Металургійна посудина для розплаву з фурменим пристроєм і спосіб вторинної металургійної обробки розплаву

1. Металургійна посудина для розплаву з вогнетривкою керамічною футерівкою, через яку проходить фурмений пристрій (20), що призначений для введення в розплавлений метал текучого середовища та містить трубчастий вогнетривкий керамічний кожух (26), співвісно розташовану в ньому трубу (34), внутрішню трубу (38), яка співвісно проходить в її середині та щонайменше один утворений між внутрішньою та зовнішньою трубами (38, 34) осьовий канал (36), і який встановлено у вогнетривкій керамічній футерівці з можливістю осьового зворотно-поступального переміщення в ній та з можливістю повороту в ній навколо своєї осі. 2. Посудина за п. 1, у якій між кожухом (26) фурменого пристрою (20) і вогнетривкою футерівкою і/або між зовнішньою трубою (34) та кожухом передбачений антифрикційний прошарок (30) із в'язкого матеріалу. 3. Посудина за п. 1, у якій зовнішня труба (34) та кожух (26) жорстко з'єднані між собою. 4. Посудина за п. 1, у якій фурмений пристрій (20) виступає назовні з вогнетривкої футерівки та у цій виступаючій назовні з вогнетривкої футерівки частини встановлено на опорах з можливістю напрямленого осьового переміщення та повороту навколо своєї осі. 5. Посудина за п. 1, у якій виступаюча назовні з вогнетривкої футерівки частина фурменого при 2 (19) 1 3 Даний винахід стосується насамперед металургійної посудини для розплаву, під якою (посудиною) маються на увазі всі посудини й апарати, у яких одержують, обробляють і/або транспортують розплавлений метал. Подібна посудина для розплаву може являти собою, наприклад, розливний ківш, мартенівську піч або електропіч. Винахід стосується також способу вторинної металургійної обробки (рафінування) розплаву в пропонованій у винаході посудині, яка містить його. Впродовж декількох десятків років відомі пристрої для подачі або введення в розплавлений метал газів і/або твердих реагентів і добавок. Мета такої обробки розплавленого металу полягає у зміні його фізичних і/або хімічних властивостей. Для подачі в розплавлений метал і диспергування в ньому газоподібних речовин застосовуються так називані пористі керамічні плити або пробки з ненапрямленою або напрямленою пористістю. В останньому випадку через пористу керамічну плиту, яка вбудована в стінку або днище посудини для розплаву, проходять статичні канали. Поряд із цим відомі також так називані фурмені пристрої. Один з таких фурмених пристроїв, що описаний в [WO 93/09255], складається з керамічного вогнетривкого кожуха, через який проходять дві розташовані співвісно одна щодо одної труби. Цей фурмений пристрій вбудовують у стінку металургійної посудини для розплаву в строго горизонтальному положенні. По внутрішній трубі, відповідно по кільцевому зазорі між внутрішньою та зовнішньою трубою в розплавлений метал подають різні середовища для його обробки. Обидві металеві труби в міру зносу можна просувати в напрямку розплавленого металу. Завдяки такій можливості відповідно збільшується термін служби фурменого пристрою. Недолік відомого фурменого пристрою полягає в необхідності його завжди точно горизонтального розташування, оскільки керамічний кожух і труби з боку того кінця фурменого пристрою, що виступає назовні з посудини для розплаву, ніяк не кріпляться до опорної плити, на яку вони опираються. Відповідно до цього похиле розміщення фурменого пристрою призвело б до неконтрольованого зісковзуванню труб у розплав. В іншому ж запропонований в WO 93/09255 фурмений пристрій досить добре зарекомендував себе на практиці та стосується актуального на сьогоднішній день рівня техніки. Проте постійно зберігається необхідність в оптимізації фурмених пристроїв зазначеного типу стосовно строку їх служби й можливостей їх застосування. В основі даного винаходу, яке спрямовано на рішення саме цих завдань, лежать наступні міркування. Частину фурменого пристрою, яка переміщується в осьовому напрямку (тобто насамперед кожух з розташованими в ньому трубами), необхідно виконувати з можливістю її осьового переміщення не тільки в напрямку розплавленого ме 80167 4 талу, але й у зворотному напрямку. Звичайно внутрішній, тобто повернений убік робочого простору посудини для розплаву, кінець фурменого пристрою виступає усередину робочого простору посудини з його вогнетривкої футерівки. Іншими словами, фурмений пристрій своїм вихідним кінцем виступає усередину посудини для розплаву й тим самим звичайно занурений в розплав. Відповідно до рівня техніки фурмений пристрій залишався в такому ж положенні й у процесі випуску розплавленого металу з посудини, яка містить його. Однак при завантаженні в посудину для розплаву, наприклад, металевого брухту існує небезпека відламування "головки" фурменого пристрою, що виступає усередину посудини для розплаву. Подібного відламування головки фурменого пристрою можна уникнути, якщо перед завантаженням металевого брухту в посудину для розплаву відвести з його робочого простору фурмений пристрій у положення, у якому його головка більше не виступає із внутрішньої стінки посудини для розплаву усередину його робочого простору. Для цієї мети потрібно використовувати відповідну систему кріплення елементів фурменого пристрою та напрямну, яка забезпечує їх напрямлене переміщення, про що більш докладно сказано нижче. У кращому варіанті відповідні елементи фурменого пристрою можна також покрити матеріалом з меншою в порівнянні з розплавленим металом змочувальною здатністю. Описаний вище фурмений пристрій призначений у першу чергу для введення кисню в розплавлений метал. Кисень можна подавати в розплавлений метал, наприклад, по внутрішній трубі. При цьому в зоні безпосереднього контакту з розплавленим металом частково відбувається розігрів до екстремально високих температур, які можуть досягати 2000°С та більше. Подібний розігрів до настільки високих температур може привести до швидкого зносу фурменого пристрою та вогнетривкого матеріалу, що перебуває поряд із ним. Із цієї причини вже в [WO 93/09255] було запропоновано пропускати по кільцевому каналі між внутрішньою та зовнішньою трубами захисний газ, що створює навколо струменя кисню свого роду концентричну захисну газову оболонку, у тому числі й на виході з фурменого пристрою. Одночасно із цим зона реакції кисню з компонентами розплаву зміщується далі усередину ванни рідкого металу. Як такий захисний газ можна використовувати інертний газ, наприклад, аргон. Однак у цих же цілях можна використовувати й охолодний газ, наприклад, СН4 (метан). При відповідній швидкості потоку газів, що вдуваються у розплав, зона реакції кисню з компонентами розплаву довгочасно зміщується від внутрішньої стінки посудини для розплаву вглиб її, а зона, що оточує фурмений пристрій охолоджується. Однак у цій зоні може утворюватися так званий "захисний грибоподібний наріст". При цьому мова йде про накопичення застиглих сталі, шлаків і домішок у зоні, що безпосередньо оточує фурмений пристрій з боку його вихідного кінця, і насамперед 5 80167 6 у зоні його контакту із внутрішньою стінкою вогнеосьового зворотно-поступального переміщення в тривкої футерівки посудини для розплаву. ній та з можливістю повороту в ній навколо своєї Такий захисний грибоподібний наріст може осі. утруднювати просунення фурменого пристрою в Для поліпшення ковзання фурменого прирозплавлений метал. Крім цього через міцне местрою у вогнетривкій керамічній футерівці при його ханічне зчеплення цього грибоподібного наросту з повороті навколо своєї осі або при його поступафурменим пристроєм, з одного боку, і з ділянкою, льному переміщенні відповідно до одного з варіащо оточує його, вогнетривкої стінки посудини для нтів між кожухом фурменого пристрою та вогнерозплаву з іншого боку, при просуванні фурменого тривкою футерівкою пропонується передбачати пристрою усередину посудини для розплаву не антифрикційний прошарок із в'язкого матеріалу. виключена можливість відриву частини матеріалу Матеріал, що утворює такий антифрикційний профутерівки від іншої її частини. Всі ці ефекти, як шарок, повинен мати не тільки високі мастильні очевидно, небажані. (антифрикційні) властивості, але й високу термоВідповідно до винаходу фурмений пристрій стійкість. Щодо цього добре зарекомендували сепропонується пропускати крізь футерівку посудини бе матеріали на основі графіту або на основі сподля розплаву з можливістю повороту в ній навколо лук молібдену. своєї осі. При повороті фурменого пристрою наЗовнішня труба може бути встановлена з мовколо своєї осі в футерівці між захисним грибопожливістю її осьового переміщення щодо кожуха дібним наростом і внутрішньою стінкою футерівки фурменого пристрою. При цьому між ними також виникають відповідні дотичні напруження, що заможна передбачити антифрикційний прошарок. безпечують відносно легке відділення захисного Разом з тим зовнішню трубу можна також з'єдгрибоподібного наросту від стінки. При цьому нати з кожухом склеюванням або іншим способом. практично повністю виключається відрив вогнеВнутрішню та зовнішню труби можна з'єднати між тривкого матеріалу футерівки від іншої її частини. собою розпірками, що не перешкоджають прохоМожливість повороту фурменого пристрою дженню потоку текучого середовища в кільцевому навколо своєї осі, насамперед у сполученні із заканалі між ними. значеною вище можливістю його напрямленого Звичайно виступаючу назовні з вогнетривкої переміщення в осьовому напрямку, забезпечує футерівки посудини для розплаву частину фурмедосягнення ще однієї істотної переваги. ного пристрою виконують такої довжини, якої доЗавдяки пропонованому у винаході рішенню сить для багаторазового просунення фурменого з'являється можливість похилого вбудовування пристрою в напрямку розплавленого металу. У цій фурменого пристрою в стінку печі, тобто в першу виступаючій назовні з вогнетривкої футерівки часчергу під нахилом у напрямку розплавленого метині фурмений пристрій досить просто можна талу. Кріплення фурменого пристрою ззовні вивстановити на опорах, що забезпечують можлиключає його мимовільне зісковзування в розплав. вість його напрямленого осьового переміщення та Однак при такому розташуванні фурменого приповороту навколо своєї осі. Із цією метою фурместрою його повернутий усередину посудини для ний пристрій можна, наприклад, встановити щорозплаву кінець може піддаватися нерівномірному найменше в одній співвісній щодо нього втулці з зносу (у радіальному напрямку). Відповідно ж до можливістю напрямленого переміщення уздовж її. винаходу такий нерівномірний знос можна компенТака втулка може виконувати декілька наступних сувати, періодично повертаючи рухомі деталі фуфункцій: по-перше, вона служить осьовою напрярменого пристрою навколо своєї осі на певний кут. мною для фурменого пристрою, а, по-друге, її доЗа рахунок такого повороту фурменого пристрою сить просто закріпити, наприклад, на зовнішній його ділянки, які є зношеними менше, поміщаютьстінці посудини для розплаву з опорою на неї. Для ся в положення, у якому варто очікувати більш можливості "відводу" фурменого пристрою з робоінтенсивного їх зносу. При цьому немає необхідчого простору посудини для розплаву відповідно ності в цей же час просувати весь фурмений придо одного з варіантів здійснення винаходу частину стрій в осьовому напрямку убік розплавленого фурменого пристрою, яка виступає назовні з вогметалу. Цю операцію можна виконати пізніше. У нетривкої футерівки, пропонується виконувати цілому ж подібна можливість повороту фурменого щонайменше з однією радіально розширюваною пристрою навколо своєї осі дозволяє значно проділянкою. Подібна розширювана ділянка утворює довжити строк його служби. свого роду упор при відводі фурменого пристрою з Відповідно до цього у винаході відповідно до робочого простору посудини для розплаву. Така найбільш загального варіанта його здійснення розширювана ділянка може являти собою кругопропонується металургійна посудина для розплавий фланець. Так само фурмений пристрій можна ву з вогнетривкою керамічної футерівкою, крізь яку виконати на відповідному його кінці у формі зрізапроходить фурмений пристрій, який призначений ного конуса з поверненою убік посудини для роздля введення в розплавлений метал текучого сеплаву вершиною. редовища й містить трубчастий вогнетривкий кеЗакріплення й можливість напрямленого перамічний кожух, розташовану в ньому співвісно реміщення фурменого пристрою дозволяють устащодо нього трубу, внутрішню трубу, що проходить новлювати його похило, при цьому його нижній усередині її співвісно щодо неї та щонайменше кінець повинен бути повернутий убік внутрішнього один утворений між внутрішньою та зовнішньою простору посудини для розплаву, відповідно вхотрубами осьовий канал. Крім цього такий фурмедити усередину неї та переважно повинен перебуний пристрій встановлено у вогнетривкій керамічвати під поверхнею ванни розплаву. Розташуванній футерівці посудини для розплаву з можливістю ня ж іншого (зовнішнього) кінця фурменого 7 80167 8 пристрою вище поверхні ванни розплаву одночаснішньої труби 32 розташована внутрішня труба 34 но забезпечує надійний захист від викиду розплатакої ж довжини. Ззовні на трубі 34 є віддалені вленого металу назовні у випадку виходу фурмеодин від одного виступи 36. Такі виступи 36 приного пристрою з ладу. значені для затримання внутрішньої труби 34 у Окремі рухомі елементи фурменого пристрою співвісному щодо зовнішній трубі 32 положенні та можна виконати з можливістю незалежного один на відстані від неї й одночасно для утворення ківід одного переміщення, про що більш докладно льцевого зазору 38 між обома трубами 34, 32. Часказане нижче. стина фурменого пристрою, яка розташована за Описана вище посудина для розплаву дозвомежами поверхні 10а стінки, містить встановлені ляє піддавати розплав, що перебуває в ньому, співвісно один щодо одного в втулці 40, що їх оховторинній металургійній обробці, у ході якої викоплює кожух 26, зовнішню трубу 32 та внутрішню нують, наприклад, наступні операції: трубу 34. Втулка 40 складається із двох половин - в розплав по внутрішній трубі вдувають текута із силовим замиканням прилягає до кожуха 26. че середовище, Втулка 40 встановлена у двох віддалених один від - щонайменше по одному каналі між внутріодного підшипниках 42, 44, що закріплені на каршньою та зовнішньою трубами одночасно із вдукасних елементах 46, 48 на зовнішній поверхні 10а ванням кисню подають охолодне текуче середостінки 10. Підшипники 42, 44 ковзання встановлені вище, на каркасних елементах 46, 48 з можливістю пе- фурмений пристрій періодично повертають реміщення в осьовому напрямку фурменого принавколо своєї осі й потім при необхідності просустрою за стрілками L1 та L2. вають далі в розплавлений метал, Зовнішній вільний кінець 20а фурменого при- при необхідності фурмений пристрій відвострою виконаний у формі зрізаного конуса, тобто дять із робочого простору металургійної посудини діаметр кожуха 26 збільшується в напрямку його для розплаву, переміщаючи частину фурменого вільного (зовнішнього) кінця, з боку якого у внутріпристрою, яка виступає в робочий простір цієї мешню трубу 34 по гнучкому трубопроводі 50 податалургійної посудини, під внутрішню поверхню ється газоподібний кисень, а в кільцевий зазор 36 стінки металургійної посудини для розплаву, та по гнучкому трубопроводі 52 подається газоподіб- потім у міру необхідності повторюють одну ний метан. або декілька з попередніх стадій. Фурмений пристрій 20 ще при знаходженні Інші відмітні риси винаходу представлені в зарозплавленого металу в посудині для розплаву, лежних пунктах формули винаходу, а також у натобто ще до випуску розплавленого металу з поступному описі. судини, що його містить, переміщають у напрямку Нижче винахід більш докладно розглянутий на стрілки L2 доти, поки він повністю не розташується прикладі одного з варіантів його здійснення. Однак під внутрішньою поверхнею 10і стінки. При настуознаки, що згадуються при цьому, можуть викорипному завантаженні в посудину для розплаву, настовуватися для реалізації винаходу й в інших приклад, металевого брухту фурмений пристрій не сполученнях з його відмітними ознаками. виступає усередину посудини для розплаву й тому На прикладеному до опису кресленні в розрізі не може обломитися. Відразу ж по заповненні росхематично показаний фрагмент стінки електробочого простору печі розплавленим металом фупечі з вбудованим у стінку фурменим пристроєм, рмений пристрій висувають у напрямку стрілки L1 що пропонується у винаході. (переміщенням підшипників 42, 44), наприклад, На кресленні показана частина стінки 10 елекдоти, поки головка фурменого пристрою не витропечі, що (стінка) має внутрішню поверхню 10і явиться на відстані приблизно 50-250мм від внутта зовнішню поверхню 10а. Внутрішня поверхня рішньої поверхні 10і стінки. 10і стінки проходить похило до вертикалі. ЗовнішПісля цього розплав можна піддавати вториння поверхня 10а стінки проходить вертикально. ній металургійній обробці (рафінуванню). Подібна Стінка 10 утворена звичайною вогнетривкою обробка аналогічна відомій з рівня техніки й опифутерівкою. У цю футерівку вмонтована вогнетрисаній, наприклад, в [WO 93/09255]. вка керамічна цегла 22 з отвором, що із зовнішньої На внутрішній поверхні 10і стінки поруч із фусторони (позиція 22а) та із внутрішньої сторони рменим пристроєм 20 може відбуватися утворення (позиція 22і) розташовується в основному врівень так називаного "захисного грибоподібного наросіз зовнішньою поверхнею 10а стінки 10, відповідно ту", що позначений позицією 60. При утворенні з її внутрішньою поверхнею 10і. такого грибоподібного наросту фурмений пристрій В цеглі 22 передбачений похилий отвір 24, що 20 повертають навколо своєї осі в підшипниках 42, опускається в напрямку від зовнішньої поверхні 44 на деякий кут, рівний, наприклад, 5, 10 або 30°, 10а стінки до її внутрішньої поверхні 10і. Через що супроводжується відділенням або відшаровуцей отвір пропущений трубчастий вогнетривкий ванням цього "грибоподібного наросту" від внутрікерамічний кожух 26. Кожух 26 має довжину, що шньої поверхні 10і стінки. Після цього весь фурмезначно перевищує товщину стінки 10, і тому з боку ний пристрій 20 можна при необхідності трохи внутрішньої поверхні 10і стінки трохи виступає з просунути вперед у напрямку стрілки L1. Аналогічнеї усередину посудини для розплаву, а з боку ного ефекту можна досягти, скоротивши витрату зовнішньої поверхні 10а стінки значно виступає з охолоджувача. неї назовні. Між цеглою 22 з отвором і відповідною З часом головка 20s фурменого пристрою ділянкою кожуха 26 знаходиться мастило 28. зношується й внаслідок цього міняє свій профіль, Усередині кожуха 26 розташована зовнішня як це показано на кресленні. При певному профілі труба 32 однакової з ним довжини. Усередині зовзносу головки фурменого пристрою 20 його повер 9 80167 10 тають навколо своєї осі приблизно на 180° (у підФурмений пристрій 20 можна без яких-небудь шипниках 42, 44) у показане на кресленні пунктирпроблем занурювати в розплавлений метал S на ною лінією положення. У цьому положенні фурмеглибину 150 мм або навіть 300 мм, оскільки при ний пристрій можна продовжувати експлуатувати необхідності (наприклад, при завантаженні шихти ще впродовж деякого періоду часу без необхіднов посудину для розплаву) фурмений пристрій мості його додаткового просунення вперед у напрямжна повністю вивести з робочого простору печі, ку стрілки L1. відвівши його назад. Якщо кінець 20а фурменого пристрою 20 знаЯк зазначено на початку опису, керамічний ходиться вище рівня X (поверхні ванни) розплавкожух можна жорстко з'єднувати із зовнішньою леного металу S, то інший його кінець 20s знахотрубою або ж виконати рухомим щодо неї. При диться нижче поверхні ванни X розплавленого цьому або кожух буде переміщатися разом з труметалу, тобто занурений у нього. бами, що охоплюються ним, або будуть переміщатися тільки труби відносно нерухомого кожуха. Комп’ютерна верстка В. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601