ФУРМА ДЛЯ ДОННОЙ ПРОДУВКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА ГАЗАМИ В КОВШЕ

Полезная модель относится к металлургии и используется при внепечной обработке стали в ковше путем продувки жидкого металла инертным газом.
Фурма для донной продувки металла газами в ковше представляет собой металлическую гильзу с дном, заполненную огнеупорной массой, в которой выполнены индикатор износа и продольные сквозные щелевые каналы. В нижней части фурмы между огнеупорной массой и дном образован зазор, соединяющий продольные сквозные щелевые каналы с полостью газоподводящей трубки. Фурма устанавливается в футеровке дна ковша. Инертные газы, например, аргон или азот по газоподводящей трубке через зазор между дном и огнеупорной массой подаются в продольные сквозные щелевые каналы. Выходя из верхних торцов каналов, газ попадает в жидкий металл, находящийся в ковше, и по нему в виде пузырьков всплывают наверх. Таким образом, происходит продувка жидкого металла газом.
В целях предотвращения затекания жидкого металла в каналы, что препятствует прохождению газа, каналы выполнены в виде щелей с высотой просвета не более 0,30 мм. После разливки металла из ковша на верхнем торце фурмы затвердевают остатки металла и шлака, которые препятствуют прохождению газов из щелевых каналов при продувке следующей порции металла. Удаление их происходит с помощью стальной трубы, по которой подается кислород. На выходном конце трубы в атмосфере кислорода происходит интенсивное горение железа при высокой температуре, за счет которой расплавляются и удаляются затвердевшие остатки металла и шлака. Однако, в результате такой очистки торца фурмы расплавленный металл и (или) шлак могут внедряться струей кислорода в полость щелевых каналов, застывать в них и препятствовать прохождению инертного газа. В результате воздействия жидкого металла и (или) шлака, а также струи кислорода происходит износ верхнего (рабочего) торца фурмы, и фурма в процессе эксплуатации укорачивается.
Известна фурма для донной продувки металла газами в ковше, имеющая шесть прямолинейных продольных сквозных плоских щелевых каналов шириной 20 мм и высотой просвета 0,3 мм, патент RU №2186858 С21С 7/072, 5/48, 13.03.2000. При очистке торца такой фурмы с помощью стальной трубы и кислорода в некоторые щелевые каналы попадают жидкий металл и (или) шлак на глубину до 50 мм. При подаче инертного газа через такие каналы металл и (или) шлак, проникшие на глубину, примерно, не более 15 мм выталкивается газом обратно и каналы восстанавливают свою работоспособность. Каналы с металлом и (или) шлаком на глубине более 15 мм остаются неработоспособными и соответственно снижают работоспособность всей фурмы, так как уменьшают общий объем подаваемого инертного газа.
Известна фурма, в которой сквозные газопроводящие плоские щелевые каналы выполнены по спирали в продольном направлении патент, RU 2373023 С2, B22D 41/58, 09.01.2007. Поперечное сечение таких щелевых каналов - прямая линия. Внедренные в такие щелевые каналы потоком кислорода жидкий металл и (или) шлак, двигаясь по спирали, проникают на глубину меньшую, чем при движении по прямолинейным щелевым каналам.
Недостатком такой фурмы является закупоривание некоторых щелевых каналов металлом и (или) шлаком при очистке струей кислорода и снижение за счет этого работоспособности фурмы.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является фурма для донной продувки жидкого металла газами в ковше, в плоских щелевых каналах которой выполнены металлошлакоуловители, препятствующие протеканию металла и шлака (RU 2656913, 15.06.2016).
В этой конструкции металлошлакоуловители частично перекрывают просвет щелевого канала. В целях недопущения уменьшения по этой причине подачи газа необходимо увеличивать ширину щелевых каналов. Однако в этом случае наружный продольный торец плоскости щелевого канала близко располагается к плоскости боковой поверхности фурмы, что уменьшает прочность фурмы в этом месте. Кроме того, эти плоскости расположены перпендикулярно друг к другу, что значительно уменьшает энергию зарождения трещины в огнеупорном материале. По этим причинам под действием высоких термических напряжений, возникающих в фурме при эксплуатации, в этом месте могут образовываться трещины и сколы. Это является недостатком указанной конструкции фурмы.
Задачей предполагаемого технического решения является уменьшение явления трещинообразования в промежутке между наружным продольным торцом щелевого канала и боковой плоскостью фурмы. Это достигается тем, что в предлагаемой конструкции щелевые каналы представляют собой фигуру, поперечное сечение которой имеет форму спирали (спиральные щелевые каналы), наружный конец которой направлен в сторону от боковой поверхности фурмы. В данном случае наружный конец спирали совпадает с наружным боковым торцом щелевого канала.
Вероятность образования трещин между боковым наружным продольным торцом щелевого канала и боковой поверхностью фурмы определяется в первую очередь расстоянием между ними. Чем меньше расстояние, тем меньше толщина материала фурмы в этом месте, тем меньше прочность, тем больше вероятность образования трещины. В предлагаемой конструкции указанное расстояние увеличивается за счет придания поперечному сечению щелевого канала формы спирали.
В значительной степени процесс трещинообразования усиливает наличие в теле любого изделия пустот, имеющих острые кромки, направленные в сторону наружной поверхности изделия, т.к. они существенно снижают энергию зарождения трещины. В продувочной фурме боковой торец щелевого канала играет роль острой кромки и стимулирует трещинообразование, особенно если он перпендикулярно направлен в сторону боковой поверхности фурмы и находится от нее на небольшом расстоянии.
В предлагаемой конструкции фурмы щелевые каналы снабжены металлошлакоуровнителями, а форма их поперечного сечения является спираль (Фиг.). Длина спирали обеспечивает прохождение требуемого количества газа при наличии металлошлакоуровнителей. Поперечный размер В, (Фиг.) спирали меньше, чем поперечное сечение плоского щелевого канала с аналогичной пропускной способностью по газу (прямая линия). За счет этого увеличивается расстояние Б, (Фиг.) от щелевого канала до боковой поверхности 3 фурмы. Кроме того, спираль расположена таким образом, что ее наружный конец 1, а также и внутренний конец 2, а следовательно и наружный боковой торец щелевого канала не направлены в сторону боковой поверхности 3 фурмы и находятся от нее на значительно большем расстоянии, (Фиг.), чем наружный боковой продольный торец плоского щелевого канала. За счет этих факторов наружные трещины в промежутке между щелевыми каналами и боковой поверхностью фурмы практически не образуются. В зависимости от величины требуемого газапотока в жидком металле спиральные щелевые каналы могут располагаться в один или в два ряда, (Фиг.).
Фурма для донной продувки металла в ковше указанной конструкции была использована при выплавке стали в дуговой электропечи и агрегате печь-ковш. Размеры фурмы, мм: высота - 450; диаметр верхний - 110; диаметр нижний - 190. Ширина щелевых каналов (длина спирали) - 60 мм; высота просвета - 0,25 мм; поперечный размер спирали (В) - 20 мм; расстояние от наружного продольного торца спирали до боковой поверхности (А) - 35 мм; количество спиральных щелевых каналов в одной фурме - 16 штук. Размеры металлошлакоуловителей, мм: высота - 8; ширина - 12; расстояние между рядами - 3. Металлошлакоуловители выполнены в щелевых каналах на высоту индикатора износа. Давление подачи газа - 10 атм. Фурма со спиральными каналами использовалась при выплавке двух плавок, затем ее извлекли из футеровки ковша для исследования. Наличие трещин и сколов в промежутке между спиральными щелевыми каналами и наружной поверхностью фурмы не выявлено.