UA45466C2 - Дуттьова фурма з захисним покриттям та спосіб нанесення захисного покриття на зовнішню поверхню дуттьової фурми - Google Patents

Abstract

Винахід відноситься до металургії і може бути використаний при виготовленні і ремонті дуттьових фурм доменних або конверторних печей. Дуттьова фурма з захисним покриттям на робочій частині зовнішньої поверхні, вміщує внутрішній та зовнішній стакани, з'єднані по кінцях фланцем та носовою частиною. Захисне покриття носової частини фурми складено з внутрішнього металевого та зовнішнього керамічного шарів, причому внутрішній шар захисного покриття складає 0,4 -1,2 товщини стінки зовнішнього стакана фурми. Покриття виконано композитним із чавуну з сталевою арматурою та не має монолітного з'єднання з поверхнею фурми, а зовнішній шар покриття містить не менш одного оксиду елемента, що входить до складу чавуну. Спосіб нанесення захисного покриття на фурму складається з наморожування рідкого чавуну, при цьому на поверхню фурми попередньо наносять сталеву арматуру, а наморожений композитний шар має дійсну лінійну усадку 0,5 - 0,85%. Винахід забезпечує підвищення стійкості фурми, збереження її якості при нанесенні захисного покриття, зниження технологічних витрат на його нанесення та запобігання утворення крихкої перехідної зони на поверхні контакту захисного покриття з стінкою фурми.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до галузі металургії та може бути використаний при виготовленні та ремонті дуттьових 9 фурм.

Відомі типові конструкції дуттьових фурм доменних або конверторних печей, вміщуючих рильну частину, фланець, зовнішній корпус, наприклад: "Повітряна фурма доменної печі" а. с. СРСР Мо 293852, кл. С2187/16, 1971р. (Бюл. "Открьттия, изобретения..." ВНИЙП, Мо 6, 1971 р. с. 72).

Недоліком відомої дуттьової фурми є її низька стійкість з причини неодмінного пропалу при попаданні на 70 зовнішню поверхню робочої частини фурми рідкого металу та шлаку.

Відома низка технічних рішень, які мають метою захість робочої поверхні дуттьової фурми від передчасного пропалу. Захист, втілюють нанесенням металевого, металокерамічного, керамічного покриття або їх чередуванням.

Найближчим до заявляемого технічного рішення є фурма доменної печі з захисним покриттям (заявка Мо т 59-47306, Японія. Заявл. 08.09.82 р. опубл. 17.03.84 р. МКИ 5 С2187/16, С23В5/10), що прийнята за прототип.

Відома фурма зроблена з міді або мідного сплаву. На поверхні фурми формують металевий шар з нікелю або нікелевого сплаву завтовшки 50 - 50Омкм, а слідом керамічний шар 10 - 800мкм з одного або більше тугоплавких компонентів: оксиду алюмінію, оксиду хрому та інших.

Недоліком відомої фурми є низька стійкість фурми, особливо під час тривалого контакту з рідким металом або шлаком з причини низької теплопровідності покриття, що не дозволяє зняти концентрації термічного удару на малу площу, що, в свою чергу не дозволяє тепловому потоку розтікатися вдовж поверхні покриття та зменшувати питоме теплове навантаження. Визначений недолік є характерним для всіх типів дуттєвих фурм відомої конструкції.

В основу винаходу поставлена задача розробити конструкцію дуттьової фурми з захисним покриттям на сч 29 робочій частині зовнішньої поверхні, яка містить внутрішній металевий та зовнішній керамічний шари, в'якійза (У рахунок нових конструктивних рішень, забезпечено підвищення стійкості фурми.

Для вирішення поставленої задачі дуттьова фурма з захисним покриттям на робочій частині зовнішньої поверхні містить внутрішній та зовнішній стакани, з'єднані по кінцях фланцем та носовою частиною, захисне покриття якої складено з внутрішнього металевого та зовнішнього керамічного шарів, причому, у відповідності 5 ї-о винаходом внутрішній шар захисного покриття складає 0,4 - 1,2 товщини стінки зовнішнього стакану фурми, і (Се) зроблений композитним з чавуна з сталевою арматурою, та не має монолітного з'єднання з поверхнею фурми, а зовнішній шар містить не менш з одного оксида елемента що входить до складу чавуна. З

Дуттьова фурма, наприклад, доменна або конверторна працює в складних умовах при діянні високих юю температур, агресивної середи та істирання шихтовими матеріалами. Біля 7095 випадків виходу зі строю фурм обумовлено тепловим ударом при контакті її поверхні з рідким металом або шлаком. Товщина захисного З покриття менш ніж 0,4 товщини стінки зовнішнього стакана фурми (найбільш тонкої її частини) як виявила практика, не дозволяє розсередити тепловий удар по поверхні захисного покриття та знизити питоме теплове навантаження. « дю Збільшення товщини покриття більш 1,2 товщини стінки зовнішнього стакана фурми у ряді випадків приводе -о до підплавлення зовнішньої стінки покриття із-за обмеженої теплопровідності чавуна, та знижуючи стійкість с покриття спричиняє невиправдана обваженню дуттьової фурми. з Виготовлення металевого покриття композитним із чавуна з сталевою арматурою обумовлено необхідністю забезпечити надійну зчепність зовнішнього керамічного шару з внутрішнім металевим, при цьому максимальне зближення коефіцієнтів термічного розширення шарів здійснюється за рахунок армірування металевої частини їз 395 покриття. Крім того, наявність сталевої арматури зліпшує механічні властивості крихкого чавуна.

Внутрішній металевий шар покриття не повинен мати монолітного з'єднання з поверхньою фурми (звичайно (9) мідної), бо взаємна дифузія, тім більш оплавлення сплаву на основі міді та заліза спричиняє утворення крихкої їз евтектікі. В умовах термоциклірування, характерних до експлуатації дуттьової фурми не явність крихкого проміжного шару ініціїрує виникнення тріщин в основному металі та знижує стійкість фурми. (о) 50 Неявність у зовнішньому (керамічному) шарі не менш одного оксиду елемента, вхідного до складу чавуна з

Ф якого виготовлений внутрішній шар покриття, як усвідомлює практика збільшує адгезію та забезпечує надійне з'єднання чавунного та керамічного шарів.

На кресленні: 1 - носова частина; 2 - внутрішній стакан; З - зовнішній стакан; 4 - фланець; 5 - футеровка доменної печі; б та 7 - внутрішній та зовнішній шари захисного покриття; а - товщина стінки зовнішнього стакана; в - товщина внутрішнього шару покриття.

ГФ) Приклад. Носова частина фурми, зовнішній та внутрішній стакани здійснени з міді марки М1, фланець - з 7 сталі Ст.3 та з'єднані між собою зварюванням. Товщина стінки зовнішнього стакана фурми складає 5бмм.

Внутрішній шар захисного покриття завтовшки 5мм та здійснений з чавуна марки Чх2 з 0,295 алюмінію і армірован сталевою сіткою з дроту ш їмм з вічком 10 х 1тОмм. Зовнішній шар товщиною 0,5мм захисного бо покриття здійснен плазмовим напиленням кераміки складу 7595 оксиду кальцію, 2095 оксиду алюмінію та 590 оксиду хрому.

Запропонована конструкція дуттьової фурми дозволяє в 2 - З рази збільшити термін її експлуатації, навіть при контакті з рідким металом або шлаком за рахунок зниження концентрації теплового удару на мідну частину фурми. бо Відоми різні способи одержання на металевих поверхнях металевих (в тім рахунку захисних) покриттів наморожуванням рідкого металу на тверду основу (ст. "Литье биметаллических изделий", - Киев, изд. ИПЛАН

УССР 1976 г. - с. 13).

Вадою відомих способів є потреба у додаткових технологічних витратах з причини необхідності нагрівання заготівлі та попередньої підготовки поверхні.

Способи нагріву та попередньої обробки різні, та в кращому випадку можуть бути сполучені, наприклад, нагрів заготівлі в рідкому флюсі, тім не менш здійснення відомих способів потребує додаткових витрат та обладнання. Указані способи предбачають забезпечення міцності з'єднання шарів за рахунок підплавлення твердої основи, що до фурми, виготовленої з міді або мідного сплаву є неприпустимим. Утворення крихкої /о евтектікі на межі шарів, неминуче приведе в процесі використання фурми до виникнкння тріщин та їх ініціації в основному металі.

Відом спосіб виготовлення біметалевих виливок системи сталь-сплав на основі міді, здебільшого мідь, наприклад, фурми доменних печей (а. с. СРСР Мо 980952 В22Д19/00, 1980 р. публ. 15.12.1982, "Открития, изобретения.." ВНИЙПИ, Мо 46, 1982 р. с. 58), прийнятий за прототип, при якому попередньо нагріту до 825 - 75 9257С та оброблену флюсом при 900 - 10507 сталеву заготівлю (захисне покриття) заливають перегрітим мідним розплавом.

Відомий спосіб не може запобігти утворення крихкої перехідної зони, та потребує додаткових технологічних витрат по причині необхідності попереднього нагріву заготівлі та розплавлення флюсу. Крім того, спосіб не дозволяє забезпечити потрібну якість фурм по причині неможливості одержання гідро-густини литого металу в мідній виливкі, який є важливішим чинником для фурми, яка працює при градієнті температур до 15002 та тиску охолоджуючої води до 10 атмосфер. Проблематично також одержання якісного зварного з'єднання при збиранні корпуса фурми, вміщуючого литу носову частину.

В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб нанесення захисного покриття на зовнішню поверхню дуттьової фурми з сплаву на основі міді, при якому за рахунок здійснення нової операції та умов її сч ов реалізації забезпечується зберігання якості мідної фурми, зниження технологічних витрат та відсутність крихкої перехідної зони по поверхні контакта фурми з захисним покриттям. і)

Для вирішення поставленої задачі в способі нанесення захисного покриття на зовнішню поверхню дуттьової фурми з сплаву на основі міді, здебільшого з міді, включаючий наморожування на робочу частину зовнішньої поверхні фурми рідкого чавуна, у відповідності з винаходом, на поверхню фурми спочатку наносять сталеву Ге зо арматуру, при цьому наморожений композитний шар має дійсну лінійну усадку 0,5 - 0,890.

Нанесення сталевої арматури забезпечує утворення композитного шару чавун-сталь, який поліпшує ікс, механічні характеристики крихкого чавуна. З іншого боку, композитний шар має меншу величину усадки при «К кристалізації чавуна, який сприяє запобіганню виникнення усадочних тріщин в умовах скрутної усадки намороженого шару або деформації фурми. о

Наявність сталевої арматури позволює отримати дійсну усадку композитного шару у межах 0,5 - 0,896. «г

Величина дійсної лінійної усадці ураховує всі процеси, які відбуваються у крісталізуємом та охолоджуваючемся чавуні та включає напередусадочне розширення чавуна за рахунок графітізації, доперлитну та післяперлитну усадки. При дійсній лінійній усадці захисного покриття менш за 0,595 не забезпечується щільного контакту між композитним шаром та стінкою фурми, у окремих місцях-постерігався зазор до 0,5мм з-за не прилягання « покриття. Наявність зазору різко знижує характер теплообміну та величину тепловіддачі, яка звеличує в с імовірність оплавлення захисного покриття та пропала фурми. При дійсній лінійній усадці більш 0,895 стисківачи . зусилля настільки великі, що у ряді стосунків приводять до пластичної деформації зовнішнього стакана фурми. и? Експериментально доведено, що при величині дійсної лінійної усадці 0,5 - 0,895, захисний шар забезпечує щільний контакт з зовнішнім стаканом фурми при будь-яких реальних геометричних параметрах дуттьової фурми. їз Величину дійсної лінійної усадці 0,5 - 0,895 можливо забезпечити різноманітними відомими способами, вар'їруючи хімічним складом чавуна та параметрами сталевої арматури. о Приклад. Для повищення стійкості повітряної фурми доменної печі на її зовнішню робочу поверхню ї5» наморожуванням нанесли захисне покриття завтовшки 5мм. Поперед наморожування покриття на зовнішній 5р стакан фурми діаметром 400мм та товщиною стінки 5 мм нанесли арматуру у вигляді сталевої сітки з дроту ш

Ме, 1мм та вічком 10 х 1Омм. Сітка була здійснена у вигляді плоского кільця діаметром 380 мм та на зовнішній

Ф стакан фурми одягалась з натягом. Фурму з нанесеною арматурою та заглушеним дуттєвим соплом занурювали у розплав чавуна марки Чх2 з 0,296 алюмінію при температурі розплаву 138070.

Величина дійсній лінійній усадці такого чавуна складає 1,495 (попередусадочне розширення - 0,195, дв доперлітна усадка 0,596, післяперлітна усадка 195). Час наморожування складав З секунди та визначен по відомих рівнянь теплообміну. Отриманий композитний шарза рахунок наявності сталевої арматури мав дійсну (Ф, лінійну усадку 0,795 та забезпечував щільний контакт захисної оболонки з стінкою фурми без її пластичної ка деформації. Крихкої перехідної зони не виявлено.

Стійкість фурми з захисним композитним покриттям склала 160 діб у порівнянні з 76 добами фурм без бор Захисту. Наявність чавунної поверхні зробило можливим та простим нанесення додаткового керамічного шару любої товщини. Наприклад, шар кераміки товщиною 0,5мм збільшив стійкість фурми до 230 діб та забезпечив безаварійну роботу доменної печі між капітальними ремонтами.

Таким чином, запропонований спосіб дозволяє зберігати якість мідної фурми, знизити технологічні витрати на нанесення захисного покриття та запобігає утворенню перехідної крихкої зони на поверхні контакту захисного 65 покриття з стінкою фурми. Запропонований спосіб дозволяє виготовити дуттьову фурму з захисним покриттям по п.1 формули винаходу.

Claims (2)

Формула винаходу не . . . . . нин

1. Дуттьова фурма з захисним покриттям на робочій частині зовнішньої поверхні, яка вміщує внутрішній та зовнішній стакани, з'єднані по кінцях фланцем та носовою частиною, захисне покриття якої складається з внутрішнього металевого та зовнішнього керамічного шарів, яка відрізняється тим, що внутрішній шар захисного покриття складає 0,4 - 1,2 товщини стінки зовнішнього стакана фурми, і який виконано композитним із /о чавуну з сталевою арматурою та не має монолітного з'єднання з поверхнею фурми, а зовнішній шар містить не менш одного оксиду елемента, який входить до складу чавуну.

2. Спосіб нанесення захисного покриття на зовнішню поверхню дуттьової фурми зі сплаву на основі міді, здебільшого з міді, що включає наморожування на робочу частину зовнішньої поверхні фурми рідкого чавуну, який відрізняється тим, що на поверхню фурми спочатку наносять сталеву арматуру, при цьому наморожений композитний шар має дійсну лінійну усадку 0,5 - 0,8. с щі 6) (Се) Зо Те) « ІФ) «

- . и? щ» 1 щ» (о) 4) іме) 60 б5