Кільцева вогнетривка фурма

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до конструкцій дуттьових пристроїв, які розташовуються у футерівці металургійних агрегатів та застосовуються для подачі нейтральних (інертних) газів до рідкої металевої ванни для її перемішування. Кільцева вогнетривка фурма містить сопло типу «труба в трубі» з коаксіальним розташуванням труб для утворення кільцевого зазору, при цьому внутрішня труба (2) містить вогнетривкий матеріал (3), у вигляді центрального стрижня, а зовнішня труба (4) має патрубок підведення газу (6), сопло типу «труба в трубі» розміщено у вогнетривкому блоці (1), діаметр якого становить не менше 4-х діаметрів зовнішньої труби (4) сопла, товщина стінок труб сопла становить не менше 3-х мм, а діаметр центрального стрижня становить не менше 5-ти розмірів кільцевого зазору. Вогнетривкий блок (1) розміщений у трубі (9), що є зовнішньою до труби (4), та може бути виконаний пористим. Центральний стрижень може бути закріплений у фланці (7) зовнішньої труби (4) з можливістю руху відносно осі фурми. Зовнішня труба (9) фурми може бути розміщена біля труби (10), яка вмонтована до футерівки агрегату. Винахід забезпечує підвищення ефективності роботи фурм для подачі інертних (нейтральних) газів на перемішування ванни, стійкості дуттьових пристроїв та зниження собівартості металу, що виплавляється. UA 112728 C2 (12) UA 112728 C2 UA 112728 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до конструкцій дуттьових пристроїв, які розташовуються у футерівці металургійних агрегатів та застосовуються для подачі нейтральних (інертних) газів до рідкої металевої ванни для її перемішування. Відома фурма для рафінування рідкого металу (заявка Японії № 57-9820, С21С 5/48, 1982), що являє собою кільцеву фурму, яка утворена вогнетривким циліндричним стовпчиком та циліндричним кільцем, які опираються на плити корпусу розподільної коробки. Відомий пристрій для введення газу до рідкого металу (патент США № 4483520, С21С 5/48, 1984), який складається з вогнетривкого блока, в якому виконана порожнина у формі зрізаного конуса, усередині порожнини з зазором розташовано центральне тіло з вогнетривкого матеріалу, що за формою повторює форму порожнини. Недоліками зазначених двох винаходів є низька стійкість центрального вогнетривкого елемента фурм та вогнетривкої оболонки навколо нього внаслідок відсутності зміцнюючих металевих труб у їх конструкціях. Відоме сопло для вдування газів до металургійного агрегату (патент США № 4449701, С21С 5/48, 1984), яке являє собою елемент "труба у трубі", кільцевий зазор між трубами використовується для подачі газу, центральний канал внутрішньої труби заповнений вогнетривким матеріалом, торець сопла виступає з футерівки. Недоліком цього винаходу є низька стійкість центральної труби внаслідок того, що торець сопла виступає з футерівки, що призводить до низької стійкості дуттьового пристрою у цілому. Відома кільцева фурма (патент США № 4462824, С21С 5/34, 1984), прохідний переріз в якій утворюється між зовнішньою тонкостінною трубою та внутрішнім стрижнем, який отримують шляхом заповнення тонкостінної захисної труби вогнетривким матеріалом. Однак, застосування тонкостінних труб зменшує стійкість вогнетривких матеріалів кільцевої фурми внаслідок утворення в них за ходом технологічного процесу термічних напружень із-за радіального градієнта температур, який виникає у тілі вогнетривів за їх радіусом із-за охолоджувальної дії продувочного газу у кільцевому каналі, однак може бути значно знижений за рахунок зміни конструкції кільцевої фурми. Найбільш близькою до описуваного винаходу за технічною суттю і досягуваним результатом є фурма для донної продувки рідкого металу (патент США № 4417723, В22D 1/00, С21С 5/00, С21С 7/072, С21С 5/35, С21С 5/48, С22В 9/00, 1982), що має центральний циліндричний стрижень з вогнетривкого матеріалу, що поміщений у металеву оболонку; зазор між стрижнем та зовнішньою трубою (що його оточує), величину якого вибирають з наведених нерівностей, призначений для проходження газу, при продувці киснем фурма містить додаткову трубу, яка встановлена концентрично із стрижнем та трубою, що його оточує, таким чином, що між трубами утворюється зазор, який слугує каналом для проходження газу-охолоджувача. Недоліком цього винаходу є низька стійкість центрального вогнетривкого циліндричного стрижня внаслідок відсутності у його конструкції зміцнюючої металевої труби, а також низька стійкість навколо фурменої футерівки агрегату через відсутність у конструкції фурми вогнетривкого матеріалу між зовнішньою та додатковою трубами. В основу даного винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції кільцевої фурми, в якій шляхом застосування вогнетривкого блока та центрального стрижня певних розмірів, а також товстостінних труб досягається висока стійкість кільцевих фурм та забезпечується значне підвищення строку експлуатації футерівки агрегату внаслідок швидкої заміни фурм. Поставлена задача вирішується тим, що у кільцевій вогнетривкій фурмі, що містить сопло типу "труба в трубі" з коаксіальним розташуванням труб для утворення кільцевого зазору, при цьому внутрішня труба містить вогнетривкий матеріал, що являє собою центральний стрижень, а зовнішня труба має патрубок підведення газу, згідно з винаходом, сопло типу "труба в трубі" розміщено у вогнетривкому блоці, діаметр якого становить не менше 4-х діаметрів зовнішньої труби сопла, товщина стінок труб сопла становить не менше 3-х мм, а діаметр центрального стрижня становить не менше 5-ти розмірів кільцевого зазору. Вогнетривкий блок може бути розміщений у додатковій трубі, що являє собою зовнішню трубу фурми. Центральний стрижень може бути закріплений у фланці зовнішньої труби з можливістю руху відносно осі фурми. Зовнішня труба фурми може бути вміщена до труби (10), яка вмонтована до футерівки агрегату. Вогнетривкий блок може бути виконаний пористим. Виконання вогнетривкого блока діаметром не менше 4-х діаметрів зовнішньої труби сопла типу "труба в трубі" та застосування товщини стінки зовнішньої труби сопла типу "труба в трубі" менше 3-х мм дозволить значно зменшити значення виникаючих радіальних термічних напружень, відповідно, у футерівці агрегату навколо вогнетривкого блока та у тілі останнього за 1 UA 112728 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рахунок зниження градієнтів температур у зазначених зонах, що призведе до зменшення розтріскування вогнетривів блока та футерівки навколо нього. Виконання товщини стінок центральної труби сопла типу "труба в трубі" не менше 3-х мм, та діаметра центрального стрижня не менше 5-ти розмірів кільцевого зазору дозволить значно зменшити значення виникаючих у центральному стрижні значень радіальних термічних напружень за рахунок зниження градієнтів температур у вогнетривкому матеріалі центрального стрижня, що призведе до зменшення його розтріскування. Все це приведе до значного підвищення стійкості кільцевої фурми та підвищення строку експлуатації футерівки агрегату. Найкращий варіант використання винаходу здійснюється при використанні наступних додаткових ознак залежних пунктів формули: - розміщення вогнетривкого блока фурми у додатковій трубі збільшить термін служби дуттьового пристрою за рахунок підвищення міцності цього вогнетривкого блока; - виконання конструкції центрального стрижня з можливістю руху відносно осі фурми з закріпленням його у фланці зовнішньої труби дозволить підтримувати його довжину постійною у випадку спрацьовування центрального стрижня; - вміщення зовнішньої труби фурми, як з зазором, так і без зазору, до труби (10), яка вмонтована до футерівки агрегату, дозволить швидко здійснювати заміну зношених дуттьових пристроїв за ходом кампанії без руйнування футерівки агрегату за рахунок вільного вийняття вогнетривкого блока, що вміщений у трубу, з іншої труби, яка вмонтована до футерівки агрегату; - вміщення зовнішньої труби фурми з зазором до іншої труби, яка вмонтована до футерівки агрегату, дозволить, крім того, організувати додатковий захист вогнетривів фурми і навколо фурменої футерівки від зносу шляхом подачі захисного середовища або підігрітих газів через зазор між зовнішньою трубою фурми і трубою, що вмонтована до футерівки; - виконання вогнетривкого блока пористим дозволяє або підвищити ефективність охолодження вогнетриву фурми за рахунок подачі крізь нього захисного середовища, або знизити термічні напруження у матеріалі блока за рахунок подачі крізь нього підігрітого інертного (нейтрального) газу. Невиконання кожної з наведених вимог негативно позначиться на ефективності роботи кільцевої вогнетривкої фурми, на її стійкості та стійкості футерівки агрегату. На Фіг. 1 і Фіг. 2 зображені два варіанти виконання кільцевої вогнетривкої фурми. Фіг. 1 ілюструє дуттьовий пристрій без кільцевого зазору навколо вогнетривкого блока, Фіг. 2 - фурму з кільцевим зазором навколо вогнетривкого блока. Дуттьовий пристрій складається з вогнетривкого блока 1, двох коаксіальних труб, які розміщені у вогнетривкому блоці 1: внутрішньої труби 2, що заглушена вогнетривким матеріалом 3, та зовнішньої труби 4, утворюючи, таким чином, кільцеве сопло 5 типу "труба в трубі" для подачі газу до порожнини агрегату. Зовнішня труба 4 в нижній частині має патрубок 6 для підведення газу. Внутрішня труба 2 закріплена у фланці 7 за допомогою ущільнювальнозакріплювального пристрою 8 таким чином, що має змогу рухатися відносно осі фурми у продольному напрямку для можливості її подовження у випадку спрацьовування. Вогнетривкий блок 1 міститься у трубі, яка утворює зовнішню трубу 9 кільцевої фурми. Зовнішня труба 9 фурми вміщується до труби 10, що вмонтована до футерівки агрегату 11, без зазору (Фіг. 1) або з зазором 12 (Фіг. 2). У першому випадку (Фіг. 1) зазор заповнюється вогнетривкою масою 13. У другому випадку (Фіг. 2) труба 10, що вмонтована до футерівки агрегату 11, в нижній частині має патрубок 14 для підведення газу або захисного середовища. У обох конструкціях кільцева вогнетривка фурма має фланець 15, який кріпиться до труб 4 та 9 за допомогою зварки. Фланець 15 скріплений за допомогою болтового з'єднання 16 з фланцем 17, який скріплений за допомогою зварки з трубою 10, що дозволяє кріпити фурму до днища агрегата. З метою герметизації між фланцями 15 та 17 знаходиться ущільнююча прокладка 18. Для подачі газів крізь вогнетривкий блок 1, у випадку виконання його пористим та наявності зазору 12 між зовнішньою трубою 9 фурми та трубою 10, що вмонтована до футерівки агрегату 11 (Фіг. 2), зовнішня труба 9 фурми у своїй нижній частині має отвори 19. Труба 10, що вмонтована до футерівки агрегату 11, кріпиться за допомогою зварки до кожуха агрегату 20. Кільцева вогнетривка фурма працює наступним чином. Газ подається по патрубку 6 і виходить через кільцевий зазор 5 до расплаву. У випадку наявності кільцевого зазору 12 додатковий підігрітий газ або захисне середовище подається по патрубку 14 і виходить до розплаву через кільцевий зазор 12. Якщо вогнетривкий блок 1 виконаний пористим, то захисне середовище або підігрітий газ з кільцевого зазору 12 через отвори 19, що виконані у нижній частині зовнішньої труби 9, потрапляє до пор вогнетривкого блока 1, через які виходить до розплаву. У випадку спрацьовування внутрішньої труби 2 (центрального стрижня) у міжплавочні 2 UA 112728 C2 5 10 періоди ущільнювально-закріплювальний пристрій 8 послабляється і внутрішня труба 2 з вогнетривом 3 висовується у продовжньому напрямку уверх, таким чином, щоб робочий торець центрального стрижня знаходився на рівні торця вогнетривкого блоку 1, після чого внутрішня труба 2 знову закріплюється ущільнювально-закріплювальним пристроєм 8; це дозволяє підтримувати довжину внутрішньої труби 2 з вогнетривом 3 на постійному рівні. З метою запобігання затягуванню кільцевих сопел 5 та 12 металом та шлаком по них подається захисний газ. Застосування запропонованої конструкції кільцевої вогнетривкої фурми у металургійних агрегатах дозволить підвищити ефективність роботи фурм для подачі інертних (нейтральних) газів на перемішування ванни, що дозволить отримати значний економічний ефект в результаті підвищення стійкості дуттьових пристроїв, економії вогнетривких матеріалів, підвищення продуктивності агрегатів, зниження собівартості виплавлюваного металу та ін. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 1. Кільцева вогнетривка фурма, що містить сопло типу «труба в трубі» з коаксіальним розташуванням труб для утворення кільцевого зазору, при цьому внутрішня труба (2) містить вогнетривкий матеріал (3), що являє собою центральний стрижень, а зовнішня труба (4) має патрубок підведення газу (6), яка відрізняється тим, що сопло типу «труба в трубі» розміщено у вогнетривкому блоці (1), діаметр якого становить не менше 4-х діаметрів зовнішньої труби (4) сопла, товщина стінок труб сопла становить не менше 3-х мм, а діаметр центрального стрижня становить не менше 5-ти розмірів кільцевого зазору. 2. Фурма за п. 1, яка відрізняється тим, що вогнетривкий блок (1) розміщений у трубі (9), що є зовнішньою до труби (4). 3. Фурма за п. 1 або за п. 2, яка відрізняється тим, що центральний стрижень закріплений у фланці (7) зовнішньої труби (4) з можливістю руху відносно осі фурми. 4. Фурма за п. 2 або за п. 3, яка відрізняється тим, що додаткова зовнішня труба (9) фурми розміщена біля труби (10), яка вмонтована до футерівки агрегату. 5. Фурма за п. 4, яка відрізняється тим, що вогнетривкий блок (1) виконаний пористим. 3 UA 112728 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко 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