RS61832B1

RS61832B1 - Obloga metalurškog konvertora sa obuhvaćenim metalnim slojem

Info

Publication number: RS61832B1
Application number: RS20210544A
Authority: RS
Inventors: Jose Simoes; Roger Maddalena; Beda Mohanty
Original assignee: Vesuvius U S A Corp
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2021-06-30
Also published as: CL2019000457A1; MX2019002179A; EP3504498B1; EP3504498A1; EP3504498A4; KR102314058B1; HRP20210786T1; TW201829093A; TWI750205B; CN109690218A; CA3033121A1; EA201990532A1; AR109392A1; BR112019002021A2; CN109690218B; HUE054218T2; SI3504498T1; BR112019002021B1; WO2018038983A1; KR20190038927A

Description

Opis

Obast pronalaska

[0001] Predmetni pronalazak se generalno odnosi na obloge od metala, kao što su obloge za kontinuirano livenje metala. Konkretno, odnosi se na oblogu za metalurški konvertor, poput međulonca, koja može značajno da smanji stvaranje oksidnih inkluzija u metalnom rastopu.

STANJE TEHNIKE

[0002] U postupcima oblikovanja metala, metalni rastop se premešta iz jednog metalurškog konvertora u drugi, u kalup ili u alat. Na primer, međulonac velikog kapaciteta redovno se puni metalnim rastopom pomoću livnog lonca koji prenosi metalni rastop iz peći u međulonac. To omogućava kontinuirano livenje metala iz međulonca u alata ili kalup. Protok metalnog rastopa iz metalurških konvertora vođen je gravitacijom kroz sisteme mlaznica smeštenih na dnu konvertora, obično obezbeđenih sistemom za zatvaranje za kontrolu (otvaranje ili zatvaranje) protoka metalnog rastopa kroz navedeni sistem mlaznica. Da bi se izdržali visoke temperature metalnih rastopa, zidovi međulonaca su obloženi vatrostalnim materijalom.

[0003] Rastopi metala, posebno čelik, visoko su reaktivni na oksidaciju i zato moraju da budu zaštićeni od bilo kog izvora oksidativnih vrsta. Male količine aluminijuma se često dodaju za pasivizaciju gvožđa u slučaju da oksidativne vrste dođu u kontakt sa rastopom. U praksi se čini da to često nije dovoljno da bi se sprečilo stvaranje oksidnih inkluzija u rastopu koje proizvode greške u završnom delu proizvedenom iz rastopa. Uočeno je da čelični odlivak od 10 kg može da sadrži do milijardu nemetalnih inkluzija, od kojih su većina oksidi. Skupljene inkluzije čine nedostatke. Defekti se moraju ukloniti iz završnog dela brušenjem ili rezanjem. Ovi postupci povećavaju troškove proizvodnje i generišu velike količine otpada.

[0004] Inkluzije mogu da budu rezultat reakcija sa metalnim rastopom; ove inkluzije su poznate kao endogene inkluzije. Egzogene inkluzije su one kod kojih materijali nisu rezultat reakcija metalnog rastopa, kao što su pesak, troska i ostaci mlaznica; egzogene inkluzije su uglavnom deblje od endogenih inkluzija.

[0005] Endogene inkluzije pretežno sadrže okside gvožđa (FeO), aluminijuma (Al2O3) i drugih jedinjenja koja su prisutna u rastopu ili su u kontaktu sa rastopom, poput MnO, Cr2O3, SiO2, TiO2. Druge inkluzije mogu da sadrže sulfide i, u manjoj meri, nitride i fosfide. Budući da se rastopi metala nalaze na vrlo visokim temperaturama (reda od 1600°C za niskougljenične čelike), jasno je da je reaktivnost atoma gvožđa sa oksidom vrlo velika i da reakcija ne može da se spreči.

[0006] Do danas, većina mera za smanjenje prisustva inkluzija u čeličnom odlivku uključuje zadržavanje u metalurškom konvertoru u kojem su formirani. Predmetni pronalazak predlaže drugačije rešenje suštinskim smanjenjem obrazovanja endogenih inkluzija u metalurškom konvertoru sa jednostavnim, pouzdanim i ekonomičnim sredstvima.

[0007] Patentni dokumenti JP2001317880A, JPH09109327A i WO2013/180219 otkrivaju strukturu vatrostalnog materijala koji sadrži višeslojne vatrostalne materijale i metale.

KRATAK OPIS PRONALASKA

[0008] Ppredmetni pronalazak je definisan priloženim nezavisnim zahtevima. Zavisni zahtevi definišu različite realizacije. Konkretno, predmetno pronalazak se odnosi na oblogu za metalurški konvertor za livenje metalnog rastopa. Primeri takvih metalurških konvertora obuhvataju dno, okružen zidovima po celom obodu datog dna, i ispust ili više ispusta, smeštenih na dnu, naznačen time što najmanje deo dna i / ili zidova obuhvataju sredstva za stvaranje u odlivku upotrebu oksidacionog puferskog sloja u međufazi metalnog rastopa koji se proteže od površine između metalnog rastopa i zidova i dna metalurškog konvertora, tako da je tokom livenja brzina protoka metala u navedenom oksidacionom puferskom sloju u osnovi nula, a koncentracija endogenih inkluzija, posebno oksida, u navedenom oksidacionom puferskom sloju je znatno veća nego u metalnom rastopu.

[0009] U posebnoj realizaciji, struktura za izradu u odlivku koristi oksidacioni puferski sloj koji obuhvata imobilizirajući sloj koji sadrži metal i oblogu datog dna i najmanje neke od zidova konvertora, pri čemu je navedeni imobilizirajući sloj zatvoren slojevima vatrostalnog materijala. Struktura je konstruisana od prvog ili radnog sloja vatrostalnog materijala u kontaktu sa metalnim rastopom u konvertoru; ispod prvog sloja je drugi sloj koji sadrži metal; ispod drugog sloja je treći sloj koji sadrži vatrostalni materijal. U upotrebi, metal može ostati u čvrstom stanju u drugom sloju ili se delimično ili u potpunosti pretvoriti u tečno stanje u drugom sloju.

Perforacija je kanal ili prolaz kroz sloj, koji omogućava da tečnosti da sa jedne strane sloja na drugu. U određenim realizacijama pronalaska, metalni rastop sadržan u konvertoru može da prodre u porozne otvore ili perforacije sadržane u prvom sloju ovog imobilišućeg sloja da bi se inkorporirao u drugi sloj. Kako je drugi sloj u bliskom kontaktu sa vatrostalnim materijalom koji oblaže zidove i dno metalurškog koncertora, navedeni vatrostalni materijal je identifikovan kao glavni izvor reagenasa za stvaranje endogenih inkluzija, bilo difuzijom ambijentalnog vazduha ili reakcijom nekih njihovih komponenata, metal u drugom sloju može u čvrstom obliku da deluje kao prepreka reagensima za stvaranje endogenih inkluzija ili može u tečnom obliku da zadrži koncentraciju endogenih inkluzija mnogo veću od veće zapremine metalnog rastopa.

[0010] Prvi sloj je napravljen od materijala kao što su magnezijum oksid, glinica, cirkonijum oksid, mulit i kombinacije bilo kog od ovih materijala.

[0011] Drugi sloj je napravljen od čelika, aluminijuma, legura ili bilo koje od njihovih kombinacija.

KRATAK OPIS SLIKA

[0012] Razne realizacije predmetnog pronalaska su ilustrovane na priloženim slikama:

Slika 1 šematski prikazuje razne komponente tipične linije za kontinuirano livenje metala;

Slika 2 šematski prikazuje definicije izraza korišćenih za opisivanje geometrije metalurškog konvertora prema predmetnom pronalasku;

Slika 3 je perspektiva metalurškog konvertora koji sadrži strukturu obloge prema predmetnom pronalasku;

Slika 4 prikazuje šematski prikaz brzine protoka metala, Q i koncentracije oksida gvožđa u funkciji udaljenosti od zida ili dna metalurške posude prema ovom pronalasku; i

Slika 5 šematski prikazuje definicije izraza korišćenih u opisivanju geometrije metalurškog konvertora posude prema predmetnom pronalasku.

DETALJAN OPIS PRONALASKA

[0013] Kao što se može videti na prikazu uređaja 10 za livenjena slici 1, međulonac generalno ima jedan ili više ispusta koji su uglavnom locirani na jednom ili oba kraja konvertora i udaljeni od mesta gde se uvodi rastop 12 iz livnog lonca 14. Metalni rastop izlazi iz livnog lonca 14 kroz ventil 16 livnog lonca i sistema 18 mlaznica livnog lonca u međulonac 20, a izlazi iz međulonca 20 kroz ventil 24 međulonca i sistem mlaznica 26 međilonca u kalup 28. Međulonac se ponaša kadica sa otvorenom slavinom i otvorenim ispustom, stvarajući tokove metalnog rastopa unutar međulonca. Ovi tokovi doprinose homogenizaciji metalnog rastopa, a takođe i distribuciji u većem delu bilo kojih inkluzija. Što se tiče endogenih inkluzija, sumnjalo se da se brzina reakcije (uglavnom oksidacijom) strogo kontroliše difuzijom reaktivnih molekula. Ova pretpostavka je potvrđena eksperimentom, gde se rastop niskougljeničnog čelika čuva u tiglu smeštenom u komori za obradu bez prisustva kiseonika. U dati metalni rastop uvedena je cev i malom brzinom je ubrizgavan kiseonik. Posle nekog vremena, metalni rastop je ostavljen da se stvrdne i analiziran je sastav tako dobijenog ingot. Očekivano, oksidovani region je bio ograničen na mali region oko iispusta iz cevi za kiseonik, što potvrđuje pretpostavku da je reakcija oksidacije pod snažnom kontrolom difuzije. Iz toga sledi da bi, ukoliko se zaustavi protok metala, prestala i oksidacija. To, naravno, nije moguće u kontinuiranom postupku livenja koji se, kao što mu i ime kaže, odlikuje kontinuiranim protokom metalnog rastopa.

[0014] Druga pretpostavka koja je dovela do ovog pronalaska bila je da reagensi za oksidaciju potiču od zidova i dna metalurškog konvertora. Konkretno, pretpostavlja se da reagensi za oksidaciju potiču iz dva glavna izvora:

(a) reaktivnih oksida vatrostalne obloge, posebno silikata poput olivina ((Mg,Fe)2SiO4); i

(b) Vazduh i vlaga koji se šire iz okoline kroz vatrostalnu oblogu metalurškog konvertora i izbijaju na površinu dna i zidova konvertora (npr. međulonac).

[0015] Ova druga pretpostavka je potvrđena laboratorijskim testovima.

[0016] Rešenje je, dakle, polizašlo od ove dve početne pretpostavke:

(a) Brzina reakcije oksidacije metala je kontrolisana difuzijom, i

(b) Reagensi za oksidaciju metala uvode se u rastop sa zidova i dna metalurškog konvertora.

[0017] Pronalazači su razvili sledeće rešenje za sprečavanje stvaranja endogenih inkluzija u većem delu metalnog rastopa. Kada bi bilo moguće imobilizovati atome koji formiraju metalni rastop blizu izvora oksidativnih vrsta, tj. zidova i dna metalurškog konvertora, formirao bi se „pasivirajući sloj“ ili „puferski sloj“ koji bi se oksidovao ali, s obzirom da je difuzija vrlo spora i nema značajnog protoka, reakcija oksidacije se ne bi proširila na veći deo metalnog rastopa. Ovaj princip je shematski prikazan na slici 4, pri čemu je protok, Q, metalnog rastopa u osnovi nula na udaljenosti, δ, od zida ili dna obloženog vatrostalnim materijalom. Ova međufaza debljine, δ, ovde se naziva „oksidacioni puferski sloj “. U ovom sloju koncentracija oksida je znatno veća nego u cećem delu metalnog rastopa. Razlog je taj što su izvor oksidacionih vrsta zidovi i dno metalurškog konvertora. Pošto je brzina protoka u oksidacionom puferskom sloju skoro nula, reakcija oksidacije je kontrolisana difuzijom i zbog toga se ne širi brzo. Iznad navedenog oksidacionog puferskog sloja, međutim, povećava se protok metalnog rastopa i reakcija oksidacije bi se širila brže, ali u odsustvu bilo kakvih oksidacionih reagensa, iznad puferskog sloja odvijaju se samo vrlo ograničene reakcije oksidacije.

[0018] Jasno je da iako su oksidacione reakcije pomenute u gornjem objašnjenju, isto se primenjuje mutatis mutandis i na druge reakcije kao što je stvaranje sulfida, nitrida i fosfida, čije su brzine reakcije sa atomima kao što je Fe takođe kontrolisane difuzijom .

[0019] Razni uređaji ili sredstva za formiranje oksidacionog puferskog sloja mogu se koristiti prema predmetnom pronalasku. U prvom izvođenju, uređaj ima oblik obloge u kojoj je metalni sloj ili metalna komponenta umetnuta ili zatvorena između dva sloja vatrostalnog materijala. Zatvorena metalna obloga može se koristiti za oblaganje dela ili celog dna vatrostalng konvertora posude, i može da se koristi za oblaganje dela ili svih zidova vatrostalnog konvertora. Spoljašnji ili zatvarajući slojevi zatvorene metalne obloge su napravljeni od suštinski neoksidativnog materijala u odnosu na metalni rastop.

[0020] Spoljni ili zatvarajući slojevi zatvorene metalne obloge treba da budu izrađeni od materijala koji nije reaktivan sa metalnim rastopima, posebno sa nisko-ugljeničnim čelicima. Određena ostvarenja pronalaska karakterišu odsustvo silikata. Materijali koji se koriste za izradu filtera od penušave pene, pogodni su za izradu spoljnih ili zatvarajućih slojeva ovog pronalaska. Konkretno, cirkonij, glinica, magnezijum oksid, mulit i kombinacija ovih materijala mogu da budu pogodni za formiranje spoljnih ili zatvarajućih slojeva/obloga predmetnog pronalaska i lako su dostupni na tržištu.

[0021] Drugi sloj je konfigurisan da maksimizuje površinu metala koja se nalazi u ravni paralelnoj sa zidovima konvertora. Ako je metal drugog sloja u čvrstom obliku, on fizički sprečava prolazak oksidacionih sredstava iz trećeg sloja u prvi sloj i posledično u metalni rastop. Ako je metal u drugom sloju delimično ili u potpunosti pretvoren u rastopljeni oblik, atomi metala u kontaktu sa vatrostalnom oblogom stupaju u kontakt sa oksidacionim reagensima, poput difuznog kiseonika ili komponenata vatrostalne obloge, i brzo reaguju formirajući okside, posebno FeO u rastopima nsikougljeničnog čelika. Bilo koji metalni rastop je, međutim, suštinski zahvaćen u drugom sloju i ne može značajno da se ulije u rastopljeno metal koja se nalazi u konvertoru. Budući da je difuzijom kontrolisano širenje reakcija oksidacije veoma sporo u nepomičnim rastopima, reakcija će se izuzetno sporo širiti kroz debljinu δ, strukture obloge. Metalni rastop koji protiče preko obloge ne dolazi u kontakt sa oksidacionim reagensima, sve dok reakcija oksidacije ne prođe kroz debljinu δ, sloja, što može trajati duže od postupka livenja

[0022] Iz prethodnog objašnjenja je jasno da se vatrostalni materijali koji se koriste u operacijama livenja mogu koristiti u prvom i trećem sloju obloge predmetnog pronalaska. Prvi i treći sloj mogu da budu monolitni ili sastavljeni od panela.

[0023] Metal ugrađen u drugi sloj može se dobiti u bilo kom obliku koji ima dve ortogonalne dimenzije koje su znatno veće od treće, ili debljinu, dimenziju, kao što je u obliku folije, ploča, panela, viskozne suspenzije ili komprimovanog praha. Da bi se osiguralo da prvi sloj ostane fiksiran u odnosu na treći sloj tokom operacija metalurškog oblikovanja, metal u drugom sloju može da ima oblik ploča ili panela razdvojenih razmakom u koji može da se postavi vatrostalni materijal. U određenim realizacijama pronalaska, metalnne ploče ili paneli koji čine drugi sloj mogu da imaju poprečne otvore za smeštaj vatrostalnog materijala, kao što je vatrostalni materijal koji čini prvi sloj, tako da, kada se ploča ili panel utisnu u treći sloj, ili kada se vatrostalni materijal prvog sloja nanosi preko ploča ili panela, vatrostalni materijal prodire u otvore i formira separatore koji fiksiraju položaj prvog sloja u odnosu na treći sloj. U određenim realizacijama pronalaska, metalne ploče ili paneli koji čine drugi sloj mogu da imaju udubljenja ili izbočine tako da, kada se ploča ili panel utisnu u treći sloj, ili kada se vatrostalni materijal prvog sloja nanosi preko ploča ili panela, prihvatajuće geometrije za udubljenja ili izbočine formiraju se u prvom sloju ili trećem sloju kako bi se drugi sloj povezao sa prvim slojem ili trećim slojem

[0024] Razmak između glavne površine prvog sloja okrenutog premavećem delu metalnog rastopa i površine trećeg, ili pratećeg sloja okrenutog ka metalnom rastopu, ili debljine drugog sloja, može biti u rasponu od 0,01 mm do uključujući 10 mm, od i uključujući 0,01 mm do uključujući 20 mm, od i uključujući 0,01 mm do uključujući 50 mm, od i uključujući 0,01 mm do uključujući 100 mm, od i uključujući 0,01 mm do i uključujući 150 mm, od i uključujući 0,05 mm do uključujući 10 mm, od i uključujući 0,05 mm do uključujući 20 mm, od i uključujući 0,05 mm do uključujući 50 mm, od i uključujući 0,05 mm do i uključujući 100 mm, od i uključujući 0,05 mm do uključujući 150 mm, od 0,1 mm do uključujući 10 mm, od 0,1 mm do uključujući 20 mm, od i uključujući uključujući 0,1 mm do i uključujući 50 mm, od i uključujući uključujući 0,1 mm do i uključujući 100 mm, od 0,1 mm do uključujući 150 mm, od i uključujući 0,5 mm do i uključujući 10 mm, od i uključujući 0,5 mm do i uključujući 20 mm, od i uključujući 0,5 mm do i uključujući 50 mm, od i uključujući 0,5 mm do i uključujući 100 mm, od i uključujući 0,5 mm do i uključujući 150 mm, od i uključujući 1 mm do i uključujući 20 mm, od i uključujući 1 mm do i uključujući 30 mm, od i uključujući 1 mm do i uključujući 50 mm, od i uključujući 1 mm do i uključujući 100 mm, od i uključujući 1 mm do i uključujući 150 mm, od i uključujući 2 mm do i uključujući 30 mm, od i uključujući 2 mm do i uključujući 50 mm, od i uključujući 2 mm do i uključujući 100 mm, i od i uključujući 2 mm do i uključujući 150 mm.

[0025] Prema predmetnom pronalasku, struktura za oblaganje za vatrostalni konvertor obuhvata (a) prvi sloj koji ima prvu glavnu površinu prvog sloja i drugu glavnu površinu prvog sloja raspoređenu naspram prve glavne površine prvog sloja, i(b ) drugi sloj koji ima prvu glavnu površinu drugog sloja i drugu glavnu površinu drugog sloja postavljen naspram prve glavne površine drugog sloja, pri čemu je druga glavna površina prvog sloja u kontaktu sa ili u komunikaciji sa prvom glavnom površinom drugog sloja; i (c) neperforirani treći sloj koji ima prvu glavnu površinu trećeg sloja u kontaktu sa drugom glavnom površinom drugog sloja, pri čemu drugi sloj sadrži metalnu komponentu koja ima glavnu površinu paralelnu sa ili pored prve glavne površine drugog sloja, ili do prve glavne površine trećeg sloja. Prvi, drugi i treći sloj mogu biti paralelno orijentisani. Neperforirani sloj je sloj koji nije bio podvrgnut proceduri formiranja kanala ili prolaza kroz sloj i omogućava fluidu da prolazi sa jedne strane sloja na drugu. Glavna površina je površina koja ima površinu veću od srednje vrednosti za sve površine objekta. Deo površine metalne komponente paralelne sa ili susedan prvoj glavnoj površini trećeg sloja ili susedan prvoj glavnoj površini drugog sloja može da ima vrednost od 50% do i uključujući 100%, uključujući i 50% do i uključujući 99%, od i uključujući 50% do i uključujući 95%, od i uključujući 80% do i uključujući 95%, ili od i uključujući i 80% do i uključujući 99% površine prve glavne površine trećeg sloja, ili površine prve glavne površine drugog sloja. Prvi sloj strukture obloge sadrži vatrostalni materijal kao što je magnezijum oksid, glinica, cirkonij, mulit i kombinacije ovih materijala. Treći sloj strukture obloge sadrži vatrostalni materijal kao što je magnezijum oksid, glinica, cirkonij, mulit i kombinacije ovih materijala. Metalna komponenta u drugom sloju može da sadrži prolaze između drugog sloja prve glavne površine i drugog sloja druge glavne površine. Prolazi mogu da budu ispunnjeni vatrostalnim materijalom da bi se stvorile noseće konstrukcije između prvog i trećeg sloja. Zbir površina poprečnog preseka prolaza u metalnoj komponenti ili zbir površina poprečnih preseka nosećih konstrukcija koje prolaze kroz metalnu komponentu ima vrednost od i uključujući 0,1% do i uključujući 10%, od i uključujući 0,5% do i uključujući 10%, ili od i uključujući 1% do uključujući 10%, od i uključujući 0,1% do i uključujući 30%, od i uključujući 0,5% do i uključujući 30%, i od i uključujući 1% do i uključujući 30% površine prve glavne površine drugog sloja.

[0026] Drugi sloj obložne konstrukcije može da sadrži metalnu komponentu izrađenu od folije, ploče, panela ili suspenzije ili komprimovanog praha sa veće dve dimenzije tri ortogonalne dimenzije orijentisane paralelno sa prvom glavnom površinom drugog sloja, pri čemu sumirana površina u ravni paralelnoj glavnoj ravni drugog sloja, svih zazora ili prekida u metalnoj komponenti u drugom sloju manja je od sumirane površine u ravni paralelnoj glavnoj ravni drugog sloja, metalne komponente u drugom sloju. U određenim realizacijama pronalaska, sumirana površina u ravni paralelnoj glavnoj ravni drugog sloja, svih zazora ili prekida u metalnoj komponenti u drugom sloju (definisana kao "a1") i sumirana površina u ravni paralelno sa glavnom ravni drugog sloja, metalne komponente u drugom sloju (definisana kao "a2") može da ima odnos r = a1 / a2 takav da je r jednako ili manje od 1,0, jednako ili manje od 0,5, jednako ili manje od 0,1, jednako ili manje od 0,05, jednako ili manje od 0,02, jednako ili manje od 0,01, jednako ili manje od 0,007, jednako ili manje od 0,005 ili jednako ili manje od 0,002.

[0027] U određenim realizacijama pronalaska, drugi sloj može da obuhvati veći broj odvojenih struktura koje vire iz prve glavne površine trećeg sloja, raspoređene tako da fiksiraju položaj metalne komponente drugog sloja. U određenim realizacijama pronalaska, drugi sloj može da sadrži veći broj odvojenih struktura koje vire iz druge glavne površine prvog sloja, raspoređene tako da fiksiraju položaj metalne komponente drugog sloja. Izdvojene strukture mogu da se oblikuju u bilo kojoj pogodnoj geometriji, kao što su sfere, cilindri, konusni preseci ili prizme poligona. Prvi sloj i treći sloj mogu da imaju prihvatne geometrije tako da su izgvojene strukture imobilisane kada je prvi sloj instaliran u odnosu na treći sloj.

[0028] U određenim realizacijama pronalaska, drugi sloj može da obuhvati potpornu strukturu u kontaktu sa metalnom komponentom drugog sloja. Potporna struktura je konfigurisana tako da, kada se ukloni sagorevanjem, toplotom, hemijskim ili fizičkim delovanjem, metal u drugom sloju će moći da se širi sa porastom temperature bez oštećenja strukturnog integriteta vatrostalnih slojeva u kojima se nalazi kontakt. U nekim realizacijama pronalaska, neke ili sve perforacije ili otvori u metalnim pločama ili drugim metalnim komponentama u drugom sloju mogu da budu ispunjene potpornim materijalom kako bi se prilagodilo zapreminskom širenju metala pri zagrevanju. Potporne strukture mogu da budu izrađene od celuloznih, plastičnih ili drugih organskih materijala, grafičkih materijala, stakla, propusnih minerala, gasovitih materijala ili metala i njihovih kombinacija. Materijal koji se koristi u potpornoj strukturi može da bude u obliku ploče, praha, raspršene suspenzije ili gela. Potporna struktura se postavlja u kontakt sa metalom u drugom sloju, kao deo postupka sastavljanja drugog sloja u pripremi obloge prema pronalasku. Zatim se na potpornu strukturu nanosi jedan ili više vatrostalnih materijala da bi se nakon uklanjanja potporne strukture dobili prvi i drugi sloj prema ovom pronalasku.

[0029] Potporna struktura može da ima zapreminu u rasponu od 0,05% do i uključujući 20%, od i uključujući 0,05% do i uključujući 15%, od i uključujući 0,05% do i uključujući 10%, 0,05%, do i uključujući 5%, od i uključujući 0,05% do i uključujući 2%, od i uključujući 0,05% do i uključujući 1%, od i uključujući 0,05% do i uključujući 0,5%, od i uključujući 0,1% do i uključujući 20%, od i uključujući 0,1% do i uključujući 15%, od i uključujući 0,1% do i uključujući 10%, od i uključujući 0,1% do i uključujući 5%, od i uključujući 0,1% do i uključujući 2%, od i uključujući 0,1% do i uključujući 1 %, od i uključujući 0,1% do i uključujući 0,5%, od i uključujući 0,2% do i uključujući 20%, od i uključujući 0,2% do i uključujući 15%, od i uključujući 0,2% do i uključujući 10%, od i uključujući 0,2 % do i uključujući 5%, od i uključujući 0,2% do i uključujući 2%, od i uključujući 0,2% do i uključujući 1%, od i uključujući 0,2% do i uključujući 0,5% zapremine metala sa kojim je u komunikaciji.

[0030] U određenim realizacijama pronalaska, prvi sloj može da ima debljinu u opsegu od i uključujući 1 mm do i uključujući 150 mm, u rasponu od i uključujući 1 mm do i uključujući 100 mm, u rasponu od i uključujući 1 mm do i uključujući 50 mm, u rasponu od i uključujući 5 mm do i uključujući 150 mm, u rasponu od i uključujući 5 mm do i uključujući 100 mm, u rasponu od i uključujući 5 mm do i uključujući uključujući 50 mm, u opsegu od i uključujući 10 mm do uključujući 150 mm, u opsegu od i uključujući 10 mm do i uključujući 100 mm, ili u opsegu od i uključujući 10 mm do i uključujući 50 mm.

[0031] U određenim realizacijama pronalaska, drugi sloj možeda ima debljinu u opsegu od i uključujući 0,01 mm do i uključujući 150 mm, u opsegu od i uključujući 0,01 mm do i uključujući 100 mm, u opsegu od i uključujući 0,01 mm do i uključujući 50 mm, od i uključujući 0,05 mm do i uključujući 150 mm, u rasponu od i uključujući 0,05 mm do uključujući 100 mm, u rasponu od 0,05 mm do i uključujući 50 mm, od i uključujući 0,1 mm do i uključujući 150 mm, u opsegu od i uključujući 0,1 mm do i uključujući 100 mm, u opsegu od i uključujući 0,1 mm do i uključujući 50 mm, u rasponu od i uključujući 0,5 mm do i uključujući 150 mm , u rasponu od i uključujući 0,5 mm do i uključujući 100 mm, u opsegu od i uključujući 0,5 mm do i uključujući 50 mm, u opsegu od i uključujući 1 mm do i uključujući 150 mm, u opsegu od i uključujući 1 mm do i uključujući 100 mm, u rasponu od i uključujući 1 mm do i uključujući 50 mm, u rasponu od i uključujući 5 mm do uključujući 150 mm, u rasponu od i uključujući 5 mm do uključujući 100 mm, u rasponu od i uključujući 5 mm do i uključujući 50 mm, u rasponu od i uključujući 10 mm do i uključujući 150 mm, ili u opsegu od i uključujući 10 mm do i uključujući 100 mm, ili u opsegu od i uključujući 10 mm do i uključujući 50 mm.

[0032] Predmetni pronalazak se takođe odnosi na upotrebu obloge kao što je prethodno opisano u vatrostalnom konvertoru i na metalurškom konvertoru koji ima unutrašnjost i spoljašnjost, pri čemu unutrašnjost metalurškog konvertora obuhvata strukturu obloge kako je prethodno opisano.

[0033] Predmetni pronalazak se takođe odnosi na postupak za minimizaciju oksidacije rastopljenog metala tokom prenosa, koji obuhvata (a) prenos rastopljenog metala u konvertor koji ima strukturu obloge kako je prethodno opisano, i (b) prenos rastopljenog metala iz konvertora.

[0034] Slika 2 prikazuje strukturu obloge 30 prema predmetnom pronalasku. Prvi sloj 34 ima prvu glavnu površinu 36 prvog sloja i drugu glavnu površinu 38 prvog sloja postavljena nasupram prve glavne površine 36 prvog sloja. Drugi sloj 42 ima prvu glavnu površinu 44 drugog sloja i drugu glavnu površinu 46 drugog sloja nasupram prve glavne površine 44 drugog sloja. Druga glavna površina 38 prvog sloja je u kontaktu ili u komunikaciji sa prvom glavnom površinom 44 drugog sloja. Treći sloj 50 ima prvu glavnu površinu 52 trećeg sloja i drugu glavnu površinu 54 trećeg sloja postavljenu naspram, prve glavne površine 52 trećeg sloja. U određenim realizacijama pronalaska, prvi sloj 34 obuhvata veći broj perforacija 60 koje prolaze od prve glavne površine 36 prvog sloja do druge glavne površine 38 prvog sloja. Element 62 je poprečni presek perforacije u ravni crteža. Drugi sloj 42 je prikazan kao da obuhvata metalnu komponentu drugog sloja 64 u komunikaciji sa najmanje jednom perforacijom prvog sloja 60. Metalna komponenta 64 je u komunikaciji sa drugom glavnom površinom 46 drugog sloja. Element 66 je dimenzija površine metalne komponente 64. Element 68 je noseća konstrukcija koja omogućava pozicioniranje metalne komponente 64 tokom izrade strukture 30 obloge i održava razmak između prvog sloja 34 i trećeg sloja 50. Noseća konstrukcija 68 može da sadrži vatrostalni materijal iz trećeg sloja 50 koji se utiskuje u drugi sloj 42 kada je metalna komponenta 64 pritisnuta u kontakt sa trećim slojem 50. Noseća konstrukcija 68 može da sadrži vatrostalni materijal iz prvog sloja 34 koji je rezultat nanošenja vatrostalnog materijala na prvu glavnu površinu drugog sloja i punjenja otvora ili prolaza u metalnoj komponenti 64 između prve glavne površine 44 drugog sloja i druge glavne površine 46 drugog sloja. Noseća konstrukcija 68 može da obuhvati zapremine između odvojenih komada metala koji čine metalnu komponentu 64, ili može da obuhvati otvore ili prolaze u metalnoj komponenti 64 koji se protežu od prve glavne površine 44 drugog sloja do druge glavne površine 46 drugog sloja. Dimenzija poprečnog preseka noseće konstrukcije 70 je dimenzija koja matematički daje površinu poprečnog preseka noseće konstrukcije.

[0035] Slika 3 prikazuje metalurški konvertor 80 koji sadrži strukturu obloge prema predmetnom pronalasku i ima unutrašnju zapreminu 82. Element 84 je školjka, izolacioni sloj i vatrostalni zaštitni sloj unutar kojeg se nalazi obloga. Element 84 je u komunikaciji sa trećim slojem ili pozadinskim slojem 50. Treći sloj ili pozadinski sloj 50 je u komunikaciji sa drugim slojem 42. Drugi sloj 42 je u komunikaciji sa prvim slojem 34. Drugi sloj 42 sadrži zapremine 64 metalnih komponenti. Izložen prvi sloj prve glavne površina 36 prvog sloja 34 kontaktira rastopljeni metal tokom upotrebe metalurškog konvertora 80. U upotrebi, rastopljeni metal se unosi u unutrašnju zapreminu 82. Metal u drugom sloju 42 može potpuno ili delimično da ostane u čvrstom stanju, ili može delimično ili u potpunosti da bude podvrgnut faznoj promeni u rastopljeno stanje. Bilo koji rastopljeni metal u drugom sloju 42 bio bi ograničen. Veruje se da bi metal u bilo kojoj fazi doprineo delovanju pronalaska, jer bi rastopljeni metal reagovao sa vrstama koje emituje zaštitni sloj 50 da bi sprečio njihov prolazak u unutrašnju zapreminu 82, a čvrsti metal bi potpornim slojem 50 pružio fizičku barijeru emitovanim vrstama.

[0036] Slika 4 prikazuje grafikone osobina unutar metalurškog konvertora koji sadrži oblogu prema pronalasku, pod pretpostavkom da je metal u drugom sloju 42 bar delimično rastopljen. Prikazane su osobine u odnosu na rastojanje od trećeg sloja 50 obloge predmetnog pronalaska, pri čemu je protok, Q, metalnog rastopa u osnovi nula na udaljenosti, δ, od trećeg sloja 50 obloge, koji može biti zid ili dno obloženo vatrostalnim materijalom. Ova međufaza debljine δ naziva se „oksidacioni puferski sloj“. U ovoj realizaciji odgovara debljini prvog sloja 34 koji je podržan drugim slojem 42. Prvi sloj 34 je u komunikaciji sa unutrašnjom zapreminom 82 metalurškog konvertora. Granična linija 90 pokazuje brzinu protoka metala s obzirom na udaljenost od trećeg sloja 50, sa vrednostima koje se povećavaju sleva udesno. Linija 92 označava koncentraciju oksida u odnosu na udaljenost od trećeg sloja 50, sa vrednostima koje se povećavaju sleva na desno.

[0037] Slika 5 prikazuje poprečni presek 100 obloge predmetnog pronalaska. Prvi sloj 34 je podržan drugim slojem 42, koji je sa druge strane podržan na trećem sloju prve glavne površine 52 trećeg sloja 50. Prvi sloj unutrašnje glavne ravni 102 je ravan sadržana u prvom sloju 34 i paralelna sa prvom glavnom površinom 52 trećeg sloja trećeg sloja 50. Drugi sloj unutrašnje glavne ravni 104 je ravan sadržana u drugom sloju 42 i paralelna sa prvom glavnom površinom 52 trećeg slojatrećeg sloja 50. Element 68 je noseća konstrukcija koja omogućava pozicioniranje metalne komponente 64 tokom izrade strukture 30 obloge, uz zadržavanje razmaka između prvog sloja 34 i trećeg sloja 50. Može se formirati od vatrostalnog materijala istisnutog kroz prolaz u metalnoj komponenti 64 pritiskom na metalnu komponentu 64 prema trećem sloju 50 tokom izrade obloge, ili od vatrostalnog materijala ekstrudiranog oko periferije dela metalne komponente 64 pritiskom na metalnu komponentu 64 prema trećem sloju 50 tokom izrade obloge.

[0038] Konfigurisana struktura prema pronalasku može se oblikovati obezbeđivanjem osnovnog panela od vatrostalnog materijala, kao što je livna masa od ultraniske cementne glinice, i rasprišivanjem materijala za oblogu međulonca, kao što je materijal od magnezitnog spreja koji sadrži od i uključujući 70 tež.%. magnezita do i uključujući 100 tež.% magnezita, na osnovnoj ploči da bi se formirao treći sloj. Zatim se ploča metalne komponente bezbedno presuje o materijal magnezitnog spreja na osnovnoj ploči da bi se stvorio drugi sloj. Materijal na bazi glinice, kao što je materijal koji sadrži od i uključujući 80 tež.% glinice do i uključujući 100 tež.% glinice, je potom raspršen na drugi sloj da bi se formirao prvi sloj. Noseće konstrukcije za metalnu komponentu mogu se oblikovati presovanjem ploče metalne komponente na treći sloj tako da materijal trećeg sloja okružuje ploče metalne komponente ili tako da materijal trećeg sloja bude potisnut u poprečni otvor u metalnoj ploči. U još jednom izvođenju pronalaska, metalni prah može da se koristiti za formiranje metalne komponente ili sloja, a vatrostalni materijal u prvom i trećem sloju može da bude u obliku suve vibracione vatrostalne obloge. U još jednom ostvarenju pronalaska, suspenzija koja sadrži metal može da se rasprši na treći sloj da bi se formirala metalna komponenta ili sloj.

[0039] Vatrostalni materijali se mogu nanositi puškiranjem, raspršivanjem, mistrijanjem, livenjem, nanošenjem suvim vibriranjem, brizganjem betona, injektiranjem, nalivanje mršavim betonom, zalivanjem, injektiranjem ili postavljanjem preformiranih komada. Vatrostalni materijali se zatim mogu osušiti, očvrsnuti/vezati ili stabilizovati da bi po potrebi očvrsnuli. Dobijena slojevita struktura je zatim izložena fizičkom ili hemijskom dejstvu da bi se uklonile ili transformisale bilo koje izdvojene strukture kako bi se obezbedio volumen koji će prilagoditi toplotnom širenju metalne komponente.

[0040] Drugi sloj može da ima debljinu od 0,01 m, 0,02 mm, 0,05 mm, 0,10 mm, 0,25 mm, 0,50 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm ili 10 mm uključujući i 5 mm, 6 mm, 7, mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, 90 mm ili 100 mm.

[0041] Konvertor konstruisan prema ovom pronalasku može da se koristi u metalurškim procesima. Postupak upotrebe može da obuhvati unošenje rastopljenog metala u konvertor sa oblogom prema ovom pronalasku i naknadno uklanjanje rastopljenog metala iz konvertora kroz mlaznicu.

PRIMER I

[0042] Za ispitivanje, osnovni paneli su pripremljeni od ultraniske cementne glinice za livenje slično materijalu koji se koristi kao zaštitna obloga unutar čeličnog međulonca. Dimenzije svake osnovne ploče su 90 inča x 24 inča x 5 inča (90 cm x 60 cm x 12,5 cm). Prvo se materijal za oblaganje međulonca (Basilite, laki materijal za raspršivanje na bazi magnezita koji sadrži > 70 tež.% magnezijum oksida) je raspršen preko osnovne ploče do debljine oko 1 inč (2,5 cm), koristeći mašinu za prskanje Basilite. Ploče metalnih komponenata (20 inča x 12 inča ili 50 cm x 30 cm) koji imaju različite konfiguracije otvaranja bezbedno su presovane na oblogu Basilite. Zatim je materijal na bazi glinice (aluminijum oksid > 80 tež.%) raspršen po površini do debljine oko 1 inča (2 cm).

[0043] U izradi odabranih panela, prolazi ili otvori biće postavljeni u pločama metalnih komponenti. Tokom izrade panela zapremine ovih otvora biće ispunjene vatrostalnim materijalom, tako da se kroz otvore ostvaruje direktan kontakt između obloga u kontaktu sa svakom od površina ploča metalnih komponenti.

[0044] Metalne komponente se suše na vazduhu i zatim se peku na 1000 stepeni F tokom tri sata da bi se dobile informacije o ponašanju sušenja obloge kao i o strukturnom integritetu.

PRIMER II

[0045] Za ispitivanje se koristi MgO tigl (12 inča visine i 7,5 inča ID). Metalni šuplji cilindar željene debljine i OD 5,5 - 6 inča i visine 10,5 inča postavljen je u središte tigla. Metalni šuplji cilindar može biti opremljen perforacijama između unutrašnje bočne površine i spoljne bočne površine. Ove perforacije mogu da budu ispunjene izdvojenim materijalom tokom izrade tigla. Prostor između unutrašnjeg zida MgO tigla i spoljnog zida metalnog cilindra ispunjen je materijalom (kao što je Basilite) za oblaganje međulonca. Zatim je cilindrični metalni trn postavljen u središte tigla koji već sadrži šuplji metalni cilindar. Tada je prostor između unutrašnjeg zida metalnog cilindra i trna ispunjen materijalom za oblaganje međulonca (uglavnom aluminatni cement). Trn je uklonjen nakon sušenja lonca na 230 stepeni F tokom jednog sata. Zatim je tigl sušen na 450 stepeni F tokom 24 sata, a zatim pet sati pečen na 2700 stepeni F. Tigl je zatim ispitan.

[0046] Moguće su brojne modifikacije i varijacije predmetnog pronalaska. Stoga treba razumeti da se u okviru pratećih patentnih zahteva pronalazak može izvoditi drugačije nego što je posebno opisano.

Elementi pronalaska:

10. Aparat za livenje

12. Metalni rastop

14. Livni lonac

16. Zaporni ventil livnog lonca

18. Sistem mlaznica na livnom loncu

20. Međulonac

24. Ventil međulonca

26. Sistem mlaznica na međuloncu

28. Kokila

30. Struktura obloge

34. Prvi sloj

36. Prva glavna površina prvog sloja

38. Druga glavna površina prvog sloja

42. Drugi sloj

44. Prva glavna površina drugog sloja

46. Druga glavna površina drugog sloja

50. Treći sloj

52. Prva glavna površina trećeg sloja

54. Druga glavna površina trećeg sloja

60. Perforacije

62. Dimenzija poprečnog preseka perforacije

64. Metalna komponenta

66. Dimenzija površine metalne komponente trećeg sloja 68. Noseća konstrukcija

70. Dimenzija poprečnog preseka noseće konstrukcije

80. Metalurški konvertor

82. Unutrašnji volumen metalurškog konvertora

84. Školjka metalurškog konvertora

90. Brzina protoka metala u odnosu na udaljenost od trećeg sloja 100. Poprečni presek obloge predmetnog pronalaska

102. Unutrašnja glavna ravan prvog sloja

104. Unutrašnja glavna ravan drugog sloja

Claims

Patentni zahtevi

1. Struktura obloge (30) za vatrostalnu posudu, koja obuhvata

a) prvi sloj (34) koji ima prvu glavnu površinu (36) prvog sloja i drugu glavnu površinu (38) prvog sloja raspoređenu suprotno od prve glavne površine (36) prvog sloja, i

b) drugi sloj (42) koji ima prvu glavnu površinu (44) drugog sloja i drugu glavnu površinu (46) drugo sloja raspoređenu suprotno prvoj glavnoj površini(44) drugog sloja; pri čemu je prva glavna površina (38) prvog sloja u komunikaciji sa prvom glavnom površinom (44) drugog sloja; i

c) neperforirani treći sloj (50) koji ima prvu veliku površinu (52) trećeg sloja u komunikaciji sa drugom glavnom površinom drugog sloja,

pri čemu drugi sloj (42) sadrži metalnu komponentu (64) koja ima glavnu površinu uz prvu glavnu površinu (52) trećeg sloja, i

d) najmanje jednu noseću konstrukciju (68) koja se proteže od prvog sloja (34) preko drugog sloja (42) do trećeg sloja (50);

pri čemu zbir površina poprečnih preseka najmanje jedne noseće konstrukcije (68) koja prolazi kroz komponentu (64) ima vrednost od i uključujući 0,1% do i uključujući 10% površine prve glavne površine (52 ) drugog sloja,

pri čemu prvi sloj (34) sadrži materijal izabran iz grupe koja se sastoji od magnezijum oksida, glinice, cirkonija, mulita i kombinacija bilo kog od ovih materijala, pri čemu drugi sloj (42) sadrži materijal izabran iz grupe koju čine čelik, aluminijum, legure i njihove kombinacije, a pri čemu treći sloj (50) sadrži materijal izabran iz grupe koju čine magnezijum oksid, glinica, cirkonij, mulit i kombinacije bilo kog od ovih materijala.

2. Struktura (30) obloge prema zahtevu 1, naznačena time, što površina metalne komponente (64) uz prvu glavnu površinu (52) treće komponente ima vrednost od i uključujući 50% do i uključujući 99% površine prve glavne površine (52) trećeg sloja.

3. Struktura (30) obloge prema zahtevu 2, naznačena time, što površina metalne komponente (64) uz prvu glavnu površinu (52) trećeg sloja ima vrednost od i uključujući 50% do i uključujući 95% površine prve glavne površine (52) trećeg sloja.

4. Struktura (30) obloge prema zahtevu 1, naznačena time, što površina metalne komponente (64) uz prvu glavnu površinu (52) trećeg sloja ima vrednost od i uključujući 80% do i uključujući 99% površine prve glavne površine (52) trećeg sloja.

5. Struktura (30) obloge prema zahtevu 1, naznačena time, što prvi sloj strukture (34) obloge sadrži glinicu.

6. Struktura (30) obloge prema zahtevu 1, naznačena time, što treći sloj strukture (50) obloge sadrži magnezijum oksid.

7. Struktura (30) obloge prema zahtevu 1, naznačena time, što metalna komponenta (64) sadrži prolaze između prve glavne površine (44) drugog sloja i druge glavne površine (46) drugog sloja.

8. Struktura (30) obloge prema zahtevu 7, naznačena time, što zbir površina poprečnih preseka prolaza u metalnoj komponenti (64) ima vrednost od i uključujući 1% do i uključujući 30% površine prve glavne površine (44) drugog sloja.

9. Struktura (30) obloge prema zahtevu 1, naznačena time, što prvi sloj (34) ima debljinu u rasponu od i uključujući 1 mm do i uključujući 50 mm.

10. Struktura (30) obloge prema zahtevu 1, naznačena time, što drugi sloj (42) ima debljinu u rasponu od i uključujući 0,01 mm do i uključujući 50 mm.

11. Metalurški konvertor koji ima unutrašnjost i spoljašnjost, pri čemu unutrašnjost metalurškog konvertora sadrži strukturu (30) obloge prema zahtevu 1.

12. Postupak za minimiziranje oksidacije rastopljenog metala, koji obuhvata

a) prenošenje rastopljenog metala u posudu koja ima strukturu (30) obloge prema zahtevu 1, i

b) prenošenje rastopljenog metala iz konvertora.