Способ футеровки металлических изделий

(51) 23 11/00 (2006.01) 23 17/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Это достигается тем, что в способе футеровки полого металлического изделия, включающего нагревание изделия, заполнение его внутренней полости расплавом силикатного материала,выдержку расплава до образования футеровочного слоя, слив остатков расплава силикатного материала и охлаждение изделия до температуры окружающей среды, согласно изобретению, перед нагреванием металлического изделия на его внутреннюю поверхность наносят защитный слой, внутреннюю поверхность металлического изделия нагревают при температуре 50-200 С в течение 60-180 мин, расплав силикатного материала наносят на внутреннюю поверхность металлического изделия,при образовании футеровочного слоя во внутреннюю полость металлического изделия порционно добавляют свежий расплав силикатного материала,охлаждение металлического изделия проводят с выдержками, при этом охлаждение и выдержку металлического изделия ведут с перепадом температур между поверхностью металлического изделия и поверхностью футеровочного слоя при температуре не более 50-60 С. Термообработку внутренней поверхности металлического изделия проводят при температуре 900-1000 С в течение 60-180 мин.(74) Тусупова Меруерт Кырыкбаевна Дюсенов Еркебулан Рамазанович(54) СПОСОБ ФУТЕРОВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к способам футеровки металлических изделий, а именно к защите металлических изделий, работающих в условиях абразивного износа,воздействия высоких температур и агрессивных сред, и может быть использовано в металлургической, химической,горнообогатительной отраслях промышленности, а также при изготовлении емкостей для сберегания и транспортировки экологически опасных веществ. Техническим результатом является исключение образования усадочных раковин,снижение поверхностной пористости в литых изделиях,снижение внутреннего напряжения, высокие физико-технические показатели литых изделий. Изобретение относится к способам футеровки металлических изделий, а именно к защите металлических изделий, работающих в условиях абразивного износа,воздействия высоких температур и агрессивных сред, и может быть использовано в металлургической, химической,горнообогатительной отраслях промышленности, а также при изготовлении емкостей для сберегания и транспортировки экологически опасных веществ. В настоящее время большой интерес представляют литые изделия плотной и пористой структуры из огненно-жидких шлаков, которые при массовом их изготовлении значительно дешевле бетонных изделий, и кроме того, дают большую экономию цемента. Методом литья изготавливаются плиты перекрытий, плитки для футеровки поверхностей от абразивного износа,декоративные плиты,утяжелители для нефте- и газопродуктов, а также защитные гарнисажные футеровки,предназначенные для работы в условиях газоабразивного износа, агрессивных средах,мелющие тела для механической обработки различных видов материалов, тюбинги. Известен способ изготовления крупноразмерных изделий и несущих конструкций из огненножидкого доменного шлака с применением наполнителя (кускового термозита или отвального шлака), в котором в установленные формы засыпают наполнитель (кусковой термозит или отвальный шлак), после чего формы накрывают покровными пластинами и заливают огненножидким шлаком /108042, 01.01.1957 г./. Недостатками данного аналога являются образование усадочных раковин, поверхностная пористость в литых изделиях, невысокие физикотехнические показатели литых изделий. Известен способ приготовления литых изделий,включающий укладку заполнителя на поверхность расплава, в котором заполнитель (щебень электрокорунда фракции 15-20 мм) после укладки в форму впрессовывают специальным штампом заподлицо с поверхностью изделия и выдерживают до отвердевания расплава, а изделие после распалубки подвергают термообработке при 1000 С/ 453376, 15.12.1974 г./. Недостатками данного аналога являются образование усадочных раковин, поверхностная пористость в литых изделиях, невысокие физикотехнические показатели литых изделий. Известен способ получения шлакового расплава для изготовления литых изделии, включающий ввод датолитового концентрата в количестве 5-15 от массы расплава, при этом готовый расплав разливают в подогретые до 700-800 С металлические формы,затем осуществляют кристаллизацию и отжиг для снятия внутренних напряжений по схеме отжига 1200 С 1 ч, 950 С 1 ч,720-750 С 1 ч, 500 С 1 ч, затем медленно охлаждают со скоростью 5 град/мин до полного остывания / 2048460 С 1, 20.11.1995 г./. Недостатками данного аналога являются образование усадочных раковин, поверхностная 2 пористость в литых изделиях, невысокие физикотехнические показатели литых изделий. Известен способ получения шлакового расплава для гарнисажных футеровок, включающий введение реагентов, повышающих температуру расплава,нанесение (обработку) шлакового расплава на металлические конструкции(например,нефутерованный шлаковый ковш), при этом предварительно ковш наполняют шлаковым расплавом, выдерживают в интервале 1-3 ч, сливают жидкую фазу и ковш с образовавшимся гарнисажем на стенке вновь наполняют шлаковым расплавом,вводя реагенты / 209837 С 1, 10.12.1997 г./. Недостатками данного аналога являются образование усадочных раковин, поверхностная пористость в литых изделиях, невысокие физикотехнические показатели литых изделий. Известен способ футеровки полого металлического изделия, включающий заполнение его внутренней полости силикатным расплавом,выдержку расплава до образования футеровочного слоя, следующий слив избытка расплава и охлаждение изделия /Вейник А.И. Расчет отливки. М. Машиностроение, 1964. с.230-231/. Недостатками данного аналога является неполная адгезия закристаллизованного силикатного слоя металлической поверхности изделия вследствии возникновения электрохимических реакций (коррозии), которые происходят на границе металл-расплав, а также неконтролируемый (неуправляемый) теплообмен между корпусом изделия и слоями футеровочного покрытия, что вызывает появление значительных внутренних напряжений, которые превышают предел прочности на разрыв отрывающегося материала. В качестве наиболее близкого аналога по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению известен способ футеровки полого металлического изделия,включающий нагревание изделия до температуры 500-700 С, заполнение его внутренней полости расплавом силикатного материала, выдержку расплава до образования футеровочного слоя, слив остатков расплава силикатного материала и охлаждение изделия до температуры окружающей среды / 257237, 11.11.1969 г./ Недостатками данного наиболее близкого аналога является повышение газонасыщенности,образование усадочной пористости в футеровочном слое, возникновение внутренних напряжений. Также, при охлаждении металлического изделия вследствие разницы температурных коэффициентов линейного расширения металла и закристаллизованного силикатного материала (в 1,73 раза) в системе металл-силикатный материал неизбежно возникают излишки напряжения,величина которых в ряде случаев настолько велика,что металлических корпус деформируется, а футеровочный слой разрушается. Так, при сложной конфигурации изделия, например, соединение конуса и цилиндра, возможно выдавливание футеровочного слоя на конусном участке с последующим отрывом его от металла. При толстой металлической оболочке изделия наблюдается полное разрушение футеровочного слоя, так как металл, охлаждаясь, просто раздавливает его. В случае относительно тонкой металлической оболочки изделия при охлаждении происходит ее пластическая деформация, которая неизбежно нарушает первоначальную форму и размеры изделия. Задачей изобретения является разработка способа футеровки металлических изделий с улучшенными техническими характеристиками. Техническим результатом является исключение образования усадочных раковин,снижение поверхностной пористости в литых изделиях,снижение внутреннего напряжения, высокие физико-технические показатели литых изделий. Результаты исследований закономерности и механизма процесса кристаллизации шлаков силикомарганца послужили основой для разработки рациональных режимов кристаллизации различного вида изделий и цельнолитых футеровок оборудования,условий сохранения высокой кристаллизационной способности расплава огненножидкого шлака, а также позволили объяснить причины некоторых видов брака изделий и устранить их. Это достигается тем, что в способе футеровки полого металлического изделия, включающего нагревание изделия, заполнение его внутренней полости расплавом силикатного материала,выдержку расплава до образования футеровочного слоя, слив остатков расплава силикатного материала и охлаждение изделия до температуры окружающей среды, согласно изобретению, перед нагреванием металлического изделия на его внутреннюю поверхность наносят защитный слой, внутреннюю поверхность металлического изделия нагревают при температуре 50-200 С в течение 60-180 мин, расплав силикатного материала наносят на внутреннюю поверхность металлического изделия,при образовании футеровочного слоя во внутреннюю полость металлического изделия порционно добавляют свежий расплав силикатного материала,охлаждение металлического изделия проводят с выдержками, при этом охлаждение и выдержку металлического изделия ведут с перепадом температур между поверхностью металлического изделия и поверхностью футеровочного слоя при температуре не более 50-60 С. термообработку внутренней поверхности металлического изделия проводят при температуре 900-1000 С в течение 60-180 мин. Внутреннюю поверхность металлического изделия нагревают, предпочтительно, в течение 90 мин, при нагревании внутренней поверхности металлического изделия,предпочтительно,используют инжекционную горелку. Охлаждение металлического изделия осуществляют, предпочтительно, при температуре 1000-900 С и со скоростью 80-120 С/мин, более предпочтительно, со скоростью 100 С/мин. Термообработку внутренней поверхности металлического изделия проводят,предпочтительно, при температуре 950 С в течение 90 мин, при этом при термообработке внутренней поверхности металлического изделия,предпочтительно,используют инжекционную горелку. Крупногабаритные литые изделия обязательно армируют металлическим каркасом. В промышленных условиях в процессе охлаждения и кристаллизации литых изделий, формируемых из расплава традиционным способом по технологии шлакового и каменного литья, в центральной части изделий(особенно крупногабаритных) образовываются усадочная раковина, наблюдается общая и особенно поверхностная пористость,обусловленная, вероятно, газообразованием из расплава вследствие изменения окислительновосстановительного потенциала атмосферы над расплавом при формировании. Результаты исследований закономерности и механизма процесса кристаллизации шлаков силикомарганца послужили основой для разработки рациональных режимов кристаллизации различного вида изделий и цельнолитых футеровок оборудования,условий сохранения высокой кристаллизационной способности расплава огненножидкого шлака, а также позволили объяснить причины некоторых видов брака изделий и устранить их. Изобретение осуществляется следующим образом. Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата, однако не является единственно возможным. Пример 1. Согласно разработанным технологическим регламентам для различных видов изделий,технологической инструкции завода, огненножидкий шлак, поступающий из рудотермической печи типа РПЗ, переливается в ковши объемом 8 м 3,которые транспортируются разливочным краном непосредственно на формирование изделий или в миксер,из которого затем производится формирование изделий. Миксер при помощи электромостового крана ежесуточно заполняют расплавом до 260-300 т. После заполнения свежими порциями шлаковый расплав выдерживается в миксере 1-2 ч при температуре 1300-1350 С с целью дегазации и гомогенизации, осаждения корольков сплава -. Неснижаемый запас расплава в миксере равен максимальной суточной производительности участка 45-50 т. Один раз в сутки из миксера отбирается проба расплава и отправляется в лабораторию для определения химического состава рентгеноспектральным методом по элементам , Р, , Са, , , , . Для изготовления литых изделий во внутренних поверхностях металлического изделия в процессе нанесения (гарнисажной наплавки) 3 шлакового расплава применяются специальные приспособления и стенды для нанесения защитных гарнисажных футеровок в металлические объемные конструкции. Армированные металлоконструкции замкнутой конфигурации(циклоны,конуса,диэлектрические вставки, трубы, колена и др.) оборудуются заливной и прибыльной частью. Собранная конструкция устанавливает в специальный стенд. Трубы металлические диаметром от 245 до 326 мм, а также гидроциклоны до диаметра 1000 мм перед заполнением огненножидким шлаком прогреваются до температуры 50100 С путем введения пламени инжекционной горелки природного газа в полость нижнего копильника не менее 2 часов до заливки. Металлическая конструкция заполняется расплавом. После достижения необходимой толщины защитного слоя оставшийся огненно-жидкий расплав сливается в ковш или чашу и затем применяется при повторном использовании для заполнения форм другого типа. Охлаждение шлакового расплава из огненно-жидких шлаков осуществляют со скоростью 100 С/мин до температуры 1000-900 С,что соответствует интервалу выделения основных кристаллических фаз - минералов группы пироксенов. В интервале 1350-1200 С происходил ликвационный процесс и начало выделения основных кристаллических фаз. Закаленный слой шлакового расплава приобретал вид глушеного материала. С учетом полученных данных термообработку внутренней поверхности проводят при температуре 950 С в течение 90 мин. Заданный режим достигался путем введения во внутреннюю полость изделия специальной инжекционной горелки. Контроль отжига футеровочного слоя в процессе его формирования,последующего отжига осуществлялся термопарой,помещенной на внутреннюю поверхность стеклокристаллического слоя. В результате данной технологической операции получается двухслойное изделие металл-камень, которое необходимо подвергнуть отжигу путем введения в горловину изделия факела газовой инжекционной горелки. Эта операция позволяет снять внутренние напряжения конструкции. На остывших отливках удаляются и выбиваются прибыльные части,заусенцы и др. Для обеспечения точных заданных рабочих размеров трубы, улитки и впускного диаметра циклонов и гидроциклонов применяется электродуговое выплавление шлака. После завершения отделочных операций полость гарнисажной футеровки очищается от остатков шлака, взвешивается, наносится краской на корпус трубы ееи складируется на площадке готовой продукции. Полученные цельнолитые бесшовные гарнисажные футеровки из огненно-жидких шлаков металлических деталей предназначены для защиты внутренних поверхностей машин и агрегатов,работающих в условиях высоких температур (до 400 С) и агрессивных сред. Преимущество цельнолитых футеровок по сравнению с футеровками из каменного литья, резины, пластмасс 4 заключается в увеличении их срока службы в 8-10 раз и значительно меньшей стоимости, а также возможности замены легированных сталей обычными (причем меньшей толщины) при сооружении газоочистных и агломерационных аппаратов, емкостей, конструкций. Полученное заявленным способом литое изделие обладает мелкозернистой структурой и следующими физико-техническими показателями объемная масса 3000 кг/м 3 предел прочности при сжатии 500-600 МПа предел прочности при изгибе 50-70 МПа истираемость 0,01-0,02 г/см 2 термостойкость 1100 С коэффициент терморасширения 6,3-6,810-6-1 град.кислотостойкость 98 щелочностойкость 96 . ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ футеровки полого металлического изделия,включающий нагревание изделия,заполнение его внутренней полости расплавом силикатного материала, выдержку расплава до образования футеровочного слоя, слив остатков расплава силикатного материала и охлаждение изделия до температуры окружающей среды,отличающийся тем, что перед нагреванием металлического изделия на его внутреннюю поверхность наносят защитный слой, внутреннюю поверхность металлического изделия нагревают при температуре 50-200 С в течение 60-180 мин, расплав силикатного материала наносят на внутреннюю поверхность металлического изделия,при образовании футеровочного слоя во внутреннюю полость металлического изделия порционно добавляют свежий расплав силикатного материала,охлаждение металлического изделия проводят с выдержками, при этом охлаждение и выдержку металлического изделия ведут с перепадом температур между поверхностью металлического изделия и поверхностью футеровочного слоя при температуре не более 50-60 С. 1. термообработку внутренней поверхности металлического изделия проводят при температуре 900-1000 С в течение 60-180 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внутреннюю поверхность металлического изделия нагревают, предпочтительно, в течение 90 мин. 3. Способ по п.п.1 и 2, отличающийся тем, что при нагревании внутренней поверхности металлического изделия,предпочтительно,используют инжекционную горелку. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение металлического изделия осуществляют,предпочтительно, при температуре 1000-900 С. 5. Способ по п.п.1 и 4, отличающийся тем, что охлаждение металлического изделия осуществляют,предпочтительно, со скоростью 80-120 С/мин. 6. Способ по п.п.1, 4 и 5, отличающийся тем,что охлаждение металлического изделия осуществляют,более предпочтительно,со скоростью 100 С/мин. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку внутренней поверхности металлического изделия проводят,предпочтительно, при температуре 950 С. 8. Способ по п.п.1 и 7, отличающийся тем, что термообработку внутренней поверхности металлического изделия проводят,предпочтительно, в течение 90 мин. 9. Способ по пп.1, 7 и 8, отличающийся тем, что при термообработке внутренней поверхности металлического изделия,предпочтительно,используют инжекционную горелку.