Зварна фурмена головка

Реферат: Винахід належить до чорної металургії. Зварна фурмена головка містить наконечник з наскрізними отворами із вставленими в них сопловими вкладишами (блоками) і закріпленими ззовні наконечника зварювальними швами, при цьому кожний сопловий вкладиш (блок) вставлений у наскрізний отвір ззовні та має на своєму зовнішньому кінці кругову обичайку, діаметр якої більше діаметра соплового вкладиша (блока) і посаджену врівень із зовнішньою поверхнею наконечника у посадочні місця, які виконані на зовнішній поверхні наконечника коаксіально наскрізним отворам, при цьому бокова поверхня соплових вкладишів (блоків) додатково закріплена за допомогою зварювальних швів до внутрішньої поверхні наконечника. Винахід дозволяє підвищити стійкість зварних фурм та підвищити їх термін служби. UA 102439 C2 (12) UA 102439 C2 UA 102439 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до чорної металургії, а конкретніше - до верхніх дуттьових пристроїв для подачі технологічних газів до порожнини сталеплавильного агрегату (конвертера), і спрямований на вдосконалення зварних конструкцій фурмених головок з метою значного збільшення їх стійкості. Відомо безліч конструкцій багатосоплових головок до верхніх фурм, в яких соплові вкладиші або блоки скріплюються за допомогою зварювання з наконечником головки дуттьового пристрою: а.с. СРСР 183782, С 21 С 5/48, 1966; ах. СРСР 193554, С 21 С 5/48, 1967; а.с. СРСР 208736, С 21 С 5/48, 1968; ах. СРСР 208737, С 21 С 5/48, 1972; а.с. СРСР 237917, С 21 С 5/48, 1969; ах. СРСР 266792, С 21 С 5/48, 1972; а.с. СРСР 570644, С 21 С 5/48, 1977; а.с. СРСР 707971, С 21 С 5/48, 1980; а.с. СРСР 715628, С 21 С 5/48, 1980; ах. СРСР 859462, С 21 С 5/48, 1981; а.с. СРСР 973628, С 21 С 5/48, 1982; а.с. СРСР 1002366, С 21 С 5/48, 1983; а.с. СРСР 1047963 С 21 С 5/48; ах. СРСР 1296595, С 21 С 5/48, 1987; а.с. СРСР 1330172, С 21 С 5/48, 1987; ах. СРСР 1361177, С 21 С 5/48, 1987; а.с. СРСР 1423602, С 21 С 5/48, 1988; ах. СРСР 1527280, С 21 С 5/48, 1989; а.с. СРСР 1615191, С 21 С 5/48, 1990; а.с. СРСР 1643617, С 21 С 5/48, 1991; а.с. СРСР 1654345, С 21 С 5/48, 1991; патент Росії 2051974, С 21 С 5/48, 1996; патент Росії 2112048, С 21 С 5/48, 1998; декл. патент України 30410, С 21 С, 5/48, 2000; Кудрин В.А. Металлургия стали. Учебник для ВУЗов.- М.: Металлургия, 1989.- стор.234.- рис.7.9; Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства / Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский Л.Е.: Учебник для ВУЗов.- М.: МИСИС- стор. 55.- рис. 32. Недоліком абсолютно усіх зазначених конструкцій є украй низька стійкість фурмених головок в результаті неміцного закріплення соплових вкладишів чи блоків в наконечнику головки тільки лише за допомогою зовнішнього зварювального шва, товщина якого часто приблизно удвічі менше товщини наконечника, а міцність зварювального шва, між іншим, набагато нижче із-за пористої структури зварювальної міді у порівнянні з кованою та/або штампованою міддю соплових вкладишів (блоків) і наконечника відповідно. Це призводить до розтріскування і оплавлення зварювальних швів при роботі головки фурми у високотемпературному і агресивному середовищі і, як наслідок, до появи течі води у зазначених місцях зварювання. Крім того, в процесі експлуатації верхньої фурми під дією термомеханічних напружень, що виникають в тілі фурменої головки, соплові вкладиші (блоки) "вириває" з наскрізних отворів в наконечнику, порушуючи тим самим герметичність зварювальних з'єднань соплових вкладишів (блоків) із наконечником фурменої головки, що призводить до повної непридатності головки верхньої фурми для її подальшої експлуатації. Найбільш близьким до описуваного винаходу за технічною суттю є «Головка з центральним соплом до фурм з центральним підведенням води» (деклараційний патент України 53873, С21С 5/48, від 17.02.2003 р.), яка містить сопла з обичайкою, які приварені до наконечника зовнішніми зварювальними швами; за досягуваним результатом є «Багатосоплова головка фурми» (а.с. СРСР 1652358, С 21 С 5/48, від 30.05.1991 р.), яка містить сопла, днище (наконечник), муфту (верхню тарілку) і роздільник, центральна частина наконечника при цьому з'єднана з верхньою тарілкою головки за допомогою стяжки. Наявність стяжки покликана усунути теплові деформації наконечника, намагаючись таким чином зберегти цілісність зварювальних швів, що утримують соплові вкладиші (блоки) в наскрізних отворах наконечника фурменої головки. Однак, патент України 53873 має зовсім інший технічний результат, причому сопла приварені до наконечника тільки зовнішнім зварювальним швом, а недолік а.с. СРСР 1652358 є низька жорсткість конструкції фурменої головки на її периферії, де і розташовані соплові вкладиші (блоки), що майже не оберігає наконечник фурменої головки від розтріскування і оплавлення ділянок зварювання навколо сопел на зовнішній поверхні наконечника і від "виривання" соплових вкладишів (блоків) з наскрізних отворів в наконечнику в результаті виникаючих в процесі експлуатації верхньої фурми термомеханічних напружень, яких не вдається уникнути, внаслідок чого вони деформують зварну конструкцію фурменої головки, головним із слабких місць якої є зовнішні зварювальні шви навколо соплових вкладишів (блоків) на зовнішній поверхні наконечника головки. У основу цього винаходу поставлена задача вдосконалення зварної конструкції фурменої головки верхнього дуттьового пристрою шляхом збільшення опірності її конструкції термомеханічним навантаженням за рахунок підвищення жорсткості зварювальних з'єднань соплових вкладишів (блоків) з наконечником головки верхньої фурми, внаслідок чого значно підвищується стійкість зварних конструкцій головок верхній кисневих фурм і суттєво подовжується їх термін служби. Поставлена задача вирішується тим, що у зварній фурменій головці, яка містить наконечник з наскрізними отворами із вставленими в них сопловими вкладишами (блоками) і закріпленими 1 UA 102439 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ззовні наконечника зварювальними швами, згідно з винаходом, кожний сопловий вкладиш (блок) вставлений у наскрізний отвір ззовні та має на своєму зовнішньому кінці кругову обичайку, діаметр якої більше діаметра соплового вкладиша (блока) і посаджену врівень із зовнішньою поверхнею наконечника у посадочні місця, які виконані на зовнішній поверхні наконечника коаксіально наскрізним отворам, при цьому бокова поверхня соплових вкладишів (блоків) додатково закріплена за допомогою зварювальних швів до внутрішньої поверхні наконечника. У посадочних місцях між зовнішньою поверхнею наконечника та внутрішньою поверхнею обичайки соплових вкладишів (блоків) можуть знаходитися термоводостійкі герметик та/або клей. У посадочних місцях між зовнішньою поверхнею наконечника та внутрішньою поверхнею обичайки соплових вкладишів (блоків) може бути встановлена термоводостійка ущільнювальна прокладка. Наявність кругової обичайки більшого діаметру на зовнішньому кінці соплових вкладишів (блоків) дозволить надійно закріпити соплові вкладиші (блоки) у отворах наконечника фурменої головки та виключити їх "виривання" з цих отворів при зміщенні наконечника головки назовні, що викликано термічним подовженням зовнішньої труби верхньої фурми у процесі експлуатації дуттьового пристрою, а також при різних термомеханічних деформаціях фурменої головки, що дозволить запобігти порушенню цілісності зовнішніх зварювальних швів навколо сопел, які утримують соплові вкладиші (блоки) у отворах наконечника фурменої головки. Причому, додаткове скріплення бокової поверхні кожного соплового вкладиша (блока) із внутрішньою поверхнею наконечника внутрішніми зварювальним швом істотно підвищить жорсткість з'єднання соплових вкладишів (блоків) з наконечником і, тим самим, значно подовжить час експлуатації головки до появи тріщин в зовнішніх зварювальних швах, а також дозволить експлуатувати фурмену головку навіть при порушенні цілісності зовнішніх зварювальних швів (при їх розтріскуванні і оплавленні). Невиконання кожної з цих вимог приведе до послаблення кріплення соплових вкладишів (блоків) в наконечнику головки верхньої фурми за рахунок: зменшення опору фурменої головки термомеханічним напруженням, зниження жорсткості зварювальних з'єднань соплових вкладишів (блоків) з наконечником, відсутності герметичності, що негативно відіб'ється на стійкості головок верхніх фурм і терміні їх служби. Найкращий варіант використання винаходу здійснюється при використанні додаткових ознак залежних пунктів формули, а саме: при наявності у посадочних місцях наконечника термоводостійких ущільнювальної прокладки, герметика, клею дозволить ущільнити зазор між поверхнями соплових вкладишів (блоків) і наконечника, а також додатково скріпити зазначені деталі між собою, усуваючи також течу води з наконечника навіть при порушенні цілісності зовнішніх та внутрішніх зварювальних швів. На фіг. 1 зображена головка до верхньої фурми з центральним підведенням кисню, на фіг. 2 зображені сопловий вкладиш (блок) 1 з обичайкою 2, наскрізний отвір 3 з посадочним місцем 4, які виконані в наконечнику 5 фурменої головки, та ущільнювальна прокладка 6, на фіг. 3 - спосіб кріплення соплового вкладиша (блока) 1, який вставлений ззовні наконечника 5 в його наскрізний отвір 3 з посадкою обичайки 2 врівень із зовнішньою поверхнею наконечника 5 у посадочне місце 4, при цьому сопловий вкладиш (блок) 1 скріплений з наконечником 5 круговими зварювальними швами - зовнішнім 7 та внутрішнім 8. Зварную фурмену головку складають наступним чином. Кожний сопловий вкладиш (блок) 1 уставляють ззовні наконечника 5 у наскрізні отвори 3, які виконані у наконечнику 5, таким чином, щоб обичайка 2 увійшла до посадочного місця 4, при цьому зовнішня поверхня обичайки 2 повинна бути встановлена врівень із зовнішньою поверхнею наконечника 5. Для герметизації зазорів між обичайками 2 соплових вкладишів (блоків) 1 та поверхнею наконечника 5 у посадочних місцях 4 на кожний сопловий вкладиш (блок) 1 попередньо надівається ущільнювальна прокладка 6 та/або на стичні поверхні посадочного місця 4, обичайки 2 та/або ущільнювальної прокладки 6 можна попередньо тонким шаром нанести термоводостійкі герметик та/або клей. Обичайки 2 соплових вкладишів (блоків) 1 у максимальній мірі притискаються до посадочних місць 4 наконечника 5 і бокова поверхня кожного соплового вкладиша (блока) 1 приварюється до внутрішньої поверхні наконечника 5 внутрішнім зварювальним швом 8, а потім сопловий вкладиш (блок) 1 приварюється до зовнішньої поверхні наконечника 5 зовнішнім зварювальним швом 7, що з'єднує обичайку 2 із зовнішньою поверхнею наконечника 5. Зварювання здійснюють в захисному газовому середовищі (аргоні) з попереднім розігріванням соплових вкладишів (блоків) 1 і наконечника 5 у 2 UA 102439 C2 5 зборі (тобто соплові вкладиші або блоки 1 мають бути вставлені в наскрізні отвори 3 у наконечнику 5 і притиснуті обичайками 2 до посадочних місць 4 в наконечнику 5). Використання запропонованої зварної конструкції фурменої головки дозволить значно підвищити стійкість і надійність зварних головок до верхніх дуттьових пристроїв і суттєво підвищити термін їх експлуатації, отримавши при цьому економічний ефект. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 1. Зварна фурмена головка, що містить наконечник з наскрізними отворами із вставленими в них сопловими вкладишами (блоками) і закріпленими ззовні наконечника зварювальними швами, яка відрізняється тим, що кожний сопловий вкладиш (блок) вставлений у наскрізний отвір ззовні та має на своєму зовнішньому кінці кругову обичайку, діаметр якої більше діаметра соплового вкладиша (блока) і посаджену врівень із зовнішньою поверхнею наконечника у посадочні місця, які виконані на зовнішній поверхні наконечника коаксіально наскрізним отворам, при цьому бокова поверхня соплових вкладишів (блоків) додатково закріплена за допомогою зварювальних швів до внутрішньої поверхні наконечника. 2. Зварна фурмена головка за п. 1, яка відрізняється тим, що у посадочних місцях між зовнішньою поверхнею наконечника та внутрішньою поверхнею обичайки соплових вкладишів (блоків) додатково передбачені термоводостійкі герметик та/або клей. 3. Зварна фурмена головка за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що у посадочних місцях між зовнішньою поверхнею наконечника та внутрішньою поверхнею обичайки соплових вкладишів (блоків) додатково передбачена термоводостійка ущільнювальна прокладка. 3 UA 102439 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4