ПОРИСТАЯ ПРОБКА ДЛЯ ДОННОЙ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к металлургическому производству в частности к конструкции пористых продувочных фурм-пробок для донной продувки металла, например стали, и может быть использована в устройствах для донной продувки металла при внепечной обработке в сталеразливочных и промежуточных ковшах и др.
Получение высокопрочной стали или сплава, пригодных для изготовления ответственных изделий, сводится к разработке такой технологии выплавки, раскисления и заключительного этапа обработки, которые могут обеспечить минимальное остаточное содержание вредных примесей, газов и неметаллических включений.
Поставленная задача в металлургической практике решается путем использования различных методов внепечной обработки стали. Наиболее простым способом внепечной обработки стали с целью улучшения ее качества является продувка жидкого расплава в ковше аргоном или другими инертными газами.
При этом осуществляются операции усреднения химического состава металла и его температуры по объему сталеразливочного ковша, интенсификации процесса дегазации металла при вакуумной обработке, удаления газов и неметаллических включений из жидкой стали, рафинирования металла от серы при обработке его на установке печь-ковш.
Для осуществления процесса продувки стали в ковше существует много способов и технологий. Наибольшее распространение на металлургических предприятиях получили способы перемешивания стали с помощью погружаемых фурм или через систему донной продувки, устанавливаемую в днище ковша, соединенную с коллектором для подачи газа.
Одним из основных узлов системы донной продувки металла является устройство для донной продувки, размещенное в днище сталеразливочного ковша, основным рабочим элементом которого является продувочная фурма.
Основной характеристикой продувочной фурмы является газопроницаемость огнеупорного материала. С одной стороны фурма должна обеспечивать высокую интенсивность подачи газа, с другой, даже при отсутствии давления его, исключить проникновение стали или шлака в газопроводящие каналы фурмы.
Известна фурма для донной продувки металла газами в ковше, включающая в себя металлическую гильзу с дном, заполненную огнеупорной массой, в которой для пропуска продувочного газа выполнены продольные сквозные щелевые каналы. В нижней части фурмы между огнеупорной массой и дном образован зазор, соединяющий продольные каналы с полостью газоподводящей трубки, причем зазор выполнен с частичным перекрытием входа в щелевые каналы с целью обеспечения снижения гидравлического сопротивления при движении продувочного газа через фурму (см. патента РФ №2186858 « Фурма для донной продувки металла газами в ковше и способ ее изготовления», 2000 г., МПК C21C 7/072, C21C 5/48).
Однако, в процессе эксплуатации данной фурмы происходит износ огнеупорного наполнителя, а в случае снижения давления продувочного газа происходит попадание жидкого металла или шлака в щелевые каналы фурмы, что соответственно снижает интенсивность продувки, снижает срок использования всего устройства для донной продувки, возможен уход металла через фурму в днище ковша.
Известна фурма для донной продувки металла газами в ковше, содержащая металлическую гильзу с дном, заполненную огнеупорной бетонной массой, в которой выполнены продольные щелевые каналы, и индикатор износа, расположенный в нижней части, заформованный огнеупорной массой (см. патент РФ №2243267, МПК C21C 5/48, C21C 7/072, 2003 г. «Фурма для донной продувки металла газами в ковше и способ ее изготовления»). В данной конструкции фурмы снижается риск ухода металла через фурму за счет наличия в нижней ее части индикатора износа, свидетельствующего о необходимости прекращения ее использования.
В данной известной фурме в процессе ее эксплуатации также значительно снижается интенсивность продувки за счет попадания в продувочные каналы жидкого металла и шлака при снижении давления газа в конце продувки.
С целью повышения интенсивности продувки в течение всего времени обработки металла используют фурмы, в которых дополнительно между щелевыми каналами и боковым краем фурмы выполнены лабиринтные каналы (см патент №2369464 «Фурма для донной продувки металла газами в ковше и способ ее изготовления», 2007 г., МПК B22D 41/58). Однако, данная конструкция фурмы также не обеспечивает равномерную интенсивность продувки жидкого металла в течение всего процесса внепечной обработки, так как требует непрерывной подачи продувочного газа.
Наряду со щелевыми продувочными фурмами широкое применение для продувки металла в ковше получили огнеупорные пористые пробки-фурмы. По сравнению с известными щелевыми фурмами пористые фурмы имеют то преимущество, что при проникновении через них газа он поступает в жидкий металл в виде мелких пузырьков. Это обеспечивает большую поверхность контакта металл-газ, соответственно высокую интенсивность продувки. Кроме того, продувочные каналы в виде микропор предотвращают попадание в них жидкого металла, соответственно увеличивается срок службы фурмы.
Большое значение для эксплуатационных характеристик пористой фурмы имеет вид ее пористости.
В практике использования известны фурмы с неориентированной и ориентированной (направленной) пористостью.
Известно, например, устройство для донной продувки металла газами в ковше, включающее установленный в кладке подины металлургического агрегата фурменный узел, состоящий из газового коллектора и установленного в нем фурменного блока с каналами направленной пористости. Каналы направленной пористости фурменного блока выполнены из капиллярных нержавеющих металлических трубок, заформованных равномерно в сечении фурменного блока. Для повышения стойкости фурменного блока и зоны вокруг него, а также снижения расхода продувочного газа головка фурменного блока установлена ниже верхнего уровня набивного слоя подины, при этом для предотвращения выгорания рабочей поверхности на выходной торец головки фурменного блока уложен газопроницаемый набивной слой магнезитового порошка (см. патент РФ №2066690 « Устройство для донной продувки металла», 1996 г., МПК C21C 5/48). Данная конструкция фурмы обеспечивает более эффективное перемешивание металла в ковше, однако это устройство также характеризуется недостаточно высоким сроком службы в результате закупоривания каналов продувочной фурмы металлом.
Кроме того, данная конструкция фурмы сложна в изготовлении, в процессе ее эксплуатации за счет выгорания металлических трубок нарушается пористость вставки, снижается интенсивность продувки и срок службы фурмы.
Известны продувочные фурмы с неориентированной пористостью (см. А.С. СССР №250962 от 11.06.1968 г. «Устройство для продувки жидкого металла газами»).
Известны устройства, в продувочных узлах которых использованы комбинированные вставки. Например, известно устройство для донной продувки металла газом, в котором продувочный узел имеет вертикальные каналы, образованные коаксиально расположенными частями из огнеупорных материалов, выполненными в виде усеченного конуса или в виде усеченной пирамиды, и дополнительно содержит цилиндрическую пористую огнеупорную вставку, расположенную между рабочей частью продувочного узла и металлическим фланцем (см. патент РФ №2255118 от 08.12.2003 г., МПКC21C 5/48 «Устройство для донной продувки металла газом, способ изготовления продувочного моноблока и огнеупорный материал для изготовления моноблока»).
Однако, во всех этих известных устройствах, хотя и обеспечивается более эффективное перемешивание металла в ковше в начале продувки, в процессе эксплуатации происходит снижение газопроницаемости из-за закупоривание продувочных каналов фурмы металлом в результате снижается эффективность продувки и соответственно снижается срок службы. Кроме того, такие конструкции фурм сложны в изготовлении.
Наиболее близким техническим решением является устройство для донной продувки металла, в котором использована пористая пробка, имеющая форму усеченного конуса, выполнена составной из коаксиально расположенных частей, внутренняя часть пробки выполнена в виде тела вращения, или в виде усеченной многогранной пирамиды, каналы пористой пробки выполнены с сечением в виде круга, или многоугольника, или сегмента, размеры которых задаются в зависимости от их формы, и расположены по плоскости контакта внутренней и наружной частей пористой пробки, при этом верхние участки каналов или каналы по всей длине расположены по спирали, а оболочка конической формы выполнена из нержавеющей стали (см. патент РФ №2129165 от 20.04.1999 г., МПК C21C 5/48 «Устройство для донной продувки металла») - прототип.
К недостаткам известной конструкции пористой пробки, используемой в известном устройстве, относятся снижение эффективности продувки за счет снижения газопроницаемости теля пробки при снижении давления продувочного газа в конце продувки и заметалливания продувочных каналов, а также сложность изготовления и низкий срок службы.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка конструкции пористой пробки для донной продувки металла, обеспечивающей высокую степень газопроницаемости в течение всего процесса продувки металла, повышение надежности и срока службы при упрощении конструкции.
Достигаемым техническим результатом является повышение коэффициента газопроницаемости, обеспечение надежности в течение всего процесса обработки металла, увеличение срока службы при одновременном упрощение конструкции пробки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в пористой пробке для донной продувки металла, имеющей форму тела в виде усеченного конуса, заключенного в оболочку из нержавеющей стали, тело пробки выполнено однородным с равномерно расположенными по всему телу пробки каналами в виде взаимосвязанных между собой микропор равных размеров и со стороны большого основания пористого тела пробки внутри оболочки из нержавеющей стали расположена газораспределительная полость.
Сущность технического решения поясняется на фиг. 1,
где схематично изображена в разрезе пористая пробка для донной продувки металла, вид спереди.
Пористая пробка состоит из пористого тела в виде усеченного конуса 1, заключенного в коническую оболочку из нержавеющей стали -2 с донышком 3. Со стороны большого основания тела пористой пробки 1 между донышком 3 и телом пробки 1 расположена газораспределительная полость 4, снабженная газоподводящей трубкой - 5.
Изготовление пористой пробки производится прессованием пористого тела по заданным фракциям смеси огнеупорных материалов с высокой термостойкостью и количеством порообразователя с последующей сушкой и обжигом.
Например, сырье готовят из смеси материалов плотного корунда фракции 1-0,5 мм, глиноземистой пудры фракции менее 0,044 мм., глиноземистой микропудры и хромистой пудры фракции менее 0,044 мм. В качестве порообразователя может быть использован крахмал. Затем подготовленное сырье прессуется по составленному шаблону, сушится и обжигается. Подготовленное тело пробки помещается в предварительно сваренный корпус из нержавеющей стали.
После изготовления производится проверка газопроницаемости пробки.
В процессе эксплуатации продувочный газ подается в газораспределительную полость 4 и равномерно через микропоры тела 1 пористой пробки подается на рабочую поверхность пробки. За счет пористости рабочей поверхности пробки увеличивается площадь контакта газа с расплавом на границе раздела газ-металл. При этом обеспечивается равномерность подачи продувочного газа, стабильное перемешивание металла, предотвращается непосредственное взаимодействие рабочей поверхности пробки с расплавом, предотвращается попадание жидкого расплава в поры пробки и соответственно увеличивается срок ее службы.
В процессе опытно-промышленных испытаний предлагаемой конструкции продувочной пробки на ряде металлургических заводов установлено увеличение коэффициента продувки до 100% в течение всего процесса продувки металла при одновременном увеличении срока службы пробки.