Наконечник кислородно-конвертерной фурмы

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструкции устройств для продувки жидкого расплава кислородом в конвертерах. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение изготовления, а также повышение стойкости, ремонтопригодности и надежности фурмы. Наконечник кислородно-конвертерной фурмы содержит верхнюю тарелку, разделитель, дутьевые сопла и нижнюю медную тарелку, снабженную переходным стальным кольцом с опорным узлом, на котором свободно установлен разделитель внутренних полостей для подвода и отвода охладителя. Опорный узел выполнен в виде выступа на нижней части переходного кольца. Выступ выполнен со сквозными проходными каналами, посредством которых внутренние полости наконечника сообщены между собой. Сквозные проходные каналы могут быть выполнены в теле выступа, с образованием в плане ряда равномерно расположенных по окружности, чередующихся выступов и впадин. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструкции устройств для продувки жидкого расплава кислородом в конвертерах.

Известна фурма для продувки чугуна в конвертере, содержащая три концентрично расположенные трубы, внутренняя из которых имеет металлошланговый компенсатор, а разделительная труба - компенсатор из пары телескопических втулок. К трубам пристыкован наконечник, включающий сопла, торцевую тарельчатую заглушку центральной трубы, разделитель потока охладителя с упорами и донную тарелку. Фурмы этого типа нашли широкое применение преимущественно для крупнотоннажных конвертеров, так как они обеспечивают ремонтопригодность путем многократного монтажа новых наконечников к старой хвостовой части фурмы (авт.свид. СССР N 857270, С 21 С 5/48, 1981).

Недостатком наконечника такой фурмы является большая механическая нагрузка на сопла и донную тарелку, возникающая от давления кислорода в трубопроводе, что приводит к низкой стойкости сварных швов между тарелкой и соплами, выполняемыми из технически чистой меди. При этом также недостаточно надежен сварной шов между медной донной тарелкой и стальной наружной трубой, на которой замыкаются все силовые нагрузки от кислорода и охлаждающей воды. Для кислородных фурм 370-тонных конвертеров нагрузка на наружный сварной шов достигает 16 т. Разрушение этого шва может привести к отрыву головки и крупной аварии.

Известна головка фурмы, включающая основание, кислородные трубы и оболочку, закрепленную к основанию посредством дутьевых сопел. Оболочка дополнительно прикреплена к основанию кислородной трубы по меньшей мере одним стержнем, размещенным в межсопельном пространстве преимущественно по его оси. Наличие стержневой стяжки позволяет удерживать днище головки фурмы от тепловых деформаций при сварке его с соплами, а также повышает жесткость центральной части днища. Подобная идея использована также в авт.свид. СССР N 1652358, С 21 С 5/48, 1991.

Однако и эти наконечники имеют низкую стойкость сварных швов между медной оболочкой и сопрягаемыми деталями из-за высоких механических нагрузок от кислорода и воды, а также от термических напряжений, связанных с колебаниями температуры стенок сопел. Причем термические напряжения в швах при наличии стяжки увеличиваются.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, выбранному в качестве прототипа изобретения, является наконечник кислородно-конвертерной фурмы, содержащий верхнюю тарелку, разделитель потока охладителя, дутьевые сопла и нижнюю медную тарелку, снабженную переходным стальным кольцом, к которому приварены равномерно расположенные по окружности кольца крючкообразные подвески (Патент РФ N 2051974, кл. С 21 С 5/48, 1995). На консольных выступах крючкообразных подвесок выполнена общая посадочная поверхность, на которой установлен разделитель.

Недостатком прототипа является сварное соединение наиболее ответственного узла наконечника - крючкообразных подвесок с переходным стальным кольцом, на которые опирается воспринимающий основную статическую и динамическую нагрузку разделитель, а также сравнительно высокая трудоемкость изготовления наконечника, что является определяющим фактором при больших объемах производства таких наконечников. Кроме того, сварные швы обладают меньшей теплопроводностью, чем материал соединенных этими швами деталей, что ухудшает его охлаждение в процессе работы.

В прототипе к главным силовым сварным швам между переходным стальным кольцом и крючкообразными подвесками, на которые опирается разделитель, предъявляются повышенные требования, в связи с чем проведение сварных работ ведется с особой тщательностью и с обязательными контрольными испытаниями готового изделия и контролем за состоянием наконечника в процессе эксплуатации фурмы.

В практике сталеварения из-за крупных аварий фурмы, отработавшие предельно-нормативную стойкость, снимают, как правило, с эксплуатации при еще достаточно удовлетворительной их работоспособности.

Задачей изобретения является упрощение изготовления, а также повышение стойкости, ремонтопригодности и надежности фурмы.

Решение поставленной задачи обеспечено тем, что наконечник кислородно-конвертерной фурмы содержит верхнюю тарелку, разделитель, дутьевые сопла и нижнюю медную тарелку, снабженную переходным стальным кольцом с опорным узлом, на котором свободно установлен разделитель внутренних полостей для подвода и отвода охладителя, согласно изобретению опорный узел выполнен в виде выступа на нижней части переходного кольца, при этом выступ выполнен со сквозными проходными каналами, посредством которых внутренние полости наконечника сообщены между собой. Сквозные проходные каналы могут быть выполнены в теле выступа с образованием в плане ряда равномерно расположенных по окружности чередующихся выступов и впадин.

На фиг. 1 изображен предлагаемый наконечник кислородно-конвертерной фурмы; на фиг. 2 - вид на фиг. 1 сверху; на фиг.3 условно показан вариант выполнения (фрагмент переходного кольца с фасонной в плане формой проходных каналов).

Наконечник содержит верхнюю тарелку 1, разделитель 2, дутьевые сопла 3, нижнюю медную тарелку 4, переходное стальное кольцо 5 с кольцеобразным буртиком 6 и промежуточные элементы 7. Выступ 6 переходного стального кольца 5 снабжен посадочной поверхностью 8 под опорную поверхность разделителя 2. Посредством разделителя 2 внутренние полости наконечника разделяются на входную и выходную (для охладителя) полости. В теле буртика 6 выполнены (сверлением, фрезерованием т. д. ) проходные каналы 9, предназначенные для пропуска охладителя.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Наконечник приваривают к хвостовой части кислородной фурмы, имеющей на внутренних трубах металлошланговый и телескопический компенсаторы, фурму подключают к магистрали подачи и отвода охлаждающей воды и подачи кислорода, опускают в конвертер и производят продувку расплава кислородом. Во время продувки от давления кислорода на тарелку 1 и воды на тарелку 4 возникает осевая сила, в основном воспринимающаяся кольцом 5 через выступ 6. Количество отверстий или чередующихся выступов и впадин (каналов) 9 для пропуска охладителя выбирается из условий прочности и теплопроводности. Практически при изготовлении наконечников ориентируются на условия прочности при минимальной толщине перемычек между отверстиями (или чередующихся выступов).

Наличие опоры в виде единой детали, воспринимающей основные нагрузки, позволяет повысить надежность устройства. Практически осуществима достаточно полная разгрузка сварных швов на соплах и нижней тарелке от механических сил, а также от термических напряжений, возникающих от колебаний температуры. При этом в конструкции обеспечено свободное радиальное расширение наружного кольца 5 относительно разделителя 2 при температурных деформациях, что разгружает от этого типа нагрузок наружные кольцевые швы. В итоге повышается стойкость фурм. За счет того, что переходное стальное кольцо выполнено с выступом 6, осевые нагрузки равномерно рассредоточены по окружности стального переходного кольца 5, при этом улучшены условия теплообмена и полностью ликвидирована опасность отрыва медной тарелки 4.

Кроме того, снижена трудоемкость изготовления наконечников кислородно-конвертерных фурм и повышена надежность их эксплуатации, поскольку исключена опасность отрыва наконечника из-за разрушения сварных швов под действием осевых нагрузок, так как эти нагрузки воспринимаются в основном через выступ 6 стальным кольцом 5 и передаются на наружную стальную трубу фурмы (на чертеже условно не показана).

Практическая стойкость предложенных наконечников на конвертерах с садкой 370 т и интенсивностью продувки 1400 м³/мин составляет свыше 250 плавок на лучших образцах и 200 плавок в среднем за кампанию конвертера.

Формула изобретения

1. Наконечник кислородно-конвертерной формы, содержащий верхнюю тарелку, разделитель, дутьевые сопла и нижнюю медную тарелку, снабженную переходным стальным кольцом с опорным узлом, на котором свободно установлен разделитель внутренних полостей для подвода и отвода охладителя, отличающийся тем, что опорный узел выполнен в виде выступа на нижней части переходного кольца, при этом выступ выполнен со сквозными проходными каналами, посредством которых внутренние полости для подвода и отвода охладителя сообщены между собой.

2. Наконечник по п.1, отличающийся тем, что сквозные проходные каналы выполнены в теле выступа с образованием в плане ряда равномерно расположенных по окружности, чередующихся выступов и впадин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3