ПАТРУБОК ПОГРУЖНОЙ ДЛЯ ВАКУУМАТОРА Российский патент 2015 года по МПК C21C7/10 

Патентуемый патрубок погружной относится к металлургическому оборудованию, обладает повышенной стойкостью огнеупорной футеровки и может быть эффективно использован на металлургических предприятиях в составе вакууматора.

Из уровня техники известны различные конструкции погружного патрубка для вакууматора.

Так, известна конструкция погружного патрубка вакууматора (проект футеровки вакууматора №1 HTMK-538-RH).

Недостатком приведенной конструкции является то, что при эксплуатации вакуум-камеры интенсивно размывается стык огнеупорного кольца и огнеупорного бетона. Жидкая сталь проникает в место разрушения и размывает поддерживающую огнеупорные кольца полочку. Это приводит к их оседанию и образованию между огнеупорными кольцами зазора. При опускании патрубка в расплав металл затекает в зазор, вызывая локальное разрушение по окружности. Вакуум-камеру из-за износа патрубка выводят на ремонт преждевременно.

Известна также конструкция погружного патрубка для вакууматора с наклонной полкой (проект футеровки вакууматора №2 HTMK-535-RH).

Недостатком данной конструкции является то, что наклонная, удерживающая огнеупорное кольцо полка, недостаточно жестко его фиксирует. В процессе работы вакуум-камеры отсутствие жесткой фиксации приводит к проседанию огнеупорных колец и образованию локальных разгаров.

Из уровня техники известна конструкция погружного патрубка для вакууматора (патент РФ №96574 на полезную модель; С21С 7/10), наиболее близкая по технической сущности и конструктивной реализации к патентуемому изобретению и выбранная в качестве прототипа.

Патрубок погружной для вакууматора (патент РФ №96574), состоит из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами.

Нижнее огнеупорное кольцо имеет г-образный в сечении профиль, а металлическая конструкция оснащена фиксирующим упором. Существенными конструктивными и эксплуатационными недостатками данной конструкции погружного патрубка являются:

- отсутствие буферного слоя на нижнем футеровочном кольце приводит к разрушению данного конструктивного узла в результате расширения нижнего кольца во время эксплуатации;

- пониженная конструктивная и эксплуатационная надежность погружного патрубка, обусловленная тем, что в случае скола опорной части нижнего г-образного огнеупорного кольца под массой вышестоящих колец вся футеровка патрубка разрушается;

- сложность металлоконструкции, что приводит к удорожанию погружного патрубка.

Патентуемое изобретение решает техническую задачу разработки патрубка погружного для вакууматора отличающегося повышенной огнеупорной стойкостью, повышенной долговечностью и эксплуатационной надежностью, а также увеличенным ресурсом бесперебойной работы.

Решение поставленной технической задачи достигается следующим образом.

Патрубок погружной для вакууматора, аналогичный конструкции, приведенной в патенте РФ №96574, состоящий из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами и облицованной огнеупорным бетоном, согласно патентуемому изобретению, патрубок содержит опорное металлическое кольцо, закрепленное под нижним огнеупорным кольцом г-образной формы в сечении, а между внутренней поверхностью металлической конструкции и наружной поверхностью футеровочных огнеупорных колец размещен буферный слой.

Изобретение предусматривает, что буферный слой выполнен из набивной буферной массы, или огнеупорного бетона, а толщина буферного слоя составляет от 10 до 100 мм.

Согласно изобретению, толщина опорного металлического кольца составляет от 10 до 200 мм и разница между наружным и внутренним диаметрами составляет от 30 до 200 мм.

Предусмотрено, что нижнее огнеупорное кольцо выполнено г-образной формы, со следующими соотношениями размеров:

L - разница между внешним и внутренним диаметрами опорного кольца.

L1 - величина опорной части г-образного кольца равная (0,1-0,8)L.

Н - высота кольца.

H1 - высота опорной части г-образного кольца равная (0,1-0,8)Н.

Патентуемое изобретение предусматривает возможность выполнения участка нижнего огнеупорного кольца, который контактирует с опорным металлическим кольцом, с различной геометрией наружной боковой поверхности, например, с дугообразной боковой поверхностью, с наклонной боковой поверхностью.

Предусмотрена возможность выполнения участка нижнего огнеупорного кольца, который контактирует с опорным кольцом, в форме прямоугольного паза (гребня).

Технический результат от реализации патентуемого изобретения заключается в значительном повышении огнеупорной стойкости всей конструкции, увеличения долговечности и ремонтопригодности разработанного патрубка погружного.

Наличие буферного слоя позволяет компенсировать температурное расширение и предотвращает от растрескивания нижнее футеровочное огнеупорное кольцо г-образной формы в сечении при нагревании, что позволяет значительно увеличить эксплуатационную надежность и термическую стойкость погружного патрубка.

Установлено, что патентуемая конструкция отличается пониженным уровнем термических напряжений, что обуславливает и гарантирует повышенную надежность и долговечность разработанного патрубка погружного.

Сущность патентуемого изобретения поясняется описанием разработанного патрубка погружного для вакууматора и графическим материалами, на которых приведены:

Фиг.1 - компоновочная блок-схема патентуемого погружного патрубка;

Фиг.2 - кольцо огнеупорное нижнее г-образной формы (разрез);

Фиг.3 - варианты конструктивной реализации нижнего огнеупорного кольца 3 и опорного металлического кольца 4.

Патентуемый патрубок погружной (фиг.1) содержит металлическую конструкцию 1, футеровочные огнеупорные кольца 2, смонтированные в полости металлической конструкции 1.

Патрубок содержит нижнее г-образное в сечении огнеупорное кольцо 3, (фиг.2, 3), обеспечивающее надежность футеровки патрубка. В нижней части патрубка закреплено опорное металлическое кольцо 4, которое позволяет надежно фиксировать огнеупорные кольца 2 и 3 патрубка. Крепление опорного металлического кольца 4 в нижней части погружного патрубка осуществляют, например, пут ем его сварки с металлической конструкцией 1.

Нижнее огнеупорное кольцо 3 может иметь различную конечную реализацию (фиг.3), выбор которой определяется совокупностью таких конструктивных параметров как толщина буферного слоя 6, диаметр и толщина опорного металлического кольца 4, условий эксплуатации погружного патрубка.

Предпочтительно выполнение нижнего огнеупорного кольца 3 г-образной формы (фиг.1, 2).

На фиг.3 приведены различные варианты выполнения участка нижнего огнеупорного кольца, который контактирует с опорным металлическим кольцом 4, с различной геометрией наружной боковой поверхности, например, с дугообразной боковой поверхностью (фиг.3ж), с наклонной боковой поверхностью (фиг.3д, е).

Возможно выполнение участка нижнего огнеупорного кольца, который контактирует с опорным металлическим кольцом 4, в форме прямоугольного паза (фиг.3и).

Наружная поверхность металлической конструкция 1 защищена слоем огнеупорного бетона 5, а между внутренней поверхностью металлической конструкции 1 и футеровочными огнеупорными кольцами 2 размещен буферный слой 6.

Буферный слой 6 выполнен из набивной буферной массы, или огнеупорного бетона.

Толщина буферного слоя 6 составляет от 10 до 100 мм.

Буферный слой 6 между футеровочными огнеупорными кольцами 2 и 3 и металлической конструкцией 1, позволяет компенсировать температурное расширение и предотвращает от растрескивания футеровочные огнеупорные кольца 2 и 3 при нагревании.

Выбор конструктивных параметров буферного слоя 6 обусловлен следующим.

Толщина буферного слоя составляет от 10 до 100 мм. При толщине буферного слоя менее 10 мм возникает вероятность растрескивания огнеупорных колец в результате их температурного расширения. При толщине буферного слоя более 100 мм возникает вероятность образования пустот между буферным слоем и огнеупорными кольцами в результате спекания буферной массы, образовавшиеся пустоты приводят к прогару между огнеупорными кольцами и, как следствие, аварийному выходу вакууматора из работы.

Опорное кольцо 4 выполнено из металла. Выбор конструктивных параметров опорного металлического кольца 4 обусловлен следующим.

Толщина опорного кольца 4 составляет от 10 до 200 мм, а разница между наружным и внутренним диаметрами составляет от 30 до 150 мм.

По данным испытаний было установлено, что при толщине опорного кольца менее 10 мм, при воздействии высоких температур опорное металлическое кольцо 4 будет коробиться. А при толщине опорного металлического кольца 4 в 10 мм и более такого коробления не происходит. Установлено, что при разнице между наружным и внутренним диаметрами опорного металлического кольца 4 менее 30 мм г-образное огнеупорное кольцо 3 невозможно надежно закрепить в нижней части погружного патрубка.

Проведенные испытания подтвердили, что опорное металлическое кольцо 4, реализованное в патентуемой конструкции с рекомендуемыми геометрическими размерами, надежно фиксирует огнеупорные кольца 2 и 3 от выпадания из погружного патрубка.

Также было установлено, что эксплуатация опорного металлического кольца 4 толщиной более 200 мм и разницы между наружным и внутренним диаметрами более 150 мм приводит к громоздкости и значительному утяжелению нижней части патрубка, кроме того в этом случае существенно увеличивается трудоемкость изготовления и установки опорного металлического кольца 4 в погружном патрубке.

В процессе разработки патентуемого погружного патрубка определены оптимальные соотношения размеров нижнего огнеупорного кольца 3 и опорного металлического кольца 4, геометрическая форма которых и конечные размеры обеспечивают надежную фиксацию и защиту от разрушения и проседания футеровочных огнеупорных колец 2 и 3 в погружном патрубке вакууматора.

В частности, при выполнении нижнего огнеупорного кольца 3 г-образной формы (фиг.1, 2), проведенные исследования позволяют констатировать, что для достижения надежной фиксации футеровочных колец 2, нижнее огнеупорное кольцо 3 и опорное металлическое кольцо 4 должны быть выполнены со следующими соотношениями размеров (фиг.2):

L1=(0,1-0,8)L, где

L1 - величина опорной части г-образного кольца

L - разница между внешним и внутренним диаметрами опорного металлического кольца 4.

H1=(0,1-0,8)Н, где

H1 - высота опорной части г-образного кольца

Н - высота кольца.

Данные зависимости основываются на результатах ряда испытаний на производстве. В ходе испытаний было выявлено, что:

- величины L1 опорной части г-образного кольца менее 0,1L не достаточно для надежной фиксации (установки) огнеупорного г-образного кольца 3 на опорное металлическое кольцо 4. В связи с этим возникает вероятность 'выпадения' г-образного кольца из патрубка.

- при величине L1 опорной части г-образного кольца более 0,8L толщина нижней части г-образного кольца минимальная, что может привести к образованию трещин в зоне опорного металлического кольца 4, а, следовательно, кардинально увеличивается вероятность «скола» нижней части г-образного огнеупорного кольца 3, и (как следствие) досрочный выход из строя патрубка вакууматора.

- при величине H1 менее 0,1Н высота нижней части г-образного кольца максимальная, в связи с этим возможны образования трещин в зоне опорного металлического кольца 4, а следовательно, увеличивается вероятность «скола» нижней части г-образного кольца 3, и (как следствие) досрочный выход из строя патрубка вакууматора.

- при величине H1 более 0,8Н данная конструкция не целесообразна, т.к. нижняя часть г-образного кольца 3 минимальная, что обуславливает возможность соприкосновения опорного металлического кольца 4 с жидким металлом.

Патентуемый патрубок погружной используют следующим образом.

Патрубок погружной является определяющим конструктивным узлом вакууматора, который предназначен для удаления из жидкой стали вредных газов и неметаллических включений, образующихся в процессе плавки и отрицательно влияющих на качество металла и готового проката.

Вакууматор работает следующим образом. Нижняя часть вакууматора, которая состоит из одного или двух патрубков погружается в жидкую сталь, после чего происходит вакуумирование стали циркуляционным или порционным способом.

В отличие от конструкции погружного патрубка, представленной в патенте РФ №96574, в разработанном устройстве между металлической конструкцией и огнеупорными кольцами (включая нижнее огнеупорное кольцо Г-образной формы) размещен буферный слой, который защищает огнеупорные кольца от растрескивания при температурном расширении огнеупорных колец в процессе эксплуатации, что обуславливает повышенную эксплуатационную надежность и долговечность патентуемого погружного патрубка.

Повышенная эксплуатационная надежность и долговечность патентуемой конструкции гарантируется также и тем, что опорное металлическое кольцо 4, реализованное в конструкции с патентуемыми размерами, сохраняет свои прочностные и термические характеристики в течение всего цикла эксплуатации погружного патрубка и надежно фиксирует огнеупорные кольца 2 и 3 от выпадания из погружного патрубка.

Простота конструкции металлической части облегчает процесс ее производства и сборку патрубка в целом.

Испытания и апробация опытного образца патентуемого патрубка погружного для вакууматора подтвердили:

- высокую эксплуатационную надежность работы патрубка;

- увеличение средней стойкости патрубка на 10-15%.

Подтверждено, что использование патентуемой конструкции погружного патрубка позволяет существенно повысить ресурс бесперебойной работы вакууматора по сравнению с конструкцией предложенной в проекте футеровки вакууматора №1 HTMK-538-RH и в проекте футеровки вакууматора №2 HTMK-535-RH.

Изобретение относится к металлургическому оборудованию и может быть использовано на металлургических предприятиях при внепечном вакуумировании стали. Патрубок погружной состоит из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами и облицованной огнеупорным бетоном. Нижнее огнеупорное кольцо выполнено г-образной формы, а патрубок снабжен опорным металлическим кольцом, закрепленным под упомянутым нижним огнеупорным кольцом, а между внутренней поверхностью металлической конструкции и наружной поверхностью огнеупорных колец, включая упомянутое нижнее огнеупорное кольцо, размещен компенсирующий температурное расширение буферный слой. Изобретение позволяет значительно повысить огнеупорную стойкость всей конструкции и увеличить долговечность разработанного погружного патрубка. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Патрубок погружной для вакууматора, состоящий из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами и облицованной огнеупорным бетоном, отличающийся тем, что нижнее огнеупорное кольцо выполнено г-образной формы, а патрубок снабжен опорным металлическим кольцом, закрепленным под упомянутым нижним огнеупорным кольцом, при этом между внутренней поверхностью металлической конструкции и наружной поверхностью огнеупорных колец, включая упомянутое нижнее огнеупорное кольцо, размещен компенсирующий температурное расширение буферный слой.

2. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что буферный слой выполнен из набивной буферной массы или огнеупорного бетона.

3. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что толщина буферного слоя составляет от 10 до 100 мм.

4. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что нижнее огнеупорное кольцо г-образной формы выполнено со следующими соотношениями размеров:
L1=(0,1-0,8)L, где
L1 - величина опорной части упомянутого кольца, мм;
L - разница между внешним и внутренним диаметрами упомянутого кольца, мм;
Н1=(0,1-0,8)Н, где
H1 - высота опорной части упомянутого кольца, мм;
Н - высота упомянутого кольца, мм.

5. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что нижний участок опорной части нижнего г-образной формы огнеупорного кольца выполнен под наклоном относительно горизонтали.

6. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что нижний участок опорной части нижнего г-образной формы огнеупорного кольца выполнен дугообразной формы.

7. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что нижний участок опорной части нижнего г-образной формы огнеупорного кольца выполнен в виде гребня.

8. Патрубок по п.5, отличающийся тем, что сторона опорного металлического кольца, сопряженная с нижним участком опорной части нижнего г-образной формы огнеупорного кольца, выполнена под наклоном относительно горизонтали.

9. Патрубок по п.6, отличающийся тем, что сторона опорного металлического кольца, сопряженная с нижним участком опорной части нижнего г-образной формы огнеупорного кольца, выполнена дугообразной формы.

10. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что сторона опорного металлического кольца, сопряженная с нижним участком опорной части нижнего г-образного огнеупорного кольца, выполнена в виде гребня.

11. Патрубок по одному из пп.5, 6, 7, отличающийся тем, что опорное металлическое кольцо выполнено толщиной от 10 до 200 мм.

12. Патрубок по одному из пп.5, 6, 7, отличающийся тем, что разница между наружным и внутренним диаметрами опорного металлического кольца составляет от 30 до 200 мм.