Зварна головка верхньої фурми

Реферат: Винахід належить до галузі чорна металургія. Зварна головка верхньої фурми містить наконечник із наскрізними отворами із вставленими до них сопловими вкладишами (блоками) та закріпленими зовні наконечника зварними швами, причому кожний сопловий вкладиш (блок) додатково прикріплений до внутрішньої поверхні наконечника за допомогою металевого кільця, яке надіто на сопловий вкладиш (блок) і закріплено за допомогою зварки з внутрішньою поверхнею наконечника і з бічною поверхнею соплового вкладиша (блока). Винахід дозволяє підвищити стійкість зварних конструкцій головок верхніх дуттьових пристроїв та значно збільшити строк їх служби. UA 113535 C2 (12) UA 113535 C2 UA 113535 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до чорної металургії, а саме - до верхніх дуттьових пристроїв для подачі технологічних газів зверху до порожнини сталеплавильного агрегату, і спрямований на удосконалення зварних конструкцій головок верхніх фурм з метою значного збільшення їх стійкості. Відомо безліч конструкцій багатосоплових зварних головок до верхніх фурм, в яких соплові вкладиші або блоки вставлені у наскрізні отвори наконечника фурменої головки і з'єднуються з наконечником за допомогою кругових зовнішніх зварних швів: [а.с. СРСР 183782, С21С 5/48, 1966; а.с. СРСР 193554, С21С 5/48, 1967; а.с. СРСР 208736, С21С 5/48, 1968; а.с. СРСР 208737, С21С 5/48, 1972; а.с. СРСР 237917, С21С 5/48, 1969; а.с. СРСР 266792, С21С 5/48, 1972; а.с. СРСР 570644, С21С 5/48, 1977; а.с. СРСР 707971, С21С 5/48, 1980; а.с. СРСР 715628, С21С 5/48, 1980; а.с. СРСР 859462, С21С 5/48, 1981; а.с. СРСР 973628, С21С 5/48, 1982; а.с. СРСР 1002366, С21С 5/48, 1983; а.с. СРСР 1047963 С21С 5/48; а.с. СРСР 1296595, С21С 5/48, 1987; а.с. СРСР 1330172, С21С 5/48, 1987; а.с. СРСР 1361177, С21С 5/48, 1987; а.с. СРСР 1423602, С21С 5/48, 1988; а.с. СРСР 1527280, С21С 5/48, 1989; а.с. СРСР 1615191,С21С 5/48, 1990; а.с. СРСР 1643617, С21С 5/48, 1991; а.с. СРСР 1652358, С21С 5/48, 1991; а.с. СРСР 1654345, С21С 5/48, 1991; патент Росії 2051974, С21С 5/48, 1996; патент Росії 2112048, С21С 5/48, 1998; деклараційний патент України 30410, С21С 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 з'єднання соплових вкладишів (чи блоків) з наконечником головки тільки лише за допомогою зовнішніх зварних швів, товщина яких часто приблизно удвічі менше товщини наконечника, а міцність зварних швів, до того ж, набагато нижче із-за пористої структури зварювальної міді у порівнянні з кованою або штампованою міддю наконечника і соплових вкладишів (блоків). Це призводить до розтріскування і розплавлення зварних швів при роботі головки фурми у високотемпературному агресивному середовищі і, як наслідок, до появи течі води у зазначених місцях зварювання. Крім того, у 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 зварних з'єднань вкладишів (блоків) з наконечником фурменої головки, що призводить до повної непридатності головки верхньої фурми для її подальшої експлуатації. Найбільш близьким до описуваного винаходу за технічною суттю та досягуваним результатом є "Фурмена головка підвищеної жорсткості" [деклараційний патент України 38980, С21С 5/48, від 15.05.2001 р.], яка містить наконечник, центральне, проміжне та зовнішнє перехідні кільця, сопла і колектор, в якій зовнішнє і проміжне перехідні кільця жорстко з'єднані між собою ребрами жорсткості, що встановлені в кільцевому зазорі, який утворений зазначеними перехідними кільцями; при цьому зовнішнє перехідне кільце може бути додатково з'єднано цими ж ребрами жорсткості з наконечником. Крім того, проміжне перехідне кільце може бути з'єднано з центральним перехідним кільцем ребрами жорсткості, які розташовані в кільцевому зазорі, що утворений зазначеними перехідними кільцями, а центральне перехідне кільце, крім того, може додатково бути з'єднано з колектором також ребрами жорсткості. Наявність ребер жорсткості в конструкції зварної фурменої головки покликано усунути її теплову деформацію. Це дозволяє уникнути "виривання" соплових вкладишів (блоків) із наскрізних отворів у наконечнику в результаті виникаючих в процесі експлуатації верхньої фурми термомеханічних напружень в фурменій головці шляхом жорсткого фіксування (за рахунок ребер жорсткості) положення колектора і наконечника головки відносно один до одного, намагаючись, таким чином, зберегти цілісність зовнішніх зварних швів, які утримують соплові вкладиші (блоки) у наскрізних отворах наконечника фурменої головки. Недоліком найближчого аналога є відсутність додаткової фіксації самих фурмених вкладишів (блоків), нагрівання яких призводить до їх розширення та зміщення, що тягне за собою деформацію та розтріскування зовнішніх зварних швів, які утримують соплові вкладиші (блоки) у наскрізних отворах наконечника фурменої головки, причому зовнішні зварні шви, до того ж, зазнають сильного нагрівання та оплавлення внаслідок впливу на них агресивного високотемпературного середовища. В основу цього винаходу поставлена задача удосконалення конструкції зварної головки верхньої фурми шляхом більш надійного з'єднання соплових вкладишів (блоків) з наконечником фурменої головки за рахунок додаткової фіксації соплових вкладишів (блоків) в наскрізних отворах наконечника та збільшення жорсткості зварних з'єднань соплових вкладишів (блоків) з наконечником головки верхньої фурми, в результаті чого відчутно підвищується стійкість 1 UA 113535 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зварних конструкцій головок верхніх дуттьових пристроїв та значно збільшується строк їхньої служби. Поставлена задача вирішується тим, що у зварній головці верхньої фурми, що містить наконечник із наскрізними отворами із вставленими до них сопловими вкладишами (блоками) та закріпленими зовні наконечника зварними швами, згідно з винаходом, кожний сопловий вкладиш (блок) додатково скріплений з внутрішньою поверхнею наконечника за допомогою металевого кільця, яке надіто на сопловий вкладиш (блок) і закріплено за допомогою зварки з внутрішньою поверхнею наконечника та з бічною поверхнею соплового вкладиша (блока). Перед установкою металевого кільця кожний сопловий вкладиш (блок) може бути додатково скріплений за допомогою зварки з внутрішньою поверхнею наконечника. Металеве кільце може бути накручено по різьбі на сопловий вкладиш (блок). В кожному металевому кільці можуть бути виконані проточки для циркуляції охолоджувальної води. Між кожним металевим кільцем і внутрішньою поверхнею наконечника може бути установлена термоводостійка ущільнювальна прокладка і/або можуть знаходитися термоводостійкі герметик і/або клей. Додаткове скріплення кожного соплового вкладиша (блока) з внутрішньою поверхнею наконечника головки верхньої фурми за допомогою металевого кільця, яке надівається на сопловий вкладиш (блок) і закріпляється за допомогою зварки з внутрішньою поверхнею наконечника і з бічною поверхнею соплового вкладиша (блока), дозволить за рахунок цього більш жорстко закріпити соплові вкладиші (блоки) в тілі наконечника, який зазнає термомеханічних деформацій та зміщень в результаті подовження зовнішньої труби верхньої фурми, що викликано нагріванням труби в процесі експлуатації дуттьового пристрою. Це дозволить уникнути зміщення соплових вкладишів (блоків) у наскрізних отворах наконечника та їх "виривання" із останнього, запобігти порушенню цілісності зовнішніх зварних швів навколо соплових вкладишів (блоків), що значною мірою підвищить стійкість та вибухо-небезпечність конструкції головки верхньої фурми. При цьому також значно збільшиться ресурс використання зварної головки верхньої фурми за рахунок можливості експлуатувати головку верхньої фурми навіть при порушенні цілісності зовнішніх зварних швів (при їх розтріскуванні та оплавленні). Невиконання цих вимог призведе до послаблення з'єднань соплових вкладишів (блоків) із наконечником головки верхньої фурми за рахунок її низької жорсткості і до порушення герметичності зовнішніх зварних з'єднань соплових вкладишів (блоків) з наконечником, що негативно відіб'ється на стійкості головок верхніх фурм і терміні їхньої служби. Найкращий варіант використання винаходу здійснюється при використанні додаткових ознак залежних пунктів формули, а саме: додаткове попереднє скріплення кожного соплового вкладиша (блока) за допомогою зварки із внутрішньою поверхнею наконечника суттєво підвищить жорсткість з'єднання соплових вкладишів (блоків) з наконечником і, тим самим, значно подовжить час експлуатації головки до появи тріщин у зовнішніх зварних швах, а також дозволить довше експлуатувати фурмену головку, навіть при порушенні цілісності (при розтріскуванні та оплавленні) зовнішніх зварних швів; накручування металевого кільця по різьбі на сопловий вкладиш (блок) дозволить ще більш жорстко скріпити соплові вкладиші (блоки) з тілом наконечника; виконання у кожному металевому кільці проточок для циркуляції охолоджувальної води дозволить усунути можливість перегрівання потовщеної частини наконечника (за рахунок установки металевих кілець), дозволяя, таким чином, ще більше підвищити стійкість головок верхніх фурм; установка термоводостійкої ущільнювальної прокладки і/або наявність термоводостійких герметика і/або клею між поверхнею кожного металевого кільця і внутрішньою поверхнею наконечника дозволить герметизувати зазор між зазначеними деталями фурменої головки та уникнути течі води з наконечника, навіть при порушенні цілісності зовнішніх і внутрішніх зварних швів, что значно збільшить строк експлуатації дуттьового пристрою. На фіг. 1 і фіг. 2 зображені зварні головки верхньої фурми відповідно з центральним підведенням кисню і з центральним підведенням води з установкою металевих кілець на соплових вкладишах (блоках) і приваренням металевих кілець до соплових вкладишів (блоків) і до внутрішньої поверхні наконечника. На фіг. 3 зображений сопловий вкладиш (блок) 1, який додатково закріплений в наскрізному отворі 2 наконечника 3 головки верхньої фурми за допомогою надітого на сопловий вкладиш (блок) 1 металевого (мідного) кільця 4; при цьому сопловий вкладиш (блок) 1 скріплений з наконечником 3 зовнішнім круговим зварним швом 5. На фіг.4 зображений сопловий вкладиш (блок) 1, який додатково закріплений в наскрізному отворі 2 наконечника 3 головки верхньої фурми за допомогою надітого на сопловий вкладиш 2 UA 113535 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 (блок) 1 металевого кільця 4; при цьому сопловий вкладиш (блок) 1 скріплений з наконечником 3 круговими зварними швами - зовнішнім 5 та внутрішнім 6. На фіг. 5 зображений сопловий вкладиш (блок) 1, який додатково закріплений в наскрізному отворі 2 наконечника 3 головки верхньої фурми за допомогою накрученого по різьбі 7 на сопловий вкладиш (блок) 1 металевого кільця 4; при цьому сопловий вкладиш (блок) 1 скріплений з наконечником 3 круговими зварними швами - зовнішнім 5 та внутрішнім 6. На фіг. 6 зображений сопловий вкладиш (блок) 1, який додатково закріплений в наскрізному отворі 2 наконечника 3 головки верхньої фурми за допомогою накрученого по різьбі 7 на сопловий вкладиш (блок) 1 металевого кільця 4, що має проточки 8 для проходження охолоджувальної води; при цьому сопловий вкладиш (блок) 1 скріплений з наконечником 3 круговими зварними швами - зовнішнім 5 та внутрішнім 6. На фіг. 7 зображений сопловий вкладиш (блок) 1, який додатково закріплений в наскрізному отворі 2 наконечника 3 головки верхньої фурми за допомогою накрученого по різьбі 7 на сопловий вкладиш (блок) 1 металевого кільця 4, що має проточки 8 для проходження охолоджувальної води; при цьому сопловий вкладиш (блок) 1 скріплений з наконечником 3 круговими зварними швами - зовнішнім 5 та внутрішнім 6, а між металевим кільцем 4 і внутрішньою поверхнею наконечника 3 укладена термоводостійка ущільнювальна прокладка 9 і/або нанесені термоводостійкі герметик і/або клей для ущільнення і/або додаткового скріплення (склеювання) соплових вкладишів (блоків) 1 з наконечником 3 та з металевим кільцем 4. Зварну головку верхньої фурми збирають наступним чином. Кожний сопловий вкладиш (блок) 1 вставляють у отвори 2, що виконані у наконечнику 3. Бічна поверхня кожного соплового вкладиша (блока) 1 може приварюватися до внутрішньої поверхні наконечника 3 внутрішнім зварним швом 6. На кожний сопловий вкладиш (блок) 1 надівається ущільнювальна прокладка 9 і металеве кільце 4. Сопловий вкладиш (блок) 1 приварюється до зовнішньої поверхні наконечника 3 зовнішнім зварним швом 5. Зварення ведуть з попереднім нагріванням зварюваних деталей. Надалі здійснюються наступні операції, які можуть не застосовуватися: внутрішня поверхня наконечника 3 навколо соплового вкладиша (блока) 1 покривається клеєм і/або на неї наноситься герметик, на який опускається ущільнювальна прокладка 9, нижня поверхня якої також покрита клеєм; на ущільнювальну прокладку 9, верхня поверхня якої також покрита клеєм, наноситься герметик, після чого опускається або по різьбі 7 до упору накручується металеве кільце 4, нижня поверхня якого покрита клеєм. У випадку відсутності зазначених операцій (установки ущільнювальної прокладки 9, і/або нанесення герметика, і/або нанесення клею) металеве кільце 4 опускається безпосередньо на внутрішню поверхню наконечника 3 головки верхньої фурми або по різьбі 7 накручується на сопловий вкладиш (блок) 1 до упору в поверхню наконечника 3. Після цього металеве кільце 4 закріпляється за допомогою зварних швів 10, 11 відповідно з внутрішньою поверхнею наконечника 3 і з бічною поверхнею соплового вкладиша (блока) 1, причому металеве кільце 4 встановлюється таким чином, щоб проточки 8, які виконані в металевому кільці 4 для проходження охолоджувальної води, були розташовані за ходом руху охолоджувача в головці верхньої фурми. Таким чином, здійснюється дуже міцне закріплення соплових вкладишів (блоків) 1 з наконечником 3 зварної головки фурми за рахунок потовщення місць з'єднання зазначених деталей з повним усуненням можливого перегрівання зазначених місць потовщення шляхом виконання їх водоохолоджуваними. Використання запропонованої конструкції зварної головки верхньої фурми дозволить значно підвищити стійкість існуючих зварних головок верхніх дуттьових пристроїв і суттєво збільшити строк їх експлуатації, отримавши при цьому дуже вагомий економічний ефект. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Зварна головка верхньої фурми, що містить наконечник із наскрізними отворами із вставленими до них сопловими вкладишами (блоками) та закріпленими зовні наконечника зварними швами, яка відрізняється тим, що кожний сопловий вкладиш (блок) додатково скріплений з внутрішньою поверхнею наконечника за допомогою металевого кільця, яке надіто на сопловий вкладиш (блок) і закріплено за допомогою зварки з внутрішньою поверхнею наконечника та з бічною поверхнею соплового вкладиша (блока). 2. Зварна головка верхньої фурми за п. 1, яка відрізняється тим, що перед установкою металевого кільця кожний сопловий вкладиш (блок) додатково скріплений за допомогою зварки з внутрішньою поверхнею наконечника. 3. Зварна головка верхньої фурми за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що металеве кільце додатково накручено по різьбі на сопловий вкладиш (блок). 3 UA 113535 C2 5 4. Зварна головка верхньої фурми за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що в кожному металевому кільці виконані проточки для циркуляції охолоджувальної води. 5. Зварна головка верхньої фурми за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що між кожним металевим кільцем і внутрішньою поверхнею наконечника встановлена термоводостійка ущільнювальна прокладка і/або знаходяться термоводостійкі герметик і/або клей. 4 UA 113535 C2 5 UA 113535 C2 6 UA 113535 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело 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 7