УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОННОЙ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА ГАЗОМ

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована при донной продувке металла инертными газами в сталеразливочных ковшах и других сталеплавильных агрегатах. Известны устройства для донной продувки металла газом, состоящие из гнездового блока и расположенной в нем продувочной фурмой из огнеупорного материала, имеющей пористые и/или щелевые каналы для прохода газа, например, фурмы по патентам RU 7996 С21С 5/48, 1998 [1], RU 2255118 С21С 5/48, С21С 7/072, В22В 1/00, 2005 [2], RU 2234540 С21С 5/48, С21С 7/072, В22В 1/00, 2004 [3].
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для донной продувки металла газом [3].
Оно содержит гнездовой блок с расположенной в нем продувочной фурмой, состоящей из коаксиально расположенных прессованных и термообработанных керамических частей, выполненных в виде усеченного конуса или в виде усеченной пирамиды. Продувочная фурма заключена частично со стороны большего основания в металлическую оболочку (гильзу), имеющую форму, адекватную внешней поверхности фурмы, и имеющую со стороны большего основания металлический фланец (крышку) с газоподводящей трубой. Между фланцем и дном продувочной фурмы выполнена газораспределительная полость, образованная за счет металлической подставки. Металлическая оболочка имеет внешние реборды или приваренные к ней металлические уголки и скреплена с гнездовым блоком трамбовочной огнеупорной массой для предохранения от проседания фурмы с ее отделением от блока под давлением металла. Каналы, ориентированные по направлению движения газа, формируются при сборке составных керамических элементов продувочной фурмы за счет углубления в виде паза в одной из сопрягаемых деталей, получаемого задаваемым профилем прессоснастки. После термообработки изделия с плоскостью трапециевидной формы с обеих сторон шлифуют в т.ч. и щелевые каналы.
Сборку продувочной фурмы вида усеченной пирамиды осуществляют последовательным сопряжением составных элементов трапециевидной формы. При этом сопряжение производят с притиркой контактной профильной поверхности одного изделия с плоской поверхностью другого аналогичного изделия. Сборку фурмы вида усеченного конуса производят последовательной установкой на внутренний сплошной усеченный конус наружных полых усеченных конусов. Сплошной и полые усеченные конуса притирают между собой по сопрягаемым контактным конусным поверхностям.
Недостатком известного устройства для донной продувки металла газом является сложность изготовления продувочного узла с необходимостью шлифовки и притирки значительного количества составных керамических элементов, что увеличивает трудоемкость и затрудняет достижение стабильности качества при серийном производстве. Кроме этого, между поверхностями сопрягаемых керамических элементов образуются микроканалы, что предопределяет возможность инфильтрации металла, сокращение срока службы фурмы и снижение безопасности эксплуатации устройства.
Задачей полезной модели является создание устройства для донной продувки металла газом с высокой пропускной способностью, эффективного, менее сложного и трудоемкого в изготовлении, безопасного в использовании.
Для решения поставленной задачи и реализации технического результата, согласно формуле полезной модели устройство для донной продувки металла газом включает гнездовой блок с расположенной в нем продувочной фурмой, содержащей керамический сердечник, выполненный в форме бруска с рядами продольных щелевых каналов в теле, бетонную оболочку из огнеупорной массы, индикатор износа фурмы и акустический излучатель, выполненный в виде полого цилиндра, закрытого с торцов пластинами с отверстием в центре и установленный заподлицо одним из торцов с поверхностью крышки. Продувочная фурма заформована внутри гнездового блока, при этом верхняя часть фурмы на 5-10 мм выше уровня верхней поверхности блока, а крышка находится в пределах 20-80 мм от нижней поверхности гнездового блока.
Технический результат достигается путем выполнения продольных щелевых каналов в керамическом сердечнике, дополнительного оснащения фурмы акустическим излучателем, возбуждающим акустические колебания газа и индикатором износа. Монолитное сопряжение элементов фурмы посредством бетонирования снижает трудоемкость изготовления и влияние человеческого фактора на точность сборки продувочного узла. Предложенное устройство для донной продувки металла предусматривает посадку продувочной фурмы в тело гнездового блока без возможности удаления снизу, что исключает возможность ее проседания и отделения от блока под давлением металла, а также проход металла через днище в месте установки продувочной фурмы, гарантируя безопасную работу устройства. Продувочная фурма выступает из блока на 5-10 мм в результате чего металл между плавками стекает с верхней части фурмы, оставляя чистой ее поверхность со щелевыми каналами. Расстояние от крышки фурмы до нижней поверхности гнездового блока в пределах 20-80 мм определено экспериментальным путем и обеспечивает возможность достаточного охлаждения продувочной фурмы газом и запас прочности основания гнездового блока под фурмой.
Выступы на контактных поверхностях керамических сердечника и индикатора износа по п.2, п.3 и опора по п.4 и формулы полезной модели служат для фиксации элементов фурмы от смещения. Часть бетонной оболочки продувочной фурмы согласно по п.5 формулы полезной модели выше металлической гильзы имеет цилиндрическую форму для возможности размещения керамического сердечника с большей площадью поперечного сечения. Кольцевая канавка по п.6 формулы полезной модели повышает жесткость металлической гильзы, предотвращая ее деформацию при заформовывании продувочной фурмы в гнездовой блок, и дополнительно фиксирует фурму в теле гнездового блока 1.
Полезная модель поясняется примером выполнения устройства для донной продувки металла газом, представленным на фиг.1, фиг.2 чертежа.
Устройство для донной продувки металла газом включает в себя гнездовой блок 1 с заформованной в него продувочной фурмой, содержащей керамический сердечник 2 с рядами продольных щелевых каналов 3 и фиксирующими выступами 4, бетонную оболочку 5, индикатор 6 износа продувочной фурмы, состоящий из двух половин, противоположно сопряженных с поверхностью керамического сердечника 2, с выступами 7 на поверхности, сопряженной с бетонной оболочкой 5, металлическую гильзу 8 с кольцевой канавкой 9, крышку 10, газораспределительную полость 11, акустический излучатель 12, газоподводящую трубку 13. Керамический сердечник 2 в сечении предпочтителен квадратной формы для возможности компактного размещения большего количества щелей и увеличения пропускной способности продувочной фурмы. Площадь отверстий в пластинах акустического излучателя 12 должна быть не менее площади сечения продольных щелевых каналов 3. Керамический сердечник 2 формуют из огнеупорной массы и обжигают. Ряды продольных щелевых каналов формируют в процессе изготовления керамического сердечника при помощи выгорающих или удаляемых закладных элементов определенного размера. Индикатор 6 износа продувочной фурмы может быть выполнен, например, в виде керамического цилиндра, разрезанного по продольной оси на две части. Крышка 10 имеет плоскую поверхность, на нее опирается бетонная оболочка 5. В огнеупорной массе бетонной оболочки 5 между внутренней поверхностью крышки 10 и керамическим сердечником 2 выполнена газораспределительная полость 11 в виде углубления аналогичного по форме сечению керамического сердечника 2, но меньшей площади, с образованием по периметру опоры для сердечника. Нижняя часть бетонной оболочки 5, имеющая форму усеченного конуса, охвачена металлической гильзой 8 с кольцевой канавкой 9, а выше металлической гильзы бетонная оболочка 5 выполнена цилиндрической. Бетонная оболочка 5 изготавливается из низкоцементного бетона на основе оксида алюминия. Керамический сердечник 2, акустический излучатель 12 и газоподводящая трубка 13 расположены на оси по центру продувочной фурмы. Расположение акустического излучателя 12 прямо под керамическим сердечником 2 позволяет сохранить энергию акустических волн на выходе из продольных щелевых каналов 3 и повысить интенсивность перемешивания жидкого металла газовыми пузырьками.
Устройство для донной продувки металла работает следующим образом.
Инертный газ подается под давлением по газоподводящей трубке 13 в акустический излучатель 12, где генерируются упругие акустические колебания, придающие газовому потоку пульсирующую волновую структуру. Крышка 10, отражая акустические волны, направляет пульсирующий газовый поток из газораспределительной полости 11 в продольные щелевые каналы 3 керамического сердечника 2. На выходе из продольных щелевых каналов 3 поток газа дробится на пузырьки, оптимальный диаметр которых задан размером щелевых каналов и амплитудно-частотной характеристикой звуковых колебаний. Акустический излучатель обеспечивает более эффективное формирование пузырькового режима течения, раскрывая газовый факел на широкий угол, что позволяет пузырькам газа воздействовать на больший объем металла в ковше. Движение акустически возбужденных пузырьков в жидком металле осуществляется в колебательном режиме, это положительно влияет на гомогенизацию состава металла и очистку от неметаллических включений. Кроме этого, колебательное движение пузырьков газа на выходе из продольных щелевых каналов 3 препятствует проникновению в щели металла и их зарастанию при изменении режима продувки. Применение акустических излучателей с определенными частотными характеристиками позволяет решать различные задачи внепечной обработки металла способом продувки. Предложенное устройство для донной продувки металла газом эффективно, надежно и безопасно в работе, что подтвердили результаты испытаний.
Источники информации:
1. RU 7996 С21С 5/48, 1998 [1];
2. RU 2255118 С21С 5/48, С21С 7/072, В22В 1/00, 2005 [2];
3. RU 2234540 С21С 5/48, С21С 7/072, В22В 1/00, 2004 [3].