Результат интеллектуальной деятельности: ОГНЕУПОРНАЯ ТОРКРЕТ-МАССА

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для выполнения расходной футеровки или ремонта, проводимых путем торкретирования или обмазки металлургических агрегатов, например промежуточных ковшей, для выполнения буферного слоя в металлургических и тепловых агрегатах.

Известен огнеупорный состав, который включает магнезиальный заполнитель, органический и/или неорганический волокнистый материал и, по меньшей мере, две неорганические добавки. В качестве магнезиального заполнителя может использоваться магнезиальный или доломитовый клинкер, перидотит, хром магнезия или магнезиальная шпинель. В качестве волокнистых материалов могут быть использованы один или более элементов, таких как стекловолокно, каолиновое волокно, циркониевое волокно, бумажное, хлопковое, виниловое, полиэстеровое волокно, ацетатное волокно. В качестве добавки использован, по меньшей мере, один компонент (стекло, глина, бентонит, сульфат магния, фосфат щелочей, хлорид магния) (ЕР 0123755, 19.04.1983 г., C04B 35/66).

В известном составе перидотит является сырьем для получения форстеритового состава массы, его смесь с доломитовым клинкером не позволяет получить высокотемпературное соединение 2MgOSiO₂-форстерит, в присутствии СаО происходит образование монтичеллита CaO·MgO·SiO₂, что приводит к резкому снижению температуры плавления и снижению стойкости торкрет-покрытия.

Также известна магнезиальная масса для изготовления футеровки, включающая магнезиальный заполнитель - основа, неорганическое связующее 3-10%, смесь антиоксиданта, углеродсодержащего материала и огнеупорного пластификатора 4-20%, волокнистый материал 1-5%, представленный органическим и неорганическим волокном, причем соотношение органического и неорганического волокна составляет 1: (1,5-2,5) (RU 2292321 от 12.12.2005, МПК C04B 35/66).

Недостатками известных масс является их большая усадка и невысокие прочностные характеристики, недостаточная стойкость к расплавам металла и шлака, в результате выгорания углеродсодержащего материала массы обладают недостаточной адгезией в процессе нанесения.

Известна торкрет-масса по патенту EP 0758632, C04B 35/66, 1997, которая содержит, мас.%: периклазсодержащий заполнитель - основа, органическое волокно 0,01-0,5, органическое полимерное связующее 2-10 в виде смеси пека и фенолформальдегидной смолы.

Известная торкрет-масса не обеспечивает достаточную стойкость покрытия из-за повышенной теплопроводности, обладает низкой адгезией к футеровке.

Известна масса для сменной футеровки промежуточных ковшей, в состав которой входит огнеупорный наполнитель, такой как оксид магния, магнезит, оливин, доломит, оксид кальция или их смеси и, по меньшей мере, одна добавка для снижения плотности, например полые керамические микросферы. Дополнительно масса может содержать неорганическое или органическое волокно, или пористый неорганический материал, или их смеси (WO 96/30316, 30.03.1995, C04B 35/043).

К недостаткам указанной массы можно отнести следующее. Форстерит с СаО при температуре свыше 1400°C (т.е. это зона торкрет-покрытия, непосредственно близкая к зоне, контактирующей с разливаемой сталью) образует легкоплавкий монтичеллит (температура плавления 1497°C). СаО является вредной добавкой к форстериту и должно быть не более 0,5%. Поэтому смесь оливина с доломитом и оксидом кальция нежелательна, так как оксид кальция является сильнейшим плавнем для форстерита вследствие образования монтичеллита СаО·MgO·SiO₂, что приводит к резкому снижению температуры плавления.

Известен огнеупорный материал, который включает огнеупорный материал (оливин, окись магния, доломит, окись алюминия, кальция, кремния или их смеси), фосфатное соединение, хотя бы один материал, снижающий плотность (в данном изобретении - неорганические и/или органические волокна), пластификатор (US 5, 302, 563 С04В 35/02).

Недостатки: смесь оливина с доломитом и оксидом кальция нежелательна, так как оксид кальция является сильнейшим плавнем для форстерита вследствие образования монтичеллита СаО·MgO·S₁O₂, что приводит к резкому снижению температуры плавления и снижению стойкости торкрет-покрытия.

Известен торкрет-состав для футеровки промежуточных ковшей, который включает огнеупорное зерно с не менее 50% MgO, выбранное из группы материалов: магнезит, оливин, магнезиальный хромит и хромовая руда; органическая связка в количестве 1-10% по весу, органические и/или неорганические волокна 0,3-5% (US 5,036,029 С04В 35/44).

Недостатками являются невысокие прочностные характеристики в результате выгорания значительного содержания органического связующего, высокая пористость и, как следствие, недостаточная стойкость торкрет-покрытия.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является огнеупорная торкрет-масса, которая предназначена преимущественно для расходуемой футеровки промежуточного ковша для машин непрерывного литья заготовок. Указанная масса содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: органическое волокно 0,1-1,0, неорганическое волокно 0,1-0,4, полимерное связующее с пластификатором на основе сложного эфира 2,0-5,0, периклазсодержащий заполнитель остальное. Масса может также содержать 0,5-4,0 мас.% триполифосфата натрия и 0,2-2,0 мас.% фенолформальдегидной смолы. В качестве периклазсодержащего заполнителя также может использоваться обожженный дунит или смесь периклаза и обожженного дунита (патент RU 2282603, от 10.09.2004).

Недостатком данной массы являются: толщина нанесения до 65 мм, повышенная теплопроводность, что способствует повышенной теплоотдаче, пропеканию торкрет-покрытия по всей толщине, припекание к арматурной футеровке и затруднениям при удалении отработавшего торкрет-покрытия, при нанесении происходит оползание массы, образование трещин и посечек во время сушки ввиду недостаточного армирования массы базальтовой нитью - это волокно в виде прямолинейных игл одной длины, в массе их незначительное количество 0,1-0,4%, низкая стойкость - 8 плавок (что на большинстве предприятий примерно соответствует 8 часам).

В настоящее время разливка на МНЛЗ длинными сериями предъявляет повышенные требования к толщине торкрет-покрытия: 70-80 мм в стенах, 90-100 мм в шлаковом поясе. Основным лимитирующим звеном при эксплуатации ковшей является стойкость рабочего слоя их футеровки и в первую очередь в зоне шлакового пояса.

Промежуточный ковш является своего рода буфером между сталеразливочным ковшом и кристаллизатором. После открытия шибера промежуточного ковша металл поступает в кристаллизатор. Подачу металла в кристаллизатор производят через разливочные стаканы с помощью регулирующих устройств стопора или шиберного затвора. Основным лимитирующим звеном при эксплуатации ковшей является стойкость рабочего слоя их футеровки и в первую очередь в зоне шлакового пояса, а также работоспособность стопоров-моноблоков и стаканов-дозаторов в части обеспечения режима дозирования стали в течение всей разливки.

Выполнение расходной футеровки промежуточных ковшей массами с применением торкрет-машин позволяет получать монолитное покрытие необходимой толщины с хорошей адгезией к контрольной футеровке. Оптимальное содержание органических и минеральных волокон в массе позволяет ускорить процесс сушки торкрет-покрытия, предотвратить образование трещин, а также обеспечивает необходимую прочность во время разливки металла.

Задачей настоящего изобретения является создание массы, обладающей повышенными теплоизоляционными свойствами, обеспечивающей нанесение покрытия до 100 мм и стойкость свыше 20 часов непрерывной разливки.

Технический результат состоит в повышении адгезии при нанесении, пористости, механической прочности, снижении теплопроводности, отсутствии спекания с арматурной поверхностью и легкое удаление отработавшего торкрет-покрытия.

Указанный технический результат достигается тем, что огнеупорная торкрет-масса, включающая огнеупорный заполнитель, органическое волокно, неорганическое минеральное волокно и связующее, согласно предлагаемому изобретению огнеупорная торкрет-масса дополнительно содержит синтетическое волокно, при этом в качестве связующего содержит химико-керамическое связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%:

органическое волокно 0,7-2,0

неорганическое минеральное волокно 0,5-2,0

синтетическое волокно 0,01-0,1

химико-керамическое связующее 3,5-5,0

огнеупорный заполнитель остальное

Дополнительно неорганическое минеральное волокно может быть использовано в виде комбинации двух различных по структуре видов: ваты и нити.

В качестве огнеупорного заполнителя может использоваться спеченный и/или плавленый периклаз с содержанием MgO 85-98%, оливинит, обожженный дунит, микрокремнезем или их смеси.

В качестве органического волокна могут использоваться целлюлозные и/или древесные волокна, в качестве минерального - базальтовое и/или каолиновое, и/или муллиток-ремнеземистое, и/или стекловолокно, в качестве синтетического - полипропиленовое и/или полиэтиленовое волокно.

Органическое волокно обеспечивает водоудерживающую способность массе, обеспечивает равномерное удаление влаги из торкрет-покрытия при сушке, а его выгорание способствует образованию пористой структуры и, как следствие, пониженной теплопроводности. При введении в состав торкрет-массы менее 0,7% органического волокна в воронке торкрет-установки наблюдается водоотделение, осаждение зернистой составляющей массы в наносе или транспортировочных шлангах, не достигаются необходимые показатели пористости и теплопроводности торкрет-покрытия. Введение органического волокна более 2,0% приводит к забиванию мундштука торкрет-машины и повышенной пористости в службе.

Неорганическое минеральное волокно позволяет улучшить формирование армирующего каркаса, что способствует нанесению массы более толстым слоем, снизить расход массы на промежуточный ковш. При введении в состав минерального волокна менее 0,5% не происходит должного армирования массы и торкрет-слой склонен к оползанию, а также снижению механической прочности торкрет-покрытия при температуре 900-1000°C. Введение минерального волокна более 2,0% приводит к зависанию массы в бункере торкрет-машины и образованию в службе излишнего количества легкоплавких соединений, что существенно снижает огнеупорность и шлакоустойчивость торкрет-покрытия.

Введение синтетического волокна позволяет улучшить армирование массы, создать направленную микропористую структуру торкрет-покрытия, ускорить удаление из него воды при сушке, тем самым уменьшая время самой сушки. Введение полипропиленового волокна более 0,1% приводит к зависанию массы в бункере торкрет-машины.

В целом, все это позволяет увеличить толщину нанесения и снизить теплопроводность.

Комбинирование волокнистых материалов позволяет изменять насыпной вес массы, чем можно регулировать прохождение массы по торкрет-установке, расход массы на промежуточный ковш, теплопроводность торкрет-покрытия, водоудерживающую способность массы.

Химико-керамическое связующее - это комплексное связующее, представляющее смесь следующих компонентов: химических - силиката натрия и/или силиката калия, пирофосфата натрия и/или полифосфата натрия и/или триполифосфата натрия; минеральных - талька, микрокремнезема; органических - связующего фенольного порошкообразного и/или лигносульфонатов технических. При введении в состав торкрет-массы менее 3,5% химико-керамического связующего приводит к снижению механической прочности торкрет-покрытия при температурах 80, 300, 900-1000°С, если больше 5%, то снижает огнеупорность торкрет-покрытия.

Предлагаемая огнеупорная масса применяется для выполнения расходной футеровки или ремонта, проводимых путем торкретирования или обмазки металлургических агрегатов, например промежуточных ковшей, для выполнения буферного слоя в металлургических и тепловых агрегатах.

Огнеупорную торкрет-массу изготавливают следующим образом. Применяемые материалы: периклазовый заполнитель с содержанием MgO 85-98%, оливинит, вата целлюлозная, полипропиленовое волокно, базальтовое волокно, химико-керамическое связующее. Для приготовления массы указанные компоненты используются в количествах, указанных в формуле. Компоненты дозируются, загружаются в смеситель, перемешиваются в сухом состоянии, затем сухая смесь выгружается в мягкие контейнеры. Перед торкретированием к смеси добавляется вода в количестве 20-25%, все перемешивается и увлажненная смесь наносится с помощью торкрет-установки или вручную путем обмазывания.

Составы и свойства огнеупорной торкрет-массы приведены в таблице. Для определения физико-механических свойств в лабораторных условиях применены температуры термообработки промежуточных ковшей в процессе службы: 80°С - температура промежуточных ковша перед нанесением торкрет-покрытия, 300°С-температура сушки промежуточных ковшей после нанесения торкрет-покрытия, 1550°С - температура разливаемой стали, с данной температурой конкретно контактирует рабочая поверхность торкрет-покрытия, в результате чего формируются ее физико-механические свойства. 1400 и 900°С - температуры внутренних слоев торкрет-покрытия при удалении от рабочей к арматурной поверхности промежуточного ковша, которые обеспечивают торкрет-покрытию теплофизические свойства - теплопроводность.

Торкрет-масса, изготовленная в соответствии с заявляемым изобретением, позволила в промышленных условиях получить толщину стенки от 70 до 100 мм. При нанесении на арматурную футеровку промежуточного ковша торкрет-масса показала хорошую адгезию с арматурной футеровкой, случаев отслоения и оползания нанесенного слоя не происходило. Количество плавок на одном промежуточном ковше: с торкрет-покрытием из массы периклазового состава 9-12 (от 9 до 14 часов), из массы периклазофорстеритового состава 18-27 (от 24 до 38 часов). Разливка длинными сериями позволяет металлургам снизить удельный расход энергии, огнеупоров на тонну разливаемой стали, уменьшить затраты природного газа на подогрев промежуточных ковшей перед разливкой, снизить затраты на подготовку промежуточных ковшей и увеличить фактическое время работы МНЛЗ, поэтому металлурги стремятся к увеличению времени непрерывной разливки на одном промежуточном ковше и увеличению серийности разливки.