Вогнетривка газопроникна кладка

Вогнетривка газопроникна кладка, у якій короткі, не сполучені один з одним поперечні шви між цеглинами виконані газопроникними, яка відріз няється тим, що газопроникний шов виконаний з газопроникненим вкладишем з нормованою газопроникністю та якісними показниками, закладеними у вимоги до вогнетривких виробів, робочою товщиною 2...5мм з шириною і довжиною, рівною розмірам нормального вогнетривкого виробу, газопроникністю вкладиша 5...10л/см2 хв. з використанням пластичного єдиного кладеного розчину для виконання кладки робочого шару днища металургійної ємності. Корисна модель відноситься до металургії і може бути використана при футеровці днища або пода металургійної ємності, у якій виробляється обробка розплаву газом. Відома газопроникна футерівка дна сталерозливного ковша виконана з пористих вогнетривких блоків [Аргон у металургії. Пер. з нім. під ред. Л.П. Арсеньєва. Москва, 1971, с.28.] Недоліком такої футерівки є: - вартість газопроникних блоків надзвичайно висока і при виплавці сталей масового застосування використання таких блоків економічно не вигідно; - стійкість сучасних газопроникних блоків значно перевершує цегельну футерівку, (стійкість шамотної футерівки становить до 15 наливів, а блоки витримують порядку ЗО) тому при ремонті футерівки днища необхідні спеціальні заходи для запобігання порушення цілісності блоків; - для установки блоків необхідно зробити реконструкцію металевих конструкцій ковша з метою забезпечення підведення аргону до кожного блоку окремо. З багаторічного досвіду експлуатації подібних пристроїв для продувки рідкого металу газами відомо, що переважна більшість підприємств металургії встановлюють не більш двох пристроїв по наступних причинах: - необхідно додаткове тестування пробок на спеціальному устаткуванні для підбора їх по параметрах газопроникності, - для керування процесом продувки необхідне використання спеціальних систем потоків, що складаються з регулятора, з контурами по кількості пробок. Як систему керування використовується комп'ютер що дозволяє забезпечити незалежне регулювання в кожнім контурі, у противному випадку подача газу буде відбуватися не симетрично з усіма негативними наслідками, (продувка буде здійснюватися через одну пробку в закритичному режимі). Відомий ківш для продувки металу газами, що містить футерований кожух з футерівкою днища з двох горизонтальних шарів, один із яких виконаний з вогнетривких цеглин з пористими швами, а іншої - з пористої маси, і патрубок для підведення газу, причому шар пористої маси у футеровці днища виконаний із гранульованого матеріалу і покладений між кожухом і шаром з вогнетривких цеглин [А.С. СРСР №578160, кл B22D41/02, опуб. 30.10.77р.]. Недоліком відомого ковша є: - істотний вплив на якість продувки рідкого металу газом робить стабільність опору проходженню газу через пористі шви футерівки протягом усього міжремонтного періоду. Стабільність опору в значній мірі визначається кількістю вертикальних і горизонтальних швів і їхньою загальною довжиною; - кладочні і службові властивості розчину залежать від багатьох причин: фракційний склад, співвідношення в'язких складових до основної фракції, співвідношення фракцій, мікро добавки пластифікаторів і плавнів; D те" ю 00 00 о> 8859 - однієї з основних причин є кількість води в розчині. З однієї сторони збільшення води приводить до підвищення пластичності, що обумовлює краще заповнення швів. З іншої сторони збільшення води приводить до зниження міцності отриманого шва; - при сушінні відбувається надмірна усадка розчину, утворення усадочних тріщин і пухлостей, що не прогнозовано спотворює форму і розміри виходу газових каналів, отже, непередбачені газопроникність і вид вихідних у розплав газових потоків; - крім того, поява тріщин приведе до прошлакуванню і прометалуванню швів, що непередбачено змінить газопроникність швів; - якість кладки істотно залежить від суб'єктивних причин: кваліфікація муляра, якість підготовки матеріалу для кладки, заповнення швів, початок або кінець зміни, кладка виробляється в одну зміну або з перезміною і т. д. Найбільш близькою по технічній сутності до запропонованого є вогнетривка газопроникна кладка, у якій довгі подовжні шви між рядами цеглин заповнені газонепроникною вогнетривкою масою, а короткі, не сполучені один з одним поперечні шви між цеглинами в кожнім ряді заповнені газопроникною масою. [А. С. СРСР №865524 кл. B22D41/02 бюл.№35 28.09.81]. Недоліком такої вогнетривкої газопроникної кладки є: - істотне зниження продуктивності праці при футеровці робітника шару днища металургійної ємності. Відбувається це через необхідність застосування одночасно кладених розчинів з різним складом; - укладання газопроникного розчину, що по своїх пластичних властивостях значно уступає газонепроникному розчинові, вимагає ретельного ущільнення методом простукування молотком і посадки цегли на місце. Це досить часто приводить до відколів граней цегли, що приводить до зниження стійкості футерівки; - після посадки цегли на місце необхідно ретельно зрізати розчин, що виступив, з боку довгих швів, тому що твердий газопроникний розчин не дозволить зробити щільне укладання цегли на пластичному газонепроникному розчині, довгі газонепроникні шви залишаться не досить щільні, що знижує експлуатаційні властивості кладки; - додаткові, не передбачені по технологічній інструкції, операції збільшують не тільки тривалість робіт з футерівки, трудомісткість їхнього виконання, але і зниженні якості кладки; - наступним недоліком є часткове зниження площі газопроникних поперечних швів з наступної причини. Пластичний газоплотний розчин, при укладанні ряду цеглин, заповнює пори газопроникного шва до 10% з кожного краю (дані макро - і мікроаналізу при дослідженні структури швів). Відбувається цей процес по двох причинах: перша причина це капілярне втягування в порожнечі утворені великою фракцією, рідкої глини з газонепроникного розчину. Причому цей процес важко прогнозований, тому що сили поверхневого натягу і смачиваємість, власне які і впливають на цей процес, залежачи від безлічі труднорегуліруємих і прогнозованих причин, визначають капілярний рух рідини в каналі. Друга причина суб'єктивна, а саме при кладці цегли, від муляра залежить товщина наносного розчину, його консистенція, а також сила з якою він буде пристукувати цеглу. Але ці фактори істотно впливають, на яку глибину проникне пластичний глинистий розчин у порожнечі газопроникного шва. Якщо кладений розчин рідкий, а цегла при його осаді пристукувалася (відповідно до технологічної інструкції), то рідка глиняна складова проникне на глибину більше чим 10%. Якщо кладений розчин менш пластичний, а укладання цегли роблять притиранням без осідання, то в цьому випадку рідка глиняна складова проникне на меншу величину. Але в будь-якому важкопрогнозованому випадку частина газопроникного шва робиться газоплотной; - до недоліку відомої газопроникної кладки можна віднести труднощі при дотриманні точної товщини газопроникного шва з багатьох причин, основний з яких є суб'єктивність процесу виробництва кам'яних робіт. А саме, від муляра залежить кількість наносного розчину (чим його більше, тим легше його осадити й одержати цілком заповнений шов). Від муляра залежить консистенція розчину, чим він ріже, тим легше робити осадові цегли і тим щільніше шов, але тим він тонше, отже, і газопроникна площа менше; - технологічний процес наиболее ефективний у стаціонарних умовах, у противному випадку для нових умов (площа продувки, газопроникність) необхідно відпрацьовувати технологічні режими введення газу в розплав. Цей процес досить тривалий, тому що вимагає статистичного аналізу і на основі отриманих результатів виробляється оптимізація технологічних режимів. До цього часу буде необхідно робити ремонт робітника шару з заміною пористих швів, отже, необхідно знову робити відпрацьовування технологічних режимів і т. д. із усіма наслідками, що випливають, у технікоекономічних показниках роботи цеху. В основу корисної моделі поставлена технічна задача: стабілізація гідродинамічних режимів продувки металу газами, підвищення надійності якісних показників при виробництві кам'яних робіт, продуктивності праці шляхом заміни газопроникного набивного шва на газопроникний вкладиш з нормованою газопроникністю, робочою площею і використання пластичного єдиного кладеного розчину для виробництва кладки робітника шару днища металургійної ємності. Загальними з прототипом істотними ознаками корисної моделі є: футерівка робітника шару днища металургійної ємності; газонепроникні подовжні шви; короткі газопроникні поперечні шви. Відмітними від прототипу є: короткі газопроникні шви виконані шляхом установки газопроникних вкладишів з вогнетривкого матеріалу по стійкості не нижче матеріалу футерівки; нормована газопроникність; єдиний кладений розчин. Сукупність істотних ознак є необхідними і достатніми для усіх випадків, на які поширюється область застосування пропонованого газопроникного вкладиша для продувки металу газами. Між істотними ознаками корисної моделі і технічним результатом - використання газопроникних 8859 вставок у газопроникній вогнетривкій кладці, з нормованою газопроникністю і заданими розмірами існує причинно-слідчий зв'язок, що улаштовується при описі конструкції газопроникного вкладиша. Поставлена задача вирішується тим, що газопроникні шви, виконані у вигляді вогнетривких вкладишів і всі якісні показники, що мають, що закладені у вимоги до вогнетривких виробів, мають ширину і довжину рівної розмірам нормального вогнетривкого виробу призначеного для виготовлення футерівки днища металургійної ємності і товщину ...5мм. Газопроникність при цьому складає 5...10л/см2. Забезпечується цей показник наскрізними газопроникними каналами з умовним діаметром поперечного переріза 0,2...0,4мм. Газопроникний вкладиш укладається при здійсненні футерівки днища металургійної ємності на тім же розчині що й інша кладка. При товщині газопроникного вкладиша менш 2мм, обсяг газу, що вдмухується, у рідкий метал не достатній для проведення технологічної операції по рафінуванню розплаву від неметалічних включень і розчинених газів. Так, наприклад для 90т сталерозливного ковша на днищі укладається приблизно 315 штук цегли на торець (робітник шар) з них приблизно між 50 штуками розташовані вкладиші тобто газопроникна площа складе 0.2-8-50=80см2. При газопроникності 5л/см2-хв. витрата разу складе 400л/хв. При мінімальній питомій витраті газу 0,1м3/т стали загальна його витрата складе 9м 3 . Отже, час продувки дорівнює 9000/400=22хв. Така тривалість є гранично припустимою по стикуванню межопераціонних параметрів загальної технології. Крім того, при товщині вогнетриву менше 2-х мм різко знижується його схоронність при збереженні, транспортуванні й укладанні при виробництві футеровочних робіт. Товщина газопроникного вкладиша понад 5мм може привести до зниження стійкості футерівки днища. Збільшення товщини вкладиша понад 5мм приводить до різкого погіршення гідродинамічних умов масообмінних процесів, тому що мелкопузирковий режим продувки металу газами, через злиття пухирців по ширині вкладиша, переходить у крупнопузирковий, зниженню площі контакту на границі рідина -газ, отже, пропорційно знижується швидкість процесів рафінування. Результати фізичного моделювання на прозорих моделях, з дотриманням критеріїв подоби (масштаб дорівнює 1:1,82) показали, що максимальна площа масообміну досягається при ширині пористого шва 2,5...3,5мм. При 5,0мм відбувається зміна режимів утворення пухирців з мелкопузиркового в крупнопузирковий. При цьому, зі збільшенням витрати газу і розмірів пухирцем, відбувається їхнє зниження кількості, отже, і поверхні масообмену. Ця залежність підкоряється нормальному законові розподілу випадкових величин і має максимум площі масообміну при товщині шва 3,1мм, і інтервал від 2,0мм до 5,0мм. Крім того, зі збільшенням товщини вкладиша, складно уникнути розстикування поперечних швів тому що на кожнім стику відбувається зрушення шва щодо кладки без швів на товщину вставки, що в остаточному підсумку, обмежить довжину газопроникного ряду. По технологічній інструкції при виконанні кладочних робіт збіг поперечних стиків заборонено. Щоб уникнути порушення інструкції кількість уставок не повинне перевищувати 10. Товщина 5мм є гранично припустимою тому що при цьому кількість вкладишів в одному ряді складе 10 штук. При оптимальній товщині газопроникних вкладишів 2,5..3,5мм, загальна кількість їх може бути досягнута до 120 штук із сумарною площею від 240 до 360см2. Така площа дозволить робити продувку з інтенсивністю від 1200 до 3600л/хв. Інтенсивність продувки через пробку (площа пробки 132см2), за умови збереження бульбочкового режиму, складає до 100л/хв. Збільшення інтенсивності понад 120л/хв. приводить до утворення грибообразних міхурів і припиненню процесів масообмена. Таким чином, запропоновані вкладиші адекватні від 12 до 36 газопроникним пробкам. Корисна модель порозумівається кресленнями, на Фіг.1 зображений один з варіантів розташування газопроникних вкладишів, де 1 це вкладиші, 2 - цегла. На Фіг.2, 3 різноманітні варіанти газопроникних вкладишів: на Фіг.2 - пористий владиш, на Фіг.З - капілярний. Застосування вогнетривких газопроникних вкладишів при кладці днища металургійної ємності пристосованої для донної продувки металевого розплаву дозволить збільшити інтенсивність продувки розплави з дотриманням мелкопузиркового режиму, економічність і технологічність футеровочних робіт, стійкість і експлуатаційну надійність, міцність і універсальність, що в сукупності забезпечить стабільну технологію продувки металу газом у технологічно заданому мелкопузирковом режимі. 8859 Фіг.2 ФІГ.1 Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко Підписне Фіг.3 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