Жаростійке керамічне днище

УКРАЇНА (19) UA (11) 113564 (13) C2 (51) МПК B22D 41/02 (2006.01) B22D 41/08 (2006.01) ДЕРЖАВНА СЛУЖБА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ УКРАЇНИ ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (21) Номер заявки: a 2015 05093 Дата подання заявки: 03.12.2013 (22) (24) Дата, з якої є чинними 10.02.2017 права на винахід: (31) Номер попередньої 13150422.7 (32) Дата подання 07.01.2013 заявки відповідно до Паризької конвенції: попередньої заявки відповідно до Паризької конвенції: (33) Код держави-учасниці EP Паризької конвенції, до якої подано попередню заявку: (41) Публікація відомостей 10.11.2015, Бюл.№ 21 про заявку: (46) Публікація відомостей 10.02.2017, Бюл.№ 3 про видачу патенту: (86) Номер та дата подання міжнародної заявки, поданої відповідно до Договору PCT PCT/EP2013/075299, 03.12.2013 (72) Винахідник(и): Мараніч Александер (AT), Хьок Маттіас (AT), Кіршен Маркус (AT) (73) Власник(и): РЕФРЕКТОРІ ІНТЕЛЛЕКТУАЛ ПРОПЕРТІ ГМБХ & КО. КГ, Wienerbergstraße 11, A-1100 Wien, Austria (AT) (74) Представник: Петров Андрій Володимирович, реєстр. №139 (56) Перелік документів, взятих до уваги експертизою: MASSE F: "Résultats obtenus en fonds de poche à acier par la mise en place d' une couche de sécurité incurvée en blocs préfabriqués de bétons réfractaires*", REVUE DE METALLURGIE - CAHIERS D'INFORMATIONS TECHNIQUES, REVUE DE METALLURGIE. PARIS, FR, vol. 88, no. 7 / 08, 01.07.1991, pages 781-788. US 2012126467 A1, 24.05.2012 (54) ЖАРОСТІЙКЕ КЕРАМІЧНЕ ДНИЩЕ (57) Реферат: Винахід належить до жаростійкого керамічного днища в області приєднання щонайменше до однієї стінки посудини для обробки високотемпературного розплаву. UA 113564 C2 (12) UA 113564 C2 UA 113564 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до жаростійкого керамічного днища в області приєднання щонайменше до однієї стінки посудини для обробки високотемпературного розплаву. Посудина може бути представлена, наприклад, металургійним ливарним ковшем (поанглійському: ladle). Рівень техніки й винахід описані в подробицях нижче на основі цього застосування. Такий ливарний ківш показаний, наприклад, в US 5 879 616 А. Істотно спрощено він складається із днища й стінки, що проходить наверх від днища, з переважно круглим внутрішнім поперечним перерізом таким чином, що, у цілому, одержаний різновид форми горщика, а в днищі розташований щонайменше один отвір (область зливу). Оброблювані в ливарному ковші металеві розплави попадають за допомогою зливального отвору (випуску металу) у наступну установку, наприклад, у проміжний ківш (по-англійському: tundish). Для регулювання/керування кількістю металевого розплаву служить пробкова заглушка (по-англійському: stopper) або клапан із заслінкою (по-англійському: sliding plate valve), названий також регулювальним органом. У випадку влучення в проміжний ківш також і шлаку, якість сталі знижується, так само як і сила зчеплення в проміжному ковші. Тому намагаються закривати зливальний отвір відразу, як тільки шлак прибув в область зливального отвору. Ливарний ківш спорожнюється в такому випадку від залишкової кількості розплаву й шлаку. Внаслідок цього відбуваються значні втрати матеріалу й високі витрати на вторинну переробку. Оскільки шлак легше металевого розплаву (сталевого розплаву), шлак переважно плаває на металевій ванні. Тому поверхня днища ливарних ковшів виконана похилою (по-англійському: sloped), що дозволяє транспортувати можливо більший об'єм рідкого металу через зливальний отвір, що розташовується в найглибшому місці днища, перш ніж через нього потече шлак. Це вимагає виконання днища з відповідним чином складною формою. Жаростійка футерівка днища стає складною й дорогою. В основі винаходу лежить мета надання конструкції, що забезпечує видалення можливо більшого об'єму розплаву високої якості із плавильної посудини. Для досягнення цієї мети винахід передбачає наступні заходи. У принципі, є вигідним, коли розплав транспортується уздовж похилої поверхні до зливального отвору. Тому днище відповідно до винаходу мабуть, щонайменше, ділянками нахилено відносно горизонталі. Похила поверхня повинна знижуватися, насамперед, до області зливального отвору. Для забезпечення відтворених умов при литті форма днища, де протікає розплав, повинна бути, по можливості, завжди однаковою. Разом з тим, передбачається, що форма днища й, насамперед, поверхня днища, повинна залишатися можливо більш незмінною також після ремонту або заміни витраченого жаростійкого матеріалу (у межах технічних допусків). Виготовлена новим способом монолітна зношувана футерівка, як вона описана в US 5879616, після ремонту неминучим чином має відмінну геометрію. Даний винахід пропонує інший підхід: днище виконано з жаростійкої довговічної футерівки, на якій розташовується зношувана футерівка. Довговічна футерівка, або точніше, поверхня довговічної футерівки задає необхідну геометрію для зношуваної футерівки. Довговічна футерівка має відповідним чином щонайменше одну похилу поверхню й тривимірну форму. Довговічна футерівка не повинна обновлятися протягом досить довгого часу, оскільки вона не підлягає зношуванню. Тільки розташована на довговічній футеровці зношувана футерівка витрачається, і повинна, час від часу, піддаватися ремонту або відновленню. Якщо зношувана футерівка покладена у формі жаростійких цеглин на довговічній футеровці, безпосереднім наслідком цього є те, що верхня сторона зношуваної футерівки має ту ж саму або по суті ту ж саму форму (геометрію), як і верхня сторона довговічної футерівки. Це є дійсним, насамперед, у випадку, коли цеглини зношуваної футерівки є переважно конструктивно ідентичними й переважно покладені в тім же самому напрямку. Це є дійсним також у випадку, коли окремі цеглини, ділянки цегельної кладки або вся зношувана футерівка піддаються ремонту або відновленню, оскільки довговічна футерівка залишається при цьому недоторканною, і далі задає необхідну геометрію поверхонь. Вищевикладені ознаки вважаються дійсними в рамках технічних умов, що є в наявності. Днище (похиле) з жаростійкого керамічного матеріалу ніколи не може бути суворо планарним (планарно-похилим) у математичному/ фізичному сенсі, і в ливарному ковші із круглим внутрішнім поперечним перерізом між цеглинами й стінкою або між цеглинами й зливальним отвором неминуче утворюються переходи, які повинні бути заповнені в ході окремої технологічної операції. Для цього нижче наведені наступні вказівки. Проте, такі дії є тільки 1 UA 113564 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 допоміжними заходами, оскільки найбільша частина зношуваного шару, що, може бути побудована зі стандартних фасонних цеглин. У самому загальному варіанті здійснення винахід відноситься до жаростійкого керамічного днища в області його приєднання щонайменше до однієї стінки посудини для обробки високотемпературного розплаву, з наступними ознаками: днище має щонайменше два шари, а саме нижній шар з жаростійкої керамічної довговічної футерівки й верхній шар з жаростійкої керамічної зношуваної футерівки, причому довговічна футерівка має поверхню, що примикає до зношуваної футерівки, яка, щонайменше, ділянками нахилена відносно горизонталі більш ніж на 1°, - ця поверхня має тривимірне виконання, і - зношувана футерівка складається, щонайменше, на 60 % по масі з жароміцних керамічних суцільних цеглин, - довговічна футерівка й зношувана футерівка мають у кожному випадку щонайменше один розрив для утворення щонайменше одного загального випускного отвору для високотемпературного розплаву. Такі вказівки як "угорі, унизу" і т.д. відносяться завжди до нормального робочого положення посудини. Поняття "суцільна цеглина" охоплює всі типи класичних жаростійких керамічних цеглин, незалежно від їхньої геометрії або складу. Суцільні цеглини є, насамперед, компактними жароміцними цеглинами (по-англійському: bricks), виконаними у формі прямокутного паралелепіпеда, стрижня або тривимірного багатокутника з по суті гомогенною внутрішньою структурою, причому відкрита й/або закрита пористість повинна бути по можливості малою, наприклад, 70 % по масі, >75 % по масі, >80 % по масі, >85 % по масі, >90 % по масі, >93 % по масі або >95 % по масі. Відповідний відсоток у суцільних цеглинах залежить від форми, габаритів і величини відповідного ливарного ковша. Він повинен бути можливо більш високим для відтворення поверхневої структури довговічної футерівки якнайкраще. Інша частина може бути виконана, наприклад, з жаростійкої маси, що застосовується в перехідній області між сусідніми цеглинами, між цеглинами й стінкою або в інших конструктивних елементах/вбудованих елементах, в області зливального отвору й т.д. для заповнення пазух. Для цього нижче наведена наступна інформація. Відповідно до варіанта здійснення довговічна футерівка складається щонайменше з однієї монолітної жаростійкої маси. Вся довговічна футерівка може бути виготовлена на місці або в будь-якому іншому місці розташування, також і поза установкою, у якій використовується плавильна посудина. Є вигідним виконання довговічної футерівки у вигляді збірного конструктивного елемента. Збірний конструктивний елемент може бути нероздільним або збірним (наприклад, 2-10-частковим) і складатися, наприклад, із сегментів, які доповнюють одне одного з утворенням повної довговічної футерівки. Довговічна футерівка днища встановлюється в такому випадку в ливарний ківш, а зношувана потім футерівка укладається на довговічну футерівку. Тривимірна форма довговічної футерівки є важливою, оскільки вона задає поверхневу структуру зношуваної футерівки. Поверхнева структура зношуваної футерівки є важливою, оскільки ця поверхня має контакт із розплавом і повинна забезпечувати відведення можливо більшого об'єму розплаву з високою якістю через зливальний отвір. Довговічна футерівка може мати всілякі надстроєні або вбудовані елементи, наприклад: - надстроєний елемент для утворення відбивної області (відбивної пластини, поанглійському: impact pad) для розплаву, - щабель для стікання розплаву, - поглиблення для вбудовування газопродувного крана (по-англійському: gas purging plug), гніздової цеглини (по-англійському: well block) і таке подібне, 2 UA 113564 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - коритоподібне поглиблення, - обернену нагору стінку для утворення переливної перегородки (по-англійському: weir). Зношувана футерівка безпосередньо переймає ці форми, як це роз'яснено вище. Поверхня довговічної футерівки й тим самим відповідна поверхня зношуваної футерівки може бути нахилена по повній поверхні або частково. Максимальний нахил розташовується, як правило, на 45° до горизонталі, з верхніми можливими граничними значеннями на 30°, 25°, 20°, 15° або 10°, і можливими нижніми граничними значеннями на 1,5°, 2°, 3°, 4°, 5° або 8°. Відповідно до варіанта здійснення поверхня довговічної футерівки, що суміжна із зношуваною футерівкою, щонайменше, ділянками нахилена відносно горизонталі на від 2° до 25°, причому ділянки поблизу від зливального отвору (випуску металу) можуть мати більший нахил, ніж ділянки в області стінки металургійної посудини. Форма поверхні зношуваної футерівки тим більше відповідає формі поверхні довговічної футерівки, чим краще враховані наступні параметри, щонайменше, окремо, а переважніше в комбінації: - щонайменше 75 % суцільних цеглин зношуваної футерівки покладені в один шар. Більш високої відповідності досягають, коли цей показник становить >80 %, >85 %, >90 % або навіть >95 %, - щонайменше 60 %, а переважніше, щонайменше 65 %, 70 %, 75 % або 80 % суцільних цеглин зношуваної футерівки є конструктивно ідентичними. Паралельність між поверхнями довговічної футерівки й зношуваної футерівки оптимізована, коли більше 85 %, наприклад, >90 % або >95 % цеглин (по-англійському: bricks) зношуваної футерівки є конструктивно ідентичними. - цеглини зношуваної футерівки покладені переважно (>80 %, >85 %, >90 %, >95 %) у тій же самій орієнтації або відповідно до уніфікованого шаблона (по-англійському, pattern), наприклад, шаблона "у ялинку". Винахід дозволяє, щонайменше, частково застосовувати суцільні цеглини зношуваної футерівки у вигляді попередньо зібраних сегментів, у кожному випадку з декількох суцільних цеглин. Внаслідок цього ремонтні роботи можуть бути спрощені. Як показано вище, геометрія каменів може бути різною. Однак особливо просто можуть бути виготовлені днища, зношувана футерівка яких складається щонайменше на 70 % по масі або щонайменше на 75 % по масі із суцільних цеглин, які на вигляді зверху мають трикутний, прямокутний або полігональний профіль. Відповідно до іншого варіанта здійснення зношувана футерівка складається щонайменше на 80 % по масі із суцільних цеглин, які мають їх найбільшу поздовжню довжину у вертикальному напрямку. У принципі, цегли зношуваного шару можуть бути виготовлені з довільного жаростійкого матеріалу, наприклад, щонайменше з одного матеріалу наступної групи: магнезію (Mg), глинозем (Аl2O3), магнезія-вуглець (MgO-C), обпалений доломіт (MgO-Са), хроміт магнезії (MgOСr2О3), Тi2. У ливарному ковші із круглим внутрішнім поперечним перерізом і із прямокутними цеглинами для довговічної футерівки або для зношуваної футерівки неминуче утворюються пазухи між днищем і стінкою. Аналогічні пазухи, наприклад, можуть утворюватися: - між суцільними цеглинами, - між суцільними цеглинами й довговічною футерівкою, - між суцільними цеглинами й окремим конструктивним елементом у днищі. Ці пазухи можуть бути заповнені жаростійкою керамічною масою. Заповнення може бути виготовлене від руки або автоматично, наприклад, за допомогою утрамбовки, шприцювання, заливання або затірки швів. Для запобігання утворення стиків між сусідніми суцільними цеглинами (цеглинами) зношуваної футерівки варіант винаходу передбачає наступне: суцільні цеглини, які розташовуються на поверхні довговічної футерівки, що нахилена відносно горизонталі щонайменше на 1,5°, розташовуються, наприклад, зі східчастим зсувом, як представлено в описі креслень (якщо ніяке площинне укладання не є можливою). Винахід пропонує наступні переваги в порівнянні з рівнем техніки: - для зношуваної футерівки можуть бути застосовані довільні жаростійкі сорти, - для монолітної довговічної футерівки обґрунтоване застосування мас, які мають гарну міцність і стійкість до гідратування, наприклад, глиноземних мас, - тривалість монтажу днища є короткою, оскільки довговічна футерівка, що не обновляється, уже задає форму поверхні готового днища, 3 UA 113564 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - монтаж довговічної футерівки у вигляді збірного конструктивного елемента оптимізує монтаж усієї ділянки днища, - помилки при монтажі в значній мірі виключені, оскільки довговічна футерівка залишається незмінною, - укладання цеглин зношуваного шару, що, є простим, помилки при виборі формату або при позиціонуванні цеглин мінімізовані, - можна робити також днища складних форм, - вбудовані й надстроєні елементи можуть бути просто інтегровані, - довговічна футерівка не знаходиться в контакті з розплавом; внаслідок цього строк її служби (по-англійському: service time) додатково підвищений, навіть у випадку застосування більш низькосортних жароміцних матеріалів. Профіль довговічної футерівки зберігається тривалий строк. - під час випуску металу посудина повинна бути нахилена тільки в незначному ступені, - витрата жароміцного матеріалу зменшена. Інші ознаки винаходу одержані з ознак додаткових пунктів формули винаходу, а також з інших заявочних матеріалів. При цьому окремі ознаки можуть бути застосовані також і в інших комбінаціях, якщо інше явно не виключено або не є технічно безглуздим. Винахід описаний у подробицях нижче за допомогою різних варіантів здійснення. Креслення показують, у кожному випадку в суто схематичному поданні, наступне: Фіг. 1: перспективне подання днища відповідно до винаходу сталеливарного ковша на зображенні в розібраному вигляді (фіг. 1А, Б) і після монтажу (фіг. 1В), Фіг. 2: частковий поперечний переріз через першу ділянку днища, Фіг. 3: частковий поперечний переріз через другу ділянку днища, Фіг. 4: частковий поперечний переріз через третю ділянку днища, Фіг. 5: частковий поперечний переріз через четверту ділянку днища, Фіг. 6: поперечний переріз через ливарний ківш із днищем згідно фіг. 1. На кресленнях однакові або однаково діючі конструктивні елементи представлені з однаковими посилальними позначеннями. При цьому елемент описаний як надстроєний, коли ливарний ківш орієнтований суворо вертикально. Фіг. 1 показує днище із двома шарами, а саме з нижнім шаром 10 і з розташованим на ньому верхнім шаром 20. Обидва на вигляді зверху є приблизно круглими. Нижній шар 10 виконаний у якості довговічної футерівки й складається з жаростійкої керамічної маси на основі глинозему. Довговічна футерівка 10 повністю виконана у вигляді збірного конструктивного елемента й має горизонтальну нижню поверхню 10u і сформовану тривимірну верхню поверхню 10о. Поверхня 10о має наступні області: - приблизно в середині розташований перший щабель 13, - у лівій верхній третині розташована виступаюча відбивна поверхня 14, - всі області поверхні 10о нахилені приблизно на 3° до горизонталі, з нахилом у напрямку зливального отвору 30. Верхній шар 20, тобто зношуваний шар, складається із гнітючою перевагою (>80 % по масі) із прямокутних жароміцних цеглин 21 однакової величини й однакового укладання, за винятком розташованих в області зливального отвору 30. Внаслідок цього одержано, що геометрія нижньої сторони 20u і верхньої сторони 20о зношуваного шару 20 слідує в значній мірі за геометричною заданою величиною верхньої сторони 10о довговічної футерівки 10. Розходження проявляються, у всякому разі, внаслідок того, що цеглини 21 (суцільна цеглина), наприклад, в області щабля 13 (нахил приблизно 90°) трохи зміщені убік, як показує фіг. 2. Утворений внаслідок цього простір 23 між верхньою стороною 10о довговічної футерівки й нижньою стороною 20u цеглини 21.1 заповнено жароміцною масою на основі глинозему. Це аналогічним чином відноситься до щаблів на поверхнях з нахилом, наприклад, 25° (фіг. 3) або до позиціонування суцільних цеглин 21 на похилих поверхнях з різним нахилом що слідують одне за одним (фіг. 4). Фіг. 5 показує варіант здійснення, у якому планарні похилі поверхні фіг. 3, 4 замінені на подібний до сходів контур, що, у цілому, проте, з технічної точки зору дає в підсумку нахил, як на фіг. 3. Щодо цього поняття "похила поверхня" з технічної точки зору охоплює також варіанти здійснення з відповідними, маленькими щаблями що слідують одне за одним 13 (фіг. 5). Як показують фіг. 1 і 6, між цеглинами 21 і сусідньою вигнутою стінкою 52 посудини сталеливарного ковша 50 також передбачені пазухи Z. Ці області також заповнюються монолітною жаростійкою масою. 4 UA 113564 C2 5 У днищі відповідно до винаходу підлягає заміні тільки зношувана футерівка 20. Для цього демонтують цеглини 21 і можливі інші складові частини зношуваної футерівки 20. Довговічна футерівка 10 залишається незмінною. Новий зношуваний шар 20 будується знову на геометрії, що є наявною, довговічної футерівки 10 таким чином, що верхня сторона 20о зношуваної футерівки 20 знову відповідає геометрії поверхні довговічної футерівки 10. Тим самим надана можливість простого, швидкого й недорогого ремонту, причому тривимірне виконання автоматично задано за допомогою незмінної довговічної футерівки 10. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Жаростійке керамічне днище в області приєднання щонайменше до однієї стінки (52) посудини (50) для обробки високотемпературного розплаву, з наступними ознаками: A) днище має щонайменше два шари (10, 20), а саме: Б) нижній шар з жаростійкої керамічної довговічної футерівки (10), і B) верхній шар з жаростійкої керамічної зношуваної футерівки (20), причому Г) довговічна футерівка (10) має суміжну з зношуваною футерівкою (20) поверхню (10о), що щонайменше ділянками нахилена відносно горизонталі більш ніж на 1°, Д) ця поверхня (10о) має тривимірне виконання, і Е) зношувана футерівка (20) складається щонайменше на 60 % по масі з жаростійких керамічних суцільних цеглин (21), Ж) довговічна футерівка (10) і зношувана футерівка (20) мають у кожному випадку щонайменше один розрив для утворення щонайменше одного загального випускного отвору (30) для високотемпературного розплаву. 2. Днище за п. 1, довговічна футерівка (10) якого виконана переважно щонайменше з однієї монолітної жаростійкої маси. 3. Днище за п. 1, довговічна футерівка (10) якого являє собою збірний конструктивний елемент, що виготовлений щонайменше з однієї монолітної жаростійкої маси. 4. Днище за п. 1, довговічна футерівка (10) якого має щонайменше один щабель (13). 5. Днище за п. 1, у якому поверхня (10о) довговічної футерівки (10), що суміжна із зношуваною футерівкою (20) щонайменше ділянками нахилена відносно горизонталі на від 2° до 25°. 6. Днище за п. 1 щонайменше з одним окремим конструктивним елементом (14, 30), що вбудований у довговічну футерівку (10) і в зношувану футерівку (20). 7. Днище за п. 1, у якому щонайменше 75 % суцільних цеглин (21) зношуваної футерівки (20) укладені в один шар. 8. Днище за п. 1, у якому щонайменше 60 % суцільних цеглин (21) зношуваної футерівки (20) є конструктивно ідентичними. 9. Днище за п. 1, у якому суцільні цеглини (21) зношуваної футерівки (20) щонайменше частково укладені у вигляді попередньо зібраних сегментів, у кожному випадку з декількох суцільних цеглин. 10. Днище за п. 1, зношувана футерівка (20) якого складається щонайменше на 70 % по масі із суцільних цеглин (21), які на вигляді зверху мають трикутний, прямокутний або полігональний профіль. 11. Днище за п. 1, зношувана футерівка (20) якого складається щонайменше на 80 % по масі із суцільних цеглин (21), які мають їх найбільшу поздовжню довжину у вертикальному напрямку. 12. Днище за п. 1, у якому суцільні цегли (21) зношуваної футерівки (20) складаються щонайменше з одного матеріалу наступної групи: магнезія, глинозем, магнезія-вуглець, обпалений доломіт, хроміт магнезії. 13. Днище за п. 1 або п. 6, яке має пазухи (23): - між суцільними цеглинами (21), - між суцільними цеглинами (21) і стінками (52) посудини (50), - між суцільними цеглинами (21) і довговічною футерівкою (10), - між суцільними цеглинами (21) і окремим конструктивним елементом (14, 30) у днище, які щонайменше частково заповнені вогнетривкою керамічною масою. 14. Днище за п. 1, у якому суцільні цеглини (21) в області поверхні (10о) довговічної футерівки (10), що нахилена відносно горизонталі щонайменше на 1,5°, розташовані зі східчастим зсувом. 5 UA 113564 C2 6 UA 113564 C2 7 UA 113564 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8