Лёточный кирпич
FLINT BRICK

Леточный кирпич относится к черной металлургии и может быть использован в шахтных печах, в коксовых, коксогазовых и газовых вагранках, предназначенных для плавки чугуна, а также может быть использован в цветной металлургии в газовых плавильных печах.
Известен аналог - леточный кирпич для чугунной летки (источник информации Иванов В.Н. «Словарь-справочник по литейному производству». - М.: «Машиностроение», 1990 - 384 с.), изготовленный, как и предлагаемый, из высокоглиноземистого огнеупорного материала (алюмосиликатных огнеупоров) и имеющий сквозное леточное отверстие.
Недостатки заключаются в том, что:
- изготавливаются только на огнеупорных заводах России по специальному заказу;
- для изготовления необходима специальная оснастка;
- из-за небольшой толщины леточный кирпич имеет малый срок службы;
- устанавливается леточный кирпич для чугунной летки в нижней части плавильной печи «стационарно», т.е. износившийся леточный кирпич нельзя извлечь быстро и установить на его место новый.
Известен аналог - леточный кирпич, который входит в конструкцию чугунной летки (источник информации патент РФ №2389958), содержащий как, и предлагаемый леточный кирпич, леточную стену с нишей, броню печи и имеющий в центре леточное отверстие.
Недостатки заключаются в том, что:
- из-за меньшей по сравнению с предлагаемым (вместе со втулкой) толщины леточный кирпич имеет меньший срок службы;
- из-за отсутствия «заходной части» на леточном кирпиче и ответной «заходной части», выполненной в нише, а также отсутствие «замка», в конструкции аналога иногда бывают заливы расплавленного металла в стык, которые затрудняют быстрое извлечение его из ниши леточной стены печи;
- сравнительно малый срок службы леточного кирпича и сравнительно большое время для замены его в случае износа.
Ввиду указанных выше недостатков леточный кирпич, описанный в патенте РФ №2389958 не может обеспечить решение технической задачи.
Из известных наиболее близким по технической сущности (прототипом) является леточный кирпич, который входит в конструкцию чугунной летки (источник информации патент РФ №2564177), содержащий как, и предлагаемый леточный кирпич, леточную стену с нишей, броню печи и имеющий в центре леточное отверстие.
Недостатки заключаются в том, что:
- из-за меньшей по сравнению с предлагаемым (вместе со втулкой) толщины леточный кирпич имеет меньший срок службы;
- леточный кирпич имеет достаточно сложную конструкцию;
- леточный кирпич имеет большой службы, однако уступает по сроку службы предлагаемому леточному кирпичу.
- внешний и внутренний леточные кирпичи у прототипа имеют выборки по периметру, которые являются концентраторами напряжений и значительно ослабляют их при работе.
Ввиду указанных выше недостатков леточный кирпич, описанный в патенте РФ №2564177 не может обеспечить решение технической задачи.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение срока службы леточного кирпича, упрощение конструкции, а также уменьшение времени замены леточного кирпича в случае его износа.
Технический результат - разработанная конструкция леточного кирпича имеет больший срок службы, конструкция его несколько проще и требуется меньшее время на замену его в случае износа.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкцию чугунной летки печи, в частности шахтной, содержащей леточный кирпич, леточную стену с нишей, броню печи, отличающаяся тем, что леточный кирпич размещается во втулке с габаритами 600×300 мм, изготовленной из корундовой набивной массы МКН-96 с добавкой 2% фоскона в стержневом ящике и имеющей внутри металлический каркас и четыре отверстия для крепления ее к брони печи стальными шпильками с резьбой, гайками, пружинными шайбами, причем ниша леточной стены и втулка выполнены с заходной частью. Торцевая часть втулки соприкасается с внутренней обмазкой печи, а внутренняя с торцевой частью леточного кирпича и его внешней стороной, поэтому при работе печи образуется плотный «замок» (ломаная линия в сечении), исключающий затекание металла в стык и, естественно, связанные с этим трудности при извлечении леточного кирпича из втулки в случае его износа.
При этом четыре шпильки с резьбой привариваются к броне печи, на них одевается втулка и четыре стальные пластины, которыми крепится леточный кирпич во втулке, на шпильки нанизывается по пружинной шайбе и навинчивается четыре гайки. Таким образом, обеспечивается надежное крепление втулки к броне печи, а также леточного кирпича во втулке.
2
3
Кроме того, втулка получается из корундовой набивной массы с добавкой 2% фоскона, которая имеет в своем составе больше AlO, выше температуру начала размягчения, а, следовательно, и больший срок службы.
Следует отметить, втулка как бы увеличивает толщину леточного кирпича, при этом леточный кирпич вместе с втулкой имеет толщину в 1,5 раза большую, чем толщина прототипа и, естественно, срок его службы будет значительно больше.
Более того, для обеспечения фиксации и герметичности втулки в нише печи на ее боковую поверхность наносится слоем 2 мм разработанная автором клеевая самотвердеющая мастика следующего состава в % по весу: мертель шамотный МШ-39 - 40%, лигносульфанат технический - 15%, порошок из огнеупорной глины ПГМС-28 - 26%, алюмохромофосфатная смесь фоскон-6%, вода - 13%. Введение перечисленных элементов обеспечивает увеличение срока службы втулки и исключает заливы расплавленного металла в стык, который образуется в месте соединения втулки с нишей печи.
Более того, размещенный во втулке леточный кирпич в виде усеченного конуса с заходной частью и габаритами 275×240 мм, изготовлен из корундовой набивной массы МКН-96 в стержневом ящике и имеет внутри металлический каркас с приваренными четырьмя стальными ручками и семью стальными шпильками для крепления металлического футерованного сливного носка. Четыре ручки позволяют двум плавильщикам металла быстро извлекать износившийся леточный кирпич и ставить вместо его новый, а на семь шпилек надевать сливной носок и приваривать его к ним, таким образом, конструкция леточного кирпича, размещенного во втулке делает леточный кирпич «легкоудаляемым», т.е. процесс замены износившегося леточного кирпича на новый по экспериментальным данным происходит в течение 4-6 минут.
2
3
Кроме того, леточный кирпич получается из корундовой набивной массы МКН-96, которая имеет в своем составе больше AlO, выше температуру начала размягчения, а, следовательно, и больший срок службы.
Существенно отметить, в центре леточного кирпича выполнено леточное отверстие с размерами 28×42 мм. Размеры леточного отверстия (летки) предлагаемого леточного кирпича больше чем размеры летки прототипа, потому что, во - первых, возможно «замерзание» летки, т.е. металл в летке застывает и ее необходимо освобождать от застывшего металла с помощью ручной электросварки, ломика и кувалдочки, во-вторых, обеспечивается более быстрый слив наплавленного в печи металла.
Кроме того, леточный кирпич имеет заходную часть, которая обеспечивает удобную установку его во втулке.
Более того, для обеспечения фиксации и герметичности леточного кирпича во втулке на его торцевую и боковую поверхность наносится слоем 1-2 мм разработанная автором клеевая самотвердеющая мастика следующего состава в % по весу: мертель шамотный МШ-39 - 40%, лигносульфанат технический - 15%, порошок из огнеупорной глины ПГМС-28 - 26%, алюмохромофосфатная смесь фоскон - 6%, вода - 13%. Введение перечисленных элементов обеспечивает увеличение срока службы леточного кирпича и исключает заливы расплавленного металла в стык, который образуется в месте соединения втулки с леточным кирпичом.
Следует отметить, что металлические каркасы втулки и леточного кирпича сварены в сварочном кондукторе из стальной проволоки марки сталь 15 диаметром 5 мм, при этом металлические каркасы втулки и леточного кирпича упрочняют их, препятствуют разрушению и увеличивают срок их службы.
Замена леточных кирпичей на новые (запасные) может быть произведена только после слива расплавленного металла из печи и чистки ее от шлака.
Предлагаемая конструкция леточного кирпича по сравнению с прототипом имеет больший срок службы, устраняет возможные заливы в стык которые образуются в месте соединения леточного кирпича с втулкой, а также позволяет уменьшить по сравнению с прототипом время замены износившегося леточного кирпича на новый.
На представленных пяти фигурах изображен леточный кирпич, а также отдельные его узлы.
Фиг. 1. Фронтальный вид установленного леточного кирпича в печи.
Фиг. 2. Разрез А-А, установка леточного кирпича и втулки в футеровке печи.
Фиг. 3. Аксонометрическая проекция каркаса втулки.
Фиг. 4. Аксонометрическая проекция каркаса леточного кирпича.
Фиг. 5. Аксонометрическая проекция стержневого ящика леточного кирпича.
Прототип леточного кирпича состоит из внешнего и внутреннего леточного кирпича, предлагаемый же леточный кирпич 1 размещен во втулке 2, с габаритами 600×300 мм, изготовленной из корундовой набивной массы МКН-96 в металлическом стержневом ящике (не показан) и имеющей внутри металлический каркас 3 и четыре отверстия для крепления ее к брони 4 печи шпильками 5 с резьбой, гайками 6, пружинными шайбами 7, причем ниша стены 8 печи и втулка 2 выполнены с заходной частью Б фиг. 1, 2, 3. Металлический каркас 3 втулки сваривается из стальной проволоки марки сталь 15 диаметром 5 мм в сварочном приспособлении. Торцевая часть В втулки 2 соприкасается с внутренней обмазкой 9 печи, а внутренняя с торцевой частью Г леточного кирпича 1 и его внешней стороной, поэтому при работе печи образуется плотный «замок» (ломаная линия в сечении), исключающий затекание металла в стык и, естественно, связанные с этим трудности при извлечении леточного кирпича 1 из ниши в случае его износа. В предлагаемом изобретении для изготовления втулки 2 и леточного кирпича 1 используется корундовая набивная масса МКН-96, которая имеет состав, указанный в таблице 1.
В прототипе для изготовления заготовки леточного кирпича используется блок корундовый КС-90, а внутренний леточный кирпич выполняется из муллитокорундовой набивной массы ММК-88. характеристика которого приведена в табл. 2.
2
3
Как видно из таблиц 1 и 2, предлагаемая для изготовления втулки 2 и леточного кирпича 1 корундовая набивная масса МКН-96 имеет больше в составе окиси алюминия AlO, выше температуру начала размягчения, следовательно, изготовленные втулки 2 и леточные кирпичи 1 будет иметь больший срок эксплуатации. Для увеличения прочности и огнеупорности автор добавлял в корундовую набивную массу МКН-96 2% фоскона. При этом четыре шпильки 5 с резьбой привариваются к броне 4 печи, на них одевается втулка 2 и четыре стальные пластины 10, которыми крепится леточный кирпич 1 во втулке 2, на шпильки 5 с резьбой нанизывается по пружинной шайбе 7 и навинчивается четыре гайки 6. Таким образом, обеспечивается надежное крепление втулки 2 к броне 4 печи, а также леточного кирпича 1 во втулке 2. Каждая пластина 10 имеет толщину 5 мм и изготовлена из стали 40Х с последующей закалкой и низким отпуском.
Следует отметить, втулка 2 как бы увеличивает толщину леточного кирпича 1, при этом леточный кирпич 1 вместе с втулкой 2 имеет толщину в 1,5 раза большую, чем толщина прототипа и, естественно, срок его службы будет значительно больше.
Более того, для обеспечения фиксации и герметичности втулки 2 в нише печи на ее боковую поверхность наносится слоем 2 мм разработанная автором клеевая самотвердеющая мастика следующего состава в % по весу: мертель шамотный МШ-39 - 40%, лигносульфанат технический - 15%, порошок из огнеупорной глины ПГМС-28 - 26%, алюмохромофосфатная смесь фоскон - 6%, вода - 13%. Введение перечисленных элементов обеспечивает увеличение срока службы втулки 2 и исключает заливы расплавленного металла в стык, который образуется в месте соединения втулки 2 с нишей печи.
Более того, размещенный во втулке 2 леточный кирпич 1 в виде усеченного конуса с заходной частью Г и габаритами 275×240 мм, изготовлен из корундовой набивной массы МКН-96 в стержневом ящике (будет описан ниже) и имеет внутри металлический каркас 11 с приваренными четырьмя стальными ручками 12 и семью приваренными стальными шпильками 13 для крепления металлического футерованного сливного носка 14 фиг. 1, 2, 4. Четыре стальные ручки 12 позволяют двум плавильщикам металла быстро извлекать износившийся леточный кирпич 1 и ставить вместо его новый, а на семь стальных шпилек 13 надевать футерованный сливной носок 14 с семью отверстиями. Таким образом, конструкция леточного кирпича 1, размещенного во втулке 2 делает леточный кирпич 1 «легкоудаляемым», т.е. процесс замены износившегося леточного кирпича 1 на новый по экспериментальным данным происходит в течение 4-6 минут. Кроме того, леточный кирпич 1 с торца и на боковой поверхности имеет «заходную часть» Г, благодаря которой обеспечивается плотное прилегание стенок заходной части Г леточного кирпича 1 и внутренней поверхности втулки 2. Сливной носок 14 стальной имеет отбортовку, в которой выполнены семь отверстий, которые совпадают с семью шпильками, приваренными к металлическому каркасу 11 леточного кирпича 1. Все шпильки привариваются к отбортовке футерованного сливного носка 14. Таким образом, обеспечивается надежное крепление сливного носка 14 к каркасу 11 леточного кирпича 1. Металлический каркас 11 леточного кирпича 1 сваривается из стальной проволоки диаметром 5 мм в сварочном приспособлении. Следует отметить, что прежде чем приваривать четыре стальные ручки 12, к металлическому каркасу 11 леточного кирпича 1 привариваются четыре стальные пластины 15, а уже к ним привариваются четыре стальные ручки 12.
2
3
Кроме того, леточный кирпич 1 получается из корундовой набивной массы, которая имеет в своем составе больше AlO, выше температуру начала размягчения, а, следовательно, и больший срок службы.
Существенно отметить, в центре леточного кирпича 1 выполнено коническое отверстие (летка поз. 16) с размерами 28×42 мм. Размеры летки 16 предлагаемого леточного кирпича 1 больше чем размеры летки прототипа, потому что, во-первых, возможно «замерзание» летки 16, т.е. металл в летке застывает и ее необходимо освобождать от застывшего металла с помощью ручной электросварки, ломика и кувалдочки, во-вторых, обеспечивается более быстрый слив наплавленного в печи металла.
Кроме того, леточный кирпич 1 имеет заходную часть Г, которая обеспечивает удобную установку его во втулке 2.
Более того, для обеспечения фиксации и герметичности леточного кирпича 1 во втулке 2 и одновременно возможность удаления леточного кирпича 1 в случае его износа из втулки 2 на его торцевую и боковую поверхность наносится слоем 1-2 мм разработанная автором клеевая самотвердеющая мастика, приведенная в таблице №3
Процесс изготовления огнеупорной клеевой мастики следующий: замачивают порошок молотой глины в воде в течение 2 суток. Далее добавляется порция мертеля шамотного МШ-39 и вся масса тщательно перемешивается. Затем в перемешанную массу заливают алюмохромофосфатная смесь фоскон и все тщательно перемешивается. В заключение добавляется лигносульфанат технический, вода и также все тщательно перемешивается. Полученная масса должна иметь консистенцию густой сметаны. Огнеупорная клеевая мастика самотвердеет на воздухе в течении 2-3-х суток. Если необходимо ускорить процесс твердения, то склееваемое изделие нагревают до 400-450°С и выдерживают при указанной температуре 5-6 часов. Введение перечисленных элементов обеспечивает увеличение срока службы леточного кирпича 1 и исключает заливы расплавленного металла в стык, который образуется в месте соединения втулки 2 с леточным кирпичом 1.
Каркасы втулки 2 и леточного кирпича 1 изготавливают из стали 15, при этом каркасы упрочняют их, препятствуют разрушению и увеличивают срок службы. Все используемые в конструкции леточного кирпича 1 шпильки имеют резьбу М 14 и длину 40 мм, а все гайки также имеют резьбу М 14. Следует отметить, что на фиг. 2 изображена подина 17 печи, выложенная из подовых блоков КС-95, а внутренняя поверхность футеровки печи имеет слой гарнисажа 18, кроме того, представленная на фиг. 1, 2 печь имеет двойной слой теплоизоляции 19.
Следует отметить, что устанавливают леточный кирпич 1 и крепят его во втулке 2 четырьмя стальными пластинами 10, четырьмя гайками 6 и четырьмя пружинными шайбами 7 два рабочих плавильщика металла и сплавов. Каждый плавильщик металла и сплавов при установке леточного кирпича 1 во втулку 2 берет его за две ручки 12 и осторожно по заходной части устанавливают во втулку 2. Если износился леточный кирпич 1, то его быстро и легко удаляют двое рабочих плавильщиков металла и сплавов, отвинтив при этом ключами четыре гайки 6, убрав четыре пружинные шайбы 7, удалив четыре стальные пластины 10, двумя- тремя легкими ударами кувалдочки по ручкам 12, нарушают фиксацию огнеупорной клеевой мастикой леточного кирпича 1 во втулке 2, далее, берясь каждый за ручки 12 удаляют из втулки 2 леточный кирпич 1 с приваренным на нем сливным носком 14. Затем устанавливают во втулку 2 новый запасной леточный кирпич 1 с приваренным на нем сливным носком 14. Следует отметить, что в процессе длительной работы печи при высоких температурах клеевая мастика становится непрочной, поэтому удаление леточного кирпича 1 из втулки 2 происходит достаточно легко.
Как правило, запасные леточные кирпичи 1 уже изготовлены и хранятся на стеллажах в кладовке литейного цеха. Конструкция леточного кирпича 1, размещенного во втулке 2 делает леточный кирпич 1 «легкоудаляемым», т.е. процесс замены износившегося леточного кирпича 1 на новый по экспериментальным данным происходит в течение 4-6 минут.
Операция по замене старого износившегося леточного кирпича происходит без остановки печи после разливки жидкого металла и чистки ванны от шлака.
Использование предложенных «быстросменных» леточных кирпичей 1 повышенной стойкости, изготовленных из корундовой набивной массы МКН-96 в конструкциях печей повышают их надежность и дает большой экономический эффект. Разработанная конструкция леточного кирпича имеет больший срок службы по сравнению с прототипом. Если же сравнить с леточным кирпичом заводского изготовления, то выяснится следующее важное обстоятельство.
Для того, чтобы заменить леточный кирпич заводского изготовления в случае износа (выбоины, трещины, разрушение стенок летки) нужно остановить печь, остудить футеровку (в зависимости от емкости печи время охлаждения составляет 2-4 суток), разобрать частично две стены печи и почти полностью леточную стену, часть свода, заменить старый леточный кирпич 1 на новый, зафутеровать стены вновь, прокалить печь и возобновить плавку.
Описанные выше работы очень трудоемки и требуют (в зависимости от емкости печи, в одну или две смены будет организована работа, количества футеровщиков) 5-9 суток. Из приведенного выше видно, какие значительные убытки терпят предприятия из-за низкой стойкости леточных кирпичей заводского изготовления, невозможности в случае износа быстрой их замены. Более того, предлагаемая конструкция леточного кирпича устраняет возможные заливы в стык который образуется в месте соединения леточного кирпича с нишей, а также позволяет уменьшить время замены леточного кирпича в случае его износа.
Стержневой ящик для получения леточного кирпича одноместный с вертикальной плоскостью разъема изготовлен из алюминиевого сплава, изображен в изометрической проекции на фиг. 5.
Стержневой ящик 20 изготовлен из алюминиевого сплава АК7, т.е. отливают его по деревянной модели (не показана) две половинки стержневого ящика и обрабатывают их совместно на координатно-расточном станке. Для большей прочности стержневой ящик 20 имеет ребра жесткости 21. Чтобы стержневой ящик 20 быстро не изнашивался, он имеет сверху и снизу броню в виде стального листа 22 толщиной 4 мм, обработанного по форме поверхности стержневого ящика 20 и закрепленного винтами 23. Стержневой ящик 20 имеет приливы 24 для размещения в них элементов крепления половинок стержневого ящика: откидных болтов 25 и гаек-барашек 26.
Краткий технологический процесс изготовления в стержневом ящике леточного кирпича.
1. Половинки разъемного стержневого ящика леточного кирпича фиг. 5 очищают от пыли и остатков прежней корундовой набивной массы МКН-96.
2. Для лучшего отделения стержня (леточного кирпича) от стенок стержневого ящика рабочую поверхность последнего смазывают разделительной жидкостью (керосином).
3. Подготовленные половинки стержневого ящика скрепляют гайками-барашками и устанавливают вертикально на стальную плиту.
4. В корундовую набивную массу добавляют 2% фоскона и тщательно перемешивают.
5. В полость стержневого ящика устанавливают предварительно сваренный каркас 11 с приваренными к нему четырьмя стальными пластинами 15, четырьмя ручками 12 и семью шпильками 13. (Средняя и верхняя часть стержневого ящика специально выполнена не в виде конусов, а квадратной, с возможностью поставить подставки, чтобы во время набивки, во-первых, не было смещения и опрокидования стержневого ящика, во-вторых, чтобы вторая рука поддерживала каркас 1, а не стержневой ящик).
6. Заполняют стержневой ящик (порциями) корундовой набивной массой МКН-96 с добавкой 2% фоскона и удерживая сваренный каркас 11 в стержневом ящике сильно уплотняют вручную каждую порцию смеси трамбовкой.
7. Делают несколько наколов душником в леточном кирпиче 1 в шахматном порядке.
8. Производят 2-3 не сильных удара по стержневому ящику, отвинчивают гайки-барашки и разнимают половинки стержневого ящика.
9. Извлекают леточный кирпич 1 укладывают в драер (не показан), делают несколько леточных кирпичей 1 укладывают их в драера. На семь шпилек 13 каркаса 4 каждого леточного кирпича 1 одевают предварительно зафутерованный сливной носок 14 и заваривают.
10. Драера с помещенными в них леточными кирпичами 1, сливными носками 14 укладывают на стеллажи электрофицированной тележки и закатывают ее в электрическое тупиковое сушило, в котором производится сушка при температуре 360°С в течении восьми -девяти часов.
11. Выкатывают из электрического тупикового сушила электрофицированную тележку с драерами, извлекают из драеров леточные кирпичи 1 с приваренными сливными носками 14.
12. Леточные кирпичи 1 с приваренными сливными носками 14 складируют на стелажи в кладовке и берут их по мере необходимости.
Итак, разработанная конструкция леточного кирпича имеет по сравнению с прототипом больший срок службы, конструкция его несколько проще, требуется меньшее время на замену его в случае износа,
устраняет возможные заливы в стык, который образуется в месте соединения леточного кирпича с втулкой.