Фурменное устройство для введения газовых сред под уровень жидкого металла

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ФУРМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ГАЗОВЫХ СРЕД ПОД УРОВЕНЬ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА(71) Заявитель ТЕХКОМ ИМПОРТ ЭКСПОРТ ГМБХ(72) Авторы ХЛОПОНИН Виктор НиколаевичШУМАХЕР, Эвальд, А.(73) Патентообладатель ТЕХКОМ ИМПОРТ ЭКСПОРТ ГМБХ(57) 1. Фурменное устройство для введения газовых сред под уровень жидкого металла,содержащее гнездовой блок из огнеупорного материала, в который встроена гильза, составной частью которой являются соосно установленные металлические трубы, образующие на стороне, предназначенной для ввода в жидкий металл, по меньшей мере, один центральный рабочий канал и один кольцевой рабочий канал, каждый из которых порознь соединен с соответствующими подводами для подачи в металл газовых сред, отличающееся тем, что металлические трубы по длине состоят из двух разных по диаметру частей,первая из которых, предназначенная для подачи газовых сред в жидкий металл, включает трубы меньшего диаметра, переходит во вторую часть, включающую трубы большего диаметра, соединенную с подводами для подачи порознь газовых сред в рабочие каналы,при этом переход между частями труб выполнен с плавными сопряжениями в конечных местах, а во вторую часть труб установлена дополнительная внутренняя металлическая труба, закрытая с обоих торцев и заполненная огнеупорным материалом, причем трубы 12496 1 2009.10.30 второй части установлены с возможностью образования только кольцевых рабочих каналов, которые выполнены в виде капилляров, предотвращающих проход через них жидкого металла в случае поступления его в центральный рабочий канал. 2. Фурменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что переход между частями труб имеет прямую коническую поверхность, при этом, по меньшей мере, на участке этого перехода концевая часть внутренней трубы второй части труб переходит в конический стержень, расположенный соосно в центральном рабочем канале первой части труб. 3. Фурменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что переход между частями труб имеет сферическую поверхность, при этом, по меньшей мере, на участке этого перехода концевая часть внутренней трубы второй части переходит в конический стержень,расположенный соосно в центральном рабочем канале первой части труб. 4. Фурменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевые рабочие каналы во второй части труб калиброваны путем размещения между трубами калибровой пружины, исходный диаметр которой меньше наружного диаметра трубы, на котором размещена эта пружина. 5. Фурменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевые рабочие каналы во второй части труб и на участке перехода второй части труб в первую часть калиброваны ребрами, установленными снаружи, по меньшей мере, одной из внутренних труб второй части с возможностью равномерного поступления газовых сред в центральный рабочий канал. 6. Фурменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждая труба второй части имеет круговой сварной шов. Изобретение относится к производству и обработке жидкого металла (стали в черной металлургии) в металлургии. В последние годы в металлургии, особенно в черной, при производстве жидкого металла широко применяют интенсификацию процесса производства жидкого металла путем подачи различных сред под уровень металла. В качестве сред чаще применяют газы. В качестве газов используют аргон, азот, а также кислород в сочетании с СН 4 и добавками азота. Применение этой операции позволяет ускорить гомогенизацию жидкого металла и процессы, применяемые при доводке металла. Например, при производстве стали широко применяют продувку стали в сталеплавильных агрегатах, в установках доводки стали. Для подачи газа в агрегат применяют продувочное устройство, основу которого составляет фурменное устройство, так или иначе содержащее металлические трубы, в которых размещены газонесущие (рабочие) каналы. Широко применяют фурменное устройство с продувочным элементом для боковой подачи кислорода в расплавленный металл. При этом центральный рабочий канал для подачи кислорода (в том числе с добавкой азота) охватывает рабочий кольцевой канал для подачи, например, СН 4 с добавкой азота. Узловой проблемой при реализации боковой подачи кислорода под уровень жидкой стали является обеспечение постоянной подачи газа в жидкую сталь. Любой перерыв в подаче газа приводит к поступлению жидкой стали в рабочие каналы с вероятностью прорыва стали за пределы стальсодержащего агрегата. Отмеченное требует гарантированного исключения прорыва стали за пределы стальсодержащего агрегата. Известен продувочный элемент агрегата для получения стали, в котором дано решение указанной проблемы. Продувочный элемент содержит ряд соединенных между собой частей прямых труб, в которых размещены газонесущие каналы, при этом части соеди 2 12496 1 2009.10.30 ненных труб содержат участок с капиллярным и газонесущим каналами. 152002. Существенным недостатком известного продувочного элемента является неприменимость его для подачи кислорода под уровень металла. Известно фурменное устройство для боковой подачи кислорода под уровень жидкого металла. Устройство содержит гнездовой блок из огнеупорного материала, в который встроена гильза, составной частью которой являются соосные металлические трубы,имеющие на стороне, предназначенной для ввода в жидкий металл, как минимум, один центральный рабочий канал и, по крайней мере, один кольцевой рабочий канал, эти рабочие каналы порознь соединены с подводами для подачи газовых сред в жидкий металл Европейский патент ЕР 0 565 690 В 1. Известное фурменное устройство по существенным признакам наиболее близко предлагаемому, поэтому принято за прототип. Существенным недостатком известного фурменного устройства является отсутствие в нем, по существу, защиты от прорыва жидкого металла через рабочие каналы. Предлагаемое фурменное устройство свободно от указанного недостатка. В нем решена проблема защиты от прорыва жидкого металла через рабочие каналы. Отмеченный технический результат достигается за счет того, что в фурменном устройстве для введения газовых сред под уровень жидкого металла, содержащем гнездовой блок из огнеупорного материала, в который встроена гильза, составной частью которой являются соосные металлические трубы, имеющие на стороне, предназначенной для ввода в жидкий металл, как минимум, один центральный рабочий канал и, по крайней мере,один кольцевой рабочий канал, эти рабочие каналы порознь соединены с подводами для подачи газовых сред в металл, согласно изобретению, соосные металлические трубы по длине состоят из двух разных по диаметру взаимосвязанных частей, первая из которых имеет меньший диаметр и рассчитана на указанную подачу газовых сред в жидкий металл, а вторая имеет больший диаметр и соединена с подводами для подачи порознь газовых сред в рабочие каналы первой части, при этом вторая часть имеет на одну металлическую трубу больше, выполнена только с кольцевыми рабочими каналами и внутренняя труба этой части закрыта с обоих торцев и заполнена огнеупорным материалом, а зазоры кольцевых рабочих каналов этой части фурмы являются капиллярами для жидкого металла. Помимо этого, кольцевые рабочие каналы второй части гильзы на участках перехода в рабочие каналы первой части гильзы очерчены прямыми коническими поверхностями с плавным сопряжением в конечных местах перехода, при этом, по меньшей мере, на участке этого перехода концевая часть внутренней трубы переходит в конический стержень, расположенный соосно в центральном рабочем канале первой части. Кроме того, кольцевые каналы второй части соосных металлических труб на участках перехода в рабочие каналы первой части имеют сферическую поверхность с плавным сопряжением в конечных местах перехода, при этом, по меньшей мере, на участке этого перехода концевая часть внутренней трубы переходит в конический стержень, расположенный соосно в центральном рабочем канале первой части. При этом кольцевые рабочие каналы во второй части гильзы калиброваны путем размещения между трубами калибровой пружины, исходный диаметр которой меньше наружного диаметра трубы, на котором размещена эта пружина. Также внутренняя труба второй части соосных металлических труб по наружному диаметру выполнена с калибровыми ребрами, в том числе на участке перехода второй части соосных труб в первую часть. К тому же трубы во второй части гильзы имеют круговой сварной шов. Фурменное устройство для введения газовых сред под уровень жидкого металла пояснено схематическими чертежами. На фиг. 1 приведен продольный разрез фурменного устройства, на фиг. 2 - продольный разрез варианта исполнения фурменного устройства на фиг. 3 - поперечный разрез 3 12496 1 2009.10.30 А-А на фиг. 1, на фиг. 4 - поперечный разрез Б-Б на фиг. 2 и на фиг. 5 - поперечный разрез В-В на фиг. 2 (аналогичный - на фиг. 1). Фурменное устройство содержит соосные металлические трубы 1 и 2 на стороне,предназначенной для ввода в жидкий металл. Наружный диаметр трубы 2 обозначенна фиг. 1 и 2. Это первая часть соосных металлических труб. Во второй части эти металлические трубы имеют больший в сравнении сдиаметр, равныйдля наружной трубы 2, и между трубами 1 и 2 расположена закрытая по торцам центральная труба 3. На стороне,предназначенной для ввода в металл, трубы 1 и 2 образуют центральный рабочий канал 4 и кольцевой рабочий канал 5. Трубы замурованы в гильзе 6, которая в свою очередь расположена в гнездовом блоке 7. Центральная труба 3 заполнена огнеупорным материалом 8. Концевая часть (торец) центральной трубы 3, по меньшей мере, на стороне центрального рабочего канала 4 переходит в конический стержень 9, который входит в канал 4, располагаясь в нем соосно с этим каналом (фиг. 1 и 2). Центральная труба 3 может с обеих сторон иметь торцы в форме конического стержня 9 (фиг. 2). Во второй части соосных металлических труб с большим диаметроммежду трубами имеются кольцевые рабочие каналы 10 и 11, связанные соответственно 10 с 5 и 11 с 4 рабочими каналами. Рабочие кольцевые каналы 10 и 11 порознь снабжены подводом соответствующего газа в канал 10 по трубе 12 и в канал 11 по трубе 13 (подвод показан на фиг. 1 и 2 стрелками). Рабочие каналы 4, 5, 10 и 11 калиброваны, и для кольцевых каналов 5, 10 и 11 применяют либо ребра 14 различной конфигурации, либо калибровую пружину 15. При этом как ребра 14,так и пружина 15 своим действием охватывают также участки перехода 16 (фиг. 1) и 17(фиг. 2) от второй части соосных металлических труб к их первой части. Применительно к пружине 15 это положение обеспечивают применением пружин, внутренний диаметр которых несколько меньше наружного диаметра соответствующей трубы. Применяют также комбинацию калибровые ребра 14 в кольцевом зазоре 10 и калибровые пружины 15 в кольцевом зазоре 11, и наоборот. Переход между этими двумя частями соосных металлических труб может быть выполнен по конической поверхности 16 (фиг. 1) или по сферической поверхности 17 (фиг. 2). При любом исполнении этот переход выполнен с плавным сопряжением в конечных местах перехода. Поперечное сечение кольцевых каналов 10 и 11 равно или немного больше поперечного сечения каналов, с которыми они порознь связаны, т.е. канал 10 с каналом 5 и канал 11 с каналом 4. Но в любом случае размер кольцевых зазоров каналов 10 и 11 является капиллярами для жидкого металла, под уровень которого рассчитана подача соответствующих газовых сред. При этом под капиллярами понимается узкий зазор, исключающий прохождение через этот зазор жидкого металла. Применительно к жидкой стали в агрегатах плавки и доводки металла капиллярами являются зазоры в 1,52 мм и менее. В соответствии с условиями сборки металлические трубы во второй части устройства имеют круговые сварные швы 18. Фурменное устройство для введения газовых сред под уровень жидкого металла работает следующим образом. Гнездовой блок 7 с гильзой 6 и стальными трубами 1, 2 и 3 в виде, представленном на фиг. 1 или 2, устанавливают в кладку агрегата, в котором осуществляют производство или обработку жидкого металла. Для интенсификации процесса производства (плавки или доводки металла) в жидкий металл в газообразном состоянии подают кислород. При этом подачу кислорода осуществляют под уровень металла (например, в агрегате плавки стали электродуговой или мартеновской печах). Кислород в газообразном состоянии подают по трубе 13. В ряде случаев в кислород добавляют определенное количество азота. Кислород по кольцевому рабочему каналу 11 поступает в центральный канал 4 и из него в жидкий металл. Благодаря наличию калибровых ребер 14 кислород равномерно поступает в канал 4. В случае применения калибровой пружины 15 поток кислорода закручивается, и в этом 12496 1 2009.10.30 состоянии кислород поступает в жидкий металл, чем улучшается эффект взаимодействия металла и кислорода. Газ С 4, в том числе с добавкой азота, подают по трубе 12, из которой он по рабочему кольцевому каналу 10 поступает в кольцевой канал 5 и из него в жидкий металл, охватывая поток жидкого кислорода, поступившего в металл по центральному каналу 4. Тем самым исключают ускоренное сгорание гильзы 6, гнездового блока 7 и кладки печи. Наличие плавных переходов 16 (или 17), а также конического стержня 9, входящего в центральный рабочий канал 4, исключает явления срыва струи подаваемого газа. Подбором соотношений поперечных сечений калибрового канала 11 и центрального канала 4 обеспечивают ускорение движения кислорода в сторону металла. Перепад давлений обеспечивает прижатие трубы 3 к трубе 1 через ребра 14 или пружину 15. Аналогично обеспечивают прижатие трубы 1 к трубе 2. В обоих случаях отмеченное прижатие имеет место на участках 16 (17). В случае нарушения подачи кислорода (или по каким-либо другим причинам) жидкий металл (сталь) начнет поступать в центральный канал 4. Исполнение кольцевых рабочих каналов 10 и 11 калибровыми с зазорами, являющимися капиллярами для жидкого металла (1,52,0 мм для жидкой стали), останавливает дальнейшее прохождение жидкого металла. При этом эффект предотвращения прорыва металла усиливается расплавлением огнеупорного материала 8. Таким образом, в предлагаемом фурменном устройстве для введения газообразных сред под уровень жидкого металла исключен прорыв металла на участке работы фурменного устройства. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6