Фурмена головка зі знімними компенсаторами

Реферат: Винахід належить до чорної металургії, а зокрема до конструкцій фурмених пристроїв для продувки розплавів газами. Заявлено фурмену головку зі знімними компенсаторами, яка має центральне підведення води і містить соплові вкладиші або блоки, наконечник (нижню чашу), колектор (верхню чашу), зовнішній патрубок, два телескопічні компенсатори - центральний і периферійний, кожен з яких складається з двох телескопічно зчленованих між собою циліндричних патрубків (внутрішнього - штока і зовнішнього - гільзи) зі встановленими ущільнювальними кільцями в канавках, що виконані на штоках центрального та периферійного компенсаторів. Шток і гільза центрального компенсатора з'єднані за допомогою різьбових з'єднань відповідно з колектором фурменої головки і з центральною трубою верхньої фурми або навпаки - відповідно з центральною трубою верхньої фурми і з колектором фурменої головки. Шток і гільза периферійного компенсатора можуть бути з'єднані за допомогою різьбових з'єднань відповідно з колектором фурменої головки і з проміжною трубою верхньої фурми або навпаки - відповідно з проміжною трубою верхньої фурми і з колектором фурменої головки. Різьбові з'єднання можуть містити герметик та/або ущільнювальні прокладки. Застосування запропонованих конструкцій дозволить багаторазово використовувати телескопічні компенсатори термічних напружень. UA 105326 C2 (12) UA 105326 C2 UA 105326 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до чорної металургії, а зокрема до конструкцій фурмених пристроїв для продувки розплавів газами, і спрямований на подальше удосконалення їх конструкцій. Зазвичай верхня продувальна фурма містить у своїй конструкції один або декілька компенсаторів термічних напружень, що викликано нагрівом і подовженням зовнішньої труби фурми в процесі продувки. Розтягуючись, зовнішня труба, що приварена до головки фурми, "тягне" за собою і внутрішні (центральну і проміжні) труби, які також приварені до фурменої головки. Їх відносне подовження в процесі продувки менше, ніж у зовнішній трубі, що призводить до розриву внутрішніх труб, тріщин зварних з'єднань, у тому числі соплових вкладишів або блоків з іншими складовими фурменої головки і, як наслідок, до виходу верхньої фурми з ладу, а нерідко - до великих аварій в цеху. Щоб уникнути тріщин і розривів місць зварювання, а також самих внутрішніх труб, на останніх встановлюють спеціальні компенсаційні пристрої - у фурмах з центральним підведенням кисню на центральній трубі ставлять сильфонний компенсатор (гнучкий гофрований металевий шланг - металорукав), а на проміжній трубі - телескопічний компенсатор (типу "труба в трубі"); у дуттьових пристроях з центральним підведенням води на центральній і проміжній трубах встановлюють по одному сильфонному компенсатору [Якушев A.M. Справочник конвертерщика, 1990, стор.94, рис. 10]. На первісному етапі розвитку конвертерного виробництва застосовували верхні фурми із сальниковим компенсатором, який монтувався на зовнішній трубі верхньої фурми в самій угорі дуттьового пристрою [Металлургия стали / В.И.Явойский, С.Л.Левин, В.И.Баптизманский и др. // Под ред. В.И.Явойского и Г.Н.Ойкса. - М.: Металлургия, 1973, стор. 645, рис. 338]. Проте, дані конструкції дуже складні і громіздкі, значно обважнюють конструкцію фурми, в процесі роботи характеризуються низьким ступенем надійності, украй незручні при ремонтах і ревізіях, що зумовило відмову від них і застосування в конструкціях верхніх фурм простіших і легковагих сильфонних металорукавів. Також відома фурма [а.с. СРСР № 204354, С 21 С 5/48, 1967], що складається з трьох труб (фурма з центральною подачею кисню), що вставлені одна в одну з проміжками для подачі кисню і охолоджувача, і наконечника з компенсатором, останній з яких розташований на центральній трубі і виконаний у вигляді сильфона із зовнішнім металевим обплетенням. Недоліком усіх конструкцій верхніх фурм з металошланговими компенсаторами полягає в експлуатаційній ненадійності сильфонних металорукавів, що призводить до низької стійкості компенсаторів і незадовільної роботи дуттьових пристроїв. Це викликано деформацією і перетиранням металорукавів із-за їх частих нерівномірних вигинів і перегинів, що призводить до порушення цілісності сильфонів і виникненню тріщин. Крім того, в результаті перетисків металошлангових рукавів із-за неурівноваженості тисків води і кисню виникають гідравлічні або пневматичні удари по поверхнях сильфона з подальшим виходом з ладу дуттьового пристрою із-за розривів металорукава в місцях удару. Відомі конструкції, в яких металорукави захищені від гідравлічних або пневматичних ударів спеціальним додатковим зовнішнім [фурма для продувки металу, а.с. СРСР № 985060, С 21 С 5/48, 1982; киснева фурма, патент Росії на корисну модель № 62928, С 21 С 5/48, 2006; киснева фурма, патент Росії на корисну модель № 67090, С 21 С 5/48, 2007; киснева фурма, патент Росії на корисну модель № 68697, G 01 N 25/00, С 21 С 5/48, 2007] або внутрішнім [компенсатор фурми, деклараційний патент України № 47733, С 21 С 5/48, 2001] металевими каркасами. Проте, це значно обважнює і дещо ускладнює конструкцію верхньої фурми і призводить, у свою чергу, до необхідності виконання додаткових робіт по виготовленню і установці цих каркасів на верхній фурмі. Відома водоохолоджувана фурма [а.с. СРСР № 1020438, С 21 С 5/48, 1981], в якій головка фурми виконана з роз'ємним патрубком, що містить в місці роз'єму сальникове ущільнення у вигляді кільця з фторопласту. Недоліком цього незнімного компенсаційного пристрою телескопічного типу з сальниковим ущільненням є складність виконання роз'ємного патрубка і необхідність частих підтяжок сальникового ущільнення, що викликані послабленням сальника в процесі експлуатації фурми. Також відома фурма для продувки розплавів металу [патент СРСР № 1813101, С 21 С 5/48, 1990], в якій для компенсації поздовжніх подовжень зовнішньої труби використовуються пристрої телескопічного типу з гумовими ущільнювальними кільцями стандартного виконання і без кілець відповідно на центральній і проміжній трубах, що дозволяє набагато простіше здійснювати заміну фурмених головок, що вийшли з ладу, і легко виконувати профілактичні роботи по обслуговуванню компенсаційних пристроїв. Недоліком даної конструкції фурми є неможливість повторного (тобто на наступних конструкціях фурмених головок та інших верхніх фурмах) використання компенсаторів, що виконані з більш дорожчих матеріалів (нержавіюча сталь, мідь та ін.) і мають високоточну і 1 UA 105326 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 складну механічну обробку. Крім того, дана система компенсації може застосовуватися тільки в фурмах та фурмених головках з центральним підведенням кисню і неприйнятна для пристроїв з центральним підведенням води. Найбільш близьким до описуваного винаходу за технічною суттю і досягуваним результатом є компенсатор фурми [деклараційний патент України на корисну модель № 19464, С 21 С 5/48, 2006], який складається з двох телескопічно з'єднаних за допомогою гумових ущільнювальних кілець порожнистих циліндрів, нижній з яких з'єднаний нерознімно з корпусом головки, а верхній нерознімно з'єднаний з нижнім кінцем внутрішньої труби. Недоліком прототипу є повна неможливість повторного використання на наступних головках та інших фурмах компенсаторів, які мають високу вартість в результаті виготовлення їх шляхом високоточної і складної механічної обробки з коштовних нержавіючих матеріалів (легована сталь, мідь та ін.), в результаті нерознімного з'єднання складових компенсаторів з корпусом головки і нижнім кінцем труб фурми. У основу цього винаходу поставлена задача удосконалення конструкції фурменої головки, в якій шляхом виконання складових частин компенсатора (штока і гільзи) знімними, досягається їх багаторазове повторне використання на наступних фурмених головках та інших верхніх фурмах, що призведе до значного зниження витрат трудових і матеріальних ресурсів. Поставлена задача вирішується тим, що в фурменій головці зі знімними компенсаторами, яка має центральне підведення води і містить соплові вкладиші або блоки, наконечник (нижню чашу), колектор (верхню чашу), зовнішній патрубок, два телескопічні компенсатори центральний і периферійний, кожен з яких складається з двох телескопічно зчленованих між собою циліндричних патрубків (внутрішнього - штока і зовнішнього - гільзи) зі встановленими ущільнювальними кільцями в канавках, що виконані на штоках центрального та периферійного компенсаторів, згідно з винаходом, шток і гільза центрального компенсатора з'єднані за допомогою різьбових з'єднань відповідно з колектором фурменої головки і з центральною трубою верхньої фурми або навпаки - відповідно з центральною трубою верхньої фурми і з колектором фурменої головки. Шток і гільза периферійного компенсатора можуть бути з'єднані за допомогою різьбових з'єднань відповідно з колектором фурменої головки і з проміжною трубою верхньої фурми або навпаки - відповідно з проміжною трубою верхньої фурми і з колектором фурменої головки. Різьбові з'єднання можуть містити герметик та/або ущільнювальні прокладки. Різьбові з'єднання складових частин центрального компенсатора з колектором фурменої головки та з центральною трубою фурми дозволяють викручувати складові частини центрального компенсатора з фурмених головок і з верхніх фурм, що вийшли з ладу, багаторазово використовуючи їх в подальшому на інших головках та/або фурмах, замінюючи тільки відпрацьовані ущільнювальні кільця і прокладки, що зробилися непридатними. Невиконання кожної з цих вимог призведе до неможливості викручування складових центрального компенсатора, що зробить неможливим повторне багаторазове використання їх на наступних фурмених головках та на інших верхніх фурмах. Найкращий варіант використання винаходу здійснюється при використанні додаткових ознак залежних пунктів формули, а саме: наявність різьбових з'єднань складових частин периферійного компенсатора з колектором фурменої головки та з проміжною трубою фурми дозволить також багаторазово використовувати їх в подальшому на інших фурмених головках та/або фурмах, замінюючи тільки відпрацьовані ущільнювальні кільця і прокладки, що зробилися непридатними; наявність ущільнювальних прокладок та/або герметика в різьбових з'єднаннях дозволяє герметизувати різьбові з'єднання і проміжки між з'єднуваними деталями, таким чином, усуваючи можливість попадання охолоджувальної води до тракту подання кисню, тим самим значно підвищуючи вибухобезпечність конструкцій верхніх дуттьових пристроїв. На фіг. 1-фіг. 4 зображені головки фурми з центральним підведенням води, в яких компенсатори встановлені однотипно (фіг. 1, фіг. 4) і протилежно один одному (фіг. 2, фіг. 3). Фурмені головки мають наконечник 1, сопла 2, колектор 4, зовнішній патрубок 5, центральний телескопічний компенсатор, що складається з: штока 6, з'єднаного з колектором 4 (фіг. 1, фіг. 2) або з центральною трубою фурми 10 (фіг. 3, фіг. 4) за допомогою різьбових з'єднань відповідно 7 або 11, які містять герметик з ущільнювальними прокладками 8, гільзи 9, з'єднаної з центральною трубою фурми 10 (фіг. 1, фіг. 2) або з колектором 4 (фіг. 3, фіг. 4) за допомогою різьбових з'єднань відповідно 11 або 7, які містять герметик з ущільнювальними прокладками 8, ущільнювальних кілець 12, розташованих в канавках штока 6; периферійний телескопічний компенсатор, що складається з: штока 13, з'єднаного з колектором 4 (фіг. 1, фіг. 3) або з проміжною трубою фурми 16 (фіг.2, фіг. 4) за допомогою різьбових з'єднань відповідно 14 або 17, які містять герметик з ущільнювальними прокладками 8, гільзи 15, з'єднаної з 2 UA 105326 C2 5 10 15 20 25 проміжною трубою фурми 16 (фіг. 1, фіг. 3) або з колектором 4 (фіг. 2, фіг. 4) за допомогою різьбових з'єднань відповідно 17 або 14, які містять герметик з ущільнювальними прокладками 8, ущільнювальних кілець 18, розташованих в канавках штока 13. Позитивний ефект досягається наступним чином. При виході з ладу фурменої головки та/або самої верхньої фурми, головка зрізується з фурми (обрізується зовнішній шов 3, що з'єднує зовнішній патрубок головки 5 із зовнішньою трубою фурми 19). Фурмена головка відділяється від стовбура верхньої фурми шляхом витягування штоків 6, 13 компенсаторів з їх гільз 9, 15 відповідно. Штоки 6, 13 і гільзи 9, 15 компенсаторів від'єднуються (відкручуються) від колектора 4 відпрацьованої головки та/або від центральної 10 і проміжної 16 труб фурми. Різьби очищуються і покриваються герметиком, замінюються усі ущільнювальні прокладки 8. Штоки 6, 13 і гільзи 9, 15 укручуються в колектор 4 нової головки та/або у внутрішні труби 10, 16 іншої фурми. Виконується заміна усіх ущільнювальних кілець 12, 18, що розташовані відповідно в канавках штоків 6, 13. Штоки 6, 13 вводять відповідно у гільзи 9, 15 телескопічних компенсаторів фурми. Фурмена головка вдавлюється до зіткнення зовнішнього патрубка головки 5 із зовнішньою трубою фурми 19, потім здійснюється зварювання зовнішнього патрубка головки 5 до зовнішньої труби фурми 19 зовнішнім зварювальним швом 3. Таким чином, здійснюється багаторазове використання одних і тих же компенсаторів термічних напружень при виході з ладу фурменої головки і при установці нової головки на верхню фурму, а також при заміні самої верхньої фурми в результаті виходу її з ладу. Застосування запропонованих конструкцій фурмених головок зі знімними компенсаторами до верхніх продувальних пристроїв дозволить багаторазово використовувати телескопічні компенсатори термічних напружень на наступних фурмених головках та інших верхніх фурмах, що призведе до зниження витрати матеріалів і затрат людино-годин на виготовлення і заміну компенсаторів, дозволяючи отримати значний економічний ефект. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 1. Фурмена головка зі знімними компенсаторами, яка має центральне підведення води і містить соплові вкладиші або блоки, наконечник (нижню чашу), колектор (верхню чашу), зовнішній патрубок, два телескопічні компенсатори - центральний і периферійний, кожен з яких складається з двох телескопічно зчленованих між собою циліндричних патрубків (внутрішнього штока і зовнішнього - гільзи) зі встановленими ущільнювальними кільцями в канавках, що виконані на штоках центрального і периферійного компенсаторів, яка відрізняється тим, що шток і гільза центрального компенсатора з'єднані за допомогою різьбових з'єднань відповідно з колектором фурменої головки і з центральною трубою верхньої фурми або навпаки - відповідно з центральною трубою верхньої фурми і з колектором фурменої головки. 2. Фурмена головка за п. 1, яка відрізняється тим, що шток і гільза периферійного компенсатора з'єднані за допомогою різьбових з'єднань відповідно з колектором фурменої головки і з проміжною трубою верхньої фурми або навпаки - відповідно з проміжною трубою верхньої фурми і з колектором фурменої головки. 3. Фурмена головка за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що різьбові з'єднання містять герметик та/або ущільнювальні прокладки. 3 UA 105326 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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