Износостойкий композитный материал, его применение в охлаждающих элементах для металлургической печи, и способ его получения - RU2018129973A
Код документа: RU2018129973A
Формула
1. Устойчивый к истиранию материал для рабочей поверхности охлаждающих элементов металлургической печи, причем устойчивый к истиранию материал включает макрокомпозитный материал, включающий устойчивые к истиранию частицы,
причем устойчивые к истиранию частицы размещены в по существу повторяющейся упорядоченной конфигурации с формированием промежутков между частицами и
причем в промежутки введен первый металл, формирующий приливы, имеющие постоянную толщину вдоль их длины.
2. Материал по п. 1, в котором устойчивые к истиранию частицы состоят из одного или более устойчивых к истиранию материалов, выбранных из керамических материалов, включающих карбиды, нитриды, бориды и/или оксиды, и первый металл состоит из по существу теплопроводного металла.
3. Материал по любому из пп. 1 или 2, в котором
карбиды выбраны из группы, включающей карбид вольфрама, карбид ниобия, карбид хрома и карбид кремния,
нитриды выбраны из группы, включающей нитрид алюминия и нитрид кремния,
оксиды выбраны из группы, включающей оксид алюминия и оксид титана,
бориды выбраны из группы, включающей борид кремния, и/или
по существу теплопроводный материал выбран из группы, включающей нержавеющую сталь; медь; и медные сплавы, включая медно-никелевые сплавы, такие как сплавы Monel™или Cupronickel.
4. Материал по любому из пп. 1-3, в котором макрокомпозитный материал имеет скорость абразивного износа, определяемую в соответствии со стандартом ASTM G 65, не более чем 0,6 величины для серого чугуна, при идентичных условиях.
5. Материал по любому из пп. 1-4, в котором устойчивые к истиранию частицы имеют размер от около 3 мм до около 10 мм.
6. Материал по любому из пп. 1-5, в котором макрокомпозитный материал имеет размер охватывающей поверхности от около 3 мм до около 50 мм, причем размер охватывающей поверхности определен как длина ребра куба, образующего единичный объем макрокомпозитного материала.
7. Материал по любому из пп. 1-6, в котором устойчивый к истиранию материал имеет толщину от около 3 мм до около 50 мм.
8. Материал по любому из пп. 6, 7, в котором коэффициент плотности упаковки в области передней поверхности устойчивых к истиранию частиц внутри единичного объема макрокомпозитного материала составляет от около 20 до 100 процентов.
9. Материал по любому из пп. 5-8, в котором площадь поверхности раздела между устойчивыми к истиранию частицами и первым металлом составляет по меньшей мере 0,25а2площади поверхности единичного объема макрокомпозитного материала.
10. Материал по любому из пп. 5-9, в котором площадь (S.А.) поверхности контакта между устойчивыми к истиранию частицами и первым металлом на единичный объем (а3) макрокомпозитного материала составляет по меньшей мере 0,1.
11. Материал по любому из пп. 1-10, в котором устойчивые к истиранию частицы и промежутки между ними являются, соответственно, по существу одинаковыми.
12. Материал по п. 11, в котором по меньшей мере участок металлических приливов сформирован в промежутках между устойчивыми к истиранию частицами.
13. Материал по любому из пп. 1-12, в котором любая из устойчивых к истиранию частиц, размещенная на рабочей поверхности, проходит в макрокомпозитный материал по меньшей мере на 0,25 величины своих длины или диаметра.
14. Материал по любому из пп. 1-13, в котором каждая из устойчивых к истиранию частиц имеет цилиндрическую форму.
15. Материал по п. 14, который включает единственный слой устойчивых к истиранию частиц в порядке гексагональной поверхностной упаковки с обеспечением рабочей поверхности.
16. Материал по п. 14, в котором устойчивые к истиранию частицы являются цилиндрическими, причем каждая из устойчивых к истиранию частиц имеет продольную ось, ориентированную перпендикулярно передней поверхности.
17. Материал по п. 14, в котором устойчивые к истиранию частицы являются цилиндрическими, причем каждая из устойчивых к истиранию частиц имеет продольную ось, ориентированную параллельно передней поверхности.
18. Материал по п. 16 или 17, в котором каждая из цилиндрических устойчивых к истиранию частиц имеет полое внутреннее пространство, которое заполнено вторым металлом матрицы.
19. Материал по любому из пп. 1-13, в котором макрокомпозитный материал состоит из пластинчатых устойчивых к истиранию частиц, причем лицевая сторона каждой из пластинчатых устойчивых к истиранию частиц ориентирована вдоль рабочей поверхности, которая представляет собой переднюю поверхность.
20. Материал по п.19, в котором макрокомпозитный материал включает множество пластинчатых устойчивых к истиранию частиц, разделенные промежутками, причем промежутки между пластинчатыми устойчивыми к истиранию частицами определяют приливы металла матрицы.
21. Материал по любому из пп. 1-13, в котором макрокомпозитный материал состоит из вспененного материала или сетки.
22. Материал по любому из пп. 1-12, в котором макрокомпозитный материал заключен в рабочем облицовочном слое плитового или фурменного охлаждающего элемента для металлургической печи, имеющего корпус, содержащий первый металл, который может быть идентичным второму металлу композитного материала, тем самым обеспечивая по существу высокую твердость охлаждающего устройства.
23. Охлаждающий элемент для металлургической печи,
причем охлаждающий элемент имеет корпус, состоящий из первого металла,
причем корпус имеет по меньшей мере одну поверхность, вдоль которой сформирован облицовочный слой,
причем облицовочный слой состоит из композитного материала, причем композитный материал включает устойчивые к истиранию частицы, размещенные в матрице из второго металла, причем устойчивые к истиранию частицы имеют более высокую твердость, чем твердость первого металла и твердость второго металла.
24. Элемент по п. 23, в котором поверхность, вдоль которой сформирован облицовочный слой, составляет по меньшей мере часть рабочей поверхности охлаждающего элемента.
25. Элемент по п. 24, в котором рабочая поверхность охлаждающего элемента имеет гофрированную структуру, имеющую множество горизонтальных ребер и множество горизонтальных впадин, в чередующемся порядке вдоль рабочей поверхности.
26. Элемент по любому из пп. 23-25, в котором первый металл выбран из группы, включающей: чугун; сталь, включая нержавеющую сталь; медь; и медные сплавы, включая медно-никелевые сплавы, такие как сплавы Monel™.
27. Элемент по любому из пп. 23-26, в котором устойчивые к истиранию частицы имеют твердость по меньшей мере около 6,5 по шкале Мооса.
28. Элемент по любому из пп. 23-27, в котором устойчивые к истиранию частицы облицовочного слоя состоят из одного или более устойчивых к истиранию материалов, выбранных из керамических материалов, включая карбиды, нитриды, бориды и/или оксиды.
29. Элемент по п. 28, в котором
карбиды выбраны из группы, включающей карбид вольфрама, карбид ниобия, карбид хрома и карбид кремния;
нитриды выбраны из группы, включающей нитрид алюминия и нитрид кремния;
оксиды выбраны из группы, включающей оксид алюминия и оксид титана;
бориды выбраны из группы, включающей борид кремния.
30. Элемент по любому из пп. 23-29, в котором второй металл является таким же, как первый металл.
31. Элемент по любому из пп. 23-30, в котором второй металл выбран из группы, включающей: чугун; сталь, включая нержавеющую сталь; медь; и медные сплавы, включая медно-никелевые сплавы, такие как сплавы Monel™.
32. Элемент по любому из пп. 23-31, в котором второй металл представляет собой высокомедный сплав, имеющий содержание меди не менее 96 массовых процентов.
33. Элемент по любому из пп. 23-32, в котором композитный материал имеет скорость абразивного износа, определяемую в соответствии со стандартом ASTM G 65, не более чем 0,6 величины для серого чугуна, при идентичных условиях.
34. Элемент по любому из пп. 23-33, в котором облицовочный слой имеет толщину от около 3 мм до около 50 мм.
35. Элемент по любому из пп. 23-34, в котором композитный материал включает макрокомпозитный материал, в котором устойчивые к истиранию частицы размещены согласно по существу повторяющейся упорядоченной конфигурации, пропитанной матрицей из второго металла.
36. Элемент по п. 35, в котором устойчивые к истиранию частицы имеют размер от около 3 мм до около 10 мм.
37. Элемент по п. 35 или 36, в котором по существу повторяющаяся упорядоченная конфигурация имеет размер охватывающей поверхности от около 3 мм до около 50 мм, причем размер охватывающей поверхности определен как длина ребра куба, определяющего единичный объем макрокомпозитного материала.
38. Элемент по п. 37, в котором коэффициент плотности поверхностной упаковки в области передней поверхности устойчивых к истиранию частиц внутри единичного объема макрокомпозитного материала составляет от около 20 до 100 процентов.
39. Элемент по любому из пп. 35-38, в котором площадь поверхности раздела между устойчивыми к истиранию частицами и вторым металлом матрицы составляет по меньшей мере 0,25а2.
40. Элемент по любому из пп. 35-39, в котором площадь (S.А.) поверхности контакта между устойчивыми к истиранию частицами и вторым металлом матрицы на единичный объем (а3) макрокомпозитного материала составляет по меньшей мере 0,1.
41. Элемент по любому из пп. 24-40, в котором матрица из второго металла включает металлические приливы, окружающие устойчивые к истиранию частицы в облицовочном слое, причем приливы являются протяженными параллельно по направлению к рабочей поверхности.
42. Элемент по п. 41, в котором металлические приливы сформированы в промежутках между устойчивыми к истиранию частицами.
43. Элемент по любому из пп. 24-42, в котором любая из устойчивых к истиранию частиц, размещенная у рабочей поверхности, проходит в матрицу по меньшей мере на 0,25 величины своих длины или диаметра.
44. Элемент по любому из пп. 23-43, в котором каждая из устойчивых к истиранию частиц имеет форму, выбранную из группы, включающей сферическую или цилиндрическую форму.
45. Элемент по п. 44, в котором устойчивые к истиранию частицы являются сферическими.
46. Элемент по п. 45, в котором облицовочный слой включает единственный слой сферических устойчивых к истиранию частиц в порядке гексагональной поверхностной упаковки.
47. Элемент по п. 44, в котором устойчивые к истиранию частицы являются цилиндрическими, причем каждая из устойчивых к истиранию частиц имеет продольную ось, ориентированную перпендикулярно рабочей поверхности.
48. Элемент по п. 44, в котором устойчивые к истиранию частицы являются цилиндрическими, причем каждая из устойчивых к истиранию частиц имеет продольную ось, ориентированную параллельно передней поверхности.
49. Элемент по п. 47 или 48, в котором каждая из цилиндрических устойчивых к истиранию частиц имеет полое внутреннее пространство, которое заполнено вторым металлом матрицы.
50. Элемент по любому из пп. 24-43, в котором макрокомпозитный материал состоит из пластинчатых устойчивых к истиранию частиц, причем лицевая сторона каждой из пластинчатых устойчивых к истиранию частиц ориентирована вдоль рабочей поверхности.
51. Элемент по п. 50, в котором макрокомпозитный материал включает множество пластинчатых устойчивых к истиранию частиц, разделенных промежутками, причем промежутки между пластинчатыми устойчивыми к истиранию частицами определяют приливы металла матрицы.
52. Элемент по любому из пп. 23-43, в котором макрокомпозитный материал состоит из вспененного материала или сетки.
53. Элемент по любому из пп. 23-52, в котором корпус снабжен одной или более внутренними полостями, образующими один или более внутренние каналы для протекания охлаждающей среды.
54. Способ получения охлаждающего элемента по любому из пп. 23-53, включающий:
(а) обеспечение упорядоченной конфигурации устойчивых к истиранию частиц;
(b) размещение упорядоченной конфигурации устойчивых к истиранию частиц в полости литейной формы, с расположением упорядоченной конфигурации в области полости литейной формы, образующей облицовочный слой охлаждающего устройства;
(с) введение расплавленного металла в полость литейной формы, причем расплавленный металл содержит первый металл корпуса охлаждающего элемента и второй металл композитного материала.
55. Способ по п. 54, в котором упорядоченную конфигурацию устойчивых к истиранию частиц обеспечивают на стадии (а) в форме предварительно изготовленной сборки.
