Вогнетривка опора ковзання, вогнетривкий елемент опори ковзання та спосіб виготовлення вогнетривкої опори ковзання

Реферат: Винахід належить до галузі металургії. Вогнетривка опора ковзання (1), зокрема для запірних елементів повзункового або поворотного типу до металургійних ємностей складається з опорного елемента (2) та вогнетривкого керамічного вкладиша (3) із наскрізним отвором (4), при цьому опорний елемент (2) містить наступні складники, мас. %: 40-65 – оксид магнію із розміром частки 0,5-5 мм, 30-45 – оксид магнію із розподілом гранулометричного складу за величиною частки, 50 % – 80 % якого має розмір частки менше 0,063 мм, 1-5 – алюмінатний цемент, 2-7 – фосфатна зв’язуюча речовина, та 3-5 – органічна зв’язуюча речовина. UA 97692 C2 (12) UA 97692 C2 UA 97692 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Цей винахід належить до опори ковзання, зокрема призначеної для запірних елементів повзункового або поворотного типу для металургійних ємностей, що має опорний елемент та вбудований у нього вогнетривкий керамічний вкладиш, а також спосіб виготовлення такого типу вогнетривкої опори ковзання. Вогнетривкі пластини використовувались протягом тривалого часу як опори для запірних елементів повзункового або поворотного типу для регулювання випуску на тиглях металургійних печей. Із DE 27 19 105 С3 відомо, що такі опори ковзання складаються із опорного елемента та вкладиша із оксидної кераміки, у якому виконано випускний отвір. Опорний елемент виконано із вогнетривкого жаростійкого бетону, а вкладиш виконаний із оксидної кераміки і кріпиться на цей опорний елемент. Для цієї цілі вкладиш із оксидної кераміки може бути закріплений за допомогою цементу у гнізді, що має форму конуса або ступінчату форму, влаштованому в опорному елементі. У цьому типі комбінованих опор ковзання через різні характеристики температурного розширення скріплених матеріалів можуть виникати тріщини у місці між вкладишем із оксидної кераміки та опорним елементом. Крім цього, кисень може потрапляти до потоку досить вільно через заповнений розчином шов між цими двома елементами, і це також має розглядатися як недолік. У DE 33 07 193 також наводиться комбінована опора ковзання, що має опорний елемент та вставлений у нього вкладиш із оксидної кераміки, у якому опорний елемент виконаний із необпаленого матеріалу та у якому обидва компоненти скріплені один із одним за допомогою хімічної в'яжучої речовини. Для того, щоб отримати цей тип опорного елемента, окремі складники матеріалу опорного елемента перемішуються, пресуються у формі та піддаються термічній обробці при температурі від 300 °С до 600 °С. Керамічний вкладиш, що виготовляється окремо від опорного елемента, утримується у цьому опорному елементі у гнізді, що має форму конуса або ступінчату форму. У цьому типі опори ковзання кисень також може потрапляти до потоку досить вільно через простір між цими двома елементами через різні коефіцієнти розширення матеріалів опорного елемента та вкладиша. Крім цього, порівняно високий температурний режим підвищує складність його виготовлення. Відповідно, все ще існує необхідність у опорі ковзання, що не має технічних недоліків, які зазначені вище. Таким чином, задача цього винаходу полягає у поліпшенні вогнетривких опор ковзання для запірних елементів повзункового або поворотного типу, що відомі на дату цього винаходу із тим, щоб з одного боку їх можна було б легко виготовляти, та з іншого боку, щоб вони мали стійкість до циклічної зміни температурного режиму, та забезпечували надійне ущільнення між опорним елементом та вбудованим у нього керамічним вкладишем. Задача цього винаходу досягається шляхом застосування опори ковзання, зокрема призначеної для запірних елементів повзункового або поворотного типу для металургійних ємностей, що складається з опорного елемента та вогнетривкого керамічного вкладиша, у якому випуск потоку здійснюється через отвір, при цьому матеріал опорного елемента містить наступні складники, мас. %: 40-65 - оксид магнію із розміром частки 0,5-5 мм, 30-45 - оксид магнію із розподілом гранулометричного складу за величиною частки, 50 % 80 % якого має розмір частки менше 0,063 мм, 1-5 - алюмінатний цемент, 2-7 - фосфатна зв’язуюча речовина, та 3-5 - органічна зв’язуюча речовина. У рамках досліджень, які привели до цього винаходу, було виявлено, що опорний елемент із таким поєднанням складників може бути поєднаний із широкою різновидністю вогнетривких керамічних вкладишів. Це можуть бути стійкі до зношування вкладиші, виготовлені із матеріалів, що відомі, наприклад із DE 100 06 939 С1. Що стосується їх зовнішньої форми, ці вкладиші можуть бути виготовлені у вигляді кілець. Виконання вкладишів ступінчатої форми або у формі конуса не потребується. У внутрішній частині ці вкладиші мають наскрізний отвір, через який може витікати рідкий метал, якщо такий вкладиш вставлений як опора ковзання. Однак, у випадках, коли опора ковзання відповідно до цього винаходу, що використовується як запірний елемент повзункового або поворотного типу, вкладиш, що застосовується відповідно до цього винаходу, бажано виконувати не правильної круглої форми, а такої форми, щоб він повністю перекривав поверхню ковзання запірних елементів повзункового або поворотного типу таким чином, щоб у жодному положенні рухомого елемента опорний елемент не вступав у контакт із розплавленим металом. Незважаючи на різні коефіцієнти розширення матеріалів опорного елемента та керамічного вкладиша, особливий склад матеріалу опорного елемента дозволяє виготовляти запірні 1 UA 97692 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 елементи повзункового або поворотного типу з високою термостійкістю та стійкістю до зношування. Крім цього, опора ковзання за цим винаходом характеризується надійним ущільненням простору між опорним елементом та керамічним вкладишем, завдяки цьому забезпечується надійне запобігання проникненню кисню через цю проміжну область. Ця перевага є особливо помітною у випадках, коли опорний елемент спресовується із керамічним вкладишем. У цьому випадку одержується особливо якісна опора ковзання, яка не має щілини між опорним елементом та керамічним вкладишем. У цьому винаході як фосфатна зв'язуюча речовина може використовуватись, наприклад, пентоксид фосфору Р2О5 або Р4О10. Як органічна в'яжуча речовина використовується крохмаль, крохмальний ефір або подібна їм речовина. Відповідно до подальшого удосконалення вогнетривкої опори ковзання, оксид магнію, що входить до складу опорного елемента за цим винаходом додається у формі спеченого оксиду магнію і/або шпінеля оксиду магнію. Цей принцип застосовується як щодо оксиду магнію із більш крупним розміром зерна 0,5-5 мм, а також щодо оксиду магнію із більш дрібним розміром зерна, який може застосовуватись, наприклад, у формі тонкоперемеленого оксиду магнію із заданим гранулометричним складом. Бажано, щоб оксид алюмінію складав мінімум 70 мас. % у алюмінатному цементі, що застосовується для виготовлення опорного елемента. При використанні цього типу алюмінатного цементу, механічна стабільність та термостійкість опорного елемента за цим винаходом додатково поліпшуються. За найбільш ефективним варіантом виконання вогнетривкої опори ковзання, остання виготовляється шляхом спресовування складників опорного елемента із вогнетривким керамічним вкладишем із застосуванням остаточної термічної обробки. У процесі формування за допомогою пресування можливе використання прес-форми, що визначає зовнішню форму вогнетривкої опори ковзання, при цьому в процесі пресування найкращий результат досягається шляхом застосування тиску 60 бар-140 бар. Остаточну термічну обробку бажано здійснювати у діапазоні температур 150 °С-300 °С, найбільш придатною температурою, при цьому, є температура 200 °С. Вогнетривка опора ковзання зазвичай піддається таким температурам протягом шести або більше годин. Під час остаточної термічної обробки може відбутися часткове обвуглення органічної в'яжучої речовини, що призводить до покращення характеристик ковзання поверхні опори ковзання. При застосуванні крохмальних препаратів як органічної в'яжучої речовини, їх обвуглення, крім цього, запобігає гідратації оксиду магнію, що міститься у складі опорного елемента, забезпечуючи можливість його зберігання практично без обмеження по строку. Інший об'єкт винаходу стосується опорного елемента вогнетривкої опори ковзання за цим винаходом, у якому опорний елемент має форму, що описана вище. Цей тип опорного елемента є найбільш ефективним оскільки, завдяки його особливому складу, останній має високу термостійкість, зокрема він характеризується стійкістю до формування тріщин. Крім цього, він є стійким до різних видів теплового розширення у відношенні до керамічного вкладиша, впресованого у цей опорний елемент, що дозволяє ефективно забезпечити герметичність з'єднання цих двох компонентів. Іншим об'єктом винаходу є спосіб виготовлення вогнетривкої опори ковзання за цим винаходом, за яким суміш складників опорного елемента спресовується із керамічним вкладишем з метою надання необхідної форми, яка потім піддається термічній остаточній обробці протягом приблизно шести або більше годин, що здійснюється, зокрема, при температурі від 150 °С до 300 °С, найбільш придатною температурою, при цьому, є температура 200 °С. В процесі формування шляхом пресування найкращий результат досягається шляхом застосування тиску 60 бар - 140 бар. Відпуск вогнетривкої опори ковзання, що складається з елементів, які уже спресовані один із одним, тобто опорного елемента та керамічного вкладиша, забезпечує високу термостійкість та герметичність навіть при змінних температурних навантаженнях. Такий спосіб виготовлення дозволяє уникнути утворення щілини між опорним елементом та вкладишем, що істотно покращує герметичність опори ковзання до проникання кисню. Крім цього, завдяки процесу відпуску за цим винаходом для всієї опори ковзання, що складається із опорного елемента та вкладиша, будь-які можливі механічні впливи між цими елементами можуть бути виключені вже на етапі виготовлення. Незважаючи на те, що опора ковзання, виготовлена із застосуванням цього способу, уже відповідає зовнішнім специфікаціям після процесу відпуску, після виготовлення опора ковзання за цим винаходом, за бажання, може бути піддана механічній остаточній обробці, наприклад, шліфуванню або поліруванню. 2 UA 97692 C2 5 10 15 20 25 Що стосується подальших варіантів та переваг цього винаходу, див. залежні пункти формули та наступний опис прикладів застосування із посиланням та креслення, що додаються. Перелік креслень: Фіг. 1 боковий перетин опори ковзання згідно винаходу, Фіг. 2 вигляд зверху опори ковзання за фіг. 1, Фіг. 3 боковий перетин альтернативного варіанту виконання опори ковзання згідно винаходу, Фіг. 4 вигляд зверху опори ковзання за фіг. 3. На фіг. 1 зображена опора ковзання 1 згідно винаходу, що має опорний елемент 2 та вогнетривкий керамічний вкладиш 3, що виконаний у формі зносостійкого вкладиша. Вкладиш 3 має вихідний отвір 4 для пропускання потоку розправленого металу. 3 Опорний елемент 2 має загальну щільність 2,98 г/см , відкриту пористість 9 % та опір стисканню в холодному вигляді 130 МПа. До складу опорного елемента 2 входять наступні складники, мас. %: 89 - МgО, 6 - Аl2О3, 0,1 - SiO2, та 2 - С. Вогнетривкий керамічний вкладиш 3 3 має загальну щільність 4,75 г/см , відкриту пористість 15 % і складається із наступних складників, мас. %: 95 - ZrO2, 2,5 - МgО, 0,3 - Аl2О3 та 0,9 - SіО2. При виготовленні опори ковзання 1 за цим винаходом, вогнетривкий керамічний вкладиш 2 впресовується у опорний елемент 2 із застосуванням тиску пресування у 60 бар, після чого піддається відпуску приблизно протягом 6 годин при температурі 200 °С. На фіг. 3 зображений інший варіант виконання опори ковзання за цим винаходом, яка також складається із опорного елемента 2, вогнетривкого керамічного вкладиша 3 із отвором 4. Проте, вкладиш 3 має підвищення у формі конуса 5 навкруги наскрізного отвору 4. 3 Опора ковзання, що зображена на фіг. 3 має загальну щільність 2,98 г/см , відкриту пористість 9 %, та опір стисканню в холодному вигляді 130 МПа. До складу опорного елемента 2 входять наступні складними, мас. %: 89 - МgО, 6 - Аl2О3, 0,1 - SiO2, та 2 - С. Вогнетривкий 3 керамічний вкладиш 3 має загальну щільність 3,15 г/см , відкриту пористість