Дуттьова фурма доменної печі з захисним покриттям

1. Дуттьова фурма доменної печі з захисним покриттям, що включає мідні внутрішній і зовнішній стакани, по торцях з'єднані фланцем і “рильною” частиною, захисне покриття якої виконане тришаровим, нанесеним на її зовнішню робочу поверхню плазмовим розпиленням матеріалу, та містить металеві перший та другий шари, а третій шар містить діоксид цирконію, яка відрізняється тим, що захисне покриття нанесене на всю зовнішню мідну поверхню та прикінцеву частину внутрішньої поверхні з боку “рильної” частини, причому перший шар захисного покриття виконаний з молібдену, другий шар з жароміцного сплаву на основі нікелю, а третій шар – додатково містить сполуки алюмінію, при цьому кожен шар захисного покриття, одержаний плазмовим розпиленням дроту, має товщину 0,3-1,5 мм. 2. Дуттьова фурма за п. 1, яка відрізняється тим, що третій шар захисного покриття одержаний плазмовим розпиленням порошкового дроту. 3. Дуттьова фурма за п. 1, яка відрізняється тим, що третій шар захисного покриття одержаний плазмовим розпиленням дроту, що містить діоксид кремнію. UA (21) 20040807145 (22) 27.08.2004 (24) 17.07.2006 (46) 17.07.2006, Бюл. № 7, 2006 р. (72) Русєв Геннадій Михайлович, Галюк Микола Пилипович, Овсяніков Віктор Васильович, Русєв Олексій Геннадійович (73) Русєв Геннадій Михайлович, Галюк Микола Пилипович, Овсяніков Віктор Васильович, Русєв Олексій Геннадійович (56) UA, 49411, C2, 16.09.2002 UA, 45466, C2, 15.04.2002 SU, 1822415, A3, 15.06.1993 RU, 2235789, C2, 09.10.2004 RU, 2002129285, A, 27.05.2004 US, 4139673, 13.02.1979 US, 4189130, 19.02.1980 JP, 55107770, A, 19.08.80 С. Я. Шехтер, А. М. Резницкий и др. Автоматическая сварка, №1, 1988, стр. 54-55 Проволока стальная сварочная. ТУ ГОСТ 2246 70. М., Госкомитет СССР по стандартам. - 1983. 22 с. C2 2 (19) 1 3 76307 4 що досягається, є дуттьова фурма доменної печі з ву на основі нікелю, третій шар - зі сполук алюмізахисним покриттям [див. «Плазмове напилюваннію, при цьому кожен шар захисного покриття має ня дуттьових фурм доменних печей», Шехтер С.Я., товщину 0,3-1,5мм і отриманий плазмовим розпиРезницкий A.M. та ін., «Автоматичне зварювання», ленням дроту. №1, 1988р., стор.54-55, «Наукова думка», Київ], Новим є також те, що третій шар захисного пояка включає мідні внутрішній і зовнішній стакани, криття отриманий плазмовим розпиленням порошпо торцях з'єднані фланцем і рильною частиною, кового дроту. тришарове покриття якої, нанесене на зовнішню Новим є також те, що третій шар захисного поробочу поверхню та отримане плазмовим розпикриття отриманий плазмовим розпиленням дроту, ленням матеріалу, містить металеві перший, друщо містить діоксид кремнію. гий шари та третій шар, що містить оксид циркоПричинно-наслідковий зв'язок між сукупністю нію. істотних ознак пристрою і технічним результатом, Перший металевий шар захисного покриття з що досягається, полягає в тому, що конструктивне нікелю має товщину 0,2мм, другий, оксидновиконання дуттьової фурми доменної печі з захисметалевий шар - 0,4мм, третій шар з діоксиду цирним покриттям, що заявляється, а саме: конію - 0,8мм. - використання дуттьової фурми із захисним Відома дуттьова фурма оснащена покриттям, покриттям, нанесеним на всю зовнішню мідну пояке нанесене тільки на робочу поверхню фурми, верхню та прикінцеву частину внутрішньої поверхщо не забезпечує захист її мідної поверхні від окині з боку рильної частини; слювання. Це пов'язано з тим, що окислювання - виконання першого шару покриття з молібмідної поверхні відбувається в тій частині фурми, дену; яка розміщена в корпусі доменної печі, оскільки - виконання другого шару покриття з жароміцтам також відбувається інтенсивне нагрівання мідного сплаву на основі нікелю; ної поверхні в процесі виплавки чавуну. В резуль- виконання третього шару покриття зі сполук таті відбувається «підрив» покриття, нанесеного алюмінію; на робочу поверхню. - оптимізація товщини покриття; Крім того, покриття має низьку міцність зчеп- одержання покриття плазмовим розпиленням лення з основою та недостатню щільність, тому дроту, що в якості матеріалу, який напилюють, викорису сукупності з відомими ознаками забезпечує товують порошок. підвищення міцності зчеплення покриття з осноВикористання для напилювання третього шару вою і за рахунок цього досягається збільшення покриття порошку діоксиду цирконію також негатистійкості дуттьової фурми, а також збільшується вно позначається на якості покриття. Це пов'язано термін її служби. з тим, що під час нагрівання діоксиду цирконію при Досягненню зазначеного технічного результатемпературі приблизно 1200°С протікає ендотерту сприяє також те, що третій шар захисного покмічна реакція, яка супроводжується усадкою шару риття може бути отриманий плазмовим розпиленпокриття внаслідок структурних перетворень в ням порошкового дроту. ньому. Це приводить до збільшення пористості, до Досягненню зазначеного технічного результазниження щільності покриття і до порушення його ту сприяє також те, що третій шар захисного покцілісності. Внаслідок цього фурма недостатньо риття може бути отриманий плазмовим розпилензахищена від агресивного середовища і має обням дроту, що містить діоксид кремнію. межений термін служби. Одночасне оснащення дуттьової фурми захиВ основу винаходу поставлена задача удоскосним покриттям, нанесеним на всю зовнішню мідналити дуттьову фурму доменної печі з захисним ну поверхню та прикінцеву частину внутрішньої покриттям, в якій нове виконання елементів фурми поверхні з боку рильної частини, виконання захиста їх геометричні параметри, а також нові матеріаного покриття тришаровим з молібдену, жароміцли, з яких виконані елементи фурми, забезпечують ного сплаву на основі нікелю і сполук алюмінію і підвищення щільності елементів конструкції фурдіоксиду цирконію з товщиною кожного шару 0,3ми, підвищення міцності зчеплення покриття з ос1,5мм, а також одержання покриття плазмовим новою і за рахунок цього забезпечується збільрозпиленням дроту дозволяє одержати якісне зашення стійкості дуттьової фурми до зносу і хисне покриття, забезпечити стійкість дуттьової збільшується термін її служби. фурми від зносу і збільшити термін її служби. Поставлена задача вирішується тим, що у віОдержання першого шару захисного покриття домій дуттьовій фурмі доменної печі з захисним плазмовим розпиленням молібденового дроту покриттям, яка включає мідні внутрішній і зовнішзабезпечує сполука покриття, яке напилюють, з ній стакани, по торцях з'єднані фланцем і рильною основою в першу чергу за рахунок механічного частиною, захисне покриття якої виконане тришазчеплення часток, які напилюються, з виступами і ровим, нанесене на зовнішню робочу поверхню, западинами на поверхні основи, утвореними попеотримане плазмовим розпиленням матеріалу і редньою обробкою. містить металеві перший, другий шари і третій Крім того, при напилюванні розплавлених часшар, який містить діоксид цирконію, відповідно до ток молібдену в момент зіткнення з поверхнею винаходу, новим є те, що захисне покриття нанеоснови відбувається сплавлення часток молібдену сене на всю зовнішню мідну поверхню та прикінз металом основи з утворенням металевих зв'язцеву частину внутрішньої поверхні з боку рильної ків. Частки молібдену при зіткненні викликають частини, перший шар захисного покриття виконаплавлення основного металу і глибоко втілюються ний з молібдену, другий шар - з жароміцного сплав нього з утворенням інтерметалевих сполук. Мо 5 76307 6 лібденовий шар підвищує жароміцність покриття, а вої фурми. також є підшаром для нанесення наступного шару Дуттьові фурми доменних печей, захисне покпокриття, тому що молібден має підвищену адгериття яких отримано плазмовим розпиленням зію, як до металу основи, так і до матеріалу настудроту, мають підвищену щільність, а також міцпного шару захисного покриття - жароміцного ність зчеплення покриття з основою, оскільки пласплаву на основі нікелю, що наноситься на перший змове розпилення дроту дозволяє безперервно шар плазмовим розпиленням дроту. Жароміцні подавати і рівномірно розподіляти матеріал поксталі, що відносяться до аустенітних сталей, здатриття по факелу струменя плазми. В результаті ні зберігати високі механічні властивості при нагрідріт рівномірно нагрівається в потоці плазми, розванні до значних температур, мають високу хімічну плавляється, і матеріал кожного шару покриття і термічну стійкість, мають високу корозійну стійрівномірно розподіляється по поверхні. Завдяки кість. Якість захисного покриття поліпшується тацьому одержують щільне покриття, яке має підвикож за рахунок виконання третього шару плазмощену міцність зчеплення. Крім того, використання вим розпиленням порошкового дроту, усі дроту спрощує введення матеріалу, який напилюкомпоненти якого мають температуру плавлення, ється, в плазмовий струмінь, підвищує коефіцієнт яка перевищує 2000°С, а також одержують покритвикористання матеріалу. тя, яке не змочується або обмежено змочується Таким чином, фурма, яка оснащена покритрідким чавуном і рідким доменним шлаком, та не тям, що має високу щільність і міцність зчеплення вступає в хімічну взаємодію з газовою фазою. з основою, захищена від окислювання мідної поЗахисне покриття, третій шар якого отриманий верхні, від впливу агресивного середовища (газ, плазмовим розпиленням порошкового дроту, має бризки металу і шлаків), а також від механічного велику стійкість до теплових ударів, щільність і впливу шихтуючих компонентів доменної плавки. міцність зчеплення. Це забезпечується за рахунок Дуттьову фурму доменної печі з захисним поктого, що при високих температурах оксиди кальцію риттям, що заявляється, виготовляють таким чита алюмінію, які входять до складу порошкового ном. дpoтy, пригнічують структурні перетворення, що На дуттьову фурму, яка включає мідні внутрівідбуваються внаслідок ендотермічних реакцій, які шній і зовнішній стакани, по торцях з'єднані флансупроводжують нагрівання діоксиду цирконію. Тацем і рильною частиною, виготовлену за відомою ким чином, виключається усадка покриття. технологією, наносять тришарове захисне покритНаявність діоксиду кремнію в складі дроту, тя. Покриття наносять на всю зовнішню мідну поякий використовують для нанесення третього шаверхню та прикінцеву частину внутрішньої поверхру покриття, забезпечує одержання карбіду кремні з боку рильної частини плазмовим розпиленням нію під дією плазми і робочих температур під час дроту. Перший шар покриття одержують розпиексплуатації дуттьової фурми, що надає захисноленням молібденового дроту, другий шар - розпиму покриттю високу щільність і жаростійкість. ленням дроту з жароміцного сплаву на основі ніПри зчепленні часток між собою всередині покелю, третій шар - розпиленням порошкового криття діють ті ж самі механізми, що і при взаємодроту, що містить слолуки алюмінію і діоксид цирдії покриття з поверхнею основного металу. Зокконію, або дроту, що містить діоксид кремнію. Корема, взаємодія часток між собою досягається жен шар захисного покриття має товщину 0,3шляхом їх механічного зчеплення, а також за ра1,5мм. Дріт, який використовують для одержання хунок дифузії, епітаксії і фізичного зв'язку під дією покриття, є покупним виробом, отриманим відповівандерваальсових сил. При зчепленні часток між дно до нормативно-технічної документації [дріт собою діють всі ці механізми, що забезпечує підмолібденовий -ТУ-48-19-203-85, дріт зі сплаву вищення щільності покриття і міцності зчеплення ХН78Т, ГОСТ 2246-70], та має діаметр 1,6-1,8мм. його з основою. Промислові випробування дуттьових фурм із Оснащення дуттьової фурми захисним покриттришаровим захисним покриттям проводилися на тям, нанесеним на всю зовнішню мідну поверхню домні №9 ВАТ «Криворіжсталь». Захисне покриття та прикінцеву частину внутрішньої поверхні з боку одержували плазмовим розпиленням дроту за рильної частини, також забезпечує підвищення допомогою плазмотрона прямої дії потужністю міцності зчеплення покриття з основою. Це пов'я25кВт (робочий струм 160А, напруга 70В) на попезано з тим, що покриття захищає від окислювання редньо оброблену мідну поверхню фурми, на всю не тільки робочу частину фурми, але й ту її частизовнішню поверхню та прикінцеву частину внутріну, яка розміщена в корпусі доменної печі, оскільки шньої поверхні з боку рильної частини. ця частина фурми окислюється, і звідти починаДля одержання першого шару захисного покється «підрив» захисного покриття у випадку, якщо риття використовували дріт з молібдену, для друвона не захищена. гого шару - дріт зі сплаву ХН78Т, для третього шаЕкспериментально встановлено, що оптимару - порошковий дріт, який містить АІ2О3-60%, AlNльна товщина кожного шару захисного покриття 20%, ZrO2-15%, CaO (MgO)-5% в оболонці з алюскладає 0,3-1,5мм. Дуттьові фурми доменних пемінієвого сплаву, або дріт, який містить алюміній, чей із захисним покриттям, товщина кожного шару АІ2О3 (50%), SiO2, ZrO2. якого менше ніж 0,3мм, при експлуатації піддаютьБули виготовлені дуттьові фурми доменних ся руйнуванню внаслідок окислювання мідної попечей з товщиною кожного шару захисного покритверхні. У покритті, товщина кожного шару якого тя від 0,1 до 2,0мм. перевищує 1,5мм, міцність зчеплення значно зниЗдійснювали дослідження впливу товщини пожується, що негативно позначається на якості поккриття на якість дуттьових фурм із захисним покриття і знижує експлуатаційні властивості дуттьориттям, а саме визначали міцність зчеплення пок 7 76307 8 риття з основою. Результати дослідження привемолібдену, другий - з жароміцних сплавів на основі дені в таблиці. нікелю, наприклад, ХН78Т, 06Х15Н60М15, Х20Н80 В об'єкті за прототипом (приклад №1) захисне (для всіх видів дроту зі сплавів на основі нікелю покриття нанесене на робочу поверхню дуттьової були отримані аналогічні результати при досліфурми плазмовим розпиленням порошку; перший дженні якості покриття), третій шар - зі сполук шар покриття виконаний з нікелю товщиною алюмінію і діоксиду цирконію, або шар зі сполук 0,2мм, другий шар, оксидно-металевий - товщиалюмінію, оксидів кремнію і цирконію. ною 0,4мм, третій шар з діоксиду цирконію товщиНайкращі показники, що характеризують дутною 0,8мм. Фурма з таким покриттям має недостатьову фурму і якість покриття, отримані при викотню міцність зчеплення покриття з основою, в нанні кожного шару покриття товщиною 0,3мм, результаті покриття швидко руйнується і не забез1,0мм, 1,5мм (приклади 3, 4, 5, відповідно). При печує захист мідної поверхні фурми від окислютовщині кожного шару покриття 0,1мм міцність вання. зчеплення покриття з основою недостатня, що В прикладах 2-6 наведені дані дослідження приводить до руйнування покриття і поверхні дутдуттьових фурм, покриття яких виконані плазмотьової фурми (приклад 2). Збільшення товщини вим розпиленням дроту і нанесені на всю зовнішпокриття знижує якість покриття, приводить до ню мідну поверхню та прикінцеву частину внутрішнеобгрунтованої витрати матеріалів покриття ньої поверхні з боку рильної частини фурми. (приклад 6). Дослідження показали, що оптимальТовщина кожного шару покриття складала: 0,1мм; на товщина кожного шару покриття складає 0,30,3мм; 1,0мм; 1,5мм; 2,0мм (приклади 2, 3, 4, 5, 6, 1,5мм, оскільки фурми з таким покриттям мають відповідно). Перший шар покриття виконували з найкращі показники якості. Таблиця Товщина, мм Міцність зчеплення покIII шар І шар II шар І шар II шар III шар риття з основою, МПа І варіант II варіант діоксид 1. нікель оксидно-металевий 0,2 0,4 0,8 25 цирконію АІ2О3, AІN, АІ, АІ2О3, 2. молібден ХН78Т 0,1 0,1 0,1 18-20 ZrO2, CaO SiO2, ZrO2 АІ2О3, AІN, ΑΙ, АІ2О3, 3. молібден ХН78Т 0,3 0,3 0,3 40-42 ZrO2, CaO SiO2, ZrO2 АІ2О3, AІN, Al, AІ2O3, 4. молібден ХН78Т 1,0 1,0 1,0 43-45 ZrO2, CaO SiO2, ZrO2 АІ2О3, AІN, ΑΙ, ΑІ2Ο3, 5. молібден ХН78Т 1,5 1,5 1,5 40-41 ZrO2, CaO SiO2, ZrO2 АІ2О3, AІN, Al, AІ2O3, 6. молібден ХН78Т 2,0 2,0 2,0 29-31 ZrO2, CaO SiO2, ZrO2 № з/р Склад покриття Дуттьова фурма доменної печі з захисним покриттям може бути виготовлена на існуючому обладнанні з використанням відомих матеріалів і засобів, що підтверджує промислову придатність пристрою, який заявляється. Таким чином, дуттьова фурма доменної печі з захисним покриттям, яка заявляється, характе Комп’ютерна верстка О. Гапоненко ризується високою якістю, яка досягається за рахунок підвищення щільності покриття і міцності зчеплення покриття з основою, що в остаточному підсумку дозволяє забезпечити захист поверхні фурми від агресивного середовища і збільшити термін її служби. 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