УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА ГАЗО- И/ИЛИ ПОРОШКООБРАЗНЫМИ РЕАГЕНТАМИ Российский патент 1996 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к устройствам для продувки расплава металла газо- и/или порошкообразными реагентами.

Цель изобретения увеличение срока службы.

На фиг. 1 показано устройство для вдувания, частичный вид в продольном разрезе; на фиг.2 уплотняющее средство, поперечный разрез; на фиг.3 устройство для вдувания, продольный разрез.

Предлагаемое устройство предназначено главным образом для вдувания газа или смеси газа и порошка глубоко в расплав, содержащийся в ковше, промежуточной или другой металлургической емкости.

Устройство для вдувания, показанное на фиг.1 и 2, содержит блок 1 инжекторных сопел с одним или несколькими каналами 2, проходящими от одного до другого его конца.

Для упрощения на фиг. показан только один канал. Блок сопел устанавливается в непроницаемой для расплава связи, но время применения в стенке емкости, содержащей расплав. Его можно установить в днище или в боковой стенке емкости, например, смежно с днищем. Каждый инжекторный канал содержит подвижную трубку 3 фурмы, и он может содержать направляющую трубку 4 для трубки фурмы. Трубка 4 может быть изготовлена из металла, огнеупорного материала, например глинозема или из композитного материала, состоящего из металла и огнеупора. Канал 1 оканчивается на своем внутреннем конце, обращенном к расплаву, временной крышкой (не показана), которая препятствует входу металла в канал до начала инжекции.

Трубкой 3 фурмы может быть металлическая трубка или трубка из композитного материала, состоящего из металла и огнеупора. Ее наружный диаметр меньше внутреннего диаметра канала или направляющей трубки 4, если она есть, позволяя трубке фурмы перемещаться в продольном направлении, а промывочному газу выходить из устройства наружу вдоль зазора 5 между каналом 2 или трубкой 4 и трубкой 3 фурмы. Трубка 3 фурмы необязательно должна быть подвижной во время ее применения для разблокирования и открывания канала для вдувания. Это достигается посредством зацепления крышки, разрушения или удаления последней из конца канала 2, обращенного в сторону расплава.

Наружный конец трубки 3 фурмы прикреплен к головке 6 фурмы, которая соединяет трубку 3 с трубопроводом (не показан), ведущим к источнику вдувания материала. Головка 6 и трубка 3 фурмы совместно перемещаются на определенное расстояние или ход из позиции готовности в позицию вдувания. Когда трубка 3 достигает последней позиции, крышка разрушается или удаляется и начинается вдувание. Движение головки 6 фурмы на заданное расстояние направляется установочным блоком 7. Он имеет приемную полость 8, в которой скользяще перемещается головка 6 фурмы. Установочный блок 7 прикреплен к пластине 9 с отверстием, на которой могут быть размещены другие элементы устройства. Эти другие элементы могут включать средство для перемещения головки 6 и трубки 3 фурмы на их рабочее расстояние. Пластина 9 с отверстием прочно прикреплена непосредственно или косвенно к боковой стенке или к днищу емкости. Она имеет отверстие 10, совпадающееся к каналом 2 трубки и фурмы, для его выдвижения из головки 6 в канал.

Предусмотрено средство 11 для образования уплотнения между трубкой 3 фурмы и наружным концом канала 2, когда трубка фурмы перемещается в позицию уплотнения. Уплотняющее средство содержит концевую втулку 12, окружающую наружный конец канала 2, и уплотняющий буртик 13, прикрепленный к трубке 3 фурмы. Буртик 13 телескопически входит в втулку 12, образуя уплотнение. Уплотняющий буртик 13 содержит цилиндр 14 из волокнистого огнеупорного материала, например, Refrasil (РТМ) и упругий металлический (из нержавеющей стали) цилиндр 15 с продольной щелью. Огнеупорный цилиндр 14 длиннее металлического цилиндра 15. Его длина больше также расстояния для перемещения головки 6 и трубки 3 фурмы. Металлический цилиндр 15 с щелью намного короче, чем упомянутое расстояние. Движение определяется расстоянием Х между передней поверхностью 16 головки фурмы, когда она находится в выбранном положении для предварительной инжекции и противостоящей поверхностью 17 пластины 9 с отверстием.

Когда трубка 3 фурмы перемещается в позицию инжектирования, уплотняющий буртик 13 и втулка 12 взаимодействуют, уплотняя зазор 18. Кроме того волокнистая огнепорная втулка 13 сжимается в продольном направлении посредством опорных поверхностей, взаимодействующих с каналом 2 и трубкой 3 фурмы. В этом примере первая опорная поверхность представляет наружный конец направляющей трубки 4, а последняя опорная поверхность представляет собой переднюю поверхность 16 головки фурмы. Расстояние между опорной поверхностью 18 и поверхностью 17 пластины 9 меньше первоначальной длины несжатого огнеупорного волокнистого цилиндра 14. Это расстояние примерно равно расстоянию Х, однако из-за производственных допусков оно редко будет одинаковым. Однако эти допуски устраняются волокнистой втулкой 14, длина которой больше расстояния Х, причем она может сжиматься в продольном направлении.

Когда волокнистая втулка 14 продольно сжимается, то она расширяется в поперечном направлении, причем такое расширение допускается благодаря упругому металлическому цилиндру 15 с щелью, и втулка будет плотно заполнять пространство между концевой втулкой 12 и трубкой 3 фурмы.

Сначала при движении вперед трубки 3 и головки фурмы волокнистая втулка 14 и металлический цилиндр 15 уплотнительно взаимодействует с концевой втулкой 12. Соответственно утечка жидкого металла мимо уплотняющего средства (пластина 9) исключается в тот момент, когда крышка канала разрушается или удаляется на последнем участке движения.

Например, волокнистая огнеупорная втулка 14 имеет длину 55 мм, тогда как расстояние, на которое перемещаются трубка 3 и головка 6 фурмы, равно 50 мм. Втулка 14 может иметь внутренний диаметр 33 мм и толщину стенки 3 мм, тогда как цилиндр с щелью может иметь длину 45 мм, наружный диаметр 34,9 мм и толщину стенки 1,6 мм. Щель 20 в цилиндpе может иметь ширину 2 мм. Концевая втулка 12 может иметь номинальное отверстие 15 мм для приема композитного буртика 13 в состоянии сжатия.

Волокнистая втулка 14 может быть изготовлена из листового материала посредством вакуумного формования вокруг шаблона. Изготовленная таким образом она будет иметь "шов" 21. Присутствие такого шва несущественно для уплотнения, потому что втулка 15 плотно сжимается, когда она входит в концевую втулку 12. Конечно, втулка 14 может иметь бесшовную форму.

Материал, из которого изготовлена втулка 14, может включать связующий, который помогает втулке выдерживать дутье газа, который выходит мимо втулки в атмосферу до начала инжекции.

Понятно, что благодаря волокнистой уплотняющей втулке 31, длина которой вначале значительно превышает длину уплотняемого пространства, могут быть допущены размерные изменения в сборке.

Устройство для вдувания (фиг.3) включает блок 1 инжекторного сопла, канал для инжекции (для иллюстрации показаны два). Блок сопла установлен в непроницаемой для расплава связи, например, посредством крепления цементом в днище или боковой стенке емкости, содержащей расплав. Конструкция предпочтительно изготовлена из литого огнеупорного бетона. Каждый инжекторный канал образован частично направляющей трубкой 4 для трубки в 3 фурмы. Трубка 3 и трубка 4 изготовлены из металла, огнеупорного материала или композитных материалов на основе металла и огнеупора. Как показано, канал оканчивается на своем внутреннем конце, обращенном в сторону расплава временной крышкой 22, которая препятствует входу расплава в канал до начала вдувания.

Блок 1 сопла состоит из узла взаимно сопряженных огнеупорных элементов А, В, С с целью упрощения транспортировки и установки в стенке емкости. Однако конструкция 1 может быть цельной, хотя в этом случае она будет иметь значительный вес.

Временная крышка 22 в показанном примере состоит из двух элементов 23 и 24. Первым элементом является чашеобразный кожух 23 из плотного огнеупорного материала, закрепленный на конце смежно с внутренней полостью емкости. Кожух образует часть конца канала вниз по потоку. Кожух 23 заделан или зацементирован во внутреннем конце конструкции 1 блока сопел. Он поддерживается другим элементом 24, который представляет собой конусообразную заглушку из огнеупорного материала, например, шамотной глины, которая съемно входит во внутренний конец конструкции блока. Закрытый конец кожуха 23 выполнен разъемным от остальной части благодаря локальному ослаблению закрытого конца. Цель такого ослабления позволить упомянутому концу разрушаться, когда подвижная фурма 3 с силой проходит в направлении внутренней полости емкости. Когда фурма 3 продвигается, кожух разрушается и заглушка 24 удаляется. Таким образом фурма 3 получает доступ к металлу в емкости для начала инжекции. Временная крышка 22 раскрыта детально в международной заявке N WO 088/00247.

Верхняя фурма 3 показана (фиг.3) в позиции предварительной инжекции, а другая фурма в позиции инжекции или после инжекции.

Как и в первой описанной конструкции каждая трубка 3 фурмы имеет наружный диаметр меньше внутреннего диаметра основной части трубы 4, определяющей канал, таким образом трубка фурмы может перемещаться в продольном направлении и позволять промывочному газу проходить вдоль зазора 5 между фурмой 3 и трубкой 4.

Наружный конец каждой трубки 3 фурмы прикреплен к головке 6, которая соединяет первую с трубопроводом, ведущим к источнику вдуваемого материала. Как описано, головка 6 фурмы может входить в приемную полость 8 в установленном блоке 7, в которой головка 6 фурмы плотно прилегает с возможностью ее скользящего перемещения. Как и прежде установочный блок 7 прикреплен к пластине 9, имеющей отверстие, сообщающееся с каждым каналом.

Предусмотрено средство 23 для образования уплотнения между трубкой 3 фурмы и наружным концом трубы 4, определяющей канал, когда труба фурмы продвигается в позицию уплотнения. Уплотняющее средство 23 содержит ряд уплотняющих колец 24, расположенных на трубке 3 фурмы, причем каждое изготовлено из сжимающегося соответствующего графитового материала. Ряд колец телескопически входит в раструб 25 увеличенного размера на внешнем конце трубы 4, при этом образуется уплотнение, когда фурма продвинулась так, что обжимается ряд колец между нижней частью или внутренним концом раструба 25 и противостоящей поверхностью головки 6 фурмы. Длина ряда колец больше расстояния Х, на которое перемещаются головка фурмы 6 и трубка 3 во время работы, таким образом кольца будут соответственно сжиматься между нижней частью раструба 25 и головкой 6. Когда они сжимаются, кольца расширяются в поперечном направлении против внутренней поверхности раструба 25 и фурмой 3, заполняя зазор между ними и образуя газонепроницаемое уплотнение. Длина средства 23 может быть такой (при применении соответствующего количества колец), чтобы уплотнение образовывалось до того, как фурма 3 действительно откроет канал.

Соответствующие графитовые кольца не смачиваются или не делаются пористыми расплавом: эти кольца поставляются фирмой Флекситолликс Лимитед.

Когда трубка 3 фурмы продвигается вперед, то ряд упругих графитовых колец 24 уплотняет зазор, поскольку кольца сжимаются продольно опорами, взаимодействующими с трубой 4 и трубкой 3 фурмы. Первой опорой является нижний конец раструба 25, а последней опорой является передняя поверхность головки 6 фурмы.

Благодаря образованию уплотнения до удаления крышки 22 утечка расплава мимо ряда уплотняющих колец 24 позитивно исключается в момент удаления крышки в конце движения трубки фурмы. Например, ряд колец 24 до их продольного сжатия может иметь дину 52-55 мм, тогда как трубка 3 фурмы и головка 6 перемещаются на расстояние 50 мм.

Понятно, что благодаря сжатию ряда колец и их длины, превышающей в начале размер уплотняемого пространства, размерные изменения в узле могут быть допустимы и уплотнение может быть образовано до открытия канала для инжекции.

Как было указано, газ подается под давлением по (т.е. обычно через) трубке 3 фурмы до начала инжекции и затем он выходит в атмосферу. Путь выхода газа представляет собой по существу кольцеобразное пространство зазора 5 между трубкой 3 и трубкой 4. До продвижения трубки 3 фурмы вперед газ может выходить из зазора 5, поскольку уплотнение должно образовываться рядом колец. Нигде вдоль трубы 3 сечение пространства для потока не должно быть значительно меньше сечения канала внутри трубки 3 для исключения чрезмерной задержки выпускаемого газа и повышения давления внутри устройства до уровней, превышающих те, на которые было рассчитано устройство.

Например, канал имеет круглое сечение площадью 78,54 мм², а радиальный зазор между трубкой 3 и трубой 4 вдоль большой части их соответствующей длины равен 0,85 мм. В устройстве согласно изобретению этот радиальный зазор имеет сечение 74,37 мм. Хотя эта площадь меньше площади канала для потока, однако различия очень незначительные, чтобы создавались значительные проблемы в выпуске газа.

На практике радиальный зазор, который достаточно большой для правильного выпуска газа и который находится в пределах указанных размеров, является достаточно большим, чтобы позволить некоторой части расплава проходить назад вдоль длины трубки 3 фурмы примерно в тот момент, когда крышка 22 разрушается и удаляется. Конструкция, показанная на фиг.3, предназначена для исключения такого обратного потока.

Для этой цели смежно с концом инжекторного канала вниз по потоку установлено средство 26 для блокирования расплава. Средство 27 для блокирования расплава содержит локализованную преграду для зазора между каналом для инжекции и трубкой 3 фурмы, когда последняя продвигается вперед. В этом примере преграда создается втулкой 28 вкладыша, расположенной в нижнем конце трубы 4.

Как показано, трубка 3 имеет выступ 29 уменьшенного диаметра, ведущий к ее выходному концу. Можно увидеть, что до начала продвижения фурмы 3 для начала инжекции эта деталь 30 уменьшенного размера располагается внутри втулки 29 и проходит по всей ее длине. Радиальный зазор 32 между частью 30 фурмы и втулкой 28, например, равен 1 мм, обеспечивая площадь зазора 81,68 мм в данном устройстве, выполненном согласно изобретению. Эта площадь зазора превышает площадь канала 26, таким образом не создается значительной помехи для выпуска газа.

Когда фурма продвигается вперед, то незадолго до разрушения и выталкивания крышки 22 большая часть трубки 3 фурмы входит в втулку 28. Диаметр большой части только предельно меньше внутреннего диаметра втулки 28. Различие в диаметре или в радиальном зазоре такое, что фурма может перемещаться продольно во втулке, однако оно слишком небольшое, чтобы расплав мог течь назад по какой-либо значительной степени за втулку 28. Например, различие в диаметре составляет 0,1 мм. Диаметр большой основной части трубки 3 фурмы равен, например, 26,9 мм 0,05 мм, тогда как внутренний диаметр втулки 136 равен 27 мм+0,05 мм, образуя радиальный зазор размером максимум 0,1 мм и минимум 0,05 мм.

Благодаря этому очень небольшому зазору обратный поток в начале инжекции будет эффективно блокироваться или уменьшаться до такой степени, что он может затвердевать или по меньшей мере, становится пастообразным в зазоре между втулкой 28 и трубкой 3 фурмы. Зазор будет почти мгновенно блокировать обратный поток расплава в направлении наружу.

Очень небольшой зазор между втулкой 28 и главным выступом трубки допускает только незначительный отход от концентричности между ними и главной частью трубки фурмы. Думается, что значительное нарушение концентричности может привести к возможному опасному обратному потоку расплава или его прорыв.

В случае чрезвычайно нежелательного обратного потока расплава мимо втулки ряд уплотняющих колец будет эффективно препятствовать утечке расплава из инжекторного канала.

Указанные размеры представлены только как пример, и они относятся к специальному устройству. Такие размеры могут изменяться, между прочим, в зависимости от данной конструкции и размера устройства и рабочих условий. Что является критическими в этом аспекте изобретения, это то, что узкий зазор между трубкой 4 фурмы и инжекторным каналом образуется сразу до открытия канала для начала инжекции, причем зазор такой, чтобы позволить непрерывное продвижение трубки фурмы и блокировать обратный поток расплава. Из представленных здесь примеров плюс обычного эксперимента рядовой специалист может выбрать ограниченные зазоры, отвечающиеся требуемым критериям.

Конечно, конструкция преграды может изменяться и она необязательно должна быть такой, как показано на фиг.3. Например, трубка фурмы может иметь выступ или наклон назад от ее выпускного конца, а канал или направляющая трубка (когда ее применяют) может иметь внутреннюю канавку, расположенную так, чтобы охватывать выступ до продвижения фурмы вперед. Выступ будет иметь тугую посадку в непропазованной части вниз по потоку от канавки, когда трубка продвигается вперед для начала инжекции, таким образом он служит средством для блокирования расплава. Втулка, прикрепленная к трубке фурмы, может составлять этот выступ.

Раскрытые признаки изобретения относятся к средству блокирования металла и волокнистой втулке или ряду соответствующих уплотняющих графитовых колец. Эти признаки могут быть использованы отдельно, а также в сочетании.

Возможность применения в промышленности.

Раскрытое устройство предназначено для ввода газов или газов плюс порошков в жидкие металлы, содержащиеся в емкостях, например ковшах. Расплавами могут быть жидкие черные или цветные металлы и вдуваемые материалы могут применяться для достижения равномерного распределения тепла в расплаве и/или однородности состава расплава до его разливки из ковша или для изменения его химического состава.

Устройство предназначено для продувки расплава и содержит блок сопел, предназначенный для установки в стенке емкости, причем блок сопел имеет по меньшей мере один закрытый вначале канал и трубку для вдувания, перемещаемую в канале и продвигаемую вперед для открывания канала для начала вдувания. Смежно с соответствующими выпускными концами трубы и канала размещено средство для блокирования расплава с целью ограничения обратного потока расплава в пространстве между трубкой фурмы и каналом, когда трубка продвигается в позицию вдувания, причем блокирующее средство образует зазор, допускающий движение трубки вперед, однако он такой маленький, что исключается значительный поток металла через зазор. В том случае, когда расплав не останавливается блокирующим средством, смежно с наружным концом трубы размещено сжимающееся уплотняющее средство, непроницаемое для расплава. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА ГАЗО- И/ИЛИ ПОРОШКООБРАЗНЫМИ РЕАГЕНТАМИ, содержащее огнеупорный блок с каналами для введения реагентов, фурму с фурменной трубкой, размещенной в канале с возможностью перемещения в нем с образованием зазора между фурмой и фурменной трубкой, причем площадь зазора сравнима с площадью канала, направляющую для фурменной трубки, пробку для перекрывания канала, средства для перемещения фурменной трубки в канале, установочную плиту с углублением для размещения головки фурмы и монтажную плиту, отличающееся тем, что, с целью увеличения срока службы, оно снабжено уплотнением, выполненным с возможностью сжатия в направлении оси фурмы, фурменная трубка выполнена с уменьшенным на конце диаметром, а канал - многоступенчатым с образованием уступов, причем расширенная часть канала выполнена со стороны установочной плиты для размещения в нем уплотнения, а часть канала с уменьшенным диаметром и частью фурменной трубки с уменьшенным диаметром выполнены со стороны выпускного торца огнеупорного блока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в канале и на фурменной трубке выполнены упоры, расстояние между которыми меньше длины уплотнения. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнение выполнено в виде графитовых колец, размещенных на фурменной трубке. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнение выполнено в виде втулки из волокнистого материала, размещенной на фурменной трубке, и упругой прорезной металлической втулки, размещенной на волокнистой втулке коаксиально ей и фурменной трубке, причем длина металлической прорезной втулки меньше длины волокнистой втулки.

Приоритет по пунктам:
10.04.87 по пп.2 и 4.