ФУРМА ПОГРУЖНАЯ ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА ГАЗОМ Российский патент 1999 года по МПК C21C5/48 

Заявленное изобретение относится к области черной металлургии, к устройствам для продувки расплавленного металла кислородом и может быть использовано в цветной металлургии и химической промышленности при продувке растворов и расплавов.

Известна фурма для продувки расплавленного металла по авторскому свидетельству СССР N 1137108 МКИ 5 C 21 C 5/48.

Фурма содержит футерованный корпус с соплом. Сопло выполнено в виде серповидной щели, образованной внутренней цилиндрической полостью корпуса и эксцентрично установленным в нем цилиндрическим сплошным по всей длине полости стержнем. При длине серповидной щели 1.5 - 2 м и максимальном поперечном размере серповидной щели 1.2-1.5 мм значительно увеличивается сопротивление движению газа и растут потери давления по длине сопла. Снижение давления на выходном срезе фурмы уменьшает дальнобойность струи, т.е. уменьшает поверхность взаимодействия расплава металла с газом, а реакционная зона приближается к фурме и разрушает футеровку фурмы и саму фурму.

Основным недостатком известной фурмы являются большие потери давления газа по длине фурмы.

Также известна фурма для продувки расплава металла газом по авторскому свидетельству СССР N 1673605 МКИ 5 C 21 C 5/48, принятому в качестве ближайшего аналога. Фурма содержит теплоизолированный трубообразный корпус, в котором выполнена цилиндрическая продольная полость. В полости установлен цилиндрический вкладыш, смещенный к одной ее стороне, образуя сквозной серповидный в поперечном сечении канал. Для снижения потерь давления по длине фурмы вкладыш выполнен из секций, которые расположены с промежутками между торцами и каждая секция в отдельности жестко скреплена со стенкой корпуса фурмы. Для снижения сопротивления движению газа в каждой секции вкладыша, кроме первой от выходного среза фурмы, выполнен дополнительный продольный осевой сквозной канал, в котором расположен подпружиненный шток, единый по всей длине фурмы. При этом площадь поперечного сечения штока меньше площади поперечного сечения осевого канала секций вкладыша, благодаря чему создан дополнительный канал для подвода газа к щели, образованной крайней секцией на выходном срезе фурмы. На штоке, у каждой секции со стороны входного среза фурмы установлена клапанная тарелка. По мере сгорания очередной секции вкладыша фурмы клапанная тарелка перекрывает осевой канал секции, оказавшейся у выходного среза фурмы. Ввиду того, что каждая секция в отдельности жестко скреплена со стенкой трубообразного корпуса, усложнена технология сборки фурмы и увеличена толщина стенки трубообразного корпуса.

Основным недостатком фурмы по а.с. СССР N 1673605 является необходимость закрепления каждой секции в отдельности на стенке трубообразного корпуса, что усложняет технологию сборки фурмы и требует увеличения толщины стенки трубообразного корпуса.

Перед заявленным изобретением поставлена задача получить технический результат, а именно исключить необходимость закреплять каждую секцию в отдельности на стенке трубообразного корпуса, тем самым упростить технологию сборки фурмы и снизить металлоемкость трубообразного корпуса за счет уменьшения толщины его стенки. Поставленная задача достигается тем, что в погружной фурме для продувки расплава металла газом, содержащей теплозащищенный корпус в виде трубы с цилиндрической сквозной полостью, в которой установлен цилиндрический вкладыш с площадью поперечного сечения меньшей площади поперечного сечения указанной цилиндрической сквозной полости с образованием между их поверхностями сквозного канала, при этом вкладыш выполнен из секций с одинаковой площадью поперечного сечения, которые расположены с промежутками между торцами друг к другу. В заявленной фурме все секции вкладыша соединены между собой жесткими в продольном направлении перемычками и выполнены по крайней мере с одним продольным ребром каждая, посредством которого секции установлены в цилиндрической сквозной полости корпуса по скользящей посадке, при этом первая секция от входного среза фурмы жестко застопорена от продольного смещения относительно корпуса.

Секция вкладыша может быть выполнена в виде пустотелого стального цилиндра, заполненного огнеупорным материалом и закрытого с каждого торца газонепроницаемым дном.

Перемычка может быть выполнена в виде газонепроницаемой катушки, концевые диски которой служат доньями пустотелых стальных цилиндров смежных секций вкладыша.

Перемычка, соединяющая секции вкладыша, может быть выполнена в виде цилиндрического штока и расположена соосно со смежными секциями.

Перемычка может быть выполнена, как минимум, из двух пластин, шарнирно соединенных одним концом друг с другом и жестко соединенных противоположными концами с торцами соответствующих смежных секций.

Длина первой секции вкладыша со стороны входного среза фурмы равна 6-7 диаметрам секции, а длина каждой последующей секции, начиная со второй от входного среза фурмы, на 10-20% меньше длины предыдущей секции.

Длина перемычки между первой и второй секциями со стороны входного среза фурмы равна 1-2 диаметрам указанных секций, а длина каждой из последующих перемычек на 10-20% меньше длины предыдущей перемычки со стороны входного среза фурмы.

Боковая поверхность каждой секции вкладыша может быть выполнена в форме круглого цилиндра с продольным ребром, при этом их суммарный размер в плоскости поперечного сечения равен диаметру цилиндрической сквозной полости корпуса фурмы.

При этом секции вкладыша могут быть расположены с угловым разворотом относительно его геометрической оси от секции к секции по длине вкладыша на угол α = 360^o/n, где n - количество секций.

Боковая поверхность каждой секции вкладыша может быть выполнена с двумя продольными ребрами, соединенными с двух сторон между собой двумя одинаковыми круглыми цилиндрическими выпуклыми поверхностями, при этом оба ребра контактируют с поверхностью цилиндрической сквозной полости корпуса в общей для них диаметральной плоскости.

Боковая поверхность каждой секции вкладыша может быть выполнена не меньше чем с тремя продольными ребрами, равномерно расположенными по окружности и соединенными друг с другом одинаковыми круглыми цилиндрическими выпуклыми поверхностями, при этом все ребра контактируют с поверхностью цилиндрической сквозной полости корпуса.

Боковая поверхность каждой секции вкладыша может быть выполнена не меньше чем с шестью продольными ребрами, соединенными между собой одинаковыми круглыми цилиндрическими вогнутыми поверхностями, при этом все ребра контактируют с поверхностью цилиндрической сквозной полости корпуса.

Боковая поверхность каждой секции вкладыша может быть выполнена в виде призмы не меньше чем с шестью гранями, при этом все ребра призмы контактируют с поверхностью цилиндрической сквозной полости корпуса фурмы.

Боковая поверхность каждой секции вкладыша может быть выполнена в поперечном сечении в виде эллипса, при этом большая ось эллипса равна диаметру цилиндрической сквозной полости корпуса фурмы, а меньшая 0.92 - 0.99 диаметра указанной полости.

Благодаря тому, что секции вкладыша связаны между собой перемычками и установлены в цилиндрической сквозной полости трубообразного корпуса по скользящей посадке, а первая секция вкладыша от входного среза фурмы застопорена в указанной полости, заявляемое изобретение позволяет получить технический результат, а именно исключить необходимость закреплять каждую секцию на стенке трубообразного корпуса, тем самым упростить технологию сборки фурмы и снизить металлоемкость трубообразного корпуса за счет уменьшения толщины его стенки.

На фиг. 1 приведен продольный разрез фурмы; на фиг. 2 - поперечный разрез фурмы по А-А фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез фурмы по B-B фиг. 1; на фиг. 4 - продольный разрез секции вкладыша; на фиг. 5 - перемычка, выполненная в виде катушки; на фиг. 6 - перемычка, выполненная в виде штока; на фиг. 7 - перемычка, выполненная в виде двух шарнирно соединенных пластин; на фиг. 8 - поперечный разрез корпуса фурмы и секции вкладыша при угловом развороте секций вкладыша на угол α ; на фиг. 9 - поперечный разрез корпуса фурмы и секции вкладыша, выполненной с двумя продольными ребрами; на фиг. 10 - поперечный разрез корпуса фурмы и секции вкладыша, выполненной с тремя продольными ребрами; на фиг. 11 - поперечный разрез корпуса фурмы и секции вкладыша, выполненной с шестью продольными ребрами; на фиг. 12 - поперечный разрез корпуса фурмы и секции вкладыша, выполненной в виде призмы с шестью гранями; на фиг. 13 - поперечный разрез корпуса фурмы и секции вкладыша, выполненной в виде эллипса.

Фурма погружная для продувки расплава металла газом состоит из выполненного в виде стальной тубы корпуса 1 с нанесенной на его наружную поверхность теплоизолирующей огнеупорной массой 2 (фиг. 1, 2, 3). В корпусе 1 выполнена цилиндрическая сквозная полость 3, в которой установлен цилиндрический вкладыш 4, состоящий из секций 5 с одинаковой площадью поперечного сечения. При этом площадь поперечного сечения вкладыша 4 меньше площади поперечного сечения цилиндрической сквозной полости 3, благодаря этому между поверхностью 6 полости 3 и боковой поверхностью 7 каждой секции 5 вкладыша 4 образован сквозной канал 8 (фиг. 1, 2, 3).

Секции 5 вкладыша 4 расположены с промежутками между торцами друг к другу и соединены между собой жесткими в продольном направлении перемычками 9 (фиг. 1). Каждая секция 5 выполнена газонепроницаемой и по крайней мере с одним продольным ребром 10 (фиг. 2, 3). Суммарный размер секции 5 вместе с ребром 10 в плоскости поперечного сечения равен диаметру цилиндрической сквозной полости 3 или d₀= d₁ + l (фиг. 2), где d₀ - диаметр цилиндрической сквозной полости 3, d₁ - диаметр секции 5 вкладыша 4, l - высота ребра 10, и каждая секция 5 установлена в полости 3 по скользящей посадке, а первая из них, расположенная со стороны входного среза 11 фурмы (фиг. 1), жестко застопорена от продольного смещения относительно корпуса 1 болтом 12 (фиг. 1, 2).

Секция 5 вкладыша 4 (фиг. 1, 4) выполнена в виде пустотелого стального цилиндра 13, заполненного огнеупорным материалом 14, например массой корундной набивной (МКН), и закрытого с каждого торца газонепроницаемым дном 15 (фиг. 1, 4). При этом перемычка 9 может быть выполнена в виде газонепроницаемой катушки 16 (фиг. 5), концевые диски которой служат доньями 15 пустотелых стальных цилиндров 13 смежных секций 5 вкладыша 4.

Перемычка 9, соединяющая секции 5, может быть выполнена в виде цилиндрического штока 17 (фиг. 6) и расположена соосно со смежными секциями 5. Перемычка 9 (фиг. 7) может быть выполнена не меньше чем из двух пластин 18, шарнирно соединенных одним концом друг с другом посредством оси 19 и жестко соединенных противоположными концами с доньями 15 соответствующих смежных секций 5. Длина L первой секции 5 вкладыша 4 со стороны входного среза 11 фурмы равна 6-7 диаметрам d₁, а длина каждой последующей секции 5, начиная со второй от входного среза 11, на 10-20% меньше длины предыдущей секции 5 (фиг. 1).

Длина N перемычки 9 между первой и второй секциями 5 со стороны входного среза 11 фурмы равна 1-2 диаметрам указанных секций 5, а длина каждой из последующих перемычек 9 на 10-20% меньше длины предыдущей перемычки 9 со стороны входного среза 11 (фиг. 1).

Боковая поверхность каждой секции 5 вкладыша 4 может быть выполнена в форме круглого цилиндра 20 (фиг. 8) с продольным ребром 10, при этом их суммарный максимальный размер в плоскости поперечного сечения равен диаметру цилиндрической сквозной полости 3 корпуса 1 фурмы, т.е. d₀ = d₁ + l.

Секции 5 вкладыша 4 могут быть расположены с угловым разворотом относительно его геометрической оси от секции к секции по длине вкладыша 4 на угол α= 360^o/n, где n - количество секций 5 (фиг. 8). На фиг. 8 показано смещение ребра 10 одной секции 5 относительно ребра 10 смежной секции 5.

Боковая поверхность каждой секции 5 вкладыша 4 может быть выполнена с двумя продольными ребрами 21 (фиг. 9), соединенными с двух сторон между собой двумя одинаковыми круглыми цилиндрическими выпуклыми поверхностями 22, при этом оба ребра 21 контактируют с поверхностью 6 цилиндрической сквозной полости 3 корпуса 1 в общей для них диаметральной плоскости.

Боковая поверхность каждой секции 5 вкладыша 4 может быть выполнена не меньше чем с тремя продольными ребрами 23 (фиг. 10), равномерно расположенными по окружности и соединенными друг с другом одинаковыми круглыми цилиндрическими выпуклыми поверхностями 24, при этом все ребра 23 контактируют с поверхностью 6 цилиндрической сквозной полости 3 корпуса 1.

Боковая поверхность каждой секции 5 вкладыша 4 может быть выполнена не меньше чем с шестью продольными ребрами 25 (фиг. 11), соединенными между собой одинаковыми круглыми цилиндрическими вогнутыми поверхностями 26, при этом все ребра 25 контактируют с поверхностью 6 цилиндрической сквозной полости 3 корпуса 1.

Боковая поверхность каждой секции 5 вкладыша 4 может быть выполнена в виде призмы не меньше чем с шестью гранями 27 (фиг. 12), при этом все ребра 28 призмы контактируют с поверхностью 6 цилиндрической сквозной полости 3 корпуса 1.

Боковая поверхность каждой секции 5 вкладыша 4 может быть выполнена в поперечном сечении в виде эллипса 29 (фиг. 13), при этом большая ось 30 эллипса 29 равна диаметру круглой цилиндрической сквозной полости 3 корпуса 1, а меньшая ось 31 равна 0.92-0.99 диаметра указанной полости 3. В этом случае каждая секция 5 контактирует с поверхностью 6 полости 3 по двум противоположно лежащим линиям контакта, совпадающим с диаметральной плоскостью, проходящей через ось 30 эллипса 29.

Фурма функционирует следующим образом. В фурму со стороны входного среза 11 подают рабочий газ и опускают фурму в расплав металла. Рабочий газ попадает в сквозной канал 8 (фиг. 1), образованный между поверхностью 6 цилиндрической сквозной полости 3 корпуса 1 и боковой поверхностью 7 секции 5 вкладыша 4, при этом рабочий газ заполняет пространство канала 8, включая объемы промежутков, образованных между торцами секций 5, и выходит из фурмы со стороны выходного среза 32 в виде щелевой струи заданного давления в расплав металла. Промежутки между торцами секций 5 выполняют роль ресиверов и связывают между собой протоки, образованные ребрами 10 секций 5, в единый канал 8.

Так как все секции 5 вкладыша 4 соединены между собой жесткими в продольном направлении перемычками 9 и установлены в цилиндрической сквозной полости 3 трубообразного корпуса 1 по скользящей посадке, за исключением первой секции 5, расположенной у входного среза 11 фурмы и закрепленной на корпусе 1 болтом 12, исключена необходимость закреплять каждую секцию 5 в отдельности на стенке трубообразного корпуса 1, благодаря чему значительно упрощена технология сборки фурмы и уменьшена толщина стенки трубообразного корпуса 1.

Уменьшение длин секций 5 вкладыша 4 и уменьшение промежутков между секциями 5 в заданных пределах позволяет существенно уменьшить падение давления газа по длине сквозного канала 8 фурмы (фиг. 1).

Для обеспечения выгорания углерода менее 0.02% с использованием фурмы по а. с. СССР N 1673605 приходится применять для 50-тонного ковша две сгораемые фурмы, при этом длина каждой фурмы составляет 2.5 м.

Применение заявляемой фурмы позволяет обеспечить необходимое количество кислорода при работе одной фурмы длиной 2 м.

Соединение секций 5 между собой перемычками 9 позволило получить технический результат, а именно исключить необходимость закреплять каждую секцию 5 на стенке корпуса 1, тем самым упростить технологию сборки фурмы и снизить металлоемкость трубообразного корпуса 1 за счет уменьшения толщины его стенки.

Кроме этого, предлагаемое постепенное уменьшение длины секций 5 и длины перемычек 9 от первой до последней, начиная от входного среза 11, позволяет снизить потери давления рабочего газа в канале 8, что способствует повышению стабильности давления рабочего газа на выходном срезе 32 фурмы.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к устройствам для продувки расплавленного металла газом при рафинировании металла, и может быть использовано в цветной металлургии и химической промышленности при продувке растворов и расплавов. Погружная фурма для продувки расплава металла газом содержит теплозащищенный корпус в виде трубы с цилиндрической сквозной полостью, в которой установлен цилиндрический вкладыш с площадью поперечного сечения, меньшей площади поперечного сечения указанной цилиндрической сквозной полости. Между поверхностью цилиндрической сквозной полости и боковой поверхностью цилиндрического вкладыша образован сквозной газовый канал. Цилиндрический вкладыш выполнен из секций с одинаковой площадью поперечного сечения, которые расположены с промежутками между торцами друг к другу и соединены между собой жесткими в продольном направлении перемычками. Секции вкладыша выполнены по крайней мере с одним продольным ребром каждая, посредством которого секции установлены в цилиндрической сквозной полости корпуса по скользящей посадке, при этом первая секция от входного среза фурмы жестко застопорена от продольного смещения относительно корпуса. Благодаря тому что секции вкладыша связаны между собой жесткими в продольном направлении перемычками и установлены в цилиндрической сквозной полости корпуса по скользящей посадке, а первая секция вкладыша от входного среза фурмы застопорена в указанной полости, заявляемое изобретение позволяет исключить необходимость закреплять каждую секцию вкладыша на стенке трубообразного корпуса, тем самым упростить технологию сборки фурмы и снизить металлоемкость трубообразного корпуса за счет уменьшения толщины его стенки. 13 з.п.ф-лы, 13 ил.

1. Фурма погружная для продувки расплава металла газом, содержащая теплозащищенный корпус в виде трубы с цилиндрической сквозной полостью, в которой установлен цилиндрический вкладыш с площадью поперечного сечения, меньшей площади поперечного сечения указанной цилиндрической сквозной полости с образованием между их поверхностями сквозного канала, при этом вкладыш выполнен из секций с одинаковой площадью поперечного сечения, которые расположены с промежутками между торцами друг к другу, отличающаяся тем, что все секции вкладыша соединены между собой жесткими в продольном направлении перемычками, выполнены по крайней мере с одним продольным ребром каждая и посредством указанных ребер установлены в цилиндрической сквозной полости корпуса по скользящей посадке, при этом первая секция от входного среза фурмы жестко застопорена от продольного смещения относительно корпуса. 2. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что секция вкладыша выполнена в виде пустотелого стального цилиндра, заполненного огнеупорным материалом и закрытого с каждого торца газонепроницаемым дном. 3. Фурма по п.2, отличающаяся тем, что перемычка выполнена в виде газонепроницаемой катушки, концевые диски которой служат доньями пустотелых стальных цилиндров смежных секций вкладыша. 4. Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что перемычка, соединяющая секции вкладыша, выполнена в виде цилиндрического штока и расположена соосно со смежными секциями. 5. Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что перемычка, соединяющая секции вкладыша, выполнена не меньше чем из двух пластин, шарнирно соединенных одним концом друг с другом и жестко соединенных противоположными концами с торцами соответствующих смежных секций. 6. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что длина первой секции вкладыша со стороны входного среза фурмы равна 6 - 7 диаметрам секции, а длина каждой последующей секции, начиная со второй от входного среза фурмы, на 10 - 20% меньше длины предыдущей секции. 7. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что длина перемычки между первой и второй секциями со стороны входного среза фурмы равна 1 - 2 диаметрам указанных секций, а длина каждой из последующих перемычек на 10 - 20% меньше по сравнению с длиной предыдущей перемычки со стороны входного среза фурмы. 8. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что боковая поверхность каждой секции вкладыша выполнена в форме круглого цилиндра с продольным ребром, при этом их суммарный размер в плоскости поперечного сечения равен диаметру цилиндрической сквозной полости корпуса фурмы. 9. Фурма по п.8, отличающаяся тем, что секции вкладыша расположены с угловым разворотом относительно его геометрической оси от секции к секции по длине вкладыша на угол α = 360^o/n, где n - количество секций. 10. Фурма по п.1, боковая поверхность каждой секции вкладыша выполнена с двумя продольными ребрами, соединенными с двух сторон между собой двумя одинаковыми круглыми цилиндрическими выпуклыми поверхностями, при этом оба ребра контактируют с поверхностью цилиндрической сквозной полости корпуса в общей для них диаметральной плоскости. 11. Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что боковая поверхность каждой секции вкладыша выполнена не меньше чем с тремя продольными ребрами, равномерно расположенными по окружности и соединенными друг с другом одинаковыми круглыми цилиндрическими выпуклыми поверхностями, при этом все ребра контактируют с поверхностью цилиндрической сквозной полости корпуса. 12. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что боковая поверхность каждой секции вкладыша выполнена не меньше чем с шестью продольными ребрами, соединенными между собой одинаковыми круглыми цилиндрическими вогнутыми поверхностями, при этом все ребра контактируют с поверхностью цилиндрической сквозной полости корпуса. 13. Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что боковая поверхность каждой секции вкладыша выполнена в виде призмы не меньше чем с шестью гранями, при этом все ребра призмы контактируют с поверхностью цилиндрической сквозной полости корпуса фурмы. 14. Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что боковая поверхность каждой секции вкладыша выполнена в поперечном сечении в виде эллипса, при этом его большая ось равна диаметру цилиндрической сквозной полости корпуса фурмы, а меньшая 0,92 - 0,99 диаметра указанной полости.