильных сосудах. Пластина (1) шиберного затвора состоит из основной части (2) и жаростойкой керамической вставки (3) с пропускным отверстием (4). Материал основной части прессуют в форме совместно с жаростойкой керамической вставкой (3) и затем подвергают дополнительной термической обработке. Обработку осуществляют при температуре от 150°С до 300°С в течение 6 часов или более. Материал основной части (2) содержит: 40-65 мас.% оксида магния с размером частиц 0,5-5 мм, 30-45 мас.% оксида магния с гранулометрическим составом, в котором 50-80 мас.% частиц имеют размер менее 0,063 мм, 1-5 мас.% глиноземистого цемента, 2-7 мас.% фосфатного связующего агента, 3-5 мас.% органического связующего агента. Обеспечивается получение пластины повышенной устойчивости к термическим переменным напряжениям и с надежным уплотнением между основной частью (2) и установленной в ней керамической вставкой (3). 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к огнеупорной пластине для шибера, в частности для шиберных или поворотных затворов на металлургических плавильных сосудах с основной частью и установленной в ней жаростойкой керамической вставкой, а также способу изготовления таких жаростойких пластин для шибера.
Жаростойкие пластины в форме пластин для шиберов или пластин в поворотных затворах для регулирования выпуска уже длительное время применяют в металлургических плавильных сосудах. Из DE 2719105 С3 известно разделение такой пластины для шибера на основную часть и вставку из оксидной керамики, в которой имеется отверстие для выпуска. Основная часть состоит из огнестойкого жаропрочного бетона. На основной части закреплена вставка из оксидной керамики. Для этого вставка из оксидной керамики может цементироваться в ступенчатом или коническом гнезде в основной части с помощью раствора. У этого типа составных пластин из-за различного теплового расширения соединенных друг с другом материалов в переходной области между вставкой из оксидной керамики и основной частью могут возникать трещины. Кроме того, по зазорам, заполненным раствором, находящимся между этими обеими конструктивными частями, относительно легко в область потока может проникать кислород, что также является недостатком.
В DE 3307193 также предложена конструкция пластины для шибера с основной частью и с находящейся в ней вставкой из оксидной керамики, в которой основная часть состоит из негорючего материала и удерживается с помощью химического связующего агента. Чтобы получить такого рода основную часть, отдельные компоненты основной части перемешивают друг с другом, затем прессуют в форме и отверждают при температуре между 300 и 600°С. Изготовленная отдельно от основной части керамическая вставка закрепляется в этой основной части с помощью ступеней или конической посадочной поверхности. В подобного рода пластине для шибера вследствие различного теплового расширения материала основной части и вставки между этими конструктивными элементами в область потока относительно легко может проникать кислород. Кроме того, относительно высокие температурные условия повышают затраты на изготовление.
В связи с этим, по-прежнему, существует потребность в пластине для шибера, которая лишена перечисленных выше технических недостатков.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы значительно улучшить известные жаростойкие пластины для шибера для шиберных или поворотных затворов, которые можно было бы легко изготовить и при этом одновременно они хорошо выдерживали бы термические переменные напряжения и, кроме того, обеспечивали бы надежное уплотнение между основной частью и установленной в ней керамической вставкой.
Согласно изобретению эта задача решается с помощью жаростойкой пластины для шибера, в частности для шиберных или поворотных затворов на металлургических плавильных сосудах, состоящей из основной части и жаростойкой керамической вставки с выпускным отверстием, причем материал основной части содержит следующие компоненты:
40-65% масс. оксида магния с размером частиц от 0,5 до 5 мм,
30-45% масс. оксида магния с гранулометрическим составом, в котором
50-80% масс. частиц имеет величину менее 0,063 мм,
1-5% масс. глиноземистого цемента,
2-7% масс. фосфатного связующего агента, а также
3-5% масс. органического связующего агента.
При проведении работ, связанных с созданием изобретения, было установлено, что основная часть этого состава может комбинироваться с самыми различными жаростойкими керамическими вставками. Это могут быть изнашивающиеся вставки из материалов, например, такие, которые известны из DE 10006939 С1. Внешняя форма вставки может быть выполнена в виде колец. В таких вставках не требуется наличие ступеней или конусности. Эти вставки имеют в своей внутренней области сквозное отверстие, через которое при применении в качестве пластины для шибера может протекать жидкий металл.
В предложенных согласно изобретению пластинах для шибера, применяемых в шиберных или поворотных затворах, используемые вставки, предложенные согласно изобретению не имеют, однако, предпочтительно каких-либо округлых форм, а выполнены таким образом, что они перекрывают основную часть по всей области скольжения шиберного или поворотного затвора, так что основная часть ни в одном из положений задвижки не вступает в контакт с расплавленным металлом.
Несмотря на различные тепловые коэффициенты расширения материалов основной части и керамической вставки, специальный состав основной части позволяет изготовлять шиберные или поворотные затворы, которые имеют высокую стойкость к изменениям температуры и износостойкость. Кроме этого предложенные согласно изобретению пластины для шиберов отличаются надежным уплотнением между основной частью и керамической вставкой, благодаря чему эффективно предотвращается проникновение кислорода в эту промежуточную область. Это преимущество особенно сильно проявляется, когда основная часть получена прессованием в форме вместе с керамической вставкой. Таким образом, получается особенно предпочтительная пластина для шибера, которая не имеет никаких зазоров между основной частью и керамической вставкой.
В качестве фосфатного связующего агента, согласно изобретению, может применяться, например, фосфорный ангидрид P2O5 или Р4O10. В качестве органического связующего агента применяют органический крахмалсодержащий продукт, например, крахмал, простой эфир крахмала и тому подобное.
Согласно усовершенствованному варианту жаростойкой пластины для шибера оксид магния основной части имеет форму спеченного оксида магния и/или шпинели оксида магния. При этом может использоваться крупнозернистый оксид магния с размером частиц от 0,5 до 5 мм или мелкозернистый оксид магния, например, в форме тонкоизмельченного оксида магния с заданным гранулометрическим составом.
Применяемый для основной части глиноземистый цемент предпочтительно содержит, по меньшей мере, 70% масс. оксида алюминия. Благодаря применению такого глиноземистого цемента улучшается механическая устойчивость, а также стойкость к изменению температуры основной части пластины.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения жаростойкую пластину для шибера изготавливают путем прессования компонентов основной части совместно с жаростойкой керамической вставкой и последующей термической обработкой. В процессе прессования может применяться прессформа, которая определяет внешнюю форму жаростойкой пластины для шибера, причем при прессовании предпочтительным является давление от 60 до 140 бар. Последующую термическую обработку осуществляют преимущественно при температуре от 150 до 300°С, предпочтительно при около 200°С. Жаростойкую пластину для шибера выдерживают при такой температуре обычно в течение шести часов или более. При последующей термической обработке может, во-первых, проходить частичная карбонизация органического связующего агента, что ведет к улучшению свойств скольжения поверхности пластины затвора. При применении крахмалсодержащих продуктов в качестве связующего агента их карбонизация препятствует, помимо прочего, гидратации оксида магния основной части, вследствие чего эта часть может храниться практически неограниченное время.
Другим объектом настоящего изобретения является основная часть жаростойкой пластины для шибера, причем основная часть выполнена, как описано выше. Такой тип основной части является особенно предпочтительным, так как благодаря своему особому составу обладает хорошей стойкостью к изменению температуры, в частности, устойчивостью к образованию трещин. Кроме того, основная часть является устойчивой к различному тепловому расширению запрессованной в основной части керамической вставки, вследствие чего неплотности между этими обоими конструктивными элементами могут быть эффективно устранены.
Другим объектом настоящего изобретения является способ изготовления жаростойкой пластины для шибера согласно настоящему изобретению, в котором смесь компонентов основной части вместе с жаростойкой керамической вставкой прессуют в форме и затем подвергают термической обработке, которую, в частности, осуществляют при температуре от 150 до 300°С, предпочтительно при около 200°С в течение примерно шести часов или более. На стадии прессования предпочтительным является давление от 60 до 140 бар.
Термообработка жаростойкой пластины для шибера из спрессованных друг с другом конструктивных элементов, т.е. основной части и керамической вставки, ведет к очень высокой стойкости при изменении температуры и герметичности даже при меняющихся температурных напряжениях. Благодаря этому способу изготовления можно избежать образования зазора между основной частью и вставкой, что существенно повышает герметичность шиберной пластины в отношении проникающего кислорода. Далее благодаря термообработке пластины для шибера, состоящей из основной части вместе со вставкой, уже в процессе изготовления возможные механические напряжения между этими конструктивными элементами могут быть устранены.
При условии, что пластины для шибера, полученные с помощью способа, после термической обработки, как правило, удовлетворяют предъявляемым требованиям, предложенная в соответствии с изобретением пластина для шибера при необходимости может быть подвергнута дополнительной механической обработке, например, шлифованию или полировке.
Другие варианты выполнения изобретения и их преимущества указаны в зависимых пунктах формулы изобретения, а также нижеследующем описании примеров осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.
Чертежи показывают:
фиг.1 - пластина для шибера по изобретению, вид сбоку в разрезе,
фиг.2 - пластина для шибера на фиг.1, вид сверху,
фиг.3 - альтернативная форма пластины для шибера по изобретению, вид сбоку в разрезе,
фиг.4 - пластина для шибера на фиг.3, вид сверху.
На фиг.1 изображена предложенная согласно изобретению пластина 1 для шибера с основной частью 2 и жаростойкой керамической вставкой 3, которая выполнена в виде устойчивой к износу вставки. Вставка 3 имеет сквозное отверстие 4 для потока расплавленного металла.
Основная часть 2 имеет в необожженном состоянии плотность 2,98 г/см3, открытую пористость 9%, а также предел прочности на сжатие в холодном состоянии 130 МПа. Основная часть состоит из 89% масс. MgO, 6% масс. Аl2О3, 0,1% масс. SiO2 и 2% масс. С. Жаростойкая керамическая вставка 3 обладает в необожженном состоянии плотностью 4,75 г/см3, открытой пористостью 15% и состоит из 95% масс. ZrO2, 2,5% масс. MgO, 0,3% масс. Аl2О3 и 0,9% масс. SiOi.
При изготовлении пластины 1 для шибера жаростойкую керамическую вставку 2 под давлением прессования в 60 бар запрессовывают в основную часть 2 и затем примерно шесть часов подвергают термической обработке при температуре около 200°С.
На фигуре 3 изображена альтернативная пластина 1 для шибера, которая точно также состоит из основной части 2 и жаростойкой керамической вставки 3 с отверстием 4. Вставка 3 вокруг пропускного отверстия 4 имеет коническое возвышение 5.
Изображенная на фигуре 3 пластина для шибера имеет в необожженном состоянии плотность 2,98 г/см3, открытую пористость 9% и предел прочности на сжатие в холодном состоянии 130 МПа. Основная часть 2 состоит из 89% масс. MgO, 6% масс. Аl2О3, 0,1% масс. SiO2 и 2% масс. С. Жаростойкая керамическая вставка 3 имеет в необожженном состоянии плотность 3,15 г/см3, открытую пористость <6% и состоит из 80% масс. Аl2O3, 10% масс. SiO2, 8% масс. ZrO2 и 6% масс. С.
Изображенная на фигуре 3 пластина для шибера изготовлена с помощью прессования в форме основной части 2 с керамической вставкой 3, давление прессования составляет 110 бар. Затем пластину для шибера примерно 6 часов подвергают термической обработке при 200°С.
1. Огнестойкая пластина (1) для шибера, в частности для шиберных или поворотных затворов на металлургических плавильных сосудах, состоящая из основной части (2) и жаростойкой керамической вставки (3) с пропускным отверстием (4), отличающаяся тем, что материал основной части (2) содержит следующие компоненты:
40-65 мас.% оксида магния с размером частиц 0,5-5 мм,
30-45 мас.% оксида магния с гранулометрическим составом, в котором
50-80 мас.% частиц имеют размер менее 0,063 мм,
1-5 мас.% глиноземистого цемента,
2-7 мас.% фосфатного связующего агента, и
3-5 мас.% органического связующего агента.
2. Пластина для шибера по п.1, отличающаяся тем, что оксид магния имеет форму спеченного MgO и/или MgO-шпинели.
3. Пластина для шибера по п.1 или 2, отличающаяся тем, что глиноземистый цемент содержит, по меньшей мере, 70 мас.% оксида алюминия.
4. Пластина для шибера по одному из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что жаростойкая керамическая вставка (3) запрессована в основную часть (2) без зазора.
5. Пластина для шибера по п.3, отличающаяся тем, что жаростойкая керамическая вставка (3) запрессована в основную часть (2) без зазора.
6. Основная часть для огнестойкой пластины для шибера по п.1, характеризующаяся тем, что материал основной части (2) содержит следующие компоненты:
40-65 мас.% оксида магния с размером частиц 0,5-5 мм,
30-45 мас.% оксида магния с гранулометрическим составом, в котором
50-80 мас.% частиц имеют размер менее 0,063 мм,
1-5 мас.% глиноземистого цемента,
2-7 мас.% фосфатного связующего агента, и
3-5 мас.% органического связующего агента.
7. Способ изготовления огнестойкой пластины (1) для шибера по одному из пп.1-6, в котором смесь компонентов, входящих в материал основной части (2), прессуют в форме совместно с жаростойкой керамической вставкой (3) и затем подвергают дополнительной термической обработке, которую осуществляют предпочтительно при температуре от 150°С до 300°С в течение 6 ч или более.
