УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА ГАЗАМИ В КОВШЕ

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована при обработке металла газами в ковше.
Известно устройство для продувки металла газами в ковше (RU № 2238984, С21с 7/072, 5/48 от 20.11.2002), содержащее гнездовой блок, продувочную фурму и газоподводящую трубку.
Верхняя поверхность этого устройства находится в одной плоскости с поверхностью дна ковша. Вследствие того, что устройство для продувки металла газами в ковше из-за воздействия газа работает в наиболее жестких условиях, оно выходит из строя раньше, чем огнеупорная футеровка дна ковша. По этой причине ковш необходимо выводить из эксплуатации на дополнительный ремонт для замены устройства для продувки металла значительно раньше, чем ковш выводится из эксплуатации для замены его огнеупорной футеровки. Для этого огнеупорную футеровку необходимо охлаждать, что сокращает ее срок службы.
С целью повышения срока службы в устройстве для продувки металла газами в ковше (патент RU № 2356691, B22D 41/58 от 09.01.2007) увеличена длина за счет выступающей части с выступающими прямыми углами, которая находится в жидком металле выше плоскости дна ковша. Вследствие низкой теплопроводности огнеупорных материалов, из которых изготавливаются устройства для продувки металла газами в ковше, между сильно нагретой поверхностью и их менее нагретой внутренней частью возникают большие термические напряжения. В указанном патенте в выступающих углах выступающей части термические напряжения от горизонтальной и вертикальной плоскостей складываются, и вследствие высокой хрупкости огнеупоров часто образуются трещины, что приводит к разрушению гнездового блока.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для продувки металла газами в ковше, содержащее гнездовой блок, продувочную фурму и газоподводящую трубку, в котором выступающие углы выступающей части за счет огнеупорной набивной массы значительно больше прямого угла (RU № 2180279, B22D 41/58 от 10.03.2002). За счет этого концентрация термических напряжений в этих углах меньше и как следствие уменьшается вероятность образования термических трещин. Указанное устройство принято в качестве прототипа.
Недостатком такого устройства является наличие случаев образования термических трещин в выступающей огнеупорной набивной массе, т.к. огнеупорная масса имеет прочность меньшую, чем огнеупорный материал блока, что приводит к преждевременному выходу из строя устройства для продувки металла газами и внеплановому выводу ковша из эксплуатации.
Указанная техническая задача достигается тем, что предлагаемое устройство для продувки металла газами в ковше с выступающей частью над поверхностью дна ковша, содержащее гнездовой блок, продувочную фурму и газоподводящую трубку, отличающееся тем, что поверхность выступающей части имеет скругленную или конусную форму, при этом угол между поверхностью выступающей части и поверхностью дна ковша составляет 105-175°.
В процессе эксплуатации устройства для продувки металла газами в ковше возникает большая разница температуры его наружных слоев, контактирующих с жидким металлом и внутренних слоев. Это приводит к термическим напряжениям на границе между этими слоями. При этом поля термических напряжений имеют форму поверхности выступающей части. В предлагаемом техническом решении поверхность имеет округлую или конусную форму и не имеет выступающих углов, поэтому наложение термических полей от разных плоскостей не происходит, экстремумы термических напряжений отсутствуют, на всей границе между слоями с разной температурой термические напряжения имеют близкие значения. Они меньше предела прочности огнеупорного материала, из которого изготовлено устройство для продувки металла газами в ковше, и поэтому образование термических трещин не происходит. Продолжительность эксплуатации таких устройств на 15-20% больше, чем конструкция прототипа. На фигуре представлен продольный разрез предлагаемого устройства, которое состоит из продувочной фурмы 2, гнездового блока 3 и газоподводящей трубки 4. Выступающая часть 5 находится над уровнем поверхности донной части ковша 1. Условно на чертеже нанесены одновременно обе предлагаемые поверхности: 6 - скругленная форма поверхности; 7 - конусная форма поверхности. Скругленная поверхность может быть сформирована по радиусу окружности, по радиусу параболы или другим способом, при котором не образуются выступающие углы. Конусная поверхность также не имеет углов. Из-за наличия стыковочной поверхности 8 между блоком и продувочной фурмой, а также вследствие большой величины угла, образуемого поверхностями 9 и 7, термические напряжения в этом углу не складываются.
Продолжительность службы устройства зависит от высоты выступающей части, которая при фиксированных технологическим процессом продувки металла газом диаметрах блока 10 и продувочной фурмы 11 может быть выражена через угол наклона ее поверхности к поверхности дна ковша. Угол наклона конусной поверхности определяется по углу наклона ее образующей α (фиг.). Угол наклона скругленной поверхности определяется по углу наклона ее касательной в месте стыковки с дном ковша β (фиг.). Угол наклона 175° определяет минимальную высоту выступающей части 5 (фиг.), при которой уже начинает появляться существенное повышение срока службы устройства. С уменьшением угла наклона высота выступающей части увеличивается, и также увеличивается срок службы устройства. Однако, при этом увеличивается глубина прогрева выступающей части, и соответственно увеличиваются термические напряжения, что может приводить к образованию трещин. Предельный угол, при котором еще не наступает это явление, равен 105°.
Предлагаемое устройство для продувки металла газами в ковше используется для продувки аргоном в ковше жидкого металла, выплавляемого в дуговых электропечах емкостью 150 тонн. Оно изготавливается из глиноземистого низкоцементного бетона. Размеры гнездового блока: диаметр 360 мм, высота 480 мм, высота выступающей части 30 мм, радиус скругления ее поверхности 90 мм, угол наклона касательной 155°. В процессе эксплуатации сколы выступающей части отсутствуют.