Торкрет-маса для футерівки металургійних агрегатів

Торкрет-маса для футерівки металургійних агрегатів, яка містить порошкоподібне вуглецеве паливо, вапно та сплав оксидів алюмінію, кремнію і кальцію, яка відрізняється тим, що склад вказаного сплаву додатково містить оксид магнію, при наступному співвідношенні компонентів складу торкрет-маси, мас. %: вуглецеве паливо 15-45 вапно 45-65 сплав оксидів алюмінію, кремнію, кальцію та магнію 10-20, при цьому компоненти вказаного сплаву представлені наступним співвідношенням мас. %: оксид алюмінію 9-13 оксид кремнію 37-40 оксид кальцію 39-44 оксид магнію 7-11. UA (21) a200900191 (22) 12.01.2009 (24) 10.06.2010 (46) 10.06.2010, Бюл.№ 11, 2010 р. (72) ХАРЛАШИН ПЕТРО СТЕПАНОВИЧ, ЧЕМЕРИС МИКОЛА ОЛЕГОВИЧ, ГРИГОР'ЄВА МАРІЯ ОЛЕКСІЇВНА, ЯЦЕНКО АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, БАКСТ ВОЛОДИМИР ЯКОВЛЕВИЧ (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) SU, 676 579, A, 30.07.1979 SU, 933 654, A, 07.06.1982 SU, 1 291 582, A1, 23.02.1987 UA, 31 392, A, 15.12.2000 UA, 38 949, A, 15.05.2001 RU, 2 055 040, C1, 27.02.1996 CS, 214 209, B1, 01.06.1984 CA, 1 204 792, A1,20.05.1986 US, 5 147 834, A, 15.09.1992 JP, 2006-160558, A, 22.06.2006 C2 2 (19) 1 3 вуглецеве паливо 12-45 суміш вапняного порошку зі сплавом оксидів алюмінію, кремнію та кальцію 55-88. при цьому у вогнетривкому наповнювачі маса вапняного порошку у 3-10 разів більша, ніж маса сплаву оксидів алюмінію, кремнію та кальцію; у сплаві оксидів маса оксидів алюмінію в 5-9 разів менша, ніж маса оксидів кремнію та кальцію, а маса оксидів кремнію знаходиться з масою оксидів кальцію у співвідношенні 0,8-2,0. [Патент України №38949А кл.С04 D35/02 від 04.12.2000, опубл. 15.05.2001]. Ця торкрет-маса обрана в якості прототипу. Під час факельного торкретування вуглецеве паливо згоряє в потоці кисню та утворює в порожнині металургійного агрегату, наприклад, кисневого конвертора, температуру 1600-1900°С, при якій частинки вогнетривкого наповнювача переходять в інший стан. Частинки вапна, потрапляючи на поверхню футеровки, набувають слабких пластичних властивостей, які є недостатніми для активного спікання та побудови міцного каркасу торкретпокриття, але достатні для розчинення вапна у рідкій фазі. Частинки сплаву оксидів алюмінію, кремнію та кальцію при температурі 1300-1400°С [див. евтектику "тридиміт - шпінель - двокальцієвий силікат" на діаграмі СаО-SiO2-АІ2О3 на Фіг.490 у довіднику "Минералы" - T.1. - Вип.1. - М.:"Наука", 1974] переходять у рідкий стан та заповнюють проміжок між частинками вапна. Вапно починає розчинятися у цій рідкій фазі, внаслідок чого утворюється двокальцієвий силікат з температурами початку плавлення більш ніж 2000 °С. Такі температури не досягаються під час горіння вуглецевого палива в атмосфері кисню всередині металургійного агрегату. Внаслідок цього в'язкість рідкої фази швидко зростає і вона твердіє. Таким чином формується щільний, міцний моноліт дрібнокристалічної будови, який має високу шлакостійкість без втрати термостійкості у металургійних агрегатах, особливо в кисневих конверторах. Недоліком цієї торкрет-маси є низька ефективність торкретування конверторів (співвідношення ваги торкрет-маси, яка приварилася на означеній дільниці до ваги торкрет-маси, яка була подана до факелу), котра під час вертикального торкретування конвертерів не перевищує 70%. Під час торкретування конверторів в горизонтальному стані напільними торкрет-машинами збільшення ефективності торкретування може бути досягнуто за рахунок утворення в порожнині конвертера циклонної аеродинаміки високотемпературного факелу - циклонно-факельного торкретування. Враховуючи складність конструкції тракту конвертора, що відводить гази, крізь який до конвертера вводиться торкрет-фурма, під час вертикального торкретування здійснювати цій засіб не уявляється можливим. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення складу торкрет-маси для футеровки металургійних агрегатів, за рахунок введення нового матеріалу, що дозволяє одержати торкретпокриття з високими шлакостійкістю та термостійкістю, торкретування якою супроводжувалося б 90964 4 високою ефективністю торкретування футеровки металургійних агрегатів. Для рішення поставленої задачі в торкрет-масі для футеровки металургійних агрегатів, яка містить порошкоподібне вуглецеве паливо, вапно та сплав оксидів алюмінію, кремнію і кальцію, у відповідності з винаходом, з додатковим введенням в склад сплаву оксидів оксиду магнію при наступному компонентів співвідношенні, мас. %: вуглецеве паливо 15-45 вапно 45-65 сплав оксидів алюмінію, кремнію, кальцію та магнію 10-20. при цьому компоненти сплаву оксидів представлені наступним співвідношенням мас. %: оксид алюмінію 9-13 оксид кремнію 37-40 оксид кальцію 39-44 оксид магнію 7-11. Загальними з прототипом суттєвими ознаками винаходу є : наявність вуглецевого палива; наявність вапняного порошку; наявність сплаву оксидів; наявність у сплаві оксидів алюмінію, кремнію та кальцію. Суттєвими ознаками винаходу, що відрізняються від прототипу, є: наявність сплаву оксидів алюмінію, кремнію, кальцію та магнію; верхній рівень наявності оксиду магнію у сплаві оксидів - 11%; нижній рівень наявності оксиду магнію у сплаві оксидів - 7%. Перераховані вище суттєві ознаки є необхідними та достатніми для усіх випадків, на які поширюється область застосування винаходу. Між суттєвими ознаками та технічним результатом - підвищенням ефективності торкретування без втрати шлакостійкості та термостійкості - існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним. Під час факельного торкретування конверторів вапняними масами, які містять легкоплавкі домішки, важливо, щоб перехід домішки, яка розплавилася, в тверду зв'язку з двокальцієвого силікату, здійснювався якнайшвидше, інакше торкрет-маса частково оплавиться та стече з футеровки, що призведе до зниження її стійкості. Для цього домішка за хімічним складом мусить бути як можна ближче до двокальцієвого силікату, що відповідає евтектиці "ранкиніт+волластоніт" [див. "Диаграммы состояния силикатных систем". Справочник "Двойные системы". - Вип.1. - 1965. - С.48-52] з вмістом СаО - 54,5мас.% (див. в тому ж місці п.5, табл.1). В той же час для досягнення найбільшого ступеню сепарації частинок торкрет-маси на поверхні торкретування необхідно, щоб рідка фаза там мала найбільшу рідкотекучість (найменшу в'язкість), для чого сплав оксидів домішки повинен мати мінімальну температуру початку плавлення. Таким чином, робоча поверхня футеровки конвертера на період торкретування стає схоже на рідкий сепаратор. З розглянутих діаграм плавкості окремих ізотермічних чотирьохкомпонентних систем СаО 5 90964 SiO2-АІ2О3-MgO при 1220°С [див. фіг.757 у довіднику "Минералы". - М.:"Наука",1974. - T.1. - Вип.1.] та при 1190 С (фіг.758, там же) видно, що найбільш низька температура початку плавлення відповідає досить широкій області для анортриту, енстатиту, та діоксиду, яка одночасно за хімічним складом найбільш близька до двокальцієвого силікату. Сплав оксидів з цієї області при температурі 1190°С на поверхні торкретування спочатку утворює рідку фазу, а потім після розчинення в ній малої кількості (біля 7% від маси сплаву або 12мас.% від маси вапна) оксиду кальцію, швидко твердіє, перетворюючись в тверду високовогнетривку зв'язку на підставі двокальцієвого силікату, одночасно забезпечує високий ступень сепарації частинок торкрет-маси на поверхні футеровки конвертера уникаючи оплавлення торкрет-покриття. При використанні вапняних торкрет-маc досягається найбільш висока ефективність торкретування - до 95мас.%. Крім того, додавання оксиду магнію до сплаву оксидів алюмінію, кремнію та кальцію в означеному діапазоні не призводить до зменшення температур солідуса і ліквідуса сформованого торкретпокриття нижче 1900°С. Тому торкрет-покриття не стікає з футеровки наприкінці операції торкретування, коли робоча поверхня футеровки розігріва 6 ється до найбільш високої температури (до 1900°С). Таким чином, тільки сукупність ознак, що відрізняються, забезпечує досягнення поставленої технічної задачі. Приклад приготування торкрет-маси Сплав оксидів алюмінію, кремнію, кальцію та магнію готували у електродуговій печі шляхом сплавлення технічного глинозему (вміст оксидів алюмінію - 85-90мас.%), піску (вміст оксидів кремнію - 90-95мас.%), вапна (вміст оксидів кальцію 96-98мас.%) та магнезиту (вміст оксидів магнію 88-93мас.%) у необхідній згідно з винаходом пропорції. Сплав та вапно дозували у співвідношенні 1:5 відповідно, суміш здрібнювали в кульковому млині до фракції менше 0,1мм, після цього до суміші додавали антрацитовий пил (15-45мас.%), фракційний склад якого менше 1мм. Після цього торкрет-масу використовували для торкретування футеровки кисневого конвертера. Отримані склади і результати досліджень торкрет-маси з різним вмістом компонентів наведені в таблиці. Термостійкість торкрет-покриття визначали візуальним методом шляхом оцінки кількості плавок, під час яких покриття залишалось повністю неушкодженим. Таблиця Склад торкрет-мас і результати досліджень № пп 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 вуглецеве паливо 10 15 15 25 25 25 30 30 40 40 45 Склад торкрет-маси, мас. % оксиди елементів у сплаву вапно Al Si Ca Mg 65 10 46 44 0 65 10 46 44 0 65 12 39 40 9 60 11 42 40 7 60 11 40 40 9 60 11 39 39 11 50 10 38 42 10 60 10 38 43 9 50 10 38 42 10 55 9 35 41 15 50 10 32 38 20 Як випливає з наведених результатів оптимальним для рішення поставленої задачі оптималь Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Результати досліджень Всього сплаву термостійкість, шлакостійкість, оксидів плавок плавок 25 9 4 20 9 6 20 11 7 15 11 7 15 11 7 15 11 7 10 11 7 10 11 7 10 11 7 5 8 5 5 7 5 ним є торкрет-покриття зі складом, наведеним під пп. 2-9 таблиці. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601