Патрубок погружной для циркуляционного вакууматора Российский патент 2020 года по МПК C21C7/10 

Изобретение относится к металлургическому оборудованию и может быть использовано на металлургических предприятиях на установках циркуляционного вакуумирования стали.

Из уровня техники известны различные конструкции патрубка для вакууматора.

Известна конструкция патрубка погружного для вакууматора [1] (патент на полезную модель № 96574 «Патрубок погружной для вакууматора», МПК С21С7/10, опубл. 10.08.2010, бюл. № 22), состоящая из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами, при этом нижнее огнеупорное кольцо имеет Г-образный в сечении профиль, а металлическая конструкция оснащена фиксирующим упором.

Недостатком данного устройства является сложность сборки погружного патрубка, а уменьшение толщины бетона в нижней части погружного патрубка приводит к снижению эксплуатационных свойств циркуляционного вакууматора.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемым результатам является патрубок погружной для вакууматора [2] (патент на изобретение RU № 2557046 «Патрубок погружной для вакууматора» МПК С21С7/10, опубл. 20.07.2015, бюл.20), состоящий из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами и облицованной огнеупорным бетоном, при этом нижнее огнеупорное кольцо выполнено Г-образной формы. Патрубок снабжен опорным металлическим кольцом, закрепленным под нижним огнеупорным кольцом, при этом компенсирующий буферный слой размещен между внутренней поверхностью металлической конструкции и наружной поверхностью огнеупорных колец, включая нижнее огнеупорное кольцо.

Недостатком данного устройства является то, что нижнее опорное кольцо во время эксплуатации циркуляционного вакууматора нагревается и увеличивается в размерах, при отсутствии компенсационных швов, происходит деформация опорного металлического кольца и, как следствие, исключается надежная фиксация нижних огнеупорных изделий. Кроме этого огнеупорное кольцо Г- образной формы сложно в изготовлении, что приводит к дополнительным трудозатратам и к использованию дорогостоящего оборудования.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эксплуатационной стойкости всей конструкции, улучшение ремонтопригодности заявляемого патрубка погружного.

Указанный технический результат достигается тем, что в патрубке погружном для вакууматора, состоящем из металлической конструкции, футерованной огнеупорными изделиями, облицованной огнеупорным бетоном, буферного слоя, размещенного между внутренней поверхностью металлической конструкции и наружной поверхностью огнеупорных изделий, предусмотрены следующие отличия: огнеупорное изделие 2 выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении форму прямоугольника, а нижнее огнеупорное изделие 3 выполнено из огнеупорных изделий, имеющих в сечении п – образную форму с верхней 9 и нижней частями 10, при этом огнеупорные изделия собраны в виде многоугольника кольцевой формы, а металлическая конструкция патрубка включает в себя опорные металлические изделия, выполненные из сегментов с образовавшимися зазорами между сегментами, закрепленные по окружности под верхней частью нижнего огнеупорного изделия п-образной формы.

Кроме того, в заявляемом патрубке погружном для вакууматора зазор между сегментами опорного металлического изделия составляет от 0,1-100 мм и количество сегментов может составлять от 2 до 32 штук, а огнеупорные изделия и нижнее огнеупорное изделие выполнены преимущественного из многоугольника кольцевой формы в количестве от 10 до 50 штук.

Кроме этого, нижнее огнеупорное изделие выполнено со следующими величинами размеров:

Толщина верхней части Н₁ составляет от 0,5 до 500 мм;

Толщина нижней его части Н₂ составляет от 0,5 до 500 мм;

Ширина верхней части L₁ составляет от 0,5 до 500 мм;

Ширина нижней части L₂ составляет от 0,5 до 500 мм.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг.1 Компоновочная блок схема предлагаемого патрубка;

Фиг.2 Варианты изготовления опорных металлических изделий;

Фиг.3 Варианты изготовления многоугольника кольцевой формы.

Фиг.4 Огнеупорное изделие, применяемое в нижнем многоугольнике п-

образной формы.

Патрубок погружной для циркуляционного вакууматора (Фиг.1) содержит: металлическую конструкцию 1, внутреннюю рабочую футеровку, выполненную из огнеупорных изделий 2 и 3, смонтированных в полости металлической конструкции 1, наружную футеровку, выполненную из огнеупорного бетона 5, буферного слоя 6 в виде огнеупорного бетона, находящегося между металлической конструкцией 1 и внутренней рабочей футеровкой, выполненной из огнеупорных изделий 2 и 3.

Огнеупорное изделие 2, выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении форму прямоугольника, что позволяет обеспечить простоту сборки данного огнеупорного изделия 2 и экономить трудозатраты и время для сборки.

Огнеупорное изделие нижнее п – образное 3, выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении п - образную форму, что позволяет обеспечить дополнительную защиту опорного металлического изделия 4 и продлить время эксплуатации циркуляционного вакууматора.

Огнеупорные изделия 2 и нижнее огнеупорное изделие 3, размещены в виде многоугольника кольцевой формы, что обеспечивает их прочность и надежность.

На Фиг.3 приведены различные варианты изготовления многоугольника кольцевой формы огнеупорного изделия 2 и нижнего огнеупорного изделия п – образное 3, состоящих из 24 огнеупорных изделий (Фиг.3.а) и из 30 огнеупорных изделий (Фиг.3б) и зависит от размеров огнеупорных изделий 2 и нижнего огнеупорного изделия 3.

Минимальное количество огнеупорных кирпичей, из которых выполняют огнеупорное изделие 2 и огнеупорного изделия нижнее п – образное 3, составляет 10 штук, уменьшение данного количества огнеупорных изделий не рационально, т.к. приведет к дополнительным трудозатратам, связанных со сложностью выполнения огнеупорных изделий 2 и нижнего огнеупорного изделия п – образное 3. Максимальное количество огнеупорных изделий, из которых выполнено огнеупорное изделие 2 и нижнее огнеупорное изделие п – образное 3, составляет 50 штук, увеличение данного количества огнеупорных изделий приведет к снижению их качества и, как следствие снижению стойкости циркуляционного вакууматора.

Геометрические размеры огнеупорного изделия нижнее п – образное 3 (Фиг.4) получены опытно-экспериментальным и расчетным путем, т.к. именно при таких размерах были получены наилучшие показатели по повышению стойкости всей конструкции.

Предусмотрено, что нижнее огнеупорное изделие п – образное 3 выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении п-образную форму с верхней 9 и нижней 10 частью, со следующими величинами размеров (Фиг.4):

L1 - ширина верхней части 9 и L2 - ширина нижней части 10 составляет от 0,5 до 500мм;

H1 – толщина верхней части 9 и H2 – толщина нижней части 10 составляет от 0,5 до 500 мм.

При толщине H1 верхней части 9 нижнего огнеупорного изделия п–образное 3 менее 0,5 мм., приведет к недостаточной надежности фиксации многоугольника кольцевой формы, что в конечном итоге ведет к отсутствию технического результата.

При толщине H₁ верхней части 9 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 более 500 мм., приведет к сложности технического исполнения, т.к. для получения огнеупорного изделия данной формы необходимо сложное, дорогостоящее технологическое оборудование.

При толщине H₂ ней части 10 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 менее 0,5 мм., приведет к недостаточной надежности фиксации многоугольника кольцевой формы, что в конечном итоге ведет к отсутствию технического результата.

При толщине H₂ нижней части 10 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 более 500 мм., приведет к сложности технического исполнения, т.к. для получения огнеупорного изделия данной формы необходимо сложное, дорогостоящее технологическое оборудование.

При ширине L₁ верхней части 9 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 менее 0,1 мм., приведет к недостаточной надежности фиксации многоугольника кольцевой формы, что в конечном итоге ведет к отсутствию технического результата.

При ширине L₁ верхней части 9 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 более 500 мм., приведет к сложности технического исполнения, т.к. для получения огнеупорного изделия данной формы необходимо сложное, дорогостоящее технологическое оборудование.

При ширине L₂ нижней части 10 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 менее 0,1 мм., приведет к недостаточной надежности фиксации многоугольника кольцевой формы, что в конечном итоге ведет к отсутствию технического результата.

При ширине L₂ нижней части 10 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 более 500 мм., приведет к сложности технического исполнения, т.к. для получения огнеупорного изделия данной формы необходимо сложное, дорогостоящее технологическое оборудование.

В нижней части патрубка (Фиг.1) под верхней частью 9 нижнего огнеупорного изделия 3 закреплено по окружности металлическое изделие 4, которые фиксируют нижнее огнеупорное изделие в виде многоугольника кольцевой формы, имеющего в сечении п – образную форму 3. Крепление опорного металлического изделия 4 в виде сегментов 7 осуществляют путем его сварки с металлической конструкцией 1.

В процессе эксплуатации наружная огнеупорная футеровка, состоящая из огнеупорного бетона 5, подвержена наиболее агрессивным факторам воздействия, которые интенсивно изнашивают торцевую часть патрубка и соответственно опорные металлические изделия 4. Отсутствие опорных металлических изделий 4 приводит к «проседанию» огнеупорного изделия 2 и огнеупорного изделия нижнее п – образное 3, и локальному разрушению внутренней рабочей футеровки между ними. Опытным путем установлено, что огнеупорное изделие 2 и нижнее огнеупорное изделие п – образное 3 обладают повышенными эксплуатационными свойствами, чем огнеупорный бетон 5 в торцевой части патрубка, поэтому для усиления торцевой части патрубка предпочтительно выполнение нижнего огнеупорного изделия 3 – п-образной формы. Кроме этого нижнее огнеупорного изделия нижнее п – образное 3 позволяет надежно защитить опорное металлическое изделие 4 и повысить время эксплуатации вакуум-камеры.

Предпочтительно выполнение опорного металлического изделия 4 в виде сегментов 7 из металла, выложенных по окружности с зазором 8 между сегментами 7 (Фиг.2). Проведенные испытания подтвердили, что опорное металлическое изделие 4, выполненное по окружности в виде сегментов 7, позволяют надежно фиксировать огнеупорное изделие 2 и нижнее огнеупорного изделия п – образное 3 от выпадения из погружного патрубка.

Наличие зазора 8, позволяет во время эксплуатации циркуляционного вакууматора компенсировать термическое расширение опорного металлического изделия 4 и исключить его деформацию. Величина зазора 8 между сегментами 7 опорного металлического изделия 4, определена, экспериментальны путем и составляет 0,1 до 100 мм.

При величине зазора 8 менее 0,1 мм не обеспечивается технический

результат.

При величине зазора 8 более 100 мм не обеспечивается техническим результатом, т.к. зависит от максимального размера огнеупорного кирпича имеющего в сечении п – образную форму и применяющегося для сборки огнеупорного изделия нижнее п – образное 3.

На Фиг.2 приведены различные варианты изготовления опорного металлического изделия 4, образующего окружность из четырех сегментов 7 (Фиг.2а) и из восьми сегментов 7 (Фиг.2б). При уменьшении количества сегментов 7 менее двух не достигается технический результат из-за отсутствия зазора и невозможности компенсировать термическое расширение. Свыше максимального количества сегментов 7 – 32 штуки значительно усложняет сборку металлоконструкции и не достигает технического результата.

Простота конструкции сегментов 7 облегчают их изготовления, сборку и монтаж патрубка погружного.

Патрубок погружной для циркуляционного вакууматора 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 [2] РФ №2557046, в заявляемом патрубке погружном футеровка выполнена в виде многоугольника кольцевой формы, состоящая из огнеупорных изделий; металлическая конструкция включает в себя опорные металлические сегменты, закрепленные по окружности под верхней частью нижнего огнеупорного изделия; нижнее огнеупорное изделие в сечении имеет п-образную форму, что обуславливает повышенную эксплуатационную надежность и улучшение ремонтопригодности предлагаемого патрубка погружного.

Испытания опытного образца заявляемого патрубка погружного для вакууматора подтвердили:

- высокую эксплуатационную надежность работы;

- улучшение ремонтопригодности, что позволяет осуществлять бесперебойную работу вакууматора.

Таким образом, заявляемое техническое решение полностью выполняет технический результат.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно- технической информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источников, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна" и «изобретательский уровень».

Источники информации:

[1] патент на полезную модель № 96574« Патрубок погружной для вакууматора», МПК С21С7/10, опубл. 10.08.2010,бюл. № 22;

[2] патент на изобретение RU № 2557046 «Патрубок погружной для вакууматора» МПК С21С7/10, опубл. 20.07.2015 Бюл.20.

Изобретение относится к металлургическому оборудованию и может быть использовано на установках циркуляционного вакуумирования стали. Патрубок погружной состоит из металлической конструкции, футерованной огнеупорными изделиями и облицованной огнеупорным бетоном, при этом между внутренней поверхностью металлической конструкции и наружной поверхностью огнеупорных изделий расположен буферный слой из огнеупорного бетона. Огнеупорное изделие выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении форму прямоугольника, а нижнее огнеупорное изделие выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении П–образную форму, при этом упомянутые огнеупорные изделия собраны в виде многоугольника кольцевой формы, а металлическая конструкция патрубка снабжена опорным металлическим изделием, выполненным из сегментов, закрепленных с зазорами по окружности с обеспечением фиксации упомянутого нижнего огнеупорного изделия. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную стойкость всей конструкции и улучшить ремонтопригодность патрубка погружного. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Патрубок погружной для циркуляционного вакууматора, состоящий из металлической конструкции, футерованной огнеупорными изделиями (2) и (3) и облицованной огнеупорным бетоном, при этом между внутренней поверхностью металлической конструкции (1) и наружной поверхностью огнеупорных изделий расположен буферный слой из огнеупорного бетона, отличающийся тем, что огнеупорные изделия (2) выполнены из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении форму прямоугольника, а нижнее огнеупорное изделие (3) выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении П–образную форму, при этом упомянутые огнеупорные изделия (2) и (3) собраны в виде многоугольника кольцевой формы, а металлическая конструкция (1) патрубка снабжена опорным металлическим изделием (4), выполненным из сегментов (7), закрепленных с зазорами по окружности с обеспечением фиксации упомянутого нижнего огнеупорного изделия (3).

2. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что зазор между сегментами опорного металлического изделия составляет от 0,1 до 100 мм.

3. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что нижнее огнеупорное изделие выполнено с верхней (9) и нижней (10) частями со следующими величинами размеров:

толщина верхней части Н1 составляет от 0,5 до 500 мм;

толщина нижней его части Н2 составляет от 0,5 до 500 мм;

ширина верхней части L1 составляет от 0,5 до 500 мм;

ширина нижней части L2 составляет от 0,5 до 500 мм.

4. Патрубок по п.1 или 2, отличающийся тем, что сегменты опорного металлического изделия расположены по окружности в количестве от 2 ло 32 штук.

5. Патрубок по п.1, отличающийся тем, что огнеупорное изделие и нижнее огнеупорное изделие выполнены из огнеупорных кирпичей в количестве от 10 до 50 штук.