Фурменное устройство для введения средств в расплав и способ эксплуатации фурменного устройства для введения средств в расплав

 

Изобретение относится к фурменным устройствам для введения средств в расплав. Сущность изобретения заключается в том, что оно содержит вставленный в стенку сосуда 2 выпускной стакан 3 из жаропрочного материала, который содержит цилиндрическое тело 4 с вставленным по меньшей мере одним фурменным рукавом (6 и 7), цилиндрическое тело вставляется в выпускной стакан с возможностью перемещения в осевом направлении и заменяется расходуемое сопло с фурмой путем перемещения цилиндрического тела. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение касается фурменного устройства для введения сред в расплав в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, оно относится к способу эксплуатации этого фурменного устройства.

Из заявки на патент ФРГ N C2-3809828 известно фурменное устройство этого типа. Известное устройство для введения газов и/или реакционных веществ и добавок в металлургический плавильный сосуд содержит вставленный в стенку плавильного сосуда стакан, который несет имеющий возможность перемещения в осевом направлении продувочный стакан с одним по меньшей мере подключенным к газопроводу газовым каналом. Выходное отверстие газового канала выполнено на боковой поверхности продувочного стакана, и как только оно освобождается среды могут вводиться в расплав, если внутренний конец продувочного стакана выдвинут вперед за кольцевой торец выпускного стакана. Благодаря вытягиванию назад обеспечено запирание без необходимости создания непрерывного давления газа в продувочной системе, так что фурменное устройство особым образом пригодно для сосудов для транспортировки, как, например, ковшов, у которых невозможно снабжать газовую продувочную систему в течение всего времени пребывания расплава в сосуде газом. Таким образом, осевое перемещение продувочного стакана предназначено для решения задачи его использования не только для введения сред, но и в качестве запорного органа.

Из заявки на патент ФРГ N C-2324086 известная фурма для введения газа окислителя, в частности, кислорода, через стенку окислительного сосуда ниже поверхности расплава, при использовании которой через внутреннюю трубу в расплав направляется газ окислитель, а через концентрическую наружную трубу защитное средство и обе трубы расположены концентрично в стационарной трубе-оболочке. Внутренняя и наружная трубы расположены соответственно на определенном расстоянии с возможностью осевого перемещения и замены по меньшей мере в одной трубе-оболочке.

Таким образом, образуется по меньшей мере одно дополнительное кольцевое пространство для введения защитной среды и создается возможность заменять или перемещать в осевом направлении внутреннюю и наружную трубы между двумя загрузками, чтобы влиять на износ обмуровки в непосредственном окружении фурм. Таким образом, в случае образования при износе выбоин в зоне выходного отверстия фурменного устройства внутренняя и наружная трубы могут перемещаться и затем выбоины могут заполняться, например, путем напыления или набивки.

Из Европейского патента N B1-0182965 известен способ защиты фурмы, состоящей по меньшей мере из трех концентрично расположенных труб, с помощью которых образуются центральный канал и по меньшей мере два кольцевых канала, при котором через центральный канал вдувается газ, содержащий кислород, а через кольцевой канал вдувается газ, содержащий кислород, а через кольцевой канал вдувается в качестве охлаждающей жидкости туман из расплавленной воды, причем распыление воды осуществляется с помощью газа-носителя в фурменном сопле на стороне входа фурмы. Эта охлаждающая жидкость оказалась особенно эффективной с точки зрения увеличения срока службы фурмы.

Задачей изобретения является увеличение срока службы фурменного устройства для введения сред в расплав, сокращение времени простоя и упрощение проведения работ по техническому обслуживанию. Кроме того, предлагается способ эксплуатации этого фурменного устройства.

Фурменное устройство согласно изобретению отличается признаками пункта 1, а способ в соответствии с изобретением признаками пункта 12 формулы изобретения.

В фурменном устройстве в соответствии с изобретением как изнашивающийся носок фурменного рукава, так и окружающий этот носок жаропрочный материал заменяются непрерывно или периодически благодаря передвижению гильзы, содержащей фурменный металлический рукав или металлические фурменные рукава. Так как фурма предусмотрена для вставки ниже поверхности расплава, наряду с возможностью перемещения гильзы в осевом направлении необходимо также обеспечить, чтобы в кольцевой зазор между смещаемыми относительно друг друга поверхностями не мог проникнуть расплав. Это достигается благодаря тому, что гильза покрыта термически нагружаемым слоем средства скольжения, между наружной стороной гильзы и внутренней стороной выпускного стакана предусмотрен кольцевой зазор и этот зазор герметизирован с помощью цементного слоя. Таким образом, при сдвигаемой в осевом направлении гильзе достигается длительная герметизация между поверхностями скольжения даже для жидкотекучих расплавов, как, например, расплав свинца при температуре около 1200^oC. Так как сопло с фурмой в зависимости от области применения подвержено воздействию температур от 1000 до 2000^oC, существенным является то, что термически может быть нагружен не только герметизирующий кольцевой зазор цементный слой, но и способствующий осевому перемещению слой скользящего средства. Помимо этого материал обеспечивающего скольжение слоя должен иметь лишь незначительную тенденцию к смачиванию по сравнению с граничащим цементным слоем. При использовании цементного слоя на основе магнезита или на магнезит-хромовой основе в качестве материала для обеспечивающего скольжение слоя хорошо зарекомендовали себя графит и молибденовые соединения.

К началу использования фурменного устройства значительный участок гильзы выступает за пределы наружной стороны выпускного стакана. Перемещение гильзы совместно с расположенным в ней металлическим рукавом создает проблемы из-за различной эластичности при изгибе металла и керамики при возникающей в результате вдвигания гильзы нагрузке при продольном изгибе, а именно это приводило к повреждению гильзы. Оказалось, что трудности могут быть преодолены, если металлический фурменный рукав вставляется в отверстие гильзы не жестко, а с возможностью осевого перемещения. С этой целью смежная с внутренней стороной гильзы наружная сторона фурменного рукава покрывается термически нагружаемым слоем, обеспечивающим скольжение, между этой наружной стороной фурменного рукава и внутренней стороной гильзы предусматривается кольцевой зазор и этот кольцевой зазор уплотняется цементным слоем. Таким образом, уменьшается передача осевых усилий между наружной стороной фурменного рукава и внутренней стороной гильзы и снижается опасность повреждения гильзы при ее перемещении.

В то время как обеспечивающие скольжение слои наносятся на наружную поверхность гильзы или на наружную поверхность наружного фурменного рукава соответственно перед вставлением или в выпускной стакан или в гильзу, цементный слой для герметизации соответствующего кольцевого зазора запрессовывается после введения гильзы в выпускной стакан или фурменного рукава в гильзу. С этой целью примерно в середине осевой длины в фурменном рукаве или в гильзе предусмотрены радиальные отверстия для запрессовки цемента.

Хотя благодаря непрерывной или периодической замене фурменных сопел срок службы фурменного устройства уже удалось значительно увеличить, возможно дальнейшее увеличение срока службы, если наряду с обрабатывающими средами, как, например, кислород, угольная пыль и т.д. вводится также охлаждающая жидкость. В этом случае благодаря снижению температуры вдоль поверхностей скольжения между выпускным стаканом и гильзой или гильзой и наружным фурменным рукавом дольше сохраняется также возможность взаимного перемещения.

В фурменном устройстве с вставленным в гильзу фурменным рукавом охлаждающая жидкость может вводиться, например, вдуваться, вместе с обрабатывающим средством. Однако особенно предпочтительно, в частности потому что обеспечивается независимое управление охлаждением, если используется фурменное устройство, в котором в гильзу вставлено по меньшей мере два концентрических металлических фурменных рукава, которые образуют центральный канал и по меньшей мере один кольцевой канал, окружающий центральный канал, причем в этом случае через один канал вводится обрабатывающее средство, а через другой канал охлаждающая жидкость. Особенно эффективное охлаждение достигается тогда, когда в один канал в частности в наружный кольцевой канал в качестве охлаждающей жидкости подается туман из распыленной воды. Благодаря содержащимся в распыленном тумане маленьким капелькам воды внутри канала и диссоциации при введении в расплав достигается интенсивное охлаждение как по всей термически нагруженной длине гильзы, так и на фурменном сопле. Это охлаждение в сочетании с передвижением гильзы приводит к неожиданно длительному сроку службы.

Чтобы уменьшить нагрузку на обращенную внутрь сосуда торцовую сторону выпускного стакана целесообразно, чтобы гильза постоянно выступала на определенную величину, например на 100 мм, из выпускного стакана в расплав. Желательное выступание может поддерживаться путем дополнительного перемещения гильзы.

Фурменное устройство может использоваться при обработке различных расплавов, как, например, расплавы металлов, железа и свинца. Путем выбора ее размеров оно может быть соответственно приспособлено также к вводимым средам, которые могут быть газообразными, жидкими, пастообразными или пылеобразными.

На фиг. 1 представлен продольный разрез первого варианта выполнения фурменного устройства; на фиг. 2 разрез по линии II-II на фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 3 продольный разрез части другого варианта выполнения фурменного устройства; на фиг. 4 вид с правой стороны фурменного устройства в соответствии с фиг. 3.

Представленное на фиг. 1 и 2 фурменное устройство содержит вставляемый в стенку 1 сосуда 2 выпускной стакан 3 из жаропрочного материала. В случае со стенкой сосуда речь может идти о стенке днища или боковой стенке сосуда. Выпускной стакан должен вставляться таким образом, чтобы вводимая с помощью фурменного устройства среда вводилась в расплав ниже зеркала ванны расплава.

В выпускном стакане 3 базируется с возможностью осевого перемещения гильза из жаропрочной массы, которая имеет осевое отверстие 5. В эту гильзу на определенном удалении друг от друга вставлены два концентрических металлических фурменных рукава 6 и 7, которые образуют центральный канал 8 и окружающий центральный канал кольцевой канал 9. Эти каналы на внешнем конце фурменных рукавов соединены с присоединительными элементами 10 и 11 для подачи вводимых сред. Гильза 4, включая фурменные рукава 6 и 7 с их направленными внутрь сосуда фурменными соплами, т.е. внутренними концами, выступают на определенную величину "а" за внутренний торец 12 выпускного стакана 3, проходит через выпускной стакан 3 и ее наружный конец выступает на значительную величину, которая в представленном случае соответствует примерно половине длины выпускного стакана, из наружного торца 13 выпускного стакана 3. Наружный конец гильзы 4 оснащен первой нажимной плитой 14, которая установлена с помощью закрепленных на стенке корпуса, проходящих параллельно гильзе 4 направляющих стержней 15. Позицией 16 обозначен фланец, который поддерживает направляющие стержни 15 и закреплен на наружной стальной оболочке 17 плавильного сосуда 2 печи. Фланец 16 имеет кроме того, уплотнительное устройство 18.

Наружные концы концентрических фурменных рукавов 6 и 7 закреплены в фурменной головке 19, которая соединена с первой нажимной плитой с силовым замыканием. Вторая нажимная плита 20 также направляется с помощью направляющих стержней 15.

Как позволяет видеть увеличенное изображение на фиг. 2, гильза 4 покрыта обеспечивающим скольжение слоем и кольцевой зазор между наружной стороной гильзы 4 и внутренней стороной выпускного стакана 3 герметизирован с помощью цементного слоя 22. Обеспечивающий скольжение слой 21 наносится перед вставлением гильзы 4 в выпускной стакан 3. В данном случае, например, речь может идти о нанесенном на гильзу 4 покровном слое из обеспечивающего скольжение материала, как, например, молибденовое соединение. Обеспечивающий скольжение слой может быть также нанесен на гильзу в виде пленки непосредственно перед ее введением. Для введения уплотняющего цементного слоя 22 в выпускном стакане 3 предусмотрено радиальное отверстие 23, через которое запрессовывается цементный слой. Толщина кольцевого зазора, который должен быть заполнен уплотняющим цементным слоем, должна выбираться таким образом, чтобы запрессованный через радиальное отверстие 23 слой мог проникнуть до торцовых стенок выпускного стакана. В качестве толщины заполняемого цементным слоем кольцевого зазора при обычных размерах целесообразной оказалась величина от 0,5 до 1 мм.

Внутренний фурменный рукав 7 при образовании кольцевого канала 9 удерживается на определенном удалении внутри наружного фурменного рукава 6 с помощью не показанных на чертеже распорок. При этом необходимо обеспечить, чтобы распорки существенно не препятствовали потоку среды через кольцевой канал 9.

Наружный рукав 6 вставлен в гильзу 4 таким образом, что, с одной стороны, между наружной стороной наружного рукава и внутренней стороной гильзы существует плотная перегородка, а с другой возможны незначительные продольные перемещения между гильзой и наружным рукавом, т.е. предотвращается передача осевых усилий на граничные поверхности между гильзой и наружным рукавом. С этой целью на наружный рукав 6 наносится обеспечивающий скольжение слой 25, это может быть нанесенное при изготовлении рукава твердое покрытие или нанесенное перед вставлением рукава покрытие, и после вставления рукавов 6 и 7 по меньшей мере через одно предусмотренное в гильзе радиальное отверстие 26 запрессовывается цементный слой 27 для уплотнения кольцевого зазора между наружным рукавом 6 и гильзой 4.

В качестве цемента для обработки расплава железа предпочтительно служит магнезит-фосфатное соединение, для обработки свинцового расплава - предпочтительно магнезит-хромовое соединение и для обработки расплава стекла - предпочтительно магнезит-кремниевое соединение.

При использовании фурменного устройства для вдувания обрабатывающего средства, как, например, кислород или угольная пыль, ниже поверхности расплава в жидкую сталь к присоединительному элементу 10, соединенному с центральным каналом 8 внутреннего фурменного рукава 7, подключен трубопровод для подачи кислородного газа или суспендированной в газе-носителе порошкообразной угольной пыли, а к соединенному с кольцевым каналом 9 присоединительному элементу 11 подключен трубопровод для подачи охлаждающей жидкости, предпочтительно в виде тумана из распыленной воды. Распыление воды может осуществляться также с помощью имеющегося в фурменной головке 19 распылительного устройства, которое описано, например, в Европейском патенте N 182965.

Если в результате термической и механической нагрузки выступающее в расплав сопло с фурмой несколько обгорело, то благодаря осевому давлению на вторую нажимную плиту 20 (смотри стрелку 29) и вследствие соединения с силовым замыканием между первой и второй нажимными плитами 14 и 20 гильза 4 вместе с фурменными рукавами 6 и 7 сдвигается на соответствующую длину внутрь и тем самым заменяется израсходованное сопло с фурмой. Это может осуществляться через определенные промежутки времени, вследствие чего по сравнению с фурменным устройством без возможности перемещения существенно увеличивается срок службы. По причине охлаждения гильзы и окружающего гильзу выпускного стакана направленной через наружный кольцевой канал 9 охлаждающей жидкостью по всей длине гильзы обеспечивается не только ее перемещаемость в течение длительного времени, но и дополнительно увеличивается срок службы фурменного устройства. По сравнению с известными фурменными устройствами можно добиться значительно увеличенного срока службы, причем замена израсходованного жаропрочного материала на термически и механически наиболее нагруженном сопле с фурмой возможна путем дополнительного перемещения гильзы 4 без прерывания технологического процесса обработки расплава.

Изображенное лишь частично на фиг. 3 и 4 фурменное устройство содержит выполненный коническим выпускной стакан 3 и только один фурменный рукав 6. Для соответствующих первому фурменному устройству в соответствии с фиг. 1 и 2 деталей выбраны те же относительные обозначения. Делается ссылка на описание этих деталей для первого примера выполнения.

Фурменное устройство в соответствии со вторым примером выполнения было использовано для окисления свинцовых руд и для восстановления шлака окиси свинца, чтобы получить металлический свинец. Процесс технологической обработки разделен на две стадии, а именно, стадию окисления и стадию восстановления.

В стадии окисления образуются шлаки с высокой долей содержания окиси железа и окиси свинца. Рабочая температура находится в пределах от 1000 до 1100^oC. Это стадия с более сильным износом сопла с фурмой.

В стадии восстановления рабочая температура находится в пределах от 1200 до 1300^oC, шлак имеет низкую долю содержания окиси свинца, а именно, около 2% и содержит примерно 20% окиси железа.

Оказалось, что хромо-магнезитовые стаканы имеют более длительный срок службы, чем магнезитовые стаканы. По этой причине хром-магнезит используется как для конического выпускного стакана 3, так и для гильзы 4. Средство обработки вводится соответственно через центральный канал фурменного рукава 6.

Формула изобретения

1. Фурменное устройство для введения средств в расплав, содержащее размещенный в стенке сосуда выпускной стакан из жаропрочного материала, в котором установлен с возможностью перемещения в осевом направлении корпус из жаропрочной массы с осевым отверстием для введения газа или обрабатывающего средства, причем внешний конец корпуса выполнен выступающим из выпускного стакана, и имеет нажимную плиту для его осевого перемещения, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде гильзы, в которой размещен по меньшей мере один металлический фурменный рукав, имеющий на внешнем конце средство для подачи среды.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в гильзе размещено по меньшей мере два концентрически расположенных металлических рукава с образованием центрального канала и по меньшей мере одного кольцевого канала, окружающего центральный канал, причем эти каналы на внешних концах фурменных рукавов соединены с элементами для подачи вводимых сред.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что гильза покрыта термически нагружаемым слоем, обеспечивающим скольжение, а в кольцевом зазоре между наружной стороной гильзы и внутренней стороной выпускного стакана расположен цементный слой.

4. Устройство по любому из пп. 1 3, отличающееся тем, что на наружной стороне гильзы выполнено продольное ребро, расположенное в осевом направлении.

5. Устройство по любому из пп. 1 4, отличающееся тем, что смежная с внутренней стороной гильзы наружная сторона фурменного рукава покрыта термически нагружаемым слоем, обеспечивающим скольжение, а в кольцевом зазоре между наружной стороной фурменного рукава и внутренней стороной гильзы расположен цементный слой.

6. Устройство по любому из пп. 1 5, отличающееся тем, что в выпускном стакане и/или гильзе примерно в середине длины выполнено радиальное отверстие или для запрессовки цемента.

7. Устройство по любому из пп. 1 6, отличающееся тем, что внешний конец фурменного рукава или внешние концы фурменных рукавов закреплен(ы) в фурменной сопловой головке, которая на внешней стороне имеет вторую нажимную плиту, соединенную с первой нажимной плитой.

8. Устройство по любому из пп. 1 7, отличающееся тем, что нажимная(ые) плита(ы) размещена(ы) на направляющих стержнях, закрепленных параллельно гильзе.

9. Устройство по любому из пп. 1 8, отличающееся тем, что выпускной стакан и/или гильза выполнены преимущественно из магнезита или хром-магнезита.

10. Устройство по любому из пп. 1 9, отличающееся тем, что обеспечивающий скольжение слой состоит преимущественно из графитовой пасты, молибденового соединения, стеатита или жира.

11. Устройство по любому из пп. 1 10, отличающееся тем, что цементный слой состоит преимущественно из магнезит-фосфатного, магнезит-хромового или магнезит-кремниевого соединения.

12. Способ эксплуатации фурменного устройства для введения средств в расплав, включающий введение среды ниже зеркала ванны расплава, отличающийся тем, что непрерывно или через определенные временные интервалы гильзу вместе с фурменным рукавом или фурменными рукавами перемещают внутрь сосуда для замены израсходованного сопла с фурмой.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что гильзу перемещают для постоянного сохранения и выхода за пределы торца выпускного стакана.

14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что при использовании фурменного устройства по меньшей мере с двумя концентрически расположенными металлическими фурменными рукавами через один из каналов подают охлаждающую жидкость.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используют туман из распыленной воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4