ФУРМА ДЛЯ ДОННОЙ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА ГАЗАМИ В КОВШЕ

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована при внепечной обработке стали в ковшах путем продувки инертным газом.
Известны фурмы для донной продувки металла газами в ковше с возбуждением акустических колебаний газа, например, по патентам РФ №2165986 С 21 С 7/072, 2001 [1], №2238984 С 21 С 7/072, 2004 [2], №2025498 С 21 С 5/48, 1994 [3].
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является фурма по патенту №2238984 С 21 С 7/072, 2004 [2]. Она состоит из огнеупорной пробки в днище сталеразливочного ковша, выполненной из огнеупорной массы и имеющей сквозные продольные щелевые каналы, диффузора, резонатора, возбуждающего упругие акустические колебания газа, отражателя и сопла Лаваля. Резонатор, сопло Лаваля и отражатель расположены вне огнеупорной пробки в отдельном корпусе под днищем ковша и связаны с огнеупорной пробкой при помощи диффузора. При этом резонатор и сопло Лаваля расположены перпендикулярно оси огнеупорной пробки и оси газоподводящего тракта. Резонатор и сопло Лаваля расположены на одной оси.
Недостатком данной фурмы является значительная потеря акустической энергии газа в диффузоре и, как следствие, недостаточная эффективность обработки металла, а также значительные габаритные размеры фурмы в сборе с отдельным корпусом акустического возбуждения газа и повышенная опасность ее обслуживания. Последнее связано с необходимостью ручной периодической настройки частоты колебаний в процессе обработки жидкого металла в ковше.
Задачей полезной модели является улучшение качества обработки металла, уменьшения габаритных размеров фурмы, повышение безопасности обслуживания.
Техническим результатом является улучшение качества обработки металла за счет повышения акустической энергии подаваемого газа, достижение компактности фурмы, безопасности обслуживания и увеличения ее рабочего ресурса.
Для реализации технического результата, согласно формулы полезной модели, фурма содержит резонатор, расположенный в огнеупорной пробке, соосно ей, отражатель, выполненный в виде крышки, закрывающей дно огнеупорной пробки, и сопло Лаваля, встроенное в отражатель.
Расположение резонатора непосредственно в огнеупорной пробке (вместо отдельного корпуса и диффузора), совмещенное выполнение крышки и отражателя, а также встраивание сопла Лаваля в отражатель позволяют уменьшить габаритные размеры фурмы, максимально снизить динамическое сопротивление на пути движения продувочного газа, повысить его акустическую энергию и улучшить качество обработки металла.
Кроме этого, такая конструкция позволяет заранее задать необходимую частоту акустических колебаний в процессе изготовления фурмы путем изменения глубины и объема резонатора и диаметра сопла Лаваля. Это исключает необходимость настройки резонатора во время эксплуатации фурмы и обеспечивает безопасность обслуживания. Равномерное распределение акустически возбужденного газа в щелевых каналах огнеупорной пробки улучшает охлаждение фурмы и повышает ее рабочий ресурс.
Полезная модель поясняется примером выполнения фурмы, представленным на фигуре чертежа (общий вид, в разрезе). Фурма устанавливается в днище ковша.
Фурма включает в себя огнеупорную пробку 1 со сквозными продольными щелевыми каналами 2, газоподводящую трубку 3, сопло Лаваля 4 для подачи газа, резонатор 5, отражатель 6.
Резонатор расположен в огнеупорной пробке соосно ей. Отражатель выполнен в виде металлической крышки со сферическими поверхностями, закрывающей дно огнеупорной пробки. Между внутренней поверхностью отражателя и дном огнеупорной пробки имеется полость, сообщенная с каналами 2. Сопло Лаваля встроено в отражатель через съемник 7. Съемник 7 предназначен для удаления фурмы из днища сталеразливочного ковша при ее замене. К соплу Лаваля подведена газоподводящая трубка 3. Фурма заключена в металлический кожух 8. Резонатор, сопло Лаваля и газоподводящая трубка расположены на одной оси по центру фурмы. Расчетами и экспериментами установлена зависимость частоты акустических колебаний и, соответственно, диаметра образующихся пузырей газа от линейных параметров резонатора и сопла Лаваля.
Диаметр резонатора составляет 1,45-1,60 диаметра выходного сечения сопла Лаваля, а его длина составляет 15-100 мм. Диаметр выходного сечения сопла Лаваля составляет 10-12 мм. Расстояние от выходного сечения сопла до резонатора составляет 2-3 мм.
При геометрических размерах, изменяемых в заявленных пределах, амплитудно-частотные характеристики звуковых колебаний находятся в диапазоне 100-4000 Гц.
Фурма работает следующим образом. Продувочный газ под давлением 0,8-1,5 МПа подается через газоподводящую трубку 3 и сопло 4 в полость между внутренней поверхностью отражателя и дном огнеупорной пробки и резонатор 5. В резонаторе 5 генерируются упругие акустические колебания, обеспечивающие формирование газовому потоку пульсирующей волновой структуры. Отражатель 6, отражая акустические волны, направляет пульсирующий газовый поток в сквозные продольные щелевые каналы 2 огнеупорной пробки 1. На выходе из сквозных продольных щелевых каналов
2 поток газа дробится на пузыри, оптимальный диаметр которых задан размером щелевых каналов и амплитудно-частотной характеристикой звуковых колебаний. Движение пузырей в жидком металле осуществляется в колебательном режиме, что положительно влияет на качество его очистки. Благодаря максимально компактному расположению резонатора, сопла Лаваля и отражателя обеспечивается максимальная энергия акустических волн и достигается минимизация габаритных размеров фурмы.
Колебательное движение пузырей газа на выходе из сквозных продольных щелевых каналов препятствуют также проникновению в щели металла и их зарастанию при изменении режима продувки, что способствует увеличению срока службы огнеупорных пробок и снижению времени подготовки фурмы к продувке.
Фурма для донной продувки является сменным устройством, заменяемым после износа огнеупорной пробки. В качестве огнеупорной массы для изготовления пробки применяется, например, высокоглиноземистая низкоцементная тиксотропная масса.
Промышленные испытания предложенной фурмы подтвердили улучшение качества обработки металла и ее повышенный рабочий ресурс, почти в полтора раза превышающий стойкость серийно применяемых фурм, безопасность обслуживания.
Источники информации:
1. Патент РФ №2152441 С 21 С 7/072, 2000 [1];
2. Патент РФ №2186858 С 21 С 7/072, 2002 [2];
3. Патент №2025498 С 21 С 5/48, 1994 [3].