Спосіб виготовлення двошарових стаканів для розливання сталі

1. Спосіб виготовлення двошарового стакана для розливання сталі, що включає змішування компонентів шихти, зволоження, формування керамічної основи з робочим шаром двошарового стакана зі стабілізованого діоксиду цирконію, який відрізняє ться тим, що спочатку методом напівсухого пресування формують окремо робочий шар двошарового стакана, який сушать і обпалюють при температурі не нижче 1750 °С, потім навколо робочого шару двошарового стакана формують також методом напівсухого C2 2 (19) 1 3 81325 До стаканів, вживаних для розливання сталі, пред'являється ряд спеціальних вимог, в першу чергу, вони повинні характеризуватися високою стійкістю проти спрацювання, термічною стійкістю, мінімальною змочуваністю сталлю. Відомий високовогнетривкий матеріал на основі ZrO2, одержують наступним способом: ZrO2 змішують із стабілізуючою добавкою MgO і здатними до спікання добавками ZrSiO4 і Аl2О3 , цю суміш для гомогенізації перемішують протягом 2-х годин, брикетують, обпалюють, дроблять і тонко подрібнюють до отримання порошків відповідно фракцій більше 0,09мм і менше 0,09мм, готують формувальну масу, формують сирець виробів, який обпалюють [пат. СРР №62599, кл. С04В35/48, 1977г.]. Вироби, виготовлені за цим способом, характеризуються достатньо високою термостійкістю, але мають низьку міцність при стисненні і високу відкриту пористість. Найближчим до передбачуваного винаходу за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб виготовлення двошарових стаканів для розливання сталі, який включає змішування компонентів шихти, зволоження, формування керамічної основи з робочим шаром з неї з стабілізованого діоксиду цирконію [A.C. СССР №1502187, МКІ В22D41/08, 89г.]. Недоліком вищезгаданого способу є те, що, в даному те хнічному рішенні, хоча і створюється можливість виготовлення робочого шару з відкритою пористістю - 16,0%, уявною щільністю 4,65г/см 3, міцністю при стисненні - 83МПа, а керамічної основи з відкритою пористістю - 12,2%, уявною щільністю - 2,97г/см 3, міцністю при стисненні - 63МПа, проте значення термостійкості (особливо робочого шару, який в першу чергу піддається агресивній дії розплавлених сталі і шлаку) недостатньо високі з причини того, що робочий шар цих виробів виготовлений з повністю стабілізованого в кубічній фазі ZrO2, характеризується високим термічним коефіцієнтом лінійного розширення (ТКЛР) і низькою теплопровідністю. Крім того, унаслідок різних значень ТКЛР стабілізованого ZrO2 і шамота, вказані матеріали по різному розширяються під впливом високої температури при випаленні, що, зрештою приводить до збільшення кількості відбракованих виробів після випалення унаслідок тріщиноутворення. У основу винаходу поставлена задача створення способу виготовлення двошарових стаканів для розливання сталі, в якому спочатку методом напівсухого пресування формують окремо робочий шар двошарового стакана, який сушать і обпалюють при температурі не нижче 1750°С, потім навколо робочого шару двошарового стакана формують також методом напівсухого пресування керамічну основу з вогнетривкого матеріалу із змістом Аl2О3 не менше 80мас.% на фосфатній зв'язці і термообробляють утворений двошаровий стакан, причому співвідношення товщини шарів керамічної основи і робочого шару двошарового стакана складає від 1:0,3 до 0,45:0,25, що забезпечує підвищення 4 уявної щільності, межі міцності при стисненні і термостійкості робочого шару-дозатора двошарового стакана для розливання сталі, це в свою чергу дозволяє знизити кількість відбракованих виробів після випалення, а також заощадити дорогий матеріал - стабілізований ZrO2 і забезпечити зниження вартості стакана-дозатора в цілому. Поставлена задача розв'язується тим, що: Спосіб виготовлення двошарових стаканів для розливання сталі, який включає змішування компонентів шихти, її зволоження, формування з неї керамічної основи з робочим шаром двошарового стакана із стабілізованого діоксиду цирконію, згідно винаходу, спочатку методом напівсухого пресування формують окремо робочий шар двошарового стакана, який сушать і обпалюють при температурі не нижче 1750°С, потім навколо робочого шару двошарового стакана, формують також методом напівсухого пресування керамічну основу з вогнетривкого матеріалу із змістом Аl2О 3 не менше 80мас.% на фосфа тній зв'язці і термообробляють утворений двошаровий стакан, причому співвідношення товщини шарів керамічної основи і робочого шару від 1:0,3 до 0,45:0,25. Спосіб за яким дозатор формують з шихти, що складається із зернистого заповнювача електроплавленого стабілізованого діоксиду цирконію і тонкомеленої складової стабілізованого і моноклінного діоксиду цирконію з добавкою 2-4% мас. глинозему марки ГК-2 при співвідношенні зернистого заповнювача і тонкомеленої складової 1,5:1. Спосіб за яким дозатор формують з шихти, що складається із зернистого заповнювача електроплавленого стабілізованого діоксиду цирконію і тонкомеленої складової стабілізованого і моноклінного діоксиду цирконію з добавкою 2-4% мас. глинозему марки ГК-2 при співвідношенні зернистого заповнювача і тонкомеленої складової 2,3:1. Спосіб за яким керамічну основу виконують з нормального або білого електрокорунду на фосфа тній зв'язці. Спосіб за яким термообробку двошарових стаканів проводять при температурі 200-500°С з ізотермічною витримкою при кінцевій температурі протягом 6-10 годин. Відмітною особливістю пропонованого способу виготовлення двошарових стаканів для розливання сталі є те, що спочатку методом напівсухого пресування формують окремо робочий шар двошарового стакана із зернистого заповнювача - електроплавленого стабілізованого діоксиду цирконію і тонкомеленої складової стабілізованого і моноклінного діоксиду цирконію з добавкою 2-4% мас. глинозему марки ГК-2 при заданому співвідношенні зернистого заповнювача і тонкомеленої складової, який сушать і обпалюють при температурі не нижче 1750°С, потім навколо робочого шару-дозатора формують також методом напівсухого пресування керамічну основу з вогнетривкого матеріалу із вмістом Аl2О3 не менше 80мас.% на фосфатній зв'язці і 5 81325 термообробляють, причому співвідношення товщини шарів керамічної основи і робочого шарудозатора від 1:0,3 до 0,45:0,25, термообробку двошарових стаканів проводять при температурі 200-500°С з ізотермічною витримкою при кінцевій температурі протягом 6-10 годин, що забезпечує формування щільної і міцної структури вогнетривкого виробу, в першу чергу, його робочого шару-дозатора, що зрештою приводить до збільшення його зносостійкості (за рахунок підвищення уявної щільності, міцності при стисненні), а також усуває можливість викришування зерен вогнетрива і попадання їх в метал, крім того, введення в тонкомелену складову ши хти дозатора моноклінного ZrO2 разом із стабілізованим в кубічній фазі ZrO2 приводить до формування структури вогнетрива з хаотично розташованими мікротріщинами, що виникають переважно на контакті зерен заповнювача з тонкодисперсною зв'язкою. Хаотично розташовані тріщини забезпечують деяку рухливість окремих структурних елементів і релаксують напругу при термоударах, а також локалізують тріщини, що виникають при термоударах. Формування методом напівсухого пресування навколо робочого шару-дозатора керамічної основи з вогнетривкого матеріалу із вмістом Аl2О3 не менше 80% на фосфатній зв'язці і подальшої термообробки стакана при температурі 200-500°С забезпечує отримання досить щільної і міцної структури керамічної основи, особливо її тонкодисперсної зв'язки, найуразливішої в процесі служби вогнетрива. Мікроструктура останньої складається зернами корунду неправильної і подовжено-призматичної форми з переважаючим розміром 4-15мкм, максимальним - 20мкм, "зцементованих" тонкими плівками фосфатів алюмінію. Дрібні пори в основному округлої форми розміром 4-15мкм рівномірно зосереджені в зв'язці, формування такої структури забезпечує високу здатність вогнетрива протистояти агресивній дії високої температури, розплавлених металу і шлаку, при цьому "вимивання" зв'язки між зернами заповнювача, а також окремих зерен вогнетрива не відбувається. Крім того, фазовий склад керамічної основи після термообробки представлений ~ 94-96% об. корунду (a-Аl2О3), ~35% об. фосфатів алюмінію і до ~1% об. склофази. Практична відсутність склофази між зернами заповнювача створює структур у з більшою рухливістю зерен і здатну внаслідок цього чинити опір термоударам, тобто такий вогнетрив має високу термостійкість. Крім того, співвідношення товщини шарів керамічної основи і робочого шарудозатора, що заявляється, дозволяє снівелювати різницю ТКЛР стабілізованого ZrO2 і вогнетривкого матеріалу із вмістом Аl2О3 не менше 80% в процесі служби при дії високої температури, розплавлених сталі і шлаку. На Дослідному виробництві ВАТ "УкрНДІВ імені A.C. Бережного" були виготовлені двошарові стакани для розливання сталі за передбачуваним способом і прототипом. Передбачуваний винахід ілюструється прикладами приведеними в таблиці. 6 Аналіз даних, приведених в таблиці, свідчить про те, що двошарові стакани для розливання сталі, виготовлені за пропонованим способом, в порівнянні з прототипом, володіють вищими значеннями уявної щільності в ~1,02 рази, міцності при стисненні в ~1,6 рази і термостійкості (1300°С вода) в 3 рази для робочого шару, а також ~ у 1,1 рази, ~1,7 рази і ~2,3 рази, відповідно для керамічної основи. Технічне рішення, що заявляється, намічається до упровадження на Дослідному виробництві ВАТ "УкрНДІВ імені A.C. Бережного" в 2006 році. Таблиця 1 Спосіб виготовлення двошарових стаканів для розливання сталі Найменування показників Спосіб виготовлення стаканів: 1. Змішування компонентів шихти 2. Зволоження 3. Формування керамічної (шамотної) основи методом напівсухого пресування і нанесенням на неї методом вібролиття робочого шару-дозатора із стабілізованого діоксиду цирконію. 4. Формування методом напівсухого пресування робочого шару-дозатора 5. Формування робочого шару-дозатора з шихти, що складається із зернистого заповнювача електроплавленого стабілізованого діоксиду цирконію і тонкомеленої складової - стабілізованого і моноклінного діоксиду цирконію з добавкою 2-4% мас. глинозему марки ГК-2 при співвідношенні зернистого заповнювача і тонкомеленої складової 1,5:1 6. Формування робочого шару-дозатора з шихти, що складається із зернистого заповнювача електроплавленого стабілізованого діоксиду цирконію і тонкомеленої складової - стабілізованого і моноклінного діоксиду цирконію з добавкою 2-4% мас. глинозему марки ГК-2 при співвідношенні Приклади запропонопрототип нований + + + + + + + + 7 зернистого заповнювача і тонкомеленої складової 2,3:1. 7. Сушка двошарових стаканів при температурі 120°С і випалення при температурі 1300-1650°С. 8. Сушка робочого шарудозатора із стабілізованого ZrO2 при температурі 100-110°С і випалення при температурі не нижче 1750°С. 9. Формування методом напівсухого пресування навколо робочого шарудозатора керамічної основи з нормального або білого електрокорунду на фосфа тній зв'язці. 10. Термообробка двошарових стаканів при температурі 200-500°С з ізотермічною витримкою при кінцевій температурі протягом 6-10 годин. 81325 + + + + Таблиця 2 Властивості двошарових стаканів для розливання сталі Найменування показників Властивості виробів: 1. Робочого шарудозатора із стабілізованого ZrO2: - уявна щільність, г/см 3 - відкрита пористість, % - міцність при стисненні, МПа - термостійкість (1300°С вода), теплозмін 2. Керамічної основи з вогнетривкого матеріалу із змістом Аl2О3 не менше 80%: - уявна щільність, г/см 3 - відкрита пористість, % - міцність при стисненні, МПа термостійкість (1300°С вода), теплозмін Приклади запропонопрототип ваний 4,65 16,0 4,75 14,5 83,0 135,0 3 9 2,97 12,2 3,28 14,7 63,0 110,0 7 16 8