Устройство и способ теплоизоляции расплава металла в ковше
DEVICE AND METHOD OF MELT METAL HEAT-INSULATION IN LADLE

Заявляемое техническое решение относится к металлургии, в частности к литью металлов, а именно к расходуемым устройствам для осуществления теплоизоляции расплава металла в ковше в процессе литья.
Для теплоизоляции расплава металла в ковше традиционно используют засыпку поверхности расплава изолирующим материалом. Такие материалы раскрыты в частности в следующих документах: патент на изобретение SU1731849, опубликован 07.05.1992, МПК C22B13/05; патент РФ на изобретение № 2022042, опубликован 30.10.1994, МПК C22B 13/02, B22D 7/10. Для подачи в ковш порошкообразных материалов используют различные методы, например путем их вдувания в струе газа или подачи сыпучего материала в ковш посредством специальной установки: И.К.Попандопуло, Ю.Ф.Михневич. Непрерывная разливка стали. М.: Металлургия, 1990. Порошкообразные, пылеобразные материалы, используемые для этой цели, в процессе их подачи в ковш легко подхватываются восходящими потоками теплого воздуха, что снижает видимость зоны внесения и не позволяет контролировать равномерность внесения теплоизолирующего материала.
Для снижения пыления в процессе внесения теплоизолирующего материала используют гранулирование или крупнозернистые материалы. Например, такие решения раскрыты в документах: патент РФ на изобретение №2317176, опубликован 20.02.2008, МПК B22D 7/00, B22D 11/111, патент РФ на изобретение № 2397039, опубликован 20.08.2010, МПК B22D 1/00, патент DE10124926A1, опубликован 2006-03-16, МПК C23C2/30, патент US4430121A, опубликован 1984-02-07, МПК C22B2/006. Однако такие решения не позволяют полностью исключить пыление и обеспечить равномерность покрытия расплава металла в ковше.
Из уровня техники известны устройство и способ теплоизоляции расплава металла в ковше по патенту РФ на изобретение №2312740, опубликован 20.12.2007, МПК B22D 41/00. Известный способ характеризуется тем, что теплоизолирующим материалом заполняют сгораемый контейнер, который размещают по центру ковша на расстоянии 500-1000 мм над поверхностью металла и после сгорания нижней части контейнера осуществляют засыпку теплоизолирующего материала на поверхность металла. Контейнер при этом выполнен в виде мешка, содержащего элементы для зацепления к устройству, осуществляющему подачу контейнера к ковшу.
В известном способе не исключаются полностью пыление для засыпке расплава теплоизолирующим материалом, так как от поверхности расплавленного металла поднимаются восходящие воздушные потоки, которые подхватывают мелкие частицы пылеобразного теплоизолирующего материала и выносят их из зоны засыпки. Кроме того, такой способ не обеспечивает равномерной засыпки поверхности металла, так как в пылевом облаке невозможно осуществлять точный контроль на процессом засыпки.
Из уровня техники известно техническое решение, выбранное в качестве прототипа, раскрывающее устройство и способ теплоизоляции расплава металла в ковше по патенту Японии № JP5861591, опубликован 2016-02-16, МПК  B22D11/10, B22D11/108, B22D41/00, C21C5/46, C21C7/00. Известный способ характеризуется тем, что контейнеры с теплоизолирующим материалом, представляющие собой горючие пакеты, помещают в устройство, выполненное с открывающейся нижней частью. Указанное устройство размещают над ковшом, в котором расположена расплавленная сталь, открывают нижнюю часть устройства и вводят таким образом в ковш контейнеры с теплоизолирующим материалом.
Известное устройство отличается сложностью конструкции, но при этом не может обеспечить равномерное покрытие расплава металла теплоизолирующим материалом, так как при открытии нижней части устройства возможно хаотичное выпадение контейнеров из него и образование, так называемого, «эффекта волны», когда при касании контейнеров с теплоизолирующим материалом с поверхностью шлака в котле, шлак идёт волнами на стены ковша, создавая условия для утолщения гарнисажного слоя и сокращения срока службы футеровки ковша.
Техническая задача заключается в устранении указанных недостатков известных решений и создание устройства и способа теплоизоляции расплава металла в ковше, обеспечивающих равномерную подачу теплоизолирующего материала по всей поверхности расплава металла в ковше, исключение пыления и надежной теплоизоляции.
Технический результат заключается в повышении эффективности теплоизоляции расплава.
Технический результат достигается тем, что в способе теплоизоляции расплава металла в ковше, включающем размещение теплоизолирующего материала в устройстве, разрушающемся под действием высокой температуры, и подачу указанного устройства к поверхности металла, согласно заявляемому решению устройство укладывают непосредственно на поверхность расплава металла. Устройство для теплоизоляции расплава металла в ковше согласно заявляемому способу содержит контейнер, заполненный теплоизолирующим материалом и выполненный с элементами зацепления, при этом контейнер выполнен плоским, в форме, соответствующей форме укрываемого ковша, и включает несколько сегментов, соединенных между собой и закрепленных к каркасным планкам. Хотя бы один из сегментов контейнера может быть выполнен с соединительной прошивкой для сохранения плоской формы. Поверхность контейнера может быть выполнена с обработкой огнестойким составом.
Выполнение контейнера плоским, в форме, соответствующей форме укрываемого ковша, позволяет исключить неукрытые участки расплава, обеспечивая, таким образом полное покрытие поверхности металла теплоизолирующим материалом и эффективную теплоизоляцию. При этом конструкция устройства, когда контейнер с теплоизолирующим материалом включает несколько сегментов, соединенных между собой и закрепленных к каркасным планкам, обеспечивает возможность создать плоский контейнер требуемой формы и размеров, соответствующих укрываемому ковшу, обладающий, при этом, достаточной жесткостью. Такой контейнер способен сохранять форму при перемещении его в процессе укладки, его можно равномерно и одновременно опустить сразу на всю поверхность расплава, исключив волны шлака на поверхности металла, утолщающие гарнисажный слой и негативно влияющие на равномерность слоя теплоизолирующего материала. При этом нижняя часть контейнера, уложенная одновременно на всю поверхность расплава, равномерно сгорает и теплоизолирующий материал остается равномерным по толщине и полностью покрывающим слоем на поверхности металла.
Благодаря форме контейнера, соответствующего по форме и размерам укрываемому ковшу, устройство может быть уложено непосредственно на поверхность расплава металла, что исключает высыпание пылеобразного теплоизолирующего материала над поверхностью расплава, подхватывание его восходящими потоками горячего воздуха, поднимающимися над поверхностью расплава, образование пыльного облака и неравномерность внесения теплоизолирующего материала.
Заявляемое техническое решение поясняется далее с помощью фигур. На фигуре 1 условно представлен один из возможных вариантов выполнения устройства, используемого для теплоизоляции расплава металла в ковше. Устройство содержит сегменты (1) контейнера, соединенные между собой, с присоединенными к ним элементами зацепления в виде транспортировочных строп (2). Сегменты закреплены к каркасным планкам (3). Все стропы (2) собираются вместе и прикрепляются к кольцу (4), с помощью которого осуществляют транспортировку устройства к ковшу. В целях сохранения плоской формы контейнера после заполнения теплоизолирующим материалом, сегменты (1) они могут содержать одну или несколько соединительных прошивок (5).
Изготовление заявляемого устройства осуществляют следующим образом. Из ткани, бумаги, пленки или иного материала, разрушающегося (сгорающего, плавящегося, разлагающегося) под действием высокой температуры, изготавливают сегменты (1), по форме и размерам соответствующие размерам горловины ковша, планируемого для теплоизоляции. Внутренняя полость сегментов, при этом, может содержать один или несколько слоёв полиэтиленовой пленки для исключения возможности адсорбировать атмосферную влагу. Сегменты (1) изготавливают с открытыми набивными отверстиями, например в виде горловины или кармана, а по поверхности сегментов (1) выполняют соединительные прошивки (5), которые позволяют сохранить их форму после набивки приближенной к плоской. К сегментам прикрепляют, например, путем пришивания или присоединения скрепками, элементы зацепления в виде транспортировочных строп (2) и элементы для соединения их между собой, например, ленты (на фигуре не показаны). Стропы (2) объединяются в кольцо (4) на котором устройство будет крепиться к крюку мостового крана при подаче его на поверхность расплава металла ковша. Сегменты (1) закрепляют к каркасным планкам (3), например, с помощью карманов или петель (на фигуре не показаны), выполненных на поверхности сегментов (1). Поверхность контейнера, в частности, нижняя плоскость, а при необходимости, и верхняя, и стропы, обрабатывается огнестойким составом, который исключает преждевременное прогорание материала, из которого выполнен контейнер, и высыпание теплоизолирующего материала до окончательной укладки устройства на поверхность расплава. Через набивные отверстия сегменты (1) наполняются теплоизолирующим материалом, после чего зашиваются, либо закрываются любым иным способом. Стропы (2) собирают вместе и закрепляют к кольцу (4) для подвешивания к крюку крана. Лучшей теплоизоляции отдельных частей поверхности ковша (например, центра или пристенных частей) при необходимости возможно достичь за счет изменения толщины или конфигурации отдельных сегментов (1).
Осуществление заявляемого способа поясняется далее на примере одного из предпочтительных вариантов. Устройство транспортируют к месту разлива металла, извлекают из транспортной тары, подготавливают кольцо (4) для зацепления к крюку крана. Кольцо (4) зацепляют к крюку крана и на стропах (2) поднимают устройство и перемещают его в зону ковша. При этом каркасные планки (3), к которым закреплены сегменты (1), обеспечивают устойчивость формы устройства и не дают ему сложиться на стропах (2) к центру. Устройство сохраняет плоскую форму. Краном устройство переносят в пространство над ковшом и быстро опускают на поверхность расплава металла или шлака. Стропы (2), попадая в жаркую зону расплава, разрушаются под действием высокой температуры и освобождают соединение крюка крана с устройством. Далее крюк крана с обгоревшими остатками строп (2) выводят из зоны над ковшом, а устройство при этом полностью и равномерно закрывает всю поверхность расплава и теплоизолирует его. После размещения контейнера на поверхности расплава, каркасные планки (3) и материал сегментов (1) разрушаются под действием высокой температуры и теплоизолирующий материал равномерно покрывает поверхность расплава, засыпая, в том числе, места соединительных прошивок. По окончании разливки металла теплоизолирующий материал кантуется вместе с расплавом шлака из ковша.
Состав теплоизоляционного материала при использовании заявляемого способа может быть любым, но использование именно пылеобразного материала позволяет в большей степени повысить эффективность теплоизоляции, так как пылевидные материалы за счет меньшей насыпной плотности обладают лучшими теплоизолирующими свойствами.
Осуществление заявляемого способа с использованием заявляемого устройства обеспечивает равномерное укрытие теплоизолирующим составом поверхности расплава металла или шлака. При этом возможно применение не гранулированных, а пылевидных материалов, что позволяет улучшить теплоизоляцию металла, так как пылевидные материалы за счет меньшей насыпной плотности обладают лучшими теплоизолирующими свойствами, и отказаться от затрат на грануляцию исходных компонентов, что удешевляет процесс. Проведенные испытания показали, что при использовании заявляемого способа скорость снижения температуры расплава на 20% меньше, чем при использовании традиционных методов теплоизоляции путем засыпки. Кроме того обеспечивается улучшение условий труда в зоне ковша за счет уменьшения пыления при подаче теплоизолирующих и функциональных материалов поверхность расплава металла (шлака). Равномерность размещения теплоизолирующего материала на поверхность расплава позволяет использовать меньшую толщину слоя, что снижает количество минеральных компонентов, остающихся в ковше перед кантовкой, что с свою очередь уменьшает количество корозионноактивных неметаллических включений, которые необходимо будет удалить из металла при следующей подготовке металла к отливке из данного ковша. В результате испытаний отмечено уменьшение количества отхода, подлежащего последующей кантовке, в 3-4 раза по сравнению с традиционными методами теплоизоляции путем засыпки. Огнестойкий состав, которым обрабатывают нижнюю часть контейнера, может состоять из суспензии оксидов.
Представленные фигуры, описание конструкции и использования устройства не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения устройства и использования его в объеме заявляемой формулы. В частности, устройство может содержать дополнительные стеновые экраны, которые позволяют прогреть и частично растопить шлак, осевший на стенках ковша, тем самым продлить срок службы шлакового пояса ковша, дополнительные карбон-экраны, снижающие инфракрасное излучение с поверхности ковша, нижний слой теплоизоляционного материала может быть выполнен максимально родственным к расплаву шлака, сохраняющим его свойства. Возможно также изготовление усиленных контейнеров для долгих разливок стали и для специальных сталей с узким температурным интервалом разливки.