Результат интеллектуальной деятельности: ЛЕТОЧНЫЙ КИРПИЧ

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 шлаковой 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 леточное отверстие.

Недостатки заключаются в том, что:

- изготавливается только на огнеупорных заводах России по специальному заказу;

- для изготовления необходима специальная оснастка;

- леточный кирпич для шлака имеет небольшую толщину и при эксплуатации имеет небольшой срок службы;

- устанавливается стационарно в нижней части печи и при выходе из строя нужно разбирать почти всю футеровку печи.

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.

Из известных наиболее близким по технической сущности (прототипом) является 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, толщины леточный кирпич имеет меньший срок службы;

- из-за отсутствия «заходной части» на леточном кирпиче и ответной «заходной части», выполненной в нише, а также отсутствия «замка», в конструкции 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.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение срока службы леточного кирпича, устранение возможных заливов в стык, который образуется в месте соединения леточного кирпича с нишей, а также уменьшение времени замены леточного кирпича в случае его износа.

Технический результат - разработанная конструкция леточного кирпича имеет «замок», предотвращающий заливы в стыке леточного кирпича с нишей, леточный кирпич имеет больший по сравнению с прототипом срок службы и 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 имеет в торце «заходную часть», выполнен с габаритами 248×400×300 мм из муллитокорундового плотного блока, имеет за «заходной частью» по периметру выборку для фиксации леточного кирпича в стальном захвате с дополнительным креплением места стыка огнеупорной клеевой мастикой. Заготовка леточного кирпича получается из мулликорундового плотного блока МКП-72, имеющего размеры 500×400×300 мм, распиловкой его по большей стороне на две равные части, получая, таким образом, сразу две заготовки с размерами 248×400×300 мм. Предлагаемый леточный кирпич, полученный из таких заготовок, имеет толщину в 1,512 раза большую, чем толщина прототипа, и, естественно, срок его службы будет значительно больше. Полученные заготовки для изготовления леточного кирпича по сравнению с заготовками прототипа имеют в своем составе больше Al₂O₃, ниже пористость, а, следовательно, и больший срок службы. Заготовки предлагаемого леточного кирпича имеют выше предел прочности и температуру начала размягчения, поэтому изготовленный из них леточный кирпич будет иметь больший срок службы.

При этом, в центре заготовки леточного кирпича сверлится коническое отверстие (летка), имеющая размеры 24×36 мм. Размеры летки предлагаемого леточного кирпича больше, чем размеры летки прототипа, потому что толщина леточного кирпича большая и возможно «замерзание» летки, т.е. металл в летке застывает и ее необходимо освобождать от застывшего металла с помощью ручной электросварки, ломика и кувалдочки. Процесс этот длительный и трудоемкий.

Кроме того, леточный кирпич с торца имеет «заходную часть», благодаря которой обеспечивается плотное прилегание стенок «заходной части» леточного кирпича и «заходной части» ниши печи. «Заходная часть» леточного кирпича выполнена в виде усеченной пирамиды, кроме того, торец леточного кирпича стыкуется с торцом ниши, 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 ниши в случае его износа. Также «заходная часть» леточного кирпича обеспечивает удобную установку его в нише печи.

Далее, с торца заготовки леточного кирпича за «заходной частью», отступив 10 мм, по периметру делается выборка шириной 7 мм и глубиной 15 мм для фиксации леточного кирпича в захвате с дополнительным креплением места стыка огнеупорной клеевой мастикой. Захват состоит из двух симметричных свариваемых половинок, в передней части его имеется отбортовка, в которой выполнены четыре паза, необходимых для фиксации захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом на четырех шпильках. В передней внутренней части захвата приварены четыре ручки для установки захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом в нишу печи, таким образом, чтобы обеспечить плотное прилегание стенок «заходной части» леточного кирпича и «заходной части» ниши печи. На брони печи имеются приваренные к ней четыре шпильки, совпадающие с четырьмя пазами, выполненными на передней отбортовке захвата, на которых захват с зафиксированным леточным кирпичом и крепится четырьмя гайками. Крепление захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом в нише леточной стены производят с целью удерживания леточного кирпича от давления расплавленного металла.

Более того, для фиксации леточного кирпича в захвате используется клеевая мастика следующего состава в % по весу: мертель шамотный МШ-39 ТУ 14-199-119-2000 40%, лигносульфанат технический ТУ 13-0281036-89 15%, порошок молотый глины ПГБ ТУ 1522-009-00190495-99 25%, фоскон (алюмохромофосфатная смесь) ТУ 2149-150-10964029-01 4%, вода 16%, обеспечивающая герметичность и одновременно возможность удаления леточного кирпича в случае его износа. Введение перечисленных элементов обеспечивает увеличение срока службы (стойкости) леточного кирпича и исключает заливы расплавленного металла в стык, который образуется в месте соединения леточного кирпича с нишей.

Введение перечисленных устройств позволяет вкладывать в подготовленную нишу леточной стены печи захват с зафиксированным в нем леточным кирпичом и дает возможность заменить захват с зафиксированным леточным кирпичом на новый (запасной). Замена захвата с зафиксированным леточным кирпичом может быть произведена после слива расплавленного металла из печи и чистки ее от шлака. Процесс замены захвата с зафиксированным в нем износившимся леточным кирпичом происходит в течение 5-8 минут.

Фиг.1. Предлагаемый леточный кирпич.

Фиг.2. Захват с зафиксированным леточным кирпичом.

Фиг.3. Аксометрическая проекция захвата.

Фиг.4. Установка леточного кирпича в печи.

В прототипе для изготовления заготовки леточного кирпича использовался блок муллитовый уплотненный МЛСУ с габаритами 500×400×300 мм, характеристика которого приведена в табл.1.

В предлагаемом изобретении для изготовления заготовки леточного кирпича используется блок муллитокорундовый МКП 72 с габаритами 500×400×300 мм, характеристика которого приведена в табл.2.

Как видно из таблиц 1 и 2, предлагаемый для изготовления заготовок леточного кирпича блок имеет больше в составе окиси алюминия Al₂O₃, ниже пористость, а, следовательно, и больший срок службы.

Кроме того, заготовки предлагаемого леточного кирпича имеют выше предел прочности при сжатии на 10 Н/мм² и температуру начала размягчения на 30°С выше, чем у прототипа, поэтому изготовленный из них кирпич будет иметь больший срок службы.

По вышеприведенным показателям материал предлагаемого в качестве заготовки леточного кирпича блока МЛСУ имеет значительно выше характеристики, следовательно, изготовленный из блока леточный кирпич будет иметь больший срок эксплуатации.

Для изготовления леточного кирпича из блока муллитокорундового плотного МКП-72 необходимо его распилить по большей стороне на две равные части, получив при этом две заготовки (с учетом толщины полотна пилы) с размерами 248×400×300 мм. В центре заготовки предлагаемого леточного кирпича 1 сверлится коническим сверлом летка 2 с размерами 24×36 мм (фиг.1). Размеры летки предлагаемого леточного кирпича больше, чем размеры летки прототипа, потому что толщина леточного кирпича большая и возможно «замерзание» летки, т.е. металл в летке застывает и ее необходимо освобождать от застывшего металла с помощью ручной электросварки, ломика и кувалдочки. Существенно отметить, что процесс чистки летки очень продолжительный и трудоемкий. Далее «болгаркой» в торцевой части заготовки леточного кирпича вырезается «заходная часть» поз.3 в виде усеченной пирамиды высотой 125 мм. Размеры верхней части усеченной пирамиды 250×350 мм, а нижней 300×400 мм. Следует отметить, что обработка заготовки леточного кирпича осуществляется «болгаркой» по шаблону. По другому шаблону в процессе строительства печи выкладывается в леточной стене «заходная часть» ниши печи, таким образом, что, когда вставляется в нишу обработанный леточный кирпич все грани его заходной части плотно соприкасаются с заходными гранями ниши. Изготовление по шаблонам «заходных частей» ниши и леточного кирпича обеспечивает их плотный контакт без зазоров (в случае наличия зазоров в процессе эксплуатации печи получаются заливы). Заливы на экспериментальных предлагаемых леточных кирпичах не наблюдались. Иногда при очень длительной эксплуатации леточного кирпича прототипа (при выполнении срочных больших заказов) наблюдались небольшие заливы, которые затрудняли выемку старого износившегося леточного кирпича. Время замены старого износившегося леточного кирпича прототипа на новый увеличивалось при этом в 3-3,5 раза. Для того, чтобы сделать предлагаемый леточный кирпич 1 «легкоудаляемым», автор предлагает с торца заготовки леточного кирпича за «заходной частью», отступив 10 мм поз.4, по периметру сделать выборку 5. Выборка имеет ширину 7 мм и глубину 15 мм. Таким образом, получается леточный кирпич 1, имеющий в 1,512 раза большую толщину, чем леточный кирпич прототипа, и, разумеется, имеющий больший срок службы.

Выборка служит для фиксации леточного кирпича в захвате. Захват фиг.2 состоит из двух симметричных свариваемых половинок 6, в передней части его имеется отбортовка, в которой выполнены четыре паза 7, необходимых для фиксации захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом на четырех шпильках. В передней внутренней части захвата приварены четыре ручки 8 для установки захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом в нишу печи, таким образом, чтобы обеспечить плотное прилегание стенок «заходной части» 3 леточного кирпича и «заходной части» ниши печи. На брони печи имеются приваренные к ней четыре шпильки, совпадающие с четырьмя пазами, выполненными на передней отбортовке захвата, на которых захват с зафиксированным леточным кирпичом и крепится четырьмя гайками.

Материалом для изготовления захвата служит сталь 20. Фиксация леточного кирпича в захвате производится следующим образом. Кладется на стол первая половинка 6 захвата без приваренных ручек 8. Берется леточный кирпич 1 и укладывается на первую половинку 6 захвата таким образом, чтобы задняя отбортовка половинки 6 захвата вошла в выборку 5 леточного кирпича 1. Вторую половинку 6 захвата укладывают на первую половинку 6 захвата таким образом, чтобы задняя отбортовка второй половинки 6 захвата вошла в выборку 5 леточного кирпича. Производят разделку стыка половинок 6 захвата под сварку и сваривают половинки 6 захвата. Таким образом, леточный кирпич 1 оказался зафиксированным в захвате. Место соединения отбортовки захвата и выборки 5 леточного кирпича 1 замазывают огнеупорной клеевой мастикой, разработанной автором. Состав огнеупорной клеевой мастики приведен в таблице 3.

Процесс изготовления огнеупорной клеевой мастики следующий: замачивают молотую глину в воде в течение 2 суток. Далее добавляется порция мертеля шамотного МШ-39 и вся масса тщательно перемешивается. Затем в перемешанную массу заливают фоскон и все тщательно перемешивается. В заключение добавляется лигносульфанат технический, вода и также все тщательно перемешивается. Полученная масса должна иметь консистенцию жидкой сметаны. Огнеупорная клеевая мастика самотвердеет на воздухе в течение 3-х суток. Если необходимо ускорить процесс твердения, то склеиваемое изделие нагревают до 400-500°С и выдерживают при указанной температуре 6 часов. После высыхания места стыка зачищают сварной шов и приваривают четыре ручки 8 к захвату, как показано на фиг.2. Ручки 8 необходимы для установки двумя рабочими плавильщиками захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичем 1 в нишу 9, а также для извлечения захвата с износившимся леточным кирпичем 1 из ниши 9 и установки в нее подготовленного запасного захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1.

Для большей ясности захват изображен на аксонометрической проекции фиг.3. Для фиксации захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1 в нише 9 леточной стены 10 на брони 11 печи 12 имеются приваренные к ней четыре шпильки 13, совпадающие с четырьмя пазами, выполненными на передней отбортовке захвата, на которых захват с зафиксированным леточным кирпичом 1 и крепится четырьмя гайками 14 фиг.4. Шпильки имеют резьбу М 12 и длину 35 мм. Четыре гайки также имеют резьбу М 12.

Система удержания захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1 в нише 9 леточной стены 10 позволяет безопасно освободить захват с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1 при его замене в случае износа и образования в нем больших трещин.

Это достигается за счет использования огнеупорной клеевой мастики, состав которой приведен в таблице №1.

Огнеупорная клеевая мастика обеспечивает герметичность и одновременно возможность удаления захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1 из ниши 9 леточной стены 10. При футеровке леточной стены 10 печи 12 выкладывается ниша 9 по шаблону, причем в нише 9, также как и в леточном кирпиче, имеется «заходная часть» 15 в виде усеченной пирамиды, за которой ниша 9 имеет в сечении прямоугольную форму с размерами на 7-10 мм больше, чем размеры в сечении прямоугольной части захвата. Этот фактор позволяет свободно вставлять захват с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1 в нишу 9 леточной стены 10. В верхней части ниша 9 перекрывается шамотной плитой 16.

Перед установкой захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1 в нишу 9 леточной стены 10 для герметизации футеровки заднего торца ниши и леточного кирпича 1 его торцевую поверхность Б необходимо смазать слоем в 2-3 мм огнеупорной клеевой мастики, приведенной в таблице 3.

В завершении всего, следует отметить, что крепят захват с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1 в нише 9 леточной стены 10 печи 12 четырьмя гайками 14, которые закручивают два рабочих плавильщика. Крепление захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1 в нише 9 леточной стены 10 производят с целью удерживания леточного кирпича от давления расплавленного металла. Вследствие применения огнеупорной клеевой мастики, плотного прилегания «заходной части» 3 леточного кирпича 1 и «заходной части» 15 ниши 9, кроме того, торец леточного кирпича стыкуется с торцом ниши, поэтому при работе печи образуется плотный «замок» (в виде ломаной линии в сечении), следовательно, заливы в стыке легочного кирпича с нишей не образуются.

Таким образом, операция установки и крепления захвата с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1 в нише 9 леточной стены 10 печи 12 завершена.

Для удаления захвата с зафиксированным в нем износившимся леточным кирпичом 1 из ниши 9 печи 12, двое рабочих плавильщиков отвинчивают ключами четыре гайки 14, двумя легкими ударами кувалдочки по ручкам 8 нарушают фиксацию огнеупорной клеевой мастикой леточного кирпича 1 в нише 9 печи 12, далее, берясь каждый за две ручки 8 захвата, извлекают из ниши захват с зафиксированным в нем износившимся леточным кирпичом 1. Следует отметить, что в процессе длительной работы печи при высоких температурах клеевая мастика становится непрочной, поэтому удаление леточного кирпича из ниши печи происходит достаточно легко.

На место захвата с зафиксированным в нем износившимся леточным кирпичом 1 в нишу 9 печи 10 ставится двумя рабочими плавильщиками новый захват с зафиксированным в нем леточным кирпичом 1, причем, торец Б которого предварительно смазывается слоем в 2-3 мм огнеупорной клеевой мастикой, состав которой приведен в таблице 3.

Как правило, запасные захваты с зафиксированными в них леточными кирпичами 1 уже изготовлены и хранятся на стеллажах в кладовке. По практическим данным, операция замены захвата с зафиксированным в нем старым леточным кирпичом 1 на новый занимает по времени 5-8 минут. Существенно отметить, что для слива металла из печи через летку леточного кирпича 1 необходимо приставить к нему приставной передвижной желоб (на эскизе не показан).

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 повышенной стойкости, изготовленных из муллитокорундовых блоков МКП 72 в конструкциях печей, повышает их надежность и дает большой экономический эффект. Разработанная конструкция леточного кирпича имеет больший срок службы по сравнению с прототипом и меньшее время на замену в случае его износа. 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, заменить старый леточный кирпич на новый, зафутеровать стены вновь, прокалить печь и возобновить плавку.

Описанные выше работы очень трудоемки и требуют (в зависимости от емкости печи) 6-10 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.