УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДУВКИ ГАЗОМ РАСПЛАВОВ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ Российский патент 1997 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к усовершенствованному газовому инжектору, предназначенному для вдувания газов в жидкости с повышенной температурой, а более конкретно, но не исключено, в расплавленные металлы.

Часто газы инжектируют в расплавленные металлы, находящиеся в резервуарах типа ковшей, для различных целей. Например, газ может вводится в нижнюю часть резервуара для чистки относительно холодной области у дна от продуктов отверждения, например, для удаления их из окрестности донного сливного отверстия, когда в резервуаре имеется такое отверстие. Также газ может вводиться для "промывания" или гомогенизации расплава термически или композиционно или же для помощи в рассеивании сплавных добавок по всему расплаву. Обычно используют инертный газ. Могут применяться и реактивные газы, например, раскисляющие или окисляющие газы, когда необходимо модифицировать состав расплава или его компонент.

В известных предложениях по инжектированию газа содержится установка твердой пористой огнеупорной заглушки или кирпича в огнеупорной линии резервуара. Они могут быть простыми, но не без недостатков. Несмотря на то, что они являются очень пористыми, когда они чрезмерно слабы, то могут ограничивать количество газа, доходящего в существенной части до расплава. Если используются чрезвычайно высокие давления газа, то при компенсации эффекта ослабления пористым огнеупором возникают проблемы уплотнения. При этом получается существенная и часто расточительная утрата газа. По существу все огнеупорные материалы являются пористыми для газа благодаря мелким трещинам, разбросанным по всей массе огнеупора. Трещинки или поры создают извилистые траектории потока газа по всему телу огнеупора. Такие случайные траектории потока не являются особенно полезными для изготовления металла. В идеальном случае ему бы хотелось подавать газ под давлением к наружному концу огнеупорного инжекторного блока так, чтобы он выходил из противоположного противостоящего расплава конца блока ввиду хорошо организованного потока газа. Это обычно не происходит из-за извилистости траекторий газового потока. В поиске путей улучшения работы таких твердых инжекционных тел специалисты пришли к технологии с направленной пористостью. Фактически они попытались сделать огнеупорные инжекционные тела со множеством прямых капиллярных каналов, проходящих от входных к выходным концам тел. Такие каналы создаются путем отливки или прессования огнеупорного материала в форме по напряженным пластмассовым или металлическим струнам, которые затем удаляют путем сжигания или вытягивания огнеупорной массы.

Хотя тело инжектора с направленной пористостью, создаваемой капиллярными каналами, лучше чем обычный пористый кирпич или пробка, его эффективность все-таки меньше идеальной. Когда газ под давлением подается на входной конец такого тела, не весь газовый поток проходит вдоль каналов. Некоторая часть газа просачивается в пористую огнеупорную массу и тем самым рассеивается. И опять частично из-за того, что капиллярные каналы на практике не являются правильными, газ может рассеиваться поперечно от них в окружающий огнеупор. Давление газа, выходящего из каналов в расплав, может быть уменьшено до уровня, при котором газовые пузырьки, а не струи идут в расплав. Когда газ выходит из канала в виде пузырька, расплав может мгновенно ворваться в канал и запереть его.

Другой и очень важной проблемой является то, как состыковать огнеупорный материал инжекторного тела с подачей газа, чтобы получилось герметичное уплотнение. В известных инжекторах применяется металлический кожух, как указано выше, причем этот кожух прикреплен газонепроницаемо (например, посредством нарезного соединения) с подачей газа, а огнеупорное тело зацементировано в металлический кожух. Однако, за счет цемента между огнеупорным телом и металлом получается некоторое ослабление. Хотя камера металлического кожуха может быть отодвинута от внутренности резервуара с расплавленным металлом огнеупорным телом, кожух тем не менее подвергается воздействию экстремальной повышенной температуры. Разные величины теплового расширения металлического кожуха, цемента и огнеупорного тела могут вызвать выламывание кожуха из огнеупора, за счет чего происходит слом газонепроницаемого уплотнения и рассеивание газа.

Другой проблемой, связанной с такими "консервированными" огнеупорами-заглушками, является то, что в экстремальных условиях применения металлический кожух может треснуть, за счет чего газ рассеивается в окружающую огнеупорную стенку резервуара с расплавленным металлом.

Рассеивание газа описанным путем конечно приведет к уменьшению потока газа через капиллярные каналы в заглушке, за счет чего может произойти захождение расплава с последующим забиванием каналов.

С целью получения улучшенного потока газа через инжекторную заглушку можно сделать газовый канал через заглушку за счет длинной металлической трубки, встроенной в огнеупорное тело заглушки. Однако, считается, что от такого устройства возникает несколько недостатков.

Во-первых, несмотря на то, что такие металлические трубки имеют капиллярное отверстие, считается, что постоянный поток газа через трубки был бы необходим с целью предотвращения забивания за счет проникновения расплавленного металла. Потребность в отключении подачи газа в конце каждой операции инжектирования приведет поэтому к забиванию и затруднению операции, если не появится возможность в повторном использовании заглушки.

Во-вторых, если бы использовались очень маленькие сквозные металлические трубки, считается, что были бы существенные практические трудности при создании газонепроницаемого уплотнения между входным концом металлической трубки и входной трубкой подачи газа.

Таким образом, необходимо наличие инжекционной заглушки, которая может быть изготовлена экономично и просто и которая обеспечивает по существу герметичный газовый канал между входной трубкой подачи газа и инжекторным отверстием с выходной стороны инжекторной заглушки. Данное изобретение посвящено этой проблеме и установлено, что получается по существу герметичная система за счет применения огнеупорного стержня, выполненного по существу из газонепроницаемого материала, причем газовый поток через стержень образуется за счет узких каналов по его длине, при этом стержень прикреплен герметично к газовой входной камере.

Поэтому, с одной стороны, данное изобретение позволяет создать инжектор для резервуара с расплавленным металлом, содержащий газовпускную камеру в форме металлической оболочки, имеющей входное отверстие и, по меньшей мере, одно выходное отверстие, а также, по меньшей мере, один вытянутый стержень, который проходит к газовыпускному концу инжектора, причем определенный или каждый вытянутый стержень выполнен по существу из газонепроницаемого огнеупорного материала и имеет, по меньшей мере, один проходящий по оси продольный газовый канал, причем канал сообщается с входной газовой камерой и имеет такие малые размеры, что во время работы расплав по существу не может проникнуть в определенный или в каждый канал, при этом определенный или каждый стержень прикреплен газонепроницаемо к входному отверстию входной газовой камеры и вставлен в огнеупорное тело инжектора безопасно для выходного конца стержня.

В одном примере определенный или каждый стержень прикреплен газонепроницаемо к выходному отверстию посредством соединителя с поджатым уплотнением. Соединитель с поджатым уплотнением соответственно содержит уплотнительный установочный элемент, который выполнен из сжимаемого графитного материала, например, из слоеного графита.

В другом примере определенный или каждый стержень прикреплен газонепроницаемо к выходному отверстию за счет помещения в трубку с газонепроницаемой стенкой, причем эта трубка соединена герметично с выходным отверстием, например, путем резьбового соединения. Трубка может включать в себя по существу всю длину вытянутого стержня или только часть его длины, например, до 50% (или до 30%) его длины. В общем случае вытянутый стержень зацементирован в трубку.

Хотя имеется возможность, чтобы инжектор содержал только один огнеупорный стержень, более принято, чтобы инжектор содержал набор стержней, установленных, например, в конкретной конфигурации типа круга.

В то время, как имеется возможность в принципе, чтобы каждый такой огнеупорный стержень соединялся со своей собственной газовой трубкой, такое расположение является чрезвычайно непрактичным и без необходимости усложняет изготовление инжекторов, за счет чего увеличивается стоимость инжекторов. Поэтому предпочтительно применять разветвленное расположение, при котором входная камера снабжена единственным входным отверстием для прикрепления газоподающей трубки, но при этом имеется множество выходных отверстий.

Газовый инжектор может заменяться с очень правильными промежутками времени и, таким образом, его можно рассматривать как расходное изделие. В таком случае важно минимизировать сложность инжектора с целью поддержания стоимости на приемлемом уровне. Таким образом, разветвленное расположение указанного типа должно быть идеально простой конструкцией, когда требуется относительно мало операций при изготовлении. Другое требование к такой разветвленной конструкции заключается в том, что она должна противостоять деформации под действием сочетания высокого давления и температуры.

Хотя трубопровод во время работы экранирован от прямого контакта с расплавленным металлом за счет огнеупорного материала, он, тем не менее, подвергается воздействию очень высокой температуре, а при такой температуре может стать пластичным и тем самым легко деформироваться при более высоких давлениях газа.

Указанные проблемы могут быть преодолены за счет использования в качестве входной камеры или трубопровода литого и/или сварного металлического кожуха, содержащего заднюю стенку, имеющую входное отверстие, переднюю стенку, имеющую одно или более выходных отверстий, и боковую стенку, связывающую переднюю и заднюю стенки, причем передняя и задняя стенки также связаны одной или более опорными стойками, находящимися между ними.

Предпочтительно, опорная стойка образует газовый канал, имеющий закрытый конец, прикрепленный герметично (например, приваренный) к передней стенке, а открытый конец образует входное отверстие, боковая стенка канала имеет отверстия, позволяющие осуществлять газовый поток между входным отверстием и определенным или каждым выходным отверстием.

Вытянутый огнеупорный стержень может быть прикреплен герметично к горловой части выходного отверстия посредством соединителя с поджатой прокладкой. Соединитель с поджатой прокладкой содержит сжимаемую прокладочную набивку обычно в форме кольца, через которое может вставляться огнеупорный стержень, и нарезную муфту, которая размещается вокруг огнеупорного стержня. Нарезная муфта может навинчиваться внутрь или снаружи выходного отверстия посредством переходника, если он необходим, для поджатия между ними прокладочной набивки так, чтобы она поджималась к огнеупорному стержню, что приводит к созданию герметичного уплотнения.

Из предшествующего описания понятно, что необходимо, чтобы прокладочная набивка могла противостоять экстремальным температурам и, следовательно, предпочтительно она выполнена из графита. Одним из упругих графитовых материалов, особенно подходящих для целей данного изобретения, является то, что называется распушенными графитовыми хлопьями. Распушенные графитовые хлопья можно купить под торговым названием "Флексикарб" (Товарный знак), которые изготавливаются фирмой Флексикарб Грэфайт продактс Лтд. Хекмндуайк, Йоркшир, Англия.

Огнеупорные стержни выполнены из газонепроницаемого материала, например, они могут быть изготовлены из муллита, обоженного алюмосиликата или рекристаллизованного алюминия. Такие стержни продаются в качестве оболочек термопар.

Ввиду того, что огнеупор выполнен из газонепроницаемого материала и соединен герметично с выходным отверстием посредством набивочной прокладки, а вследствие этого газ под давлением подается непосредственно в каналы газонепроницаемого огнеупорного стержня, газ не может рассеяться в тело огнеупорного инжектора. В соответствии с этим можно достигнуть эффективной доставки газа в расплавленный металл.

Предпочтительно, огнеупорный стержень содержит множество каналов в форме капиллярных отверстий или прорезей. В любом случае каналы по отдельности достаточно малы настолько, что внедрение расплава в них на практике по существу произойти не может. Обычно капиллярные отверстия или прорези должны иметь диаметр или ширину в диапазоне 0,2 0.6 мм.

Желательно, чтобы огнеупорные стержни располагались в заданной решетке, оптимизированной с целью эффективной инжекции газа в расплав. Например, стержни могут размещаться одинаково вокруг продольной оси тела инжектора, то есть в круговой решетке или во множестве концентрических круговых решеток.

Инжектор, выполненный в соответствии с изобретением, может быть установлен в устройстве газовой инжекции, описанном и заявленном в нашей международной патентной заявке W 088/08041. В этом случае он занимает место заглушек 312, показанных на рисунках в W 088/08041.

Изобретение включает в себя резервуар для расплавленного металла, например, ковш, имеющий изолировочную облицовку, а инжектор в соответствии с изобретением, закреплен герметически для расплава в приемном отверстии облицовки.

Далее изобретение будет описано более подробно лишь посредством примера со ссылкой на сопроводительные рисунки, на которых изображено следующее:
На фиг.1 показано известное газоинжекторное устройство, установленное на нижней стенке резервуара типа ковша; на фиг.2 продольное сечение инжекторного устройства в соответствии с изобретением; на фиг.3 - фрагментарное продольное сечение устройства на фиг.2; на фиг.4 фрагментарное продольное сечение другого инжекторного устройства, содержащего газовый инжектор в соответствии с данным изобретением; на фиг. 5 продольное сечение системы подачи газа, которая может использоваться вместе с инжекторами по данному изобретению.

На фиг.1 показано известное устройство для впрыска газообразных веществ, например, в расплавленный металл. Устройство являющееся предметом заявки W 088/08041, содержит форсуночный блок 310, установленный в стенке 10 резервуара 12. Форсуночный блок 310 снабжен каналом 311, закрытым заглушкой на газовыпускном конце, причем заглушка 312 имеет сквозные капиллярные отверстия 313 и подающую трубку 316, соединенную с ними герметично. Подающая трубка 316 проходит вдоль канала 311 от заглушки 312 и заканчивается во входном элементе 324, по которому в трубку газ поступает от наружной газовой трубопроводной системы 315, которая в свою очередь, соединена с подачей газа под давлением.

Резервуар 12 имеет металлическую оболочку 14 м огнеупорную обкладку 16, имеющую в данном случае донное отверстие 18, согласующееся с форсуночным блоком 310. Из фиг.1 очевидно, что форсуночный блок 310 содержит конструкцию из трех огнеупорных элементов А, В и С в данном случае. Однако, если потребуется, блок 310 может быть единственным монолитным элементом.

В соответствии с W 088/08041 подающая трубка 316 может быть окружена втулочным элементом 340, который содержит конкретное огнеупорное заполнение.

Другие подробности инжекторного устройства, описанного кратко выше, а также его альтернативные варианты изложены в W 088/08041.

Устройство, описанное в W 088/08041, имеет инжекторную заглушку 312, выполненную из огнеупорного материала, пронзенного множеством капиллярных отверстий 313. Кроме того, газ под давлением подается ко всей нижней стороне заглушки 312 по трубке подачи 316. Такое размещение практикуется, но далеко от идеального, о чем мы говорили выше. Газовый инжектор, описываемый далее, в первую очередь, но не исключительно, применяется в устройстве типа или аналогичного инжекторному устройству по W 088/08041. В принципе данный газовый инжектор может быть заменен любым приспособлением типа пористого кирпича или заглушки, используемым ранее, например, в донной стенке ковша.

На фиг.2 и 3 показан усовершенствованный газовый инжектор в соответствии с данным изобретением.

Инжектор 50 содержит газонепроницаемую входную камеру 51, имеющую входное отверстие, с которым скреплен входной штуцер 53, причем штуцер 53 служит для герметичного соединения подающей трубки 316 и входной камеры 51 друг с другом. В этом случае входная камера представляет собой цельнометаллическую сварную капсулу, на одной стороне которой имеется входное отверстие. Противоположная сторона камеры 51 имеет множество выходных отверстий 54.

С каждым выходным отверстием 54 соединена газорасходная трубка с газонепроницаемой стенкой. Трубки 56 соединены со своими выходными отверстиями 54 с помощью внутренней винтовой резьбы на концах трубок и в отверстиях, подкрепленной запорными гайками 58. Перед сборкой трубок 56 и входной камеры 51 на резьбу наносят герметик для создания газонепроницаемого соединения между каждой трубкой 56 и входной камерой 51. Газорасходные трубки 56 проходят к газовыпускному концу 59 инжектора 50.

Каждая из трубок 56 окружает вытянутый огнеупорный стержень 60, который зацементирован целиком в трубке. Цементный слой обозначен на фиг.3 позицией 61. Стержни на расходных концах трубок 56. Как показано на рисунке, стержни 60 проходят по всей длине трубок 56, хотя, если надо, они могут заканчиваться сразу на концах этих трубок, соединенных с входной камерой 51.

Вытянутые огнеупорные стержни 60 предпочтительно выполнены в обожженном состоянии. Каждый стержень содержит по меньшей мере один и предпочтительно больше одного проходящих по оси газовых каналов. Определенный или каждый канал имеет достаточно большие размеры, за счет чего газ свободно доходит до расплава в резервуаре 12, но он слишком мал для того, чтобы расплав проник существенно в канал.

Как уже указывалось, каждый огнеупорный стержень 60 предпочтительно имеет множество газовых каналов. Они могут принимать форму проходящих по длине капиллярных отверстий или узких прорезей или же их комбинации. Подходящие стержни продаются в качестве многопроходных термопарных трубок.

В стороне от расходных концов трубки 56 вставлены в огнеупорное тело 62 инжектора 50. Входная камера 51 также частично вставлена в тело 62.

Необходимо отметить, что газ, поданный к инжектору 50 через входную камеру 51, может лишь выйти из инжектора 50 через выпускные концы трубок 56. В соответствии с этим нет необходимости в использовании самого тела 62 для транспортировки газа к расплаву, за счет чего решаются многие проблемы, о которых говорилось выше. Поэтому тело 62 не обязательно должно изготавливаться из высокосортных огнеупорных материалов, и более того, его не надо окружать металлической рубашкой. Для тела 62 может выгодно применяться цементирующий отливаемый материал, который сразу отливается вокруг входной камеры 51 и трубок 56. Такая отливка может содержать "CP 26", изготавливаемый Хинкли Груп оф кампаниз, Шеффилд, Англия.

Допустимо, чтобы инжектор 50 содержал не более одной газорасходной трубки 56, но предпочтительно он имеет несколько, например, 5 или 10 идентичных трубок 56. Трубки 56 расположены в соответствии с некоторой заданной схемой, выбранной исходя из упрощения производства инжектора с учетом оптимизации эффективного распределения газа в расплаве. В качестве примера трубки 56 располагают равноудаленно от продольной оси инжектора, причем они располагаются по кругу на равном расстоянии друг от друга. В зависимости от количества трубок 56 они могут располагаться вокруг множества концентрических кругов относительно продольной оси.

Вытянутые огнеупорные стержни 60 могут иметь любое подходящее число газовых каналов. Например, они могут иметь порядка десяти каналов, расположенных по кругу вокруг продольной оси соответствующего стержня.

Как показано на рисунках, входная камера представляет собой сварное (или паяное) изделие, например, из низкоуглеродистой стали. Допустимо изготовление камеры на основе литья с отпущенным сердечником.

Обычно, как показано выше, инжекторное тело 62 не помещено в металлическую рубашку. Оно устанавливается в форсуночном блоке 310 с использованием относительно слабого цемента. Комплект инжекторного тела 62 с трубками 56 и входной камерой 51 может затем извлекаться из форсуночного блока 310, когда его необходимо заменить. Для удобства инжектор 50 извлекают с помощью нарезного съемника, который соединяется с входным фитингом после отцепления от него подающей трубки 316.

На фиг. 4 показан второй тип газового инжектора в соответствии с данным изобретением. Инжектор 150 содержит газонепроницаемую входную камеру 151 типа описанной выше по отношению к газоинжектору, показанному на фиг.2 и 3. Таким образом, камера имеет входное отверстие, к которому подсоединен входной фитинг 153, причем входной фитинг 153 служит для сочленения подающей трубки 316 и входной камеры 151 герметично друг с другом. Камера 151 имеет множество выходных отверстий 154.

С каждым выходным отверстием 154 соединен с помощью взаимосвязывающей винтовой нарезки в основном цилиндрический трубчатый элемент 155, выполненный из низкоуглеродистой стали, далее называемый переходником, у которого на внутренней поверхности имеется винтовая резьба для сцепления с соответствующей резьбой на наружной поверхности втулки 156. Втулка может быть изготовлена из низкоуглеродистой стали. Стык между выходным отверстием 154 и переходником 155 является герметично заделанным посредством отожженной медной прокладки 157. Во втулку 156 входит вытянутый огнеупорный стержень 158 описанного выше типа, конец которого упирается в ступенчатую зону 159 внутренней поверхности переходника 155. Другая ступенчатая область 160 на внутренней поверхности переходника согласуется с набивочным уплотнительным кольцом 161, выполненным из сжимаемого распушенного графита, который окружает огнеупорный стержень 158. Во время изготовления инжектора нарезная втулка 156 ввинчивается герметично в переходник 155, тем самым поджимая набивочное уплотнительное кольцо 161 так, чтобы получалось газонепроницаемое уплотнение к огнеупорному стержню 158.

В стороне от выпускных концов, которые не показаны на фиг.4, огнеупорные стержни вделаны в огнеупорное тело инжектора. Входная камера 151 и набивочный уплотнительный соединитель 155, 156, 161 также частично вделаны в тело 162, которое, как указано выше в описании примера на фиг.2 и 3, может быть выполнено из цементирующего литого материала. Литой материал может содержать металлические волокна, например, стальные волокна (нержавеющая сталь) в качестве средства усиления тела. Тело 162 может быть отожженным или неотожженным, но лучше, если оно является отожженным для увеличения стойкости относительно теплового удара. В качестве альтернативы отливке с последующим отжигом тело может быть выполнено путем прессования с последующим отжигом.

Допустимо, чтобы инжектор мог содержать лишь единственный газовыпускной стержень, но предпочтительно, чтобы у него было несколько, например, от 5 до 10 идентичных стержней. Стержни располагают в соответствии с некоторой заданной схемой, выбираемой для облегчения изготовления инжектора с учетом сбалансированности с требованием оптимизации эффективного распределения газа в расплав. С помощью примера можно показать, что стержни расположены равноудаленно от продольной оси инжектора и равно отстоят друг от друга по кругу. В зависимости от числа стержней они могут располагаться вокруг множества концентрических кругов относительно продольной оси.

Входная камера 151 выполнена из первой отливки 163 из низкоуглеродистой стали, которая образует переднюю стенку 164 и боковую стенку 165. В периферийную выемку в боковой стенке заварен кружок из низкоуглеродистой стальной пластинки 166, которая образует заднюю стенку входной камеры. В основном цилиндрический полый элемент 167, выполненный из низкоуглеродистой стали, проходит через заднюю 166 и переднюю 164 стенки, причем закрытый конец 168 цилиндрического элемента приварен к передней стенке 164, а средняя часть цилиндрического элемента приварена к задней стенке 166 для создания газонепроницаемого уплотнения. Наружная и внутренняя поверхности части 169 цилиндрического элемента, проходящие снаружи из задней стенки 166, имеют резьбу, причем внутренняя нарезная поверхность позволяет прикрепить трубку подачи газа 316. Цилиндрический элемент снабжен отверстиями 170, позволяющими создавать газовый сквозной поток от открытого конца элемента, который служит в качестве входного отверстия, к выходным концам 154.

В дополнение к функционированию в качестве газового канала цилиндрический элемент за счет того, что он приварен и к передней, и к задней пластинам, функционирует в качестве опоры или стойки для предотвращения деформации входной камеры под действием высоких давлений и высоких температур.

Обычно, как отмечено выше, тело инжектора не окружено металлической рубашкой. Она должна устанавливаться в форсуночном блоке 310 с использованием относительно слабого цемента. Комплект инжекторного тела 162 с огнеупорными стержнями и входной камерой 151 может быть затем извлечен из форсуночного блока 310, когда его необходимо заменить. Для этого инжектор 150 извлекают с помощью нарезного экстрактора, который соединен с наружной резьбовой поверхностью цилиндрического элемента 167 после отцепления от него подающей трубки.

Инжекторы 50 и 150, в частности, рекомендуются для использования в инжекторных устройствах, описанных в W 088/08041, но они имеют большую область применения. Их можно, например, просто установить в блоке с отверстиями, вставленном в огнеупорную облицовку резервуара. Входной фитинг 53/153 может просто выступать из оболочки резервуара для непосредственного соединения с газоподающей линией.

В конкретном примере имеются пять огнеупорных стержней, каждый из которых находится в центре круга диаметром 65 мм и проходит по длине огнеупорного тела 62/162. Тело составляет в длину 41 см и сужается от диаметра на конце входной камеры величиной 14,2 см до 11 см на выпускном конце. Огнеупорные стержни имеют диаметр 16 мм и каждый из них содержит расположенные по кругу десять газопроходных отверстий, каждое из которых имеет диаметр 0,6 мм.

Наружный огнеупорный элемент С форсуночного блока 312, показанный на фиг. 1, имеет центральную полость, согласованную с контуром в виде свиного хвостика в подающей трубке 316 и втулочным элементом 340. Целью контура в подающей трубке 316 является поглощение любого перемещения форсуночного блока относительно входного элемента 324 подачи газа, за счет чего предотвращается или минимизируется любая нагрузка на стыках в системе подачи газа так, чтобы обеспечивалось сохранение системы без утечки. Как отмечено выше, инжектор по данному изобретению может использоваться в связи с форсуночным блоком и системой подачи, показанной на фиг.1. Однако, инжектор может также применяться в комбинации с системой подачи газа, показанной на фиг.5. В этом случае используется модифицированный форсуночный блок. Наружный огнеупорный элемент С заменен элементом С, который имеет намного меньшую центральную полость, а контур в виде свиного хвостика и втулка 340 исключены. На фиг.5 подающая трубка 316 проходит через отверстие 271 в наружной части С форсуночного блока, причем конец подающей трубки 316 проходит через набивочное уплотнение 273, 274, 275, содержащее распушенное графитовое набивочное уплотнительное кольцо 274. Целью набивочного уплотнения 273, 274, 275 является поддержание газонепроницаемого уплотнения вокруг конца подающей трубки 316, в то же время демпфируется любое перемещение инжектора форсуночного блока и подающей трубки, которое может происходить в результате теплового расширения во время работы. За счет такого расположения заменяется контур в виде свиного хвостика, показанный на фиг.1. Система подачи газа содержит трубку 276 и одноходовой клапан, которым подается газ от источника ( не показан). Клапанный узел имеет камеру 277, крышку 278 и вкладыш 279 клапана. Внутри клапанной камеры располагаются медный "поплавок" 280, который имеет газовые проходы 281 и 282. Во время работы газ проходит в клапанную камеру 277, перемещая медный поплавок 280 к выходному фильтру 283, который удерживается на месте между клапанным вкладышем 279 и верхней пластиной 284 клапана. Газ проходит через газовые клапаны 281 и 282 и наружу через фильтр 283 и отверстие в верхней крышке 284 клапана. Когда подача газа выключается, поплавок падает обратно на нижнюю стенку клапанной камеры.

Крышка клапана удерживается на упорной пластине с прокладкой 286 крышки клапана, зажатой между ними, образуя газонепроницаемое уплотнение. Обкладкой отверстия 187 в упорной пластине 285 является вставка 288, выполненная из меди. Конец подающей трубки 316 проходит в отверстие 287.

Между упорной пластиной 285 и наружной частью С' инжекторного форсуночного блока имеется сэндвич из стальной пластины 289, к которой приварено тело набивочного уплотнения 273, 274, 275.

При демонтаже инжекторного устройства, например, с целью замены инжекторной заглушки, удаляют узел одноходового клапана, упорную пластину 285 и стальную пластину 289. При их замене необходимо обеспечить газонепроницаемое уплотнение. На практике из-за резкого теплового расширения очень трудно обеспечить газонепроницаемое уплотнение между пластинами 289 и 285 за счет плоской уплотнительной прокладки. Поэтому используется уплотнительное кольцо, которое содержит уплотнительное кольцо 290, изготовленное, например, из низкоуглеродистой стали (сталь EN3), и уплотнительной кольцевой прокладки 291, выполненной, например, из асбестовой пряжи, армированной проволокой из нержавеющей стали с максимальной рабочей температурой 815^oC.

Система подачи газа, показанная на фиг.5, обеспечивает подачу газа без утечки к инжектору, изображенному на фиг.4. Другое преимущество показанной системы подачи газа вытекает из применения медных компонентов 280, 284 и 288. В то время, как преимуществом инжекторов по данному изобретению является их повышенная долговечность, все же возможно, что огнеупорные стержни и окружающее огнеупорное тело могут сломаться под действием излишнего износа обкладки ковша. Это может быть очень редким событием, но если это произошло, то расплавленный металл может прорваться в газоподающую трубку. Если возникнет эта ситуация, медные компоненты 280, 284 и 288 быстро отведут тепло от расплавленного металла, вызывая его охлаждение, за счет чего произойдет уплотнение системы от утечек расплавленного металла в окружающую среду.

Устройство подачи газа, показанное на фиг.5, предназначено, в частности, для использования в ковше.

Изобретение применимо для введения газов в жидкость с повышенной температурой типа расплавленного металла, находящегося в резервуарах типа ковшей. Посредством изобретения потери газа, которые были присущи процессу инжекции газа, минимизируются, и достигается эффективная инжекция газа в жидкость. Инжекция газа может использоваться для размешивания жидкости, для гомогенизации ее термически или композиционно, для улучшения растворения сплавных добавок или для модификации состава жидкости за счет химической реакции между жидкостью и газом.

Сущность изобретения: устройство для продувки газом расплавов в металлургической емкости содержит газовпускную камеру, имеющую входное отверстие, и, по меньшей мере, одно выходное отверстие, причем каждое выходное отверстие имеет вытянутый стержень, прикрепленный к нему герметично, который проходит к газовыпускному концу инжектора, при этом вытянутый стержень выполнен из по существу газонепроницаемого огнеупорного материала и имеет, по меньшей мере, один продольный проходящий по оси газовый канал, сообщенный с газовыпускной камерой, в каждом из каналов размещены многопроходные обоймы с капиллярными каналами, так что во время работы расплав по существу не может проникнуть в определенный или в каждый канал, а многопроходная обойма с капиллярными каналами и сжимаемый уплотнительный соединитель вделаны в огнеупорное тело инжектора безопасно для выпускного конца многопроходной обоймы. 3 с. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для продувки газом расплавов в металлургической емкости, содержащее огнеупорный блок с каналами для продувки газом и огнеупорными пробками, выполненными в виде многопроходных обойм, образующих каналы для вдувания газа, газораспределительную камеру, выполненную в виде металлического кожуха с одним входным отверстием и несколькими выходными отверстиями, уплотненный газоподводящий узел, соединенный с газоподводящей камерой и источником газа, отличающееся тем, что в каждом из каналов многопроходной обоймы установлены дополнительные многопроходные обоймы с капиллярными каналами, при этом дополнительные обоймы закреплены в выходных отверстиях газораспределительной камеры и уплотнены посредством поджатых уплотнительных элементов из волокнистого графита. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительные многопроходные обоймы заключены в металлические трубки из нержавеющей стали, герметично соединенные с выходными отверстиями газораспределительной камеры. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительные обоймы зацементированы в трубках. 4. Устройство по любому из пп.1 3, отличающееся тем, что капиллярные каналы дополнительных многопроходных обойм в сечении выполнены в виде круглых отверстий, или узких прорезей, или их комбинации. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что огнеупорный блок выполнен в виде отливки из цементного огнеупорного материала. 6. Устройство по любому из пп.1 4, отличающееся тем, что газораспределительная камера выполнена в виде литого или сварного металлического корпуса, в задней стенке которого выполнено входное отверстие, в передней стенке выполнено одно или несколько выходных отверстий, при этом передняя и задняя стенки соединены боковой стенкой и одной или более опорными стойками, расположенными между стенками. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что опорная стойка выполнена в виде отрезка трубы, имеющей закрытый торец, герметично закрепленный к передней стенке, и открытый торец, образующий входное отверстие, причем в стенке трубы выполнены отверстия для прохода газа от входного отверстия к каждому или определенному выходному отверстию. 8. Устройство для продувки газом расплавов в металлургической емкости, содержащее огнеупорный блок с каналами для продувки газом и огнеупорными пробками, выполненными в виде многопроходных обойм, образующих каналы для вдувания газа, газораспределительную камеру с одним входным и несколькими выходными отверстиями, и уплотненный газоподводящий узел, соединенный с газоподводящей камерой и источником газа, отличающееся тем, что в каждом из каналов закреплены металлические трубки с дополнительными газоплотными огнеупорными многопроходными обоймами, образующими капиллярные каналы, при этом металлические трубки уплотнены в выходных отверстиях газораспределительной камеры посредством поджатых уплотнительных элементов, причем дополнительная многопроходная обойма с капиллярными каналами и поджатый уплотнительный элемент заделаны в теле огнеупорного блока. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что огнеупорный блок выполнен в виде отливки из цементного огнеупорного материала. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что капиллярные каналы дополнительных многопроходных обойм в сечении выполнены в виде круглых отверстий, или узких прорезей, или их комбинации. 11. Устройство по любому из пп.8 10, отличающееся тем, что газораспределительная камера выполнена в виде литого или сварного металлического корпуса, в задней стенке которого выполнено выходное отверстие, в передней стенке выполнены одно или несколько входных отверстий, при этом передняя и задняя стенки соединены боковой стенкой и одной или более опорными стойками, расположенными между стенками. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что опорная стойка выполнена в виде отрезка трубы, имеющей закрытый торец, герметично закрепленный к передней стенке, и открытый торец, образующий входное отверстие, причем в стенке трубы выполнены отверстия для прохода газа от входного отверстия к каждому или определенному выходному отверстию. 13. Устройство для продувки расплавов в металлургической емкости, содержащее огнеупорный блок с каналами для продувки газом и огнеупорными пробками, выполненными в виде огнеупорных газопроницаемых многопроходных обойм, образующих каналы для вдувания газа, и газораспределительную камеру с одним входящим и несколькими выходными отверстиями и уплотненный газоподводный узел, соединенный с газоподводящей камерой и источником газа, отличающееся тем, что в каждом из каналов размещены газонепроницаемые трубки с дополнительными газоплотными огнеупорными многопроходными обоймами, образующими капиллярные каналы, при этом газонепроницаемые трубки герметично соединены с газораспределительной камерой и заделаны в теле огнеупорного блока. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что огнеупорный блок выпонен в виде отливки из цементного огнеупорного материала. 15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что капиллярные каналы дополнительных многопроходных обойм в сечении выполнены в виде круглых отверстий, или узких прорезей, или их комбинаций. 16. Устройство по каждому из пп.13 15, отличающееся тем, что газораспределительная камера выполнена в виде литого или сварного металлического корпуса, в задней стенке которого выполнено выходное отверстие, в передней стенке выполнено одно или несколько выходных отверстий, при этом передняя и задняя стенки соединены боковой стенкой и одной или более опорными стойками, расположенными между стенками. 17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что опорная стойка выполнена в виде отрезка трубы, имеющей закрытый торец, герметично закрепленный к передней стенке, и открытый торец, образующий входное отверстие, причем в стенке трубы выполнены отверстия для прохода газа от входного отверстия к каждому или определенному выходному отверстию.

Приоритет по пунктам:
31.07.89 по пп.1 и 8;
24.04.89 по пп.2 7 и 9 17.