Газопродувний елемент і співвіднесений газопідвідний трубопровід

Реферат: Винахід належить до газопродувного елемента на металургійному ковші, а також до співвіднесеного газопідвідного трубопроводу. UA 111663 C2 (12) UA 111663 C2 UA 111663 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до газопродувного елементу на металургійному ковші, а також до співвіднесеного газопідводячого трубопроводу. Газопродувний елемент, який також називають газопродувною (пористою) пробкою, слугує для вдування газів, при необхідності також сумішей газів із твердими речовинами, в оброблюваний розплав, насамперед металургійний розплав. При цьому газоподібне текуче середовище, яке застосовується для обробки, направляється в газопродувному елементі зі направленою пористістю (directed porosity) через відповідні канали/прорізи, а в газопродувних елементах з так званою ненаправленою пористістю (random porosity) - через відповідний нерегулярний пористий масив. Розташування газопродувного елемента в днищі або стінці металургійного ковша може бути здійснено різними способами. При типовому монтажі газопродувний елемент розташований у співвіднесеній гніздовій цеглі (well block). Зовні, на кінці, на якому підводиться газ, газопродувний пристрій за допомогою механічної частини укріплений на металургійному ковші. Для демонтажу та, відповідно, для заміни газопродувного пристрою, механічна частина відкривається. Згідно EP 0 148 337 A1 до цієї механічної частини належить кільце з вогнетривкого матеріалу, яке оточує газоподаючу трубу газопродувного елемента, та перевищує в радіальному вимірі днище газопродувного елемента. Такі газопродувні елементи та співвіднесені монтажні приладдя зарекомендували себе протягом десятиліть. Проте, проблема полягає у великій трудомісткості демонтажу та монтажу при заміні газопродувного елемента, великій тривалості процесу та необхідності високих витрат. Для запобігання дифузії газу в сусідній вогнетривкий матеріал, відомий спосіб виконання газопродувного елемента з кожухом із металевого листа. Металевий лист простягається, насамперед, по периметру та в області днища газопродувного пристрою. Металевий лист днища має отвір, до якого приєднана труба підключення газу, яка вільно виступає над металевим листом днища. Ця ділянка називається "холодним кінцем" газопродувного елемента, у той час як протилежний в аксіальному напрямку газопродувного елемента кінець позначається як "гарячий кінець". Після монтажу газопродувного елемента цей кінець знаходиться у функціональному контакті з оброблюваним гарячим розплавом. Газ вдувається в розплав через трубу підключення газу, отвір та направлені та/або ненаправлені пори вогнетривкого матеріалу. DE 38 33 502 C2 пропонує газопродувний елемент, який не має металевої плити основи та газової приєднувальної насадки. Цей газопродувний елемент відрізняється вільним отвором на холодному кінці. Монтажне приладдя прикріплює газопродувний елемент у положенні монтажу та одночасно слугує для посадки елемента підключення газу для направлення від нього газу через газопродувний елемент. Газопродувний елемент згідно DE 38 33 502 С2 може бути легко транспортований і монтований, оскільки він не має довгої труби підключення газу, як газопродувний елемент згідно EP 0 148 337 A1. Проте, пристрій, відомий згідно DE 38 33 502 C2, не дуже придатний для ущільнення для запобігання витоку газу. В основу винаходу покладена мета запропонувати конструктивно просту можливість спрощення монтажу та, відповідно, демонтажу газопродувного елемента та мінімізацію витоку газу. В основу винаходу покладені наступні міркування. Облицьований металевим листом газопродувний елемент має багато переваг. Він має високу розмірну точність, запобігає витоку газу та несприйнятливий до ушкоджень при транспортуванні. Останнє дійсне з урахуванням обмежень у відношенні труби підключення газу. У цьому відношенні сутність винаходу полягає в скороченні довжини труби підключення газу до мінімальної, тобто передбачена тільки коротка газова приєднувальна насадка. До цієї газової приєднувальної насадки може бути приєднано один або декілька інших конструктивних елементів, таких як труби, адаптери або подібне приладдя для отримання газового з'єднання між джерелом газу та газопродувним елементом. У зв'язку з цим, подальша сутність винаходу полягає в тому, що такий конструктивний елемент і газова приєднувальна насадка вставлені один в одного, тобто, в якості з'єднання передбачене вставне з'єднання. "Вставне з'єднання" означає, що відповідні ділянки сусідніх конструктивних елементів лише вставляються один в одного для досягнення необхідного гідравлічно сприятливого, можливо більш вільного від втрат пропускання газу. Відповідно до звичайної термінології, вставне 1 UA 111663 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 з'єднання містить відповідно один штекер (охоплювану деталь) та одну втулку (деталь, яка охоплює). Конкретна геометрія не має вирішального значення. Вставне з'єднання дозволяє з'єднувати сусідні ділянки (газоподаючої системи) у напрямку потоку газу лише за допомогою вставляння одна в одну. При цьому лише вставне з'єднання слугує для створення найбільшою мірою газонепроникного з'єднання. Це може бути реалізоване, наприклад, за допомогою того, що відповідні ділянки вставного з'єднання виконані спряжено конічними/у формі усіченого конуса, та вставлені один в одного. Тим самим, у першу чергу, вставне з'єднання слугує для газонепроникного з'єднання сусідніх конструктивних елементів (наприклад, ділянок труби), однак, необов'язково додатковий стопорний елемент може механічно скріплювати/фіксувати сусідні ділянки у вставленому положенні. Вставне з'єднання не має потреби в якому-небудь робочому інструменті; частини "газопроводу", що з'єднуються, просто вставляються одна в одну. Це проводиться швидко, і також при високих температурах навколишнього середовища. У його найбільш загальному варіанті здійснення, винахід відноситься до газопродувного елементу на металургійному ковші з наступними ознаками: а) керамічним вогнетривким корпусом з першим кінцем і другим кінцем, б) другий кінець у змонтованому стані газопродувного елемента знаходиться у контакті з металевим розплавом, в) перший кінець зовні покритий металевим кожухом, який має отвір, до якого приєднана газова приєднувальна насадка, г) газопродувний елемент, корпус і газова приєднувальна насадка виконані таким чином, що підведений за допомогою газової приєднувальної насадки газ, який застосовується для обробки, протікає через корпус і виходить з корпуса на другому кінці, д) газова приєднувальна насадка з'єднана з металевим кожухом і виконана у вигляді штекера або втулки вставного з'єднання для з'єднання зі спряженою втулкою або зі спряженим штекером газопідводячого трубопроводу. Газова приєднувальна насадка на днищі газопродувного елемента може бути виконана у вигляді адаптера. Цей адаптер слід відрізняти від труби підключення газу відомої конструкції. Адаптер може бути виконаний набагато більш коротким, і має по суті єдине призначення являти собою сполучну деталь для газопідводячого трубопроводу. Хоча через цей адаптер газ також направляється під тиском, однак, це відбувається лише на короткій дистанції. Довжина адаптера в напрямку потоку газу згідно з варіантом здійснення становить < 20 см, часто < 15 см або < 10 см. Адаптер безпосередньо примикає до днища газопродувного елемента. Адаптер/газова приєднувальна насадка може простягатися від металевого листа днища всередину, в керамічну частину газопродувного елемента, або навпаки, назовні. В обох випадках співвіднесений газопідводячий трубопровід своїм другим кінцем надітий на газову приєднувальну насадку або вставлений у неї для створення наскрізного газового з'єднання. Варіант здійснення передбачає з'єднання другого кінця газопідводячого трубопроводу та адаптера в області днища газопродувного елемента вставним з'єднанням один в одного, та скріплення їх за допомогою додаткового стопорного елемента для запобігання непередбачуваного розмикання. У випадку вільно виступаючої від днища газопродувного пристрою газової приєднувальної насадки, просте та, з можливістю роз'єднання, прикріплення полягає в тому, що відповідні кінцеві ділянки елементів, що вставляються, виконані з відповідним внутрішнім різьбленням і зовнішнім різьбленням (у вигляді накидної гайки), як це представлено на кресленнях. Замість нарізного з'єднання ця задача може бути вирішена, наприклад, також за допомогою затискачів або штикового замка. Згадані ділянки підключаючого приєднання (газові приєднувальні насадки/газопідводячий трубопровід) складаються, наприклад, із ділянок труби або ділянок шланга, внутрішній поперечний перетин яких залежить від об'єму газу, який повинен подаватись через підключаюче приєднання до газопродувного елементу, а потім через газопродувний елемент. Є можливість виконання газової приєднувальної насадки або газопідводячого трубопроводу із пристроєм запобігання від прориву металевого розплаву, що просочується. Для цього відповідна ділянка може мати газовий канал, який простягається, щонайменше, ділянками спіралеподібно або зигзагоподібно. Пристрій запобігання від прориву розташований перед холодним кінцем газопродувного елемента (у напрямку потоку газу), або на ньому. Пристрій запобігання від прориву може бути сконструйований у вигляді змінного конструктивного елемента, який з'єднаний з відповідною 2 UA 111663 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ділянкою газопідводячого трубопроводу або газової приєднувальної насадки, наприклад, за допомогою вставного з'єднання згаданого виду. Як уже згадано, вставне з'єднання виконане таким чином, що вставлені одна в одну частини (насамперед, трубні ділянки) мають спряжені геометрії із групи: призми, конуси, усічені конуси, кулі, параболоїди. Вставне з'єднання може бути виконане конкретно таким чином, що вільний кінець ділянки, яка розташовується на відстані від газопродувного елемента, має найбільшу поверхню поперечного перетину, як це представлено також у наступному описі креслень. У той час як вставне з'єднання забезпечує швидке та надійне газонепроникне з'єднання суміжних з'єднувальних деталей, стопорний елемент слугує для перешкоджання розмиканню цього з'єднання. У цьому відношенні стопорний елемент може також бути виконаним у вигляді притискного або стопорного пристрою, який, наприклад, притискає газопідводячий трубопровід у напрямку до газопродувного елементу та/або утримує його у вставленому положенні. Інші ділянки газопідводячого трубопроводу можуть бути приєднані аналогічним чином. Притискний/стопорний елемент може бути складовою частиною монтажного приладдя, яке укріплено зовні на металургійному ковші відкидним чином. Монтажне/демонтажне приладдя може бути наділене такими розмірами, що воно після монтування газопродувного елемента може бути вільно повернене над газовою приєднувальною насадкою, причому монтажне приладдя має отвір або проріз, через які можуть бути проведені газова приєднувальна насадка та, при необхідності, газопідводячий трубопровід і стопорний елемент. Згідно монтажного приладдя вибирають довжину елемента підключення газу, який є складовою частиною газопродувного елемента. Інші ознаки винаходу випливають із ознак додаткових пунктів формули винаходу, а також інших заявочних матеріалів. Винахід більш докладно роз'яснений нижче за допомогою декількох варіантів здійснення. При цьому в кожному випадку, в схематичному зображенні, показано на: Фіг. 1: поздовжній перетин через область днища металургійного ковша з першим варіантом здійснення газопродувного елемента, Фіг. 2 А - Г: поздовжні перетини через область днища металургійного ковша із другим варіантом здійснення газопродувного елемента, причому окремі етапи монтажу представлені роздільно. На кресленнях однакові або однаково діючі конструктивні елементи представлені з однаковими посилальними позначеннями. Посилальне позначення 10 співвіднесене газопродувному елементу у формі усіченого конуса із зовнішнім кожухом 12 із металевого листа та днищем 14 з металевого листа, яке має центральний отвір 16. У представленому положенні монтажу поверх отвору 16 простягається вогнетривкий керамічний корпус 10k з пористою ділянкою 10p, через яку газ може транспортуватись в напрямку стрілки G від нижнього, холодного кінця 10n газопродувного елемента 10 до його верхнього (не представленого) гарячого кінця 10o. Напроти пористої ділянки 10p навколо отвору 16 простягається газова приєднувальна насадка 20 для газопродувного елемента 10. Газова приєднувальна насадка 20 з аксіальним газовим каналом 26 простягається в представленому положенні монтажу вниз від отвору 16. Газова приєднувальна насадка 20 має перший кінець 20.1, розташований на відстані від газопродувного елемента 10, і другий кінець 20.2 - поблизу газопродувного елемента 10. Друга ділянка 20.2 приварено до металевого днища 14 (зварний шов 22). В області другого кінця 20.2 усередині газової приєднувальної насадки 20 є зміна поперечного перетину, причому частина, яка звернена до газопродувного елементу 10, має більший поперечний перетин. На цій ділянці корпус 24 розташований вільно. При відсутності тиску газу він лежить на полці описаного зменшення поперечного перетину газового каналу 26. Під тиском газу корпус 24 виступає над полкою та переміщається в напрямку до газопродувного елементу 10. Розташований поверх корпуса 24 стопорний штифт 28 перешкоджає перекриванню корпусом 24 отвору 16. На протилежному першому кінці 20.1 газовий канал 26 розширюється подібно конусу вниз і назовні. У цю частину газонепроникним чином вставлений другий кінець 30.2 газопідводячого трубопроводу 30. Цей кінець 30.2 виконаний відповідно у вигляді усіченого конуса (подібно форсунці), і його стоншений кінець розташовується зверху. Кінець 20.1 утворює втулку, а кінець 30.2 - штекер вставного з'єднання. 3 UA 111663 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У положенні монтажу газопідводячий трубопровід 30 має зовні дещо нижче першого кінця 20.1 газової приєднувальної насадки 20 полку 32. До полки 32 прилягає кільцеподібний внутрішній уступ 42 стопорного елемента 40, який виконаний також у формі труби. Стопорний елемент 40 має в області вище уступу 42 внутрішнє різьблення 421, яка нагвинчено на спряжене зовнішнє різьблення 20.1a, виконане в кожному разі зовні циліндричного першого кінця 20.1 газової приєднувальної насадки 20. Нижче уступу 42 трубоподібний стопорний елемент 40 простягається вниз до колеса, що простягається радіально назовні, 44 для фіксації. У цьому варіанті здійснення, підключаюче приєднання газової приєднувальної насадки 20 і газопідводячого трубопроводу 30 утворене за допомогою вставлених одна в одну уздовж осі ділянок 20.1, 30.2, причому вставне з'єднання забезпечене за допомогою стопорного елемента 40 від розмикання. На зовнішньому кожусі 50 співвіднесеного металургійного ковша за допомогою зчленування 62 поворотно рухливо укріплене монтажне приладдя 60, причому фіг. 1 показує положення монтажу, у якому монтажне приладдя охоплює газову приєднувальну насадку 20, а також другий кінець 30.2 газопідводячого трубопроводу 30 своїм кільцеподібним елементом 64. Кільцеподібний елемент 64 зафіксований за допомогою рукоятки 66 у представленому положенні по відношенню до жорсткого зовнішнього кожуха 50. При цьому елемент 64 прилягає до оболонки 68, яку оточує другий кінець 20.2 газової приєднувальної насадки 20. Оболонка 68 є складовою частиною вогнетривкого облицювання нижче газопродувного елемента 10. Перший кінець 20.1 газової приєднувальної насадки 20 виступає вниз від оболонки 68. Монтаж є простим, оскільки монтажне приладдя 60 може бути повернене в описане положення до надягання газопідводячого трубопроводу 30 на газову приєднувальну насадку 20 та його стопоріння. Перед газонепроникним з'єднанням частин 20, 30 газопродувний елемент 10 надійно позиціонований. Газова приєднувальна насадка 20 у складі підключаючого приєднання точно підігнана таким чином, що вставне з'єднання з газопідводячим трубопроводом 30 може бути здійснено дуже просто, точно та швидко. Довжина газопідводячого трубопроводу 30 може бути довільною. Газопідводячий трубопровід 30 може також складатись з декількох ділянок, які можуть бути газонепроникно з'єднані одна з одною, знов-таки за допомогою вставного з'єднання (або інакше). Вказане дійсне також для варіанта здійснення згідно фіг. 2. Він відрізняється від варіанта згідно фіг. 1, насамперед, наступними ознаками: газова приєднувальна насадка 20 утворена у вигляді адаптера, який укріплено на металевому днищі 14 газопродувного елемента 10 (у цьому випадку: приварений). Адаптер виступає лише на 10 мм вниз від днища 14, і виконаний на цьому кінці (20.1) подібно першому кінцю 20.1 газової приєднувальної насадки 20 згідно фіг. 1. Аналогічно, вказане дійсне для другого кінця 20.2 газової приєднувальної насадки 20 на фіг. 2. Іншими словами: у прикладі згідно фіг. 2 газова приєднувальна насадка 20 та приєднувальний газопідводячий трубопровід 30 з'єднані один з одним за допомогою вставного з'єднання. Газопідводячий трубопровід 30 згідно фіг. 2 між кінцями (30.1, 30.2) виконаний не у вигляді труби (як на фіг. 1), а у вигляді товстостінного циліндра, і виконує одночасно функцію пристрою запобігання від прориву. Для цього газовий канал 26 між другим кінцем 30.2 і першим кінцем 30.1 виконаний у вигляді гвинтової лінії (або спіралі). У випадку проникнення металевого розплаву в газовий канал 26, він виявиться направленим радіально назовні (уздовж спіралі), що продовжує шлях проходження розплаву, сприяючи більш швидкому охолодженню розплаву та його застиганню. Це в принципі відомо, і не описано тут у подробицях. - перший кінець 30.1 газопідводячого трубопроводу 30 згідно фіг. 2 виконаний аналогічно першому кінцю 20.1 газової приєднувальної насадки 20 згідно фіг. 1, і слугує для приєднання іншого газопідводячого трубопроводу 70, який виконаний аналогічно газопідводячому трубопроводу 30 згідно фіг. 1. - кільцеподібний елемент 64 монтажного приладдя 60 прилягає в положенні монтажу безпосередньо до нижньої сторони товстостінної частини газопідводячого трубопроводу 30. Фіг. 2 А - Г показують окремі етапи монтажу для цього варіанта здійснення. Спочатку газопродувний елемент 10 (із приєднаним адаптером 20) установлений на днищі металургійного ковша (фіг. 2А). Монтажне приладдя 60 відкрите. Потім газопідводячий трубопровід 30, із пристроєм запобігання від прориву включно, надітий на адаптер 20 і загвинчений (фіг. 2Б). Після чого, монтажне приладдя накинуто на обидві частини 20, 30 (фіг. 2В), і частина 30 застопорена. 4 UA 111663 C2 На останньому етапі, інший газопідводячий трубопровід 70 надітий його верхнім кінцем 70.2 на нижню ділянку 30.1 газопідводячого трубопроводу 30, і прикріплений за допомогою різьбового стопорного елемента, аналогічно кінцям 20.1, 30.2 (фіг. 2Г). 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Газопродувний елемент (10) для застосування у металургії, що містить: а) керамічний вогнетривкий корпус (10k) з першим кінцем (10u) і другим кінцем (10о), б) другий кінець (10о) у змонтованому стані газопродувного елемента (10) знаходиться у контакті з металевим розплавом, в) перший кінець (10u) покритий зовні металевим кожухом (12), який має отвір (16), до якого приєднана газова приєднувальна насадка (20), г) газопродувний елемент (10), корпус (10k) і газова приєднувальна насадка (20) виконані таким чином, що газ, який застосовують для обробки, що підводиться за допомогою газової приєднувальної насадки (20), протікає через корпус (10k) і виходить з корпуса (10k) на другому кінці (10о), д) газова приєднувальна насадка (20) з'єднана з металевим кожухом (12) і виконана у вигляді штекера або втулки вставного з'єднання для з'єднання зі спряженою втулкою або спряженим штекером газопідвідного трубопроводу (30). 2. Газопродувний елемент за п. 1, у якому газова приєднувальна насадка (20), відходячи від області (22) приєднання до металевого кожуха (12), простягається від керамічного корпуса (10k). 3. Газопродувний елемент за п. 1, у якому газова приєднувальна насадка (20), відходячи від області (22) приєднання до металевого кожуха (12), простягається в напрямку до керамічного корпуса (10k). 4. Газопродувний елемент за п. 1, у якому газова приєднувальна насадка (20), що виконана у вигляді штекера, має зовні одну з наступних геометричних форм: конус, зрізаний конус, призму. 5. Газопродувний елемент за п. 1, у якому газова приєднувальна насадка (20), що виконана у вигляді втулки, має всередині одну з наступних геометричних форм: внутрішній конус, внутрішній зрізаний конус, внутрішню призму. 6. Газопродувний елемент за п. 1, у якому газова приєднувальна насадка (20) виконана із пристроєм запобігання від прориву металевого розплаву, що просочується. 7. Газопродувний елемент за п. 1, у якому газова приєднувальна насадка (20) виконана зі зворотним клапаном (26, 28). 8. Газопродувний елемент за п. 1, у якому газова приєднувальна насадка (20) має довжину в напрямку (G) потоку підведеного газу менше 20 см. 9. Газопродувний елемент за п. 1, у якому газова приєднувальна насадка (20) має на її вільному кінці (20.1) зовнішню різьбу. 10. Газопідвідний трубопровід (30) для газопродувного елемента за одним із пп. 1-9, з першим кінцем (30.1) і другим кінцем (30.2) для приєднання до газової приєднувальної насадки (20) газопродувного елемента, причому другий кінець (30.2) виконаний так, щоб бути спряженим з газовою приєднувальною насадкою (20) у вигляді штекера або втулки вставного з'єднання між газовою приєднувальною насадкою (20) і другим кінцем (30.2) газопідводного трубопроводу (30). 11. Газопідвідний трубопровід за п. 10, у якому перший кінець (30.1) виконаний у вигляді втулки, якщо другий кінець (30.2) виконаний у вигляді штекера. 12. Газопідвідний трубопровід за п. 10, у якому перший кінець (30.1) виконаний для приєднання до іншого газопідвідного трубопроводу (70). 13. Газопідвідний трубопровід за п. 10, у якому перший кінець (30.1) виконаний для приєднання до джерела газу. 14. Газопідвідний трубопровід за п. 10, у якому другий кінець (30.2) має звернений всередину уступ (42) і внутрішню різьбу (40і), яке простягається між уступом (42) і вільним краєм другого кінця (30.2). 55 5 UA 111663 C2 6 UA 111663 C2 7 UA 111663 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8