Фурма для продувки металла кислородом
Изобретение относится к конструкции водоохлаждаемых фурм для продувки в кислородном конвейере и направлено на повышение стойкости головки за счет снижения внутренних напряжений и трещинообразования. Для этого покрытие из тугоплавких металлов, нанесенных на наружную поверхность головки, выполнено в виде дискретных участков, ограниченных окружностями диаметром ,2-3,0 мм, а расстояние между геометрическими центрами участков покрытия составляет (1,2-1,5)d. 1 ил. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4889165/02 (22) 21.09.90 (46) 15.12.92. Бюл. N 46 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) В. И. Бантиэманский, А. Г. Величко, Ю. Г. Кориновский, Б. М. Бойченко, А, Е. Проволоцкий, В. С, Гришин и С. П. Лапшин (56) Баптизманский В. И. и др. Дутьевые устройства кислородных конвертеров и их . работы, ЧМ Бюллетень "Черметинформация", 1987, вып. 1, стр. 2 — 15. Патент СССР Ь 290551, кл. С 21 С 5/48, 1966. Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к конструкции водоохлаждаемых фурм для продувки в кислородйом конвертере. Известна фурма, в которой для увеличения стойкости наружная поверхность головки покрыта тугоплавкими металлами, например, молибденом, вольфрамом и др. Однако нанесение сплошного покрытия из тугоплавких металлов не обеспечивает.высокой стойкости. В результате возникающих после нанесения покрытия напряжений головка фурмы более склонна к трещинообразованию и в результате быстро выходит из строя. Образованию трещин в головке способствуют также объемное расширение меди и материала покрытия, которое сказывается в ходе продувки и в кислородном конвертере. В результате происходит разрыв сплошности покрытия, что в свою оче„„Я „„1781308 А1 (54) ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА КИСЛ О РОДОМ (57) Изобретение относится к конструкции водоохлаждаемых фурм для продувки в кислородном конвейере и направлено на повышение стойкости головки за счет снижения внутренйих напряжений и трещинообразования. Для этого покрытие из тугоплавких металлов, нанесенных на наружную поверхность головки, выполнено в виде дискретных участков, ограниченных окружностями диаметром d=0,2-3,0 мм, а расстояние между геометрическими центрами участков покрытия составляет (1,2-1,5)d. 1 ил. 1 табл. редь приводит к трещинам в медной головке и снижает ее стойкоСть. Цель изобретения — повышение стойко-. 4 сти головки фурмы за счет снижения внут- Q() рен них напряжений и:.трещинообразования. ъ Поставленная цель достигается тем, что (1 в- известной фурме для продувкй металла кислородом, включающей концентрически расположенные стальйые трубы для подачи кислорода, подвода и отвода охлаждающей жидкости, медную головку с соплами, наружная поверхность которой выполнена с покрытием из тугоплавких металлов, покрытие из тугоплавких металлов выполнено в виде дискретных участков, ограниченных окружностями диаметром d = 0,2 — 3 мм, а расстояние между геометрическими центрами. участков покрытия составляет (1,2 — 1,5)б. Сущность изобретения заключается в следующем. 1781308 тугоплавкими металлами от теплового воздей- 55 ствия и брызг расплавленного металла, Исключается возникновение напряжений и трещинообразование. Стойкость фурмы высокая. Дискретное расположение участков покрытия с площадью каждого с диаметром При сплошном покрытии тугоплавкими металлами наружной поверхности головки фурмы в последней возникают напряжения растяжения, которые в процессе эксплуатации головки приводят к трещинам. Трещинам в данном случае способствует различное обьемное расширение меди и нанесенного тугоплавкого металла в сложных температурных условиях работы головки фурмы. При нанесении покрытйя с "дискретным расположением участков покрытия на наружную поверхность медной головки возникающие напряжения не концентрируются по всей головке фурмы, а имеются только в участке покрытия и близлежащей зоне. Более того, при дискретном покрытии в зонах между участками покрытия возникают напряжения сжатия, которые в значительной степени компенсируют растягивающие напряжения на участках покрытия. На чертеже показано расположение участков покрытия на поверхности головки фу В участке покрытия 1.диаметром d возникают напряжения растяжения. Эти напряжения имеют затухающую и сходившую к нулю величину в области с диаметром d>. В области между участками покрытия и зоной с диаметром d> формируются сжимающие напряжения, которые и компенсируют растягивающие. Таким образом, трещины в покрытой поверхности не возникают. Кроме того, при таком покрытии к трещинообразованию не приведет различное обьемное расширение меди и тугоплавкого металла, покрывающего головку. Это расширение будет компенсировано на отдельных участках покрытия. Вместе с тем, покрытие с дискретным расположением участков покрытие с экспериментально определенной площадью покрытых участков с диаметром d u расстоянием между геометрическими центрами участков покрытия h упрочняет поверхность головки фурмы, защищает ее от негативного воздействия металла, попадающего на головку и обеспечивает высокую стойкость головки фурмы, Экспериментально установлено, что площадь покрытых участков на поверхности головки фурмы должна ограничиваться диаметром 0;2-3 мм. В этом случае обеспечивается защита поверхности головки фурмы 50 менее 0,2 мм и с заявляемым расстоянием между ними приводит к сплошности покры-. тия до 83-91 . Тем самым покрытие по своим свойствам становится аналогичным покрытию, описанному в прототипе. Участки покрытия с площадью, ограниченной диаметром более 3 мм, недостаточно покрывают и упрочняют поверхность головки фурмы. В результате теплового воздействия и попадания металла на непокрытые участки возможно разрушение головки фурмы и ее выход из Строя. Величину оптимального расстояния между геометрическими центрами участков покрытия h определили экспериментально. Для рекомендуемой площади покрываемого участка с диаметром d=0,2-3 мм было установлено, что область, где еще сохраняются напряжения растяжения составляет диаметр d1=(1,1 — 1,25). При расположении участков покрытия области с растягивающими напряжениями с диаметром d не должны перекрываться. Поэтому расстояние между геометрическими центрами участков покрытия должно составлять величину (1,2-1,5)d. В этом случае исключается образование трещин, вызванных внутренними напряжениями растяжения, возникающими на участках покрытия. Следовательно, обеспечивается более высокая стойкость головки. При расстоянии между геометрическими центрами участков покрытия h менее 1,2 d происходит наложение областей с напряжениями растяжения по всей поверхности головки, что s процессе эксплуатации фурмы вызовет трещины и снизит стойкость головки. При расстоянии между геометрическими центрами участков покрытия h более 1,5б не обеспечивается необходимое упрочнение поверхности головки фурмы и защита от металла, попадающего на поверхность головки. В результате стойкость фурмы также невысокая. Поверхностный слой покрытия выпол-нялся из вольфрама, обладающего высокой температурой плавления и низкими адгезионными свойствами, Однако вольфрам с медью не образуют твердого раствора, поэтому покрытие выполнялось многослойным, так, чтобы каждый последующий слой материала образовывал твердый раствор с предыдущим. Покрытие наносилось методом электроэрозионного легирования с использовани.ем установки "Элитрон-50". На всех проходах, в основном, использовались следующие режимы: сила рабочего тока 15 А; напряжение холостого хода 80 В; емкость накопительных конденсаторов 1440 мкФ. 1781308 Примеры испытаний опытных головок фурм Стойкость головки, Тип головки фурмы Шаг между покрытыми участками, d мм Диаметр покры тых участков, d мм Пример 0,1 0,1 4,0 4,0 0.2, 0,2 0,2 0,2 0,2 1,6 103 107 168 74 175 1,2 1,5 1,2 1.5 1,1 1,2 1,35 1,5 1,6 1,2 3 5 7 9 10. 8 таблице приведены примеры испытаний опытных головок фурмы. Головка ¹ 1 была покрыта сплошным покрытием и вольфрама. Ее стойкость, как прототипа была принята за 100 /,. Головки ¹ 2 и № 3 покрыты участками с диаметром 0,1 мм. В результате того, что покрытие по своим свойствам становится близким к сплошному, их стойкость невысокая и составляет 95-105%. Головки № 4 и № 5 покрыты участками с диаметром 4,0 мм. В результате теплового воздействия и попадания металла на непокрытые участки их стойкость в сравнении со сплошным покрытием составляет 101-103 о(. Опытные головки № 6 — 17 выполнены с дискретным расположением участков покрытия с площадью каждого, ограниченной окружностью диаметром 0,2-3 мм. В головках ¹ 6 и ¹ 13 расстояние между геометрическими центрами участков покрытия составляет 1,1 диаметра покрытия d. После испытания фурмы в результате наложения участков с растягивающими напряжениями наблюдали трещины на поверхности покрытия, образование которых и привело к выходу головок из эксплуатации. Стойкость фурм по сравнению с прототипом 105 — 107 Д. Головки ¹ 10 и ¹ 17 имели расстояние между участками покрытия 1,6 d. В этом случае не обеспечивается необходимое упрочнение поверхности и защита от попадания металла. Стойкость головки ниже, чем при сплошном покрытии. Головкин 7-9, 11-12, 14-16 выполнены в соответствии с заявляемым техническим решением. Покрытие выполнено дискретным расположением участков покрытия площадью каждого, ограниченной окружноСплошное покрытие головки фурмы вольфрамом (прототип) Дискретное покрытие отдельными участками головки фурмы и стью диаметром d в пределах 0,2-3,0 мм и расстоянием между геометрическими центрами между участками покрытия h (1,2-1,5). В этом случае обеспечивается высокая стой5 кость головки 168-196 $ в сравнении с фурмой со сплошным покрытием головки. Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет повысить стойкость головки фурмы в 1,68-1 96 раза за счет 10 снижения внутренних напряжений и трещинообразования. При потреблении кислородно-конвертерным цехом с 150-тонными конвертерами 300 головок в год применеwe заявляемой конструкции фурмы позво15 лит уменьшить их количество в среднем на 140 штук. Кроме того, повыситься производительность конвертерного цеха в результате заметного сокращения простоев на замену фурм. Формула изобретения Фурма для продувки металла кислородом, содержащая концентрически расположенные стальные трубы для подвода 25 кислорода, отвода и подвода охлаждающей жидкости, медную головку с соплами, наружная поверхность которой выполнена с покрытием из тугоплавких металлов, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения 30 стойкости эа счет снижения внутренних напряжений и трещинообразования, покрытие из тугоплавких металлов выполнено в виде дискретных участков, ограниченных окружностями диаметром б =0,2 — 3 мм, а 35 расстояние между геометрическими центрами участков покрытия составляет (1,2— 1,5)d. 1781308 Продолжение таблицы Иалряженоя ДОО7)ЯЖРНИЯ Составитель А, Величко Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Е, Папп Редактор Заказ 4256 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
