ФУРМА ДЛЯ ДОННОЙ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА ГАЗОМ

Полезная модель относится к черной металлургии и может быть использована при внепечной обработке металла в ковше путем продувки инертным газом.
Известны устройства для донной продувки металла газом, например, по патентам RU №2129165 С21С 5/48, 1999 [1], RU №7996 С21С 5/48, 1998 [2], RU №2334540 С21С 5/48, С21С 7/072, B22D 1/00, 2004 [3], представляющие собой гнездовой блок с расположенной в нем продувочной фурмой с щелевыми и/или пористыми каналами, заключенной в металлическую оболочку, которая имеет со стороны основания фланец с отверстием для подачи инертного газа, закрывающий дно продувочной фурмы с образованием сообщенной с продольными щелевыми каналами газораспределительной полости, при этом продувочная фурма скреплена с гнездовым блоком посредством огнеупорного склеивающего материала.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для донной продувки металла газом [3]. Известное устройство для донной продувки металла газом содержит гнездовой блок с расположенной в нем продувочной фурмой, состоящей из коаксиально расположенных прессованных из огнеупорных материалов частей, выполненных в виде усеченного конуса или в виде усеченной пирамиды и заключенных частично со стороны большего основания в металлическую оболочку (гильзу), имеющую форму, адекватную внешней поверхности продувочной фурмы, и имеющую со стороны большего основания продувочной фурмы металлический фланец (крышку) с газоподводящей трубкой. Между фланцем и продувочной фурмой 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. Каналы продувочной фурмы, ориентированные по направлению движения газа, получены за счет выступов по всей длине на одном из сопрягаемых усеченных конусных или трапециевидных составных элементов продувочной фурмы, формируемых задаваемым профилем прессоснастки.
После термообработки составные элементы продувочной фурмы с обеих сторон подвергаются шлифовке, 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 продувочной 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 высокая трудоемкость его изготовления, связанная с использованием сложной конструкции продувочной фурмы, состоящей из отдельных составных элементов, которые подвергают шлифовке, сборке и сопряжению между собой с притиркой контактных поверхностей, что требует применения большого количества технологических операций.
Кроме того, конструкция известного устройства не обеспечивает достаточный уровень надежности и степени защиты от аварийных уходов металла из ковша в процессе службы. При эксплуатации под эрозионным воздействием перемешиваемого металла происходит размывание огнеупорной массы между сопряженными поверхностями продувочной фурмы и гнездового блока и проникновение металла в зазор между ними, что может привести к уходу металла из ковша через шов сопряжения или «проседанию» продувочной фурмы под давлением металла.
Задачей полезной модели является создание устройства для донной продувки металла газом, технологичного в изготовлении, с повышенным уровнем надежности и безопасности при эксплуатации.
Техническим результатом является снижение трудоемкости изготовления, повышение уровня надежности и степени защиты от аварийных уходов металла из ковша в процессе службы.
Для реализации технического результата, согласно п.1 формулы полезной модели, устройство для донной продувки металла газом содержит продувочную фурму, имеющую обожженный керамический сердечник в бетонной оболочке, выполненный в виде бруса с продольными щелевыми каналами, и дополнительно индикатор износа, расположенный в нижней части продувочной фурмы, при этом продувочная фурма заформована внутри гнездового блока, а расстояние от крышки продувочной фурмы до основания гнездового блока составляет 20-80 мм.
Применение керамического сердечника, содержащего продольные щелевые каналы, обеспечивает необходимое качество продувки и позволяет упростить технологический процесс изготовления устройства для донной продувки металла газом, тем самым значительно снизить его трудоемкость.
Керамический индикатор износа, расположенный в нижней части продувочной фурмы, повышает надежность и безопасность использования устройства для продувки металла газом. Появление двух диаметрально расположенных темных пятен по периметру сечения керамического сердечника, видимых при обработке продувочной фурмы кислородом после разливки металла из ковша, указывает на выработку рабочего ресурса устройства для донной продувки металла газом и необходимость его замены. Заформовка продувочной фурмы внутри гнездового блока исключает возможность проникновения металла через шов их сопряжения и значительно повышает степень защиты от аварийного ухода металла из ковша.
Расстояние от крышки продувочной фурмы до основания гнездового блока, составляющее 20-80 мм, определено опытным путем и является наиболее оптимальным для того, чтобы в достаточной степени охладить щелевые каналы фурмы и предотвратить тем самым образование в них сажистого углерода, который является продуктом неполного сгорания природного газа в условиях высоких температур и недостатка кислорода. Кроме этого, такое расположение продувочной фурмы в теле гнездового блока исключает ее «проседание» под давлением металла в ковше и повышает уровень надежности устройства для донной продувки металла газом.
Полезная модель поясняется примером выполнения устройства для донной продувки металла газом, представленным на фигурах 1 и 2 чертежа.
Устройство для продувки металла газом включает в себя гнездовой блок 1 с заформованной в нем огнеупорной продувочной фурмой 2, состоящей из керамического сердечника 3 с рядами продольных щелевых каналов 4 и поперечными выступами 5 на стороне сопряжения с бетонной оболочкой 6, керамического индикатора 7 износа фурмы с поперечными выступами 8 на сопряженной с бетонной оболочкой 6 поверхности, металлической гильзы 9 с поперечной кольцевой канавкой 10, крышки 11, закрывающей дно фурмы 2 с образованием газораспределительной полости 12, и газоподводящей трубки 13.
Верхняя часть продувочной фурмы 2 расположена на 5-10 мм выше верхней поверхности гнездового блока 1, что способствует стеканию металла с верхней части фурмы после слива его из ковша и предотвращает попадание шлака и металла в продольные щелевые каналы и на рабочую поверхность фурмы, обеспечивая ее стабильную пропускную способность.
Керамический сердечник 3 выполнен в виде бруса из огнеупорной массы с продольными щелевыми каналами 4, образованными путем выгорания каналообразующих элементов в процессе обжига сердечника.
Для простоты изготовления предпочтительна квадратная форма сечения сердечника.
На стороне сопряжения с бетонной оболочкой 6 керамический сердечник 3 имеет не менее двух поперечных выступов 5, фиксирующих его положение в теле продувочной фурмы.
Керамический сердечник 3 и газоподводящая трубка 13 расположены соосно по центру фурмы.
Индикатор 7 износа фурмы имеет не менее двух поперечных выступов 8 на сторонах сопряжения с бетонной оболочкой 6, обеспечивающих крепление индикатора 7 износа в теле фурмы 2. Индикатор 7 износа фурмы может быть выполнен, например, в виде цилиндра, разрезанного по продольной оси на две части. Разделение тела керамического индикатора износа на две отстоящие друг от друга половины повышает его различимость при обработке фурмы кислородом после слива металла из ковша и повышает безопасность использования устройства для донной продувки металла газом. Фурма 2 заключена со стороны конического основания в металлическую гильзу 9, имеющую на сопряженной с гнездовым блоком поверхности поперечную кольцевую канавку 10, которая повышает жесткость металлической гильзы и обеспечивает фиксацию продувочной фурмы 2 в теле гнездового блока 1.
Часть продувочной фурмы 2 выше металлической гильзы 9 выполнена цилиндрической, что по сравнению с усеченной конусной или усеченной пирамидальной формой позволяет увеличить площадь верхней рабочей поверхности фурмы, и, соответственно, увеличить количество щелевых каналов, тем самым повысить газопропускную способность устройства для донной продувки металла газом.
К металлической гильзе 9 приварена крышка 11 с газоподводящей трубкой 13. Между внутренней поверхностью крышки 11 и дном продувочной фурмы 2 образована газораспределительная полость 12, сообщенная с продольными щелевыми каналами 4 и полостью газоподводящей трубки 13. Газораспределительная полость 12 выполнена в виде углубления, идентичного по форме поперечному сечению керамического сердечника 3, с образованием по периметру опоры для керамического сердечника 3.
Устройство для донной продувки металла газом работает следующим образом.
При продувке металла газ, подаваемый под давлением 0,8-1,5 МПа через газоподводящую трубку 13, поступает в газораспределительную полость 12 и продольные щелевые каналы 4 керамического сердечника 3. На выходе из продольных щелевых каналов 4 поток газа дробится на пузырьки, оптимальный размер которых задан размером щелевых каналов. Пузырьки продувочного газа, продвигаясь в жидком металле, способствуют перемешиванию металла, выравниванию его состава и температуры, удалению растворенных газов и неметаллических включений.
В качестве огнеупорной массы для изготовления гнездового блока и бетонной оболочки продувочной фурмы применяются, например, высокоглиноземистая низкоцементная тиксотропная масса, либо корундовый бетон.
Источники информации:
1. Патент RU №2129165 С21С 5/48, 1999 [1];
2. Патент RU №7996 С21С 5/48, 1998 [2];
3. Патент RU №2334540 С21С 5/48, С21С 7/072, B22D 1/00, 2004 [3].