RU2088671C1 - Blast furnace tuyere and method for making welded seam of tueyre - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy, namely repairing and manufacture of blast furnace tuyeres. SUBSTANCE: blast furnace tuyere includes mutually connected by welded joints mouth portion, flange, outer and inner housings. Welded seam joining outer housing of tuyere with its mouth portion includes on its outer face protective layer whose thickness is equal to 0.6-1.2 of thickness of wall of outer housing and whose width is equal to 1.5-3.0 of width of welded seam covering. Method for making protective layer includes steps of preparing surface, heating it up to 200-300 C, plasma fusing at electric current equal to (31-42)δ(A)(A), where δ - thickness of outer housing, mm. At process of plasma fusion tuyere is rotated by 65% of its diameter. Electric current is smoothly decreased in end period of plasma fusion by 10-20% of its initial value. Heating and fusion are performed at time period no more than two hours. EFFECT: enhanced reliability of welded seam. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении и ремонте фурм доменной печи. The invention relates to metallurgy and can be used in the manufacture and repair of tuyeres of a blast furnace.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является фурма металлургической печи, содержащая рыльную часть, фланец, наружный и внутренний корпус, которые соединены между собой сварными швами [1]
Недостатком известной фурмы является ее низкая стойкость из-за разрушения по околошовной зоне шва, соединяющего наружный корпус и рыльную ее часть.Closest to the claimed technical solution is the tuyere of a metallurgical furnace containing a snout, a flange, an outer and inner case, which are interconnected by welds [1]
A disadvantage of the known tuyeres is its low resistance due to destruction along the heat-affected zone of the seam connecting the outer casing and the back part of it.

Цель изобретения повышение стойкости фурмы. The purpose of the invention is to increase the resistance of the lance.

Это достигается тем, что фурма содержит соединенные между собой сварными швами рыльную часть, фланец, наружный и внутренний корпус, причем на сварном шве, соединяющем наружный корпус с рыльной частью с наружной стороны, выполнен защитный слой толщиной 0,6-1,2 толщины стенки наружного корпуса и шириной 1,5-3,0 ширины этого сварного шва. This is achieved by the fact that the lance contains a welded part, a flange, an outer and an inner case, interconnected by welds, and a protective layer with a thickness of 0.6-1.2 wall thickness is made on the weld connecting the outer case with the snout on the outside outer casing and a width of 1.5-3.0 width of this weld.

Фурма доменной печи работает в сложных условиях: в условиях воздействия высоких температур, агрессивной среды и истирания шихтовыми материалами. При этом составные части фурмы и сварные швы выполнены из меди и часто фурма разрушается по околошовной зоне, не выработав и 50% своего ресурса. Для повышения срока службы фурмы поверхность сварного шва (при изготовлении фурмы или при отработке 30% своего ресурса) имеет защитное покрытие из сплава типа бронзы. Толщина защитного покрытия взята в зависимости от толщины стенки наружного корпуса для обеспечения равномерного износа покрытия и стенки. Так, при выполнении толщины покрытия менее 0,6 толщины стенки покрытие изнашивается быстрее, чем стенки и фурма разрушается по околошовной зоне, а при толщине покрытия более 1,2 толщины стенки фурма выходит из строя вследствие износа стенки наружного корпуса и дальнейшее повышение толщины покрытия нецелесообразно. The lance of the blast furnace operates in difficult conditions: under the influence of high temperatures, aggressive environment and abrasion by charge materials. At the same time, the components of the tuyere and welds are made of copper and often the tuyere is destroyed along the heat-affected zone, and not having developed even 50% of its resource. To increase the service life of the tuyere, the surface of the weld (during the manufacture of the tuyere or during the development of 30% of its resource) has a protective coating of an alloy like bronze. The thickness of the protective coating is taken depending on the wall thickness of the outer casing to ensure uniform wear of the coating and wall. So, when the coating thickness is less than 0.6 of the wall thickness, the coating wears out faster than the walls and the lance is destroyed along the heat-affected zone, and when the coating thickness is more than 1.2 of the wall thickness, the lance fails due to wear of the wall of the outer casing and a further increase in the coating thickness is impractical .

Ширина покрытия взята в зависимости от ширины защищаемого сварного шва. При ширине покрытия менее 1,5 ширины шва не защищена полностью зона термического влияния на рыльной части и наружном корпусе и фурма быстро выходит из строя. Повышение ширины покрытия более 3,0 ширины шва уже является нецелесообразным, так как полностью покрывает шов и зону термического влияния. The width of the coating is taken depending on the width of the protected weld. When the coating width is less than 1.5 of the seam width, the heat-affected zone on the back part and the outer casing is not fully protected and the lance quickly fails. Increasing the coating width of more than 3.0 seam width is already impractical, since it completely covers the seam and the heat affected zone.

На чертеже дана схема осуществления предлагаемого способа. The drawing shows a diagram of the implementation of the proposed method.

На чертеже: 1 рыльная часть, 2 корпус наружный, 3 корпус внутренний, 4 защитный слой, 5 фланец, б толщина стенки наружного корпуса, в ширина шва, а толщина защитного слоя, В ширина защитного слоя. In the drawing: 1 back part, 2 outer casing, 3 inner casing, 4 protective layer, 5 flange, b outer wall wall thickness, the width of the seam, and the thickness of the protective layer, C the width of the protective layer.

Пример. Рыльная часть фурмы, фланец, корпус внутренний и наружный выполнены из меди марки М1 и соединены между собой сваркой под флюсом. В качестве присадочного материала использовалась медная проволока. Толщина стенки наружного корпуса составляет 4 мм, ширина сварного шва 10 мм. Защитный слой выполнен из бронзы состава: 8,2% Sn, 1% Si, 0,8% B, 5% Ni, медь остальное. Толщина защитного слоя 3,7 мм, ширина 25 мм. Example. The lance part of the lance, flange, and the inner and outer casing are made of M1 brand copper and are interconnected by submerged arc welding. As a filler material used copper wire. The wall thickness of the outer casing is 4 mm, the width of the weld is 10 mm. The protective layer is made of bronze composition: 8.2% Sn, 1% Si, 0.8% B, 5% Ni, the rest is copper. The thickness of the protective layer is 3.7 mm, a width of 25 mm.

Предлагаемая конструкция фурмы позволяет значительно повысить ее стойкость за счет исключения контакта зоны термического влияния наружной стенки фурмы с агрессивной атмосферой доменной печи. The proposed lance design can significantly increase its resistance by eliminating the contact of the heat-affected zone of the outer wall of the lance with the aggressive atmosphere of the blast furnace.

Известен способ сварки и наплавки меди а защитных газах неплавящимся электродом, включающий зачистку электродной проволоки и основного металла до блеска, предварительно подогрев до 300-400^oC и последующую сварку или наплавку.A known method of welding and surfacing of copper and shielding gases with a non-consumable electrode, including stripping the electrode wire and the base metal to shine, preheating to 300-400 ^o C and subsequent welding or surfacing.

Недостатком известного способа является разрушение сварного шва деталей, пребывающих длительное время при повышенной температуре. При этом способе не учитываются тепловложения в основной металл и не регламентируется корректировка режимов сварки. The disadvantage of this method is the destruction of the weld of parts that remain for a long time at elevated temperature. With this method, the heat input into the base metal is not taken into account and the adjustment of the welding conditions is not regulated.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сварки в защитных газах неплавящимся электродом [2] включающий предварительную подготовку поверхности, предварительный подогрев до 200-300^oC и сварку в защитных газах.Closest to the proposed is a method of welding in shielding gases with a non-consumable electrode [2], including preliminary surface preparation, preheating to 200-300 ^o C and welding in shielding gases.

Недостатком известного способа является низкое качество сварного шва, особенно при наплавке плазменно-дуговым способом на деталь, пребывающую длительное время при повышенной температуре. В прототипе также не учитывается влияние тепловложений от сварочной дуги на качество сварного шва. The disadvantage of this method is the low quality of the weld, especially when surfacing by plasma-arc method on a part that stays for a long time at elevated temperature. The prototype also does not take into account the influence of heat input from the welding arc on the quality of the weld.

Цель изобретения осуществление возможности качественной наплавки фурм доменной печи, изготовленных из меди и ее сплавов плазменно-дуговым способом. The purpose of the invention is the implementation of the possibility of high-quality surfacing of the tuyeres of a blast furnace made of copper and its alloys by a plasma-arc method.

Это достигается тем, что способ изготовления сварного шва фурмы доменной печи включает в себя механическую подготовку под наплавку, предварительный подогрев до 200-300^oC, наплавку при токе (31-42) б (А), где б толщина стенки наружного корпуса, мм, в процессе плазменной наплавки фурму поворачивают на 65% ее диаметра, затем плавно уменьшают ток к концу наплавки на 10-20% от его первоначального значения, при этом подогрев и наплавку осуществляют в течение времени не более двух часов.This is achieved by the fact that the method of manufacturing a weld seam of the tuyere of a blast furnace includes mechanical preparation for surfacing, preheating to 200-300 ^o C, surfacing at a current of (31-42) b (A), where b is the wall thickness of the outer casing, mm , in the process of plasma surfacing, the tuyere is rotated by 65% of its diameter, then the current towards the end of surfacing is gradually reduced by 10-20% from its initial value, while heating and surfacing are carried out for a period of not more than two hours.

В предлагаемом способе используется плазменно-дуговой метод наплавки, так как он обладает рядом преимуществ: малая глубина проплавления (до 0,1 мм) и, следовательно, небольшая зона термического влияния, а также возможность наплавки широких слоев за один проход (с применением колебания электрода). Предварительный подогрев осуществляют до 200-300^oC. При подогреве ниже 200^oC наблюдается несплавление на рыльной части фурмы из-за ее большой массы и быстрого теплоотвода, а при подогреве выше 300^oC происходит прожог стенки наружного корпуса фурмы. Наплавку начинают при токе (31-42)•б (А), где б толщина стенки наружного корпуса, мм. Интервал тока выбран из тех же соображений, что и подогрев: при токе ниже 31•б наблюдается несплавление на рыльной части, а при значениях тока выше 42•б прожог стенки наружного корпуса. В процессе наплавки деталь получает дополнительное тепло от воздействия дуги, в результате поднимается ее температура, нарушается формирование шва, а при дальнейшем повышении температуры наблюдаются прожоги тонкой стенки фурмы. Для предотвращения этого, после наплавки 65% от длины шва, ток начинают плавно уменьшать и к концу наплавки шва его значение уменьшают на 10-20% от первоначального. Причем при снижении менее 10% наблюдается перегрев детали, что приводит к уже описанным выше дефектам, а при снижении тока более чем на 20% наблюдается снижение температуры ниже 200^oC и происходит несплавление с толстой частью фурмы (так как глубина проплавления при плазменно-порошковой наплавке 0,1 мм). Общее суммарное время подогрева и наплавки должно составлять не более 2-х ч. Это связано с тем, что при повышенной температуре медная фурма быстро окисляется и через 2 ч при 200-300^oC уже имеет достаточно толстый оксидный слой, соизмеримый с глубиной проплавления при плазменно-порошковом методе наплавки. В результате при наплавке по окисленному слою наблюдается несплавление и другие дефекты.The proposed method uses a plasma-arc method of surfacing, as it has several advantages: a small penetration depth (up to 0.1 mm) and, therefore, a small heat-affected zone, as well as the possibility of surfacing of wide layers in one pass (using electrode vibration ) Preheating is carried out to 200-300 ^o C. When heated below 200 ^o C there is non-melting on the back of the lance due to its large mass and rapid heat removal, and when heated above 300 ^o C, the wall of the outer lance of the lance is burned. Surfacing begins at a current of (31-42) • b (A), where b is the wall thickness of the outer casing, mm. The current interval is selected from the same considerations as heating: at currents below 31 • b, fusion is not observed on the back side, and at currents above 42 • b, the wall of the outer casing is burned through. In the process of surfacing, the part receives additional heat from the influence of the arc, as a result, its temperature rises, the formation of the seam is disrupted, and with a further increase in temperature, burns of the thin tuyere wall are observed. To prevent this, after surfacing 65% of the weld length, the current begins to smoothly decrease and by the end of weld surfacing its value is reduced by 10-20% from the original. Moreover, with a decrease of less than 10%, overheating of the part is observed, which leads to the defects already described above, and with a decrease in current of more than 20%, a temperature decreases below 200 ^o C and fusion with a thick part of the tuyere occurs (since the penetration depth in plasma-powder surfacing 0.1 mm). The total total heating and surfacing time should be no more than 2 hours. This is due to the fact that at an elevated temperature the copper tuyere oxidizes quickly and after 2 hours at 200-300 ^o C it already has a sufficiently thick oxide layer commensurate with the penetration depth at plasma powder deposition method. As a result, during deposition along the oxidized layer, non-fusion and other defects are observed.

Новизна и изобретательский уровень предлагаемого технического решения подтверждается тем, что только с использованием этого способа возможна качественная наплавка медных фурм доменной печи, что позволяет значительно продлить срок их эксплуатации. The novelty and inventive step of the proposed technical solution is confirmed by the fact that only using this method is possible high-quality surfacing of copper tuyeres of a blast furnace, which can significantly extend their life.

Ниже приведен пример реализации предлагаемого способа. Сварную фурму, изготовленную из меди марки М1, подвергают дробеструйной обработке в области сварного шва, соединяющего рыльную часть с наружным корпусом. Наружный диаметр фурмы составляет 364 мм, длина 445 мм, толщина наружного корпуса 7 мм, фурму закрепляют в манипулятор, осуществляют газовый подогрев до 250^oC в течение 50 мин. Температуру подогрева контролируют с помощью оптического пирометра типа "Гефест". Наплавку начинают при сварочном токе 250 А, после оборота фурмы на 65% от ее диаметра ток плавно уменьшают к концу наплавки до 210 А. Совокупное время подогрева и наплавки составляет 1,7 ч. Наплавку производят порошком следующего состава, мас. 8,2 Sn, 1 Si, 0,8 B, 5 Ni, медь остальное. Толщина наплавленного слоя 3,7 мм, ширина 25 мм.The following is an example implementation of the proposed method. A welded lance made of M1 brand copper is subjected to bead-blasting in the area of the weld connecting the back part with the outer case. The outer diameter of the tuyere is 364 mm, the length is 445 mm, the thickness of the outer casing is 7 mm, the tuyere is fixed to the manipulator, gas heating is carried out to 250 ^o C for 50 minutes. The heating temperature is controlled using an Hephaestus optical pyrometer. Surfacing begins at a welding current of 250 A, after the lance turns by 65% of its diameter, the current gradually decreases by the end of surfacing to 210 A. The combined heating and surfacing time is 1.7 hours. Surfacing is carried out with a powder of the following composition, wt. 8.2 Sn, 1 Si, 0.8 V, 5 Ni, copper the rest. The thickness of the deposited layer is 3.7 mm, a width of 25 mm.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что только с использованием этого способа возможна качественная наплавка плазменно-порошковым способом медных изделий, имеющих разную толщину. The advantage of the proposed method lies in the fact that only using this method is possible high-quality surfacing by a plasma-powder method of copper products having different thicknesses.

Claims (2)

1. Фурма доменной печи, содержащая соединенные между собой сварными швами рыльную часть, фланец, наружный и внутренний корпуса, отличающаяся тем, что на сварном шве, соединяющем наружный корпус с рыльной частью, с наружной стороны выполнен защитный слой толщиной 0,6 1,2 толщины стенки наружного корпуса и шириной 1,5 3,0 ширины этого сварного шва. 1. The tuyere of the blast furnace, containing the back of the welded joint, the flange, the outer and inner shells, characterized in that on the weld connecting the outer shell to the back part, a protective layer of thickness 0.6 1.2 is made on the outside the wall thickness of the outer casing and a width of 1.5 to 3.0 of the width of this weld. 2. Способ изготовления сварного шва фурмы доменной печи, включающий механическую подготовку поверхности, предварительный подогрев ее до 200 - 300^oС и плазменную наплавку, отличающийся тем, что плазменную наплавку начинают при токе (31 - 42)δ, A, где δ - толщина стенки наружного корпуса, мм, в процессе плазменной наплавки фурму поворачивают на 65% ее диаметра, затем плавно уменьшают ток к концу наплавки на 10 20% от его первоначального значения, при этом подогрев и наплавку осуществляют в течение времени не более 2 ч.2. A method of manufacturing a weld seam of the tuyere of a blast furnace, including mechanical preparation of the surface, preheating it to 200 - 300 ^o C and plasma cladding, characterized in that the plasma cladding is started at a current of (31 - 42) δ, A, where δ is the thickness the walls of the outer casing, mm, in the process of plasma surfacing, the tuyere is rotated by 65% of its diameter, then gradually reduce the current to the end of surfacing by 10 20% of its initial value, while heating and surfacing are carried out for a period of not more than 2 hours.