RU2203247C1

RU2203247C1 - Method for manufacturing unfired refractory metallurgy-usable products

Info

Publication number: RU2203247C1
Application number: RU2001126619A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Погорелов; В.П. Скориков
Original assignee: Погорелов Андрей Николаевич; Скориков Виталий Павлович
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2003-04-27

Abstract

FIELD: refractory materials. SUBSTANCE: invention relates to manufacturing refractory tungsten carbide steel-based products primarily for use in metallurgy as steelcasting store. Method involves preparation of binding suspension, stabilization thereof by slowly stirring it for 6-7 h in a sealed cooler until it is completely cold, the volume occupied by suspension not exceeding 50% of the net cooler volume. Mold paste is then prepared by adding binding suspension to filler until their optimum ratio is reached followed by millstone mixing. Products are obtained by vibration compaction of paste employing statistic pressure 0.05 to 0.20 kg/sq.cm for 20-35 s in matrix form with walls subjected to cone adjustment up to 0.013. EFFECT: enabled preparation of throughout the full volume homogenized structure with elevated density and improved physicochemical and working characteristics of products.

Description

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. The invention relates to the field of manufacturing refractory non-fired products based on FAC for use in any high-temperature conditions of the metallurgical industry. In this work, the manufacture of steel pouring stock is considered as a special case.

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. A known method of manufacturing refractories (eg, ceramic) with slip casting [1], including pouring a fluid mixture consisting of aggregate and cement slurry into a porous form, followed by drying. The method has low productivity, in addition, the products produced by this method do not differ in the necessary strength.

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. There is also a known method of producing products from a material based on FAC with the application of vibration by vibro-laying or vibrocasting. The method includes preparing a mixture of a binder suspension with a filler, loading it into a mold, vibroforming and drying. Mixing the binder suspension with the aggregate is done by introducing the aggregate into the binder suspension until the desired concentration is obtained.

Недостатком известного способа является низкая производительность и недостаточная термостойкость из-за появления при вибролитье раковин в готовом изделии. The disadvantage of this method is the low productivity and insufficient heat resistance due to the appearance of shells during vibration casting in the finished product.

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.The closest in technical essence (but not in the achieved result) is the method described in the patent [2] "Method for producing non-fired refractory products, mainly for the metallurgical industry". In the above method, the products were obtained according to the following flow chart:
- preparation of a binder suspension (in a ball mill by wet grinding);
- its stabilization by stirring (within 4 hours);
- mixing with an aggregate aluminosilicate composition to obtain the optimal concentration of the components (in a concrete mixer gravitational action);
- vibroforming (filling the moldable mixture into a mold fixed on a vibrating table, installing a weight and turning on the vibrator) with vibration acceleration of 10-80 m / s ² and specific gravity static pressure of 0.025-0.25 kg / cm ² with a total vibration molding time of 45 s.

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.Moreover, the innovation of the well-known patent is an additional clamp at the end of vibroforming with a specific static pressure of 4-10 kg / cm ² , which is the reason for the formation of a three-layer structure of the product. The method described above makes it possible to have a sufficiently high productivity in the manufacture of non-fired products of both refractory and construction purposes, but does not provide the necessary quality of products, in particular slag resistance and impact strength, due to insufficient density and increased open porosity of the inner and outer layers. This leads to premature failure of the product during its operation in molten metal and slag.

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. The aim of the proposed technical solution as a method of manufacturing non-fired refractory products is to improve the quality of products used in the metallurgical industry (in particular, stop tubes) by increasing their density, maximum uniformity over the entire volume of the product, reducing open porosity and, as a result, improving their operational characteristics.

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.The goal in the claimed method is achieved by the following points:
- stabilization of the binder suspension by slowly mixing it in an airtight cooler until completely cooled for 6-7 hours, while the volume occupied by the suspension does not exceed 50% of the useful volume of the cooler;
- preparation of the molding material in the mixing runners;
- use in the process of vibropressing a matrix shape, the walls of which are subjected to conical adjustment up to 0.013.

Рассмотрим вышеназванные пункты более подробно. Consider the above items in more detail.

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.The stabilization process of freshly prepared picnic is known by slowly mixing it for 4 hours, after which the density of the suspension increases by 0.01-0.02 g / cm ³ due to the natural removal of air bubbles from pic, which were "captured" by it during the grinding process. However, there is still enough air in the suspension. The inventive method allows for the additional removal of air from the FAC by the self-vacuum method as follows.

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).Freshly prepared hot suspension (with a temperature of 70-80 ^o C) is discharged into a cylindrical cooler, a feature of which is its sufficient volume and tightness. The volume occupied by the suspension should not exceed 50% of the useful volume of the cooler, after which the cooler is hermetically closed and slowly rotates for 6-7 hours until the FAC is completely cooled (to ambient temperature).

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.The effect of self-evacuation is that immediately after the suspension is drained into the cooler, the air in the free volume of the cooler has an elevated temperature, but does not have a pressure above atmospheric. But then, in the process of slow mixing with complete tightness of the cooler, the temperature of the entire suspension-air system decreases and, as a result, the pressure in the closed air space of the cooler drops to a certain value, much lower than atmospheric. The air bubbles enclosed in the suspension are additionally "pumped" out of it into this rarefied air space of the cooler. In order to return them back to the FAC, it would require the creation of excess pressure in the cooler. Thus, self-evacuation of the suspension occurs, and therefore, an increase in its density. As experiments have shown, the density of picnic compounds after self-evacuation increases by 0.03-0.04 g / cm ³ . With insufficient free air volume in the cooler (less than 50% of the effective volume), the self-vacuuming effect sharply decreases and the process goes over to normal stabilization.

Далее технологическая схема патента [2] предлагает приготовление формовочной смеси в бетоносмесителе гравитационного действия, эксплуатационные особенности которого опять же дают неизбежную загазованность формовочной массы. Further, the technological scheme of the patent [2] proposes the preparation of the molding mixture in a concrete mixer of gravitational action, the operational features of which again give the inevitable gas contamination of the molding material.

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. In the inventive method, the preparation of the molding material is carried out in the mixing runners for 5 minutes, where due to the partial compaction of the rollers, the molding material at optimum humidity is well-deaerated, uniformly mixed, dense and ductile. At the end of mixing, the molding material is poured into a mold fixed on a vibrating table, the load is set and vibropressing is started.

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.The peculiarity of the phase of vibropressing of the claimed technical solution lies in the conical adjustment of the matrix walls in the range up to 0.013. It is known that the specific pressing pressure applied to the mass at the surface of the load decreases with distance from it due to the negative influence of the external friction forces of the molding material on the mold walls. In the absence of external friction forces, the specific pressing pressure at any moment in all sections of the pressing in height would be the same. During vibration, the forces of external friction decrease, but do not completely disappear. Vibrocompression, directed along the diverging walls of the mold, has a very positive effect on the process, and pressure losses approach losses when pressing prismatic products. This made it possible to obtain a raw material with a denser, homogeneous structure. As a result, the density of the products increased by 0.10-0.12 g / cm ³ and the open porosity decreased by 4-6% compared with products obtained by the technological scheme of the patent [2]. Cone turning is subject to both the external matrix cylinder (on the inside) and the core (on the outside). The height h of the cone adjustment of the matrix depends on the height of the particular manufactured product according to GOST 5500-75 or TU.

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). In addition, due to the cone adjustment of the matrix, the total time of the vibrocompression phase decreased from 45 to 35 s, because in the claimed conditions, the molding material quickly reaches its maximum compaction over the entire volume of the product. Extension of the process of vibropressing (over 35 s) leads to the appearance of a repressing effect (transverse cracks and delamination).

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.After vibropressing, the products are sent to the drying chamber and dried at a temperature of 115-125 ^o With at least 10 hours. Then the products are removed from the drying chamber and cool. After quality control, products are sent to the finished goods warehouse.

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. Tests of an experimental batch of tubes of aluminosilicate non-calcined SP - 4 manufactured using the claimed technological and technical methods (under the conditions of KKC - 1 of NLMK OJSC) showed that the resistance of the blowing tuyeres increased (compared with products made according to the patent [2], when subject to equal chemical composition) by an average of 60-90%. The products showed high resistance to the aggressive effects of molten slag (due to the increased density), and the effect of penetration of molten steel into the gaps between the individual products was minimized due to the improved geometric mating between them. The resistance of the blowdown forms reached 10–11 heats with a total lance time of 56–70 min and higher in the molten steel.

Источники информации
1. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. - М.: Металлургия, 1990, С. 20-21, 162-178.Sources of information
1. Pivinsky Yu.E. Ceramic binders and ceramic concrete. - M.: Metallurgy, 1990, S. 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). 2. RF patent 2169718 C1, prior. 03/14/2000, IPC С 04 В 35/14 "Method for producing non-fired refractory products, mainly for the metallurgical industry", (prototype).

Claims

A method of manufacturing non-fired refractory products used in the metallurgical industry, including the preparation of a cementitious slurry, its stabilization, preparation of the molding material by feeding the cementitious slurry into the aggregate to obtain the optimum ratio and mixing, vibrocompressing products with a specific static pressure of 0.05 ÷ 0.20 kg / cm ² for 20 ÷ 35 and drying them, characterized in that the astringent suspension is stabilized by slow stirring it in a sealed cooler to cool down completely within 6-7 hours, the volume occupied by the suspension does not exceed 50% of the useful volume of the coolant, the preparation of molding material is carried out in mixing runners, and when block-making using a matrix form whose walls taper subjected to adjustment in the range up to 0,013.