Головка фурми із сопловими компенсаторами

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до конструкцій верхніх дуттьових пристроїв для продувки розплавів газами. Головка фурми з сопловими компенсаторами містить наконечник, що виконаний суцільно з дуттьовими соплами, розсікач і колектор, у колекторі виконані наскрізні отвори для підведення газу у дуттьові сопла за кількістю дуттьових сопел у головці, а дуттьові сопла у своїй верхній частині мають штоки, які співвісно входять до наскрізних отворів для підведення газу, що виконані у колекторі, при цьому осі утворюваних телескопічних соплових з'єднань паралельні вертикальній осі верхньої фурми, а як ущільнювачі утворюваних зазорів між зовнішніми поверхнями штоків дуттьових сопел та поверхнями наскрізних отворів для підведення газу у колекторі, застосовують кільця з будь-якого матеріалу. Штоки дуттьових сопел можуть представляти собою окремі деталі і бути з'єднані з дуттьовими соплами за допомогою зварного та/або різьбового з'єднань. Винахід забезпечує повне гасіння термічних напружень, що виникають у конструкції верхньої фурми при її експлуатації, багаторазове використання на наступних фурмених головках колектора разом зі штоками соплових компенсаторів з підвищенням строку експлуатації верхніх фурм, зниження витрати матеріалів і людино-годин на виготовлення компенсаторів і заміну наконечників у головці фурми. UA 112683 C2 (12) UA 112683 C2 UA 112683 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до конструкцій верхніх дуттьових пристроїв для продувки розплавів газами, та направлений на подальше удосконалення їхніх конструкцій. Зазвичай верхня дуттьова 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 зовнішньої труби, що призводить до розриву внутрішніх труб, тріщин зварних з'єднань, і, як наслідок, до виходу верхньої фурми з ладу, а нерідко - до великих аварій в цеху. Щоб уникнути тріщин, розривів місць зварювання і самих внутрішніх труб, на останніх встановлюють спеціальні компенсаційні пристрої - у фурмах з центральним підведенням кисню на центральній трубі встановлюють 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, Фіг. 10]. На первісному етапі розвитку конвертерного виробництва застосовували верхні фурми із сальниковим компенсатором, який монтувався на зовнішній трубі верхньої фурми в самому верху дуттьового пристрою [Металлургия стали / В.И.Явойский, С.Л.Левин, В.И.Баптизманский и др. II Под ред. В.И.Явойского и Г.Н.Ойкса.- М.: Металлургия, 1973, стор.645, рис.338]. Проте, дані конструкції були дуже складні і громіздкі, значно обважнювали конструкцію верхньої фурми, в процесі роботи характеризувалися низьким ступенем надійності, були украй незручні при ремонтах і ревізіях, що зумовило відмову від них з подальшим застосуванням в конструкціях верхніх фурм більш 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 (сильфонними) 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 на їх поверхні. Крім того, в результаті перетисків металошлангових рукавів із-за неурівноваженості тисків води і кисню виникають гідравлічні або пневматичні удари по поверхнях сильфонів з подальшим виходом з ладу дуттьового пристрою із-за розривів металорукавів 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", патент України № 47733 С2, 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 рознімним патрубком, , що містить в місці рознімання сальникове ущільнення у вигляді кільця з фторопласту. Недоліком цього компенсаційного пристрою телескопічного типу з сальниковим ущільненням є складність виконання рознімного 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 необхідність виконання компенсаторів з більш дорожчих матеріалів (нержавіюча сталь, мідь та ін.), обов'язковість застосування високоточної і складної механічної обробки при виготовленні деталей компенсатора, які потім повторно не 1 UA 112683 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 використовуються. Крім того, внаслідок великих розмірів цих компенсуючих пристроїв і ущільнювальних кілець до них можливі перекоси деталей у конструкціях компенсаторів при експлуатації дуттьових пристроїв, що значно знижує ефективність роботи компенсаторів або взагалі призводить до їх неробочого стану (заклинення штока у гільзі). Відомі конструкції дуттьових пристроїв ["фурма для продувки", а.с. СРСР № 390154, С 21 С 5/48, 1973р.; "фурма для продувки металу", а.с. СРСР № 466282, С 21 С 5/48, 1975р.; "наконечник киснево-конвертерної фурми", патент РФ № 2051974, С 21 С 5/48, 1996р.], в яких стінки всіх дуттьових сопел оснащені еластичними (гофроутворювальними) елементами (сильфонами) з метою зниження жорсткості сопел, які можуть змінювати свій кут нахилу до вертикальної осі фурми, одночасно створюючи можливість подовження зовнішньої труби верхньої фурми без розривів її внутрішніх труб та інших місць зварки, тим самим, відмовитися від використання компенсаторів термічних напружень, що встановлюються на трубах фурми. Недоліки цих компенсуючих пристроїв аналогічні описаним вище недолікам усіх конструкцій верхніх фурм з металошланговими (сильфонними) компенсаторами, що встановлені на їх трубах. При цьому внаслідок розташування сильфонів на соплах під кутом до вертикальної осі фурми, вигини і перегини соплових сильфонів виникають набагато частіше, ніж сильфонів, які розташовані на трубах фурми вертикально, що дуже різко знижує ресурс експлуатації верхнього дуттьового пристрою - набагато частіше виникає деформація і перетирання соплових еластичних елементів, що постійно призводить до порушення їх цілісності і виникнення тріщин на їх поверхні. Найбільш близьким до описуваного винаходу за технічною суттю та досягуваним результатом є "наконечник кисневої фурми" [а. с. СРСР № 1164277, С 21 С 5/48, 1985р.], у якому сопло з'єднано рухомо через компенсатор (сильфон) з основою (колектором) кисневої (центральної) труби фурми, при цьому вертикальні осі цих сильфонних компенсаторів паралельні вертикальній осі самої верхньої фурми. Термічні деформації супроводжуються зміною положення сопел, які можуть переміщуватися в будь-якому напрямку в межах працездатності компенсатора. Рухомі з'єднання сопел з колектором кисневої труби фурми дозволяє значно знизити термічні напруження і збільшити стійкість наконечників. Недоліком найближчого аналога є значна складність даної конструкції дуттьових сопел, а також дуже слабкі з'єднання сильфонних компенсаторів із дуттьовими соплами та колектором центральної труби фурми. Крім того, цим сопловим компенсаторам притаманні всі недоліки конструкцій верхніх фурм з металошланговими (сильфонними) компенсаторами, що встановлені на їх трубах, які описані вище. В основу винаходу поставлена задача удосконалення конструкції фурменої головки, в якій шляхом виконання телескопічного з'єднання дуттьових сопел з колектором досягається ефективна компенсація термічних напружень в головці фурми, які виникають внаслідок подовження зовнішньої труби, та збільшується строк експлуатації верхнього дуттьового пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що у головці фурми із сопловими компенсаторами, яка містить наконечник, що виконаний суцільно із дуттьовими соплами, розсікач і колектор, згідно із винаходом, у колекторі виконані наскрізні отвори для підведення газу у дуттьові сопла за кількістю дуттьових сопел у головці, а дуттьові сопла у своїй верхній частині мають штоки, які співвісно входять до отворів для підведення газу, що виконані у колекторі, при цьому осі утворюваних телескопічних соплових з'єднань паралельні вертикальній осі верхньої фурми, а як ущільнювачі утворюваних зазорів між зовнішніми поверхнями штоків дуттьових сопел та поверхнями отворів для підведення газу у колекторі, застосовують кільця з будь-якого матеріалу. Штоки дуттьових сопел можуть являти собою окремі деталі і бути з'єднані з дуттьовими соплами за допомогою зварного та/або різьбового з'єднань. Виконання цих вимог дозволить досить ефективно компенсувати термічні напруження у головці фурми, що викликані подовженням зовнішньої труби фурми, і відмовитися від великих та громіздких конструкцій компенсаторів, що встановлюються на трубах верхньої фурми. Найкращий варіант використання винаходу здійснюється при використанні додаткової ознаки залежного пункту формули. Це дозволяє значно спростити технологію виготовлення штампованих наконечників, суцільно з дуттьовими соплами та спростити збірку головок верхньої фурми. На фіг 1 зображена головка верхньої дуттьової фурми з центральним підведенням кисню та з сопловими компенсаторами телескопічного типу. Головка фурми складається з розсікача (обойми) 1; колектора (верхньої тарілки) 2; зовнішньої труби, яка утворює разом із проміжною трубою канал 3 для відведення води; проміжної труби, яка разом із центральною трубою 2 UA 112683 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 утворює канал 4 для підведення води; патрубка 5 розсікача 1 для телескопічного з'єднання з проміжною трубою; наконечника (нижньої чаші) 6 з дуттьовими соплами 7; центральної труби, яка утворює канал 8 підведення кисню; різьбового з'єднання 9 розсікача 1 з патрубком 5; центрального отвору 10 у розсікачі 1. На фіг 2 зображена головка верхньої дуттьової фурми з центральним підведенням води та з сопловими компенсаторами телескопічного типу. Головка фурми складається з розсікача (обойми) 1; колектора (верхньої тарілки) 2; зовнішньої труби, яка разом із проміжною трубою утворює канал 3 для відведення води; центральної труби, яка разом із центральним отвором у колекторі 2 утворює канал 4 для підведення води; патрубка 5 розсікача 1 для телескопічного з'єднання з проміжною трубою та колектором 2; наконечника (нижньої чаші) 6 з дуттьовими соплами 7; проміжної труби, яка разом із центральною трубою утворює канал 8 підведення кисню; різьбового з'єднання 9 розсікача 1 з патрубком 5; центрального отвору 10 у розсікачі 1.' Дуттьові сопла 7 у своїй верхній частині мають вертикально розташовану частину сопла шток 11, вісь якого чітко паралельна осі верхньої фурми. Шток 11 може бути виконаний суцільно із дуттьовим соплом 7 або бути окремою деталлю, що з'єднана з дуттьовим соплом 7 за допомогою зварного та/або різьбового з'єднань. Колектор 2 має отвори 12, осі яких чітко паралельні осі верхньої фурми і до яких при збірці головки фурми входять штоки 11 дуттьових сопел 7. Штоки 11 або отвори 12 мають проточки для встановлення ущільнювальних кілець 13, що використовуються для герметизації зазорів між поверхнями штоків 11 та отворів 12. При цьому, якщо ущільнювальні кільця 13 кріпляться на штоках 11, то проточки (зовнішні) для розташування цих ущільнювальних кілець 13 виконуються у верхній частині штоків 11 для можливості руху ущільнювальних кілець 13 по поверхні отворів 12 при русі штоків 11 у отворах 12 (на фіг 1 і фіг 2 це дуттьові сопла, що розташовані справа від осі фурми). Якщо ущільнювальні кільця 13 кріпляться у отворах 12, то проточки (внутрішні) для розташування цих ущільнювальних кілець 13 виконуються у нижній частині отворів 12 для можливості руху штоків 11 в ущільнювальних кільцях 13 при русі штоків 11 у отворах 12 (на фіг 1 і фіг 2 це дуттьові сопла, що розташовані зліва від осі фурми). Головка фурми з сопловими компенсаторами працює наступним чином. При подовженні зовнішньої труби фурми наконечник 6 верхньої фурми разом із дуттьовими соплами 7 рухається униз, і штоки 11 також рухаються униз у отворах 12, тим самим, запобігаючи руху униз колектора 2 і розривам внутрішніх труб верхньої фурми, при цьому герметизацію зазорів між поверхнями штоків 11 та отворів 12 забезпечують ущільнювальні кільця 13, які встановлюються у зовнішніх проточках на штоках 11 або у внутрішніх проточках отворів 12. При подальшому охолодженні та укороченні зовнішньої труби фурми, штоки 11 головки фурми повертаються у свою первісну позицію, рухаючись уверх у отворах 12, тим самим запобігаючи руху уверх колектора 2 та розривам зварних швів у конструкції верхньої фурми. Таким чином, здійснюється повне гасіння термічних напружень, що виникають при подовженні та укороченні зовнішньої труби верхньої фурми. Потоки охолоджувача у головках фурми відмічено на фіг 1 та фіг 2 стрілками. Застосування запропонованих конструкцій головок фурм із сопловими компенсаторами дозволить повністю гасити термічні напруження, що виникають у конструкції верхньої фурми при її експлуатації, багаторазово використовувати на наступних фурмених головках колектор разом із штоками соплових компенсаторів, що призведе до підвищення строку експлуатації верхніх фурм, до зниження витрати матеріалів і затрат людино-годин на виготовлення компенсаторів і заміну наконечників у головці фурми, дозволяючи, тим самим, отримати значний економічний ефект. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Головка фурми з сопловими компенсаторами, яка містить наконечник, що виконаний суцільно з дуттьовими соплами, розсікач і колектор, яка відрізняється тим, що у колекторі виконані наскрізні отвори для підведення газу у дуттьові сопла за кількістю дуттьових сопел у головці, а дуттьові сопла у своїй верхній частині мають штоки, які співвісно входять до наскрізних отворів для підведення газу, що виконані у колекторі, при цьому осі утворюваних телескопічних соплових з'єднань паралельні вертикальній осі верхньої фурми, а як ущільнювачі утворюваних зазорів між зовнішніми поверхнями штоків дуттьових сопел та поверхнями отворів для підведення газу у колекторі застосовують кільця з ущільнювального матеріалу. 2. Головка фурми з сопловими компенсаторами за п. 1, яка відрізняється тим, що штоки дуттьових сопел являють собою окремі деталі і з'єднані з дуттьовими соплами за допомогою зварного та/або різьбового з'єднань. 3 UA 112683 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 4