Способ тепловой обработки футеровки металлургических емкостей

 

Использование: сушка, обжиг и разогрев футеровки металлургических емкостей, например сталеразливочных ковшей. Сущность изобретения; способ тепловой обработки футеровки включает ее нагрев и создание разрежения, которое создают у поверхности футеровки, противоположной нагреваемой одновременно с нагревом, Величину разрежения изменяют обратно пропорционально величине температуры нагрева. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s В 22 0 41/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTVlHM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4865495/02 (22) 12.09.90 (46) 23.10,92, Бюл. ¹ 39 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-технологический институт вагоностроения (72) l0.Ф,Михневич, А.М.Яценко и №А.Сучков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 11666622775566, кл. В 22 Р 41/02, 1989. (54) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ФУИзобретение относится к металлургии и может быть использовано при сушке, обжиге и разогреве футеровки металлургических емкостей, например сталеразливочных ковшей.

Известен способ сушки футеровки металлургических емкостей (авт.св. 1222412, кл. В 22 Э 41/02), в котором нагрев футеравки чередуют с ее охлаждением. Нагрев производят газовой горелкой в течение 4 ч до влагосодержания поверхностного слоя футеровки, равного нулю, а охлаждение — при помощи воздуха в течение 1,5 ч.

Указанный способ имеет следующие недостатки, Нагрев футеровки и удаление влаги осуществляется а противоположных направлениях, особенно в начальных стадиях, что затрудняет удаление влаги из подпоаерхностных слоев футеровки. Прогрев футеровки осуществляется только за счет ее теплопроаодности, который затруднен из-за того, что футероака представляет собой не сплошное тело, а пористое (пористость футеровки со„, 5U „„1 776076 À1

ТЕРОВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЕМКОСТЕЙ (57) Использование: сушка, обжиг и разогрев футеровки металлургических емкостей, например сталеразлиаочных ковшей. Сущность изобретения: способ тепловой обработки футероаки включает ее нагрев и создание разрежения, которое создают у поверхности футеровки, противоположной нагреааемой одновременно с нагревом. Величину разрежения изменяют обратно пропорционально величине температуры нагрева. 1 ил. стааляет 20 — 30 ). Влага, поступающая из глубины слоев к нагреваемой поверхности, охлаждает ее. Это приводит к замедлению процесса прогрева футеровки и увеличивает его длительность.

Кроме того, такое направление потока массопереноса, особенно при быстром прогреве футеровки при высокой температуре, часто вызывает разрушение как внутреннего, так и поверхностного слоев, что ухудшает качество и стойкость футероаки, а иногда приводит и к полному ее разрушению.

При этом для эффективной сушки необходимо несколько циклов нагрева и охлаждения, что также увеличивает продолжительность прогрева и сушки и значительно повышает энергозатраты.

Известен способ сушки футеровки металлургических емкостей; включающий нагрев футеровки с последующим удалением паров воды при изменении давления от 20 до 2 кПа. Нагрев футеровки производится электронагревательным элементом, размещенным в герметичной полости формообра3

1770076 зующего шаблона, а удаление паров воды осуществляется путем создания в этой же полости переменного пониженного давления. При этом нагрев футеровки-и удаление паров воды производят циклично, а время нагрева футеровки составляет 1...1.5 времени удаления паров воды(1).

Этот способ позволяет сократить продолжительность процесса сушки в 1,7 — 2 раза и расход энергии более чем в 4 раза, Недостатком известного способа является низкая плотность футеровки, которая приводит к снижению ее стойкости, В результате разнонаправленности потоков тепла и удаляемой влаги создаются дополнительные микроразрушения футеровки, нарушая ее однородность и тем самым также снижая стойкость футеровки. Плотность футеровки определяет ее пористость, которая на 20 — 30% ниже, чем у предлагаемого способа. Более пористая футеровка легче размывается жидким металлом и шлаком. что увеличивает ее износ и уменьшает стойкость.

Кроме того, известный способ не позволяет ускорить процесс при необходимости нагрева высушенной, Но остывшей футеровки. Разогрев футеровки ковша осуществляют обычно традиционным способом подачей в полость ковша высокотемпературного факела и постепенного прогрева футеровки. Продолжительность нагрева футеровки до 900 С составляет 2-8 ч в зависимости от емкости ковша и интенсивности подачи тепла.

Целью изобретения является повышение стойкости футеровки и сокращение длительности процесса.

Поставленная цель достигается тем. что способ тепловой обработки футеровки металлургических емкостей включает нагрев футеровки с одновременным созданием разрежения у поверхности футеровки, противоположной нагреваемой. Причем при повышении температуры нагрева одновременно производят снижение величины разрежения, а при снижении температуры нагрева осуществляют повышение величины разрежения.

Сущность способа тепловой обработки, например сушки футеровки металлургических емкостей, поясняется представленным чертежом, В металлургической емкости. например сталеразливочном ковше 1. изготавливают огнеупорную футеровку 2 любым известным способом, в частности набивкой. Между слоем футеровки 2 и кожухом 3. ковша 1 оставляют полость 4, которую через патрубок 5 подключают к вакуум-насосу. В по5

30

45

50 лость 6, создаваемую огнеупорной футеровкой 2. подают. например, через горелку 7 энергоноситель и нагревают поверхность футеровки, Одновременно со стороны футеровки, противоположной нагреваемой, создают разрежение, отсасывая из полости 4 газы с помощью, например, вакуум-насоса, При создании разрежения в полости 4 в процессе сушки облегчается удаление паров воды из футеровки за счет ускорения диффузии и снижения температуры кипения ее при пониженном давлении. Под воздействием пониженного давления через пористую футеровку просасываются горячие газы, которые интенсифицируют процесс футеровки по толщине, одновременно захватывая влагу. содержащуюся в порах футеровки. Т.е, прогрев футеровки происходит не только за счет теплопроводности пористой футеровки, но и за счет проходящих через поры футеровки горячих газов.

При обжиге и разогреве футеровки также осуществляется просасывание горячих газов, что интенсифицирует эти процессы.

За счет одинакового направления пото, ков тепла и удаляемой влаги (на чертеже показано сТрелками) снижаются термовлажностные напряжения в футеровке. характерные для разнонаправленных потоков тепла и влаги в известных процессах тепловой обработки (в этих случаях по мере прогрева футеровки влаги, перемещаясь к нагреваемой поверхности, значительно уве. личивается в объеме, что приводит к вспучи5 ванию и разрушению футеровки).

Снижение термовлажностных напряжений обеспечивает более однородную структуру футеровки,что, в свою очередь, снижает проникновение жидкого металла и шлака через микродефекты и уменьшает размывание футеровки, повышая ее стойкость. При этом улучшение однородности структуры футеровки обеспечивается за счет: — доуплотнения путем создания разрежения в начальный момент сушки; — равномерной плотности футеровки ковша по высоте; — равномерного удаления влаги по всей поверхности футеровки, Для обеспечения равномерного удаления влаги при сушке футеровки процесс осуществляют при изменении давления и температуры — с ростом температуры у по5 верхности футеровки должно расти и давление (т.е, снижаться величина разрежения) у поверхности, противоположной нагреваемой, При высоком начальном содержании влаги сопротивление движению газов высоко и высокая температура у поверхности

1770076 футеровки может привести к ее вспучиванию. В этом случае достаточно иметь температуру у поверхности футеровки порядка

150-200 С, обеспечивающую испарение влаги. При этом давление у поверхности. противоположной нагреваемой, должно быть минимальное, примерно 15 КПа, но обеспечивающее целостность футеровки.

Низкое в начале процесса давление уплотняет футеровку. способствуя повышению стойкости. При более высокой температуре у поверхности футеровки давление у поверхности, противополо>кной нагреваемой, должно повышаться (т,е. снижаться разрежение), обеспечивая более низкую скорость прохождения горячих газов через слой футеровки. В противном случае горячие газы, проходя через слой футеровки с большой скоростью, вызовут вспучивание футеровки при ее сушке, а при подогреве и обжиге, недостаточно охлаждаясь, перегреют металлический кожух ковша, При температуре у поверхности футеровки порядка 900 С давление у поверхности футеровки, противоположной нагреваемой, должно составлять примерно 90 КПа, чтобы обеспечить прохо>кдение горячих газов через футеровку. íî не перегреть металлический кожух ковша свыше 150 С.

В качестве примера осуществления способа производят в лабораторных условиях сушку и разогрев сталеразливочного ковша емкостью 100 кг с набивной футеровкой толщиной 70 мм. В качестве футеровочной массы используют футеровочную массу из часовярского полужирного песка по

ГОСТ 2138-74 со средней влажностью

10,6%. Нагоев поверхности футеровки производят до 900 С, а арматурного слоя — до

150 С, Контроль нагрева ведут с помощью термопар, размещенных между арматурным слоем и футеровкой и на поверхности футеровки. Давление измеряют на патрубке для эвакуации газов, вмонтированном в кожух ковша вместо одного из выпоров. При этом остальные выпоры заварены. Давление измеряют от 10 КПа до 91 КПэ.Давление и температуру изменяют симбатно — по мере роста температуры внутренней повер>:— ности футеровки от 170 до 900 С давление у противоположной поверхности изменяют от 10 КПа до 91 КПа..

В табл. 1 приведены сравнительные результаты сушки футеровки по предлагаемому способу и способу-прототипу.

Как следует из данных; àáë. 1. в известном способе разброс среднего значения плотности по высоте ковша составляет 77+5 усл.ед., т.е. отклонение составляет 5 усл.ед. В заявляемом способе плотность на5

55 бивки составляет от 88+2 усл.ед. до 80+2 усл.ед., т.е. отклонение составляет +2 усл.ед., что свидетельствует об улучшении равномерности уплотнения в 2 — 3 раза. При этом стойкость футеровки повышается в 1,5 раза. При давлении в вакуумной линии менее 15 КПа значительно увеличивается осыпание футеровки под воздействием вакуума, а при давлении более 40 КПа наблюдается снижение средней плотности футеровки. При сушке с ростом температуры у поверхности футеровки повышают давление (уменьшают разрежение) у поверхности, противоположной нагреваемой, обеспечивая достижение одинаковой средней конечной влажности и температуры кожуха ковша. При давлении в вакуумной линии более 40 КПа значительно увеличивается время сушки (до 35 мин), Время сушки при выборе оптимальных параметров (опыты 2-4) для данного типа ковша сокращается на 10-15, B табл. 2 приведены сравнительные результаты разогрева футеровки по известному и предлагаемому способам.

Из приведенных данных видно, что процесс разогрева футеровки сокращается в 810 раз по сравнению с известным способом.

Однако при низком постоянном давлении не удается достичь заданной температуры разогрева футеровки без перегрева кожуха свыше 150 С (опыты 1 — 5). При нагреве кожуха ковша более 1,0OС опыт прекращается, При повышении давления до 85 КПа (опыт 6) заданная температура рабочей поверхности футеровки 920ОС достигается, однако продолжительность разогрева ковша значительно возрастает (до 40 мин), Оптимальным является вариант разогрева футеровки с одновременным изменением температуры у нагреваемой поверхности и давления у поверхности, противоположной нагреваемой (опыт 7). При согласованном изменении обоих параметров (температуры и давления) продолжительность нагрева рабочей поверхности футеровки до 920 С составляет 16 мин, пои этом температура кожуха ковша не превышает 125 С.

Предлагаемый способ можно использовать не только при сушке, обжиге и разогреве футеровки металлургических ковшей, но и при сушке, обжиге и разогреве тиглей. При этом разрежение может создаваться с внутренней сторонь1 тигля, а нагрев — с наружной.

Формула изобретения

Способ тепловой обрабо ки футеровки металлургических емкостей, включающий ее нагрев и создание разрежения. о т л и ч а1770076 ю шийся тем, что, с целью повышения стойкости футеровки и сокращения длительности процесса, разрежение создают у поверхности футеровки, противоположной

Таблица1

Способ

Единицы измерения

Параметры предлагаемый известный

Продолжительность сушки

28 мин 35

30 35

2 Коэффициент полезного использования энергии В

79 80 79 79

Средняя плотность футеровки усл.ед. 77 88 86 86. 80

4 Давление в вакуумной линии К Па 2"20 10 15 25

55

5 Температура поверхностного слоя футеронки

380

450

170 220 270

7,3 1,0 0,5

6 Унос футеровки к мас- 3-4 се 0,2

0,2

7 Пористость футеровки

25,6 17,4 18,4

19,3 21,6 22,0 усл.ед.

78

83

86

0,2

0,3

0,5

0,8

79

1,0

9 Отклонение плотности усл.ед.

10 Стойкость футеровки плавок

20

П р и м е ч а н и е.Конечная средняя влажность после сушки 0,5 мас.Ф, конечная температура кожуха ковша 80-90 С.

8 Плотность Футеровки по высоте (Н) стенки ковша (отсчет от днища ковша)

О,1

78

78

82

74

77

"5,0

16 нагреваемой, одновременно с нагревом, при этом величину разрежения изменяют обратно пропорционально величине температуры нагрева.

86 85 86

88 87 87

90 86 85

89 86 88

88 85 86

88 87 86

+2,0 !1,0 +2

24 22 22

1770076

Таблица 2

Единицы показателей измерения

Изменение

1 Известный способ иин

Давление. КПа

Теипера тура поверхности рабочего слоя футеровки С

Температура кожуха ковша С

500 550 620 650 700

85 75 90 105 115

Опыт 1

Продолжительность нагрева мин

КПа

Давление

Температура поверхности рабочего слоя футеровки оС

+ Температура кожуха ковша оС

Опыт 2

Продолжительность нагрева мин

Давление

Температура поверхности рабочего слоя футеровки ОС

Температура кожуха ковша С

Опыт 3

Продолжительность нагрева иин

Давление

КПа

Температура поверхности рабочего слоя футеровки аС

Температура кожуха ковша

Опыт 4

Продолжительность нагрева иин

В 10 12

14 16

55 55 55 55 55

КПа

Давление

Температура поверхности рабочего слоя футеровки дС

Температура кожуха ковша С

Опыт 5

Продолжительность нагрева мин

8 10 1? 14 16

7о 7о 70 7о 7о

КПа

Давление мин

КПа

Давление

400 490 570 680 750

30 40 65 80 95

Продолжительность нагрева иин

8 10 12 14 16

40 55 70 82 91

КПа

Давление

300 420 510 670 730 810 920

50 70 85 95 110 120 125

Наименование показателей

Продолжительность нагрева

2 Заявляемый способ

Температура поверхности рабочего слоя футеровки

Температура кожуха ковша

Опыт 6

Продолжительность нагрева

Теипература поверхности рабочего слоя футеровки

Температура кожуха ковша

Опыт 7

Температура поверхности рабочего слоя футеровки

Теипература кожуха ковша оС

0С

0С

45 60

98 98

3 5

15 15

550 600

120 140

3 5

25 25

500 550

90 115

3 5

40 40

450 500

50 70

3 5

55 55

400 450

35 55

3 5

70 70

400 ч50

30 50

3 5

85 85

3 5

15 25

75 90 109

98 98 98

В

160

Е 1О

25 25

550 650

135 160

8 10 12

40 40 40

570 620 660

85 115 140

520 570 620

75 90 110

530 580 630

65 80 95

8 14 20

85 85 85

131 180

98 98

810 920

130 140

14

160

750 890 !

35 155

740 910

125 160

30 40

85 85

820 915

105 12о

1770076

Составитель Л.Жукова

Техред M.Mopãåíòàï Корректор M.Ïåòðîâà

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3699 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5