СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПЛИТ ДЛЯ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF PRODUCING COOLING PLATES FOR BLAST FURNACES (VERSIONS)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литейному производству и может быть использовано при получении чугунных плит с залитыми в нее стальными трубками, по которым движется охлаждающий реагент (вода, пароводяная эмульсия и т.д.) внутренняя поверхность которых может быть выполнена гладкой, ребристой или защищенной огнеупорным материалом.
В настоящее время "холодильные плиты для доменных печей" используются практически во всех европейских станах, где есть доменное производство. Основное их отличие - материал, из которого изготавливается данная деталь. Главной задачей холодильных плит является отвод тепла от стенок путем охлаждающих каналов, полученных в результате заливки стальной трубы во внутрь. За всю историю доменного производства использование различных материалов для получения холодильных плит приводило к накоплению опыта по поиску материала, работающего в постоянных термоциклических нагрузках.
Существует способ получения холодильной плиты при котором в стальной плите высверливают охлаждающие каналы и соединяют их с патрубками подвода и отвода воды при этом, охлаждающие каналы высверливают в виде как минимум двух пар отверстий, минимально отстоящих друг от друга, а патрубки для подвода и отвода воды присоединяют к паре отверстий, соединяя их при этом в одно элипсообразное отверстие (см. описание изобретения к патенту РФ по заявке №2003112804 от 30.04.2003, МПК С21В 7/10, №2238330, опубл. 20.10.2004).
К основным недостаткам данного изобретения можно отнести то, что плита изготавливается из стали, а водоохлаждающие каналы высверливаются. Это значительно усложняет технологический процесс, так как, в сравнении с чугунными деталями, технология получения стальных отливок сложнее ввиду повышенной температуры плавления и линейной и объемной усадки. Кроме того, высверливание водоохлаждаемых каналов затрудняет реализацию данного способа, ввиду дополнительной механической обработки.
Одним из наиболее близких способов к рассматриваемому является способ изготовления чугунной холодильной плиты для доменной печи с залитыми в нее стальными трубками, включающий загрузку в плавильный агрегат шихты, приготовление формовочных компонентов из песчано-глинистой смеси, формовку нижней полуформы с литниками и верхней полуформы со шлакоуловителем, при этом формовку нижней полуформы осуществляют с последующим просушиванием в сушильной камере и установкой в нее стального охлаждающего канала на нижние жеребейки, объединяют нижнюю полуформу с верхней и осуществляют заливку расплавом чугуна с температурой 1220-1340°С, при этом верхнюю полуформу выполняют с прижимными жеребейками, (см. описание изобретения к патенту RU 2667569 от 06.10.2017, МПК B22D 19/02, С21В 7/10).
Недостатком известного изобретения является сложность осуществления стыковки верхних и нижних жеребеек. Не исключается возможность перекоса охлаждающего канала во время заливки плит, что может привести в дальнейшем к неравномерному охлаждению плит во время эксплуатации и скорому выходу их из рабочего состояния.
Техническим результатом предлагаемого изобретения, является упрощение технологии получения холодильных плит, а также увеличение срока службы холодильных плит с залитыми в водохлаждающими каналами, по которым движется охлаждающий реагент (вода, пароводяная эмульсия и т.д.) внутренняя поверхность которых может быть выполнена гладкой, ребристой или защищенной огнеупорным материалом, а масса которых может быть от 50 кг до 15 т.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления чугунной холодильной плиты для доменной печи с залитыми в нее охлаждающими каналами, включает загрузку в плавильный агрегат шихты с получением расплава, приготовление формовочных компонентов из песчано-глинистой смеси или смеси из песка, связующего и отвердителя, формовку нижней полуформы с литниками и верхней полуформы с шлакоуловителем, укрепление рабочей поверхности верхней полуформы, контактирующей с расплавом асбестовыми листами, размещение в ней по меньшей мере одного охлаждающего канала, фиксируемого в верхней полуформе посредством жеребеек установленных на нем, объединение верхней и нижней полуформы с получением литейной формы, при этом охлаждающий канал оказывается размещенным в нижней полуформе, продувку охлаждающего канала охлаждающей средой под давлением 1-10 атм через выступающие из формы части, и заливку расплавом чугуна при температуре 1141-1600°С. Так же технический результат достигается тем, что способ изготовления чугунной холодильной плиты для доменной печи с залитыми в нее охлаждающими каналами, включает загрузку в плавильный агрегат шихты, приготовление формовочных компонентов из песчано-глинистой или холоднотвердеющей смеси, формовку нижней полуформы с литниками и верхней полуформы с шлакоуловителем, размещение в нижней полуформе по меньшей мере одного охлаждаемого канала фиксируемого жеребейками по меньшей мере в четырех равноудаленных перпендикулярнонаправленных друг от друга местах, объединение верхней и нижней полуформы с прижимом верхней полуформой площадок жеребеек, продувку охлаждающего канала охлаждающей средой под давлением 1-10 атм через выступающие из формы части, и заливают расплавом чугуна при температуре 1141-1600°С.
Формовочные компоненты могут быть из песчано-глинистой смеси - для последующего уплотнения пневматическими трамбовками и холоднотвердеющей смесью, имеющей в качестве связующего: фурановые смолы, фенольно-уретановые, фенольно-кислотные, жидкостекольные, фенольно-щелочные системы и т.д. Может подойти практически любая система, которая имеет принцип: связуещее→отвердитель→смешивание с песком (кварцевый, оливиновый, циркониевый, хромитовый, бокситовый, кефалитовый)→отверждение.
2
2
2
Формовка полуформ низа по песчано-глинистой смеси осуществляется после установки их плоскостью разъема на подмодельную плиту. Формообразование основывается на равномерной подаче формовочных компонентов песчано-глинистой смеси и последующем уплотнении либо пневмотромбовкой, либо ручной тромбовкой. Получение питающих каналов (литников) возможно при установлении в нижнюю полу форму закладных различной конфигурации, зависящей от формы и вида холодильной плиты. Так же допускается высверливание, пробивание душником. После получения полуформы низа, ее переворачивают для получения либо второй части модели в полуформе верха, либо плоской стенки холодильной плиты. Так же возможна установка модели выпоров, стояков, но это, так же, возможно получить высверливанием или пробиванием душником. В состав песчано-глинистой смеси входят компоненты, обеспечивающие высокие показатели качества смеси. Но в современном литейном производстве и практика использования вышеуказанного способа показало, что возможно кардинальное изменение формовочной смеси. То есть, при использовании песка кварцевого 2KО025 допустимо использование возвратной смеси до 60%, а использование дикстрина кукурузного возможна замена связующими аналогами. Кроме того, возможно использование песка кварцевого в сочетании с различными глинами и связующими в виде воды. Опыт освоения и использования этих смесей при получении холодильных плит показал, что в качестве основы идут компоненты, которые после смешивания в соответствии ГОСТ 23409.0-78 и ГОСТ 23409.26-78, в качестве основы будут иметь предел прочности на растяжение и сжатие - не ниже 20 КПа. Данные показатели могут увеличиваться в результате естественного или принудительно высыхания. Кроме того после этого для предотвращения осыпаемости верхней полуформы на расстоянии всей рабочей поверхности производится закрепление асбестового листа формовочными гвоздями. Если принудительно просушивать верхнюю полуформу, на это требуется дополнительно тратить электроэнергию и время, что усложняет процесс производства и сказывается на производительности, а создание защитного слоя в виде листа позволяет этот процесс исключить упрощая тем самым технологию производства. Кроме того, даже просушивание верхней полуформы, без последующего закрепления листа асбеста позволяло встречать эффект "осыпания" ввиду пониженной скорости заливки, которая приводила к "отпариванию" и "отслоению" компонентов формовочной смеси. Фиксирование охлаждаемого канала осуществляется путем механического удержания его в верхней полуформе. Верхние или разъемные жеребейки крепятся к охлаждающему каналу либо сварным швом 0,1…15 мм., либо обвязкой проволокой с пределом прочности при повышенных температурах 0,6…44,5 кг/мм. Эти жеребейки заранее размечаются или же рассчитываются по чертежу нахождения охлаждающего канала в теле отливок холодильных плит. В определенно-намеченных местах просверливаются отверстия - выхода верхней части жеребейки, которая либо приваривается, либо механическим путем удерживается на поверхности. После закрепления выходящих на поверхность жеребеек на момент заливки, к контуру охлаждаемого канала подключают воздух 1…10 атм., а заливку расплавом чугуна осуществляют при температуре 1141-1600°С. Способ изготовления ориентирован на холодильные плиты от 50 кг. до 15 т., соответственно увеличение температуры заливки говорит, о различной вариации использования, т.к. толщина стенки может быть различна.
2
При использовании холоднотвердеющей смеси формовку производят в нижней полуформе, после установки плоскостью разъема на подмодельную плиту. Формообразование основывается на равномерной подаче формовочных компонентов смеси и последующем разравниванием уплотнением. Получение питающих каналов (литников) возможно при установлении в нижнюю полуформу закладных различной конфигурации, зависящей от формы и вида холодильной плиты. Так же допускается высверливание, пробивание душником. После получения полуформы низа, ее переворачивают для получения либо второй части модели в полуформе верха, либо плоской стенки холодильной плиты. Так же возможна установка модели выпоров, стояков, но это, так же, возможно получить высверливанием или пробиванием душником. Компоненты холоднотвердеющей смеси смешиваются с песком в количестве 0,5…45% от массы песка, а отвердитель 0,5…50% от связующего - для получения предела прочности на растяжение в сухом состоянии формовочной смеси не ниже 150 КПа. Это обусловлено тем, что современное литейное производство находится в постоянном развитии и имеет различные системы отверждения. При этом, дальнейшая фиксация охлаждаемого канала осуществляется путем механического удержания в верхней полуформе, причем верхние жеребейки крепятся к охлаждаемому каналу либо сварным швом 0,1…15 мм., либо обвязкой проволокой с пределом прочности при повышенных температурах 0,6…44,5 кг/мм, после закрепления, которых, на момент заливки, к контуру охлаждаемого канала подключают воздух 1…10 атм., а заливку расплавом чугуна осуществляют при температуре 1141-1600°С.
Независимо от формовочных смесей, в верхних опоках могут быть выполнены наколы до 14 мм, путем пробивания или сверления. Это позволяло обеспечить выход газа при заливке и снизить процент газовых раковин до 5%.
До установки охлаждающего канала на готовые формы может быть нанесено противопригарное покрытие на основе маршалита, силиката циркония, или графита после нанесения которых осуществляется сушка либо в сушильной камере при температуре до 400°С, либо самопроизвольно, - в случае использования самоиспаряющихся связующих компонентов. Покраска и дальнейшее высыхание естественным путем может занимать определенные временные затраты. Она может осуществляться путем окунания или орошения из специальных распылительных приборов.
Кроме того, в отдельных, единичных случаях, когда невозможна установка литниковой системы ниже охлаждающего канала (т.е. направление металла шло на него или выше) осуществлялось дополнительное обматывание этого места листом асбеста с последующей обвертыванием его проволокой или же обвязкой шнуровым асбестом. Это было направлено на дополнительное создание защитного слоя для предотвращения прогара контура охлаждающего канала.
Так же, при исследовании данной тематики и практических исследованиях при использовании вышеуказанных способов получения различных видов холодильных плит была установлена некоторая сложность в реализации определенных видов деталей. Она заключалась в том, полученный перечень заказов не всегда подкрепляется большим парком опочной оснастки, а при постоянных производственных условиях намечается разноформатное варьирование опок. По вышесказанному способу охлаждающий канал удерживается либо в верхней полуформе, либо по разъему двух полуформ механическим путем (сварка или привязка верхней части жеребейки из формы) без использования нижних жеребеек. В результате построения технологических схем получения различных видов холодильных плит был дополнительно разработан способ получения такого формата деталей. Не зависимо от использованной смеси, жеребейки "фиксирующего" назначения, остаются в теле отливки. Конфигурация показана на фигуре 1. Установка нижних "фиксирующих" жеребеек осуществляется в нижнюю полуформу на площадку 1 минимум в четырех равноудаленных перпендикулярнонаправленных друг от друга местах (для более плотного удержания на требуемой высоте). Закрепление охлаждаемого канала осуществляется путем механической установки охлаждающего канала в постановочный паз 2, который может иметь различную, зависящую от разновидности холодильной плиты. Постановочный паз будет иметь точку или площадь постановки - это место соприкосновения с нижней частью охлаждающего канала. Он будет иметь рекомендательную глубину равной диаметру вписанной окружности внешнего диаметра охлаждающего канала, причем верхняя, внутренняя часть жеребейки рассчитывается с учетом легкости установки и имеет дополнительно 0,1…2 мм до верхней части установленного в паз охлаждающего канала. Постановка производится так, чтобы боковые стенки 3 и 4, предпочтительно, имели угол наклона 95...150° и 85...30°; соответственно для исключения вероятности выпадения из тела отливки. Установка их производится после покраски полуформы низа, чтобы исключить попадание противопригарного покрытия. После закрепления охлаждающего канала в полуформе низа, площадка 5 прижимается верхней полуформой. Далее, на момент заливки, к контуру охлаждающего канала подключается воздух 1...10 атм., а заливку расплавом чугуна осуществляют при температуре 1141-1600°С.
Данный технический результат реализовывался на различных марках серого чугуна, легированного и высокопрочного полученного по известному способу для холодильных плит доменных печей.
В результате решения вышеупомянутой технической проблемы был создан способы, позволяющие осуществить получение холодильных плит для доменных печей из чугуна массой от 50 кг до 15 т.
Список использованных источников
1. Патент №2667569. Российская Федерация. Способ изготовления холодильных плит для доменных печей (варианты) / Р.Н. Зенкин, Н.Н. Зенкин, заявитель и патентообладатель Зенкин Р.Н. - №2017135641; заявл. 06.10.2017; опубл. 21.09.2018. Бюл. №27.
2. Зенкин, Р.Н. Об использовании противопригарных покрытий для форм из холодно-твердеющих смесей при получении чугунных отливок [Текст] / Р.Н. Зенкин // Литейное производство. - 2017. - №1. - С. 11-14.
3. Патент №2586730. Российская Федерация. Способ получения высокопрочного чугуна / Р.Н. Зенкин, Н.Н. Зенкин, заявитель и патентообладатель Зенкин Р.Н. - №2015110457/02; заявл. 25.03.2015; опубл. 10.06.2016. Бюл. №16. - 10 с.