ИНЖЕКТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДУВАНИЯ ИЛИ ВДУВАНИЯ ОБОГАЩЕНЫХ КИСЛОРОДОМ ГАЗОВ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ ИЛИ ПЛАВИЛЬНЫЙ СОСУД И ДУГОВАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ
INJECTION DEVICE FOR BLOWING OR INJECTING OXYGEN-ENRICHED GASES INTO METALLURGICAL UNIT OR MELTING VESSEL AND AN ELECTRIC FURNACE

Изобретение относится к инжекторному устройству для пирометаллургической обработки металлов, металлических сплавов и/или шлаков в металлургическом агрегате или плавильном сосуде, в частности, в дуговой электропечи, содержащему инжекторное приспособление для создания высокоскоростной струи из газовой струи кислорода и воспламененной струи смеси горючего газа и воздуха, в котором инжекторное приспособление содержит расположенный в головной части сопла элемент в виде сопла Лаваля для создания газовой струи кислорода и в котором предусмотрено создание смеси горючего газа и воздуха с помощью смесительного элемента для смешивания горючего газа и воздуха.
Кроме того, изобретение относится к дуговой электропечи.
Такие инжекторные устройства и дуговые электропечи хорошо известны из уровня техники.
Например, в международной заявке WO 2012/089754 А2 приведено описание способа пирометаллургической обработки металлов, металлических сплавов и/или шлаков в металлургическом агрегате или плавильном сосуде и соответствующего инжекторного устройства для выполнения способа. Инжекторное устройство отличается, в частности, инжектором кислорода, с которым наклонно к его средней оси соединен с помощью фланца патрубок горячего газа с приспособлением для зажигания. Приспособление для зажигания находится со смесителем для смешивания природного газа и воздуха на противоположном инжектору кислорода конце патрубка горячего газа. При этом смеситель несет также свечи зажигания для зажигания смеси природного газа и воздуха. Зажженная смесь природного газа и воздуха вводится с помощью патрубка горячего газа сбоку в инжектор кислорода, при этом воспламененная смесь природного газа и воздуха ускоряется выходящим из сопла Лаваля инжектора кислорода газовой струей кислорода. Хотя способ пирометаллургической обработки можно хорошо выполнять с помощью этого инжекторного устройства, однако это инжекторное устройство является настолько большим и сложным, что оно связано с недостатками при изготовлении и техническом обслуживании. Дополнительно к этому, отдельные конструктивные элементы, как правило, сварены друг с другом. Другими словами, известные инжекторные устройства являются массивными и тем самым дорогими в изготовлении.
Кроме того, из US 4 653 730 известно пирометаллургическое многоцелевое технологическое устройство для металлургической печи, которое содержит вводимое в металлургическую печь копье и расположенное на нем сопло. Однако с помощью сопла возможно лишь ограниченное количество различных рабочих режимов многоцелевого технологического устройства, при этом сопло, в частности, с ее каналами для охлаждающей воды, имеет также сложную конструкцию.
Кроме того, из AU 538 402 В3 известно устройство для вдувания мелких частиц твердого вещества, таких как, прежде всего, угольная пыль, с помощью горючего газа. За счет этого угольная пыль подается через центральную трубу, в которой может подмешиваться также воздух. Однако также здесь сильно ограничены рабочие режимы устройства, поскольку горючий газ можно вводить лишь в центральную трубу.
В основе изобретения лежит задача дальнейшего усовершенствования инжекторного устройства указанного в начале вида, так что преодолеваются указанные выше недостатки.
Задача изобретения решена с помощью инжекторного устройства для пирометаллургической обработки металлов, металлических сплавов и/или шлаков в металлургическом агрегате или плавильном сосуде, содержащего инжекторное приспособление для создания высокоскоростной струи из газовой струи кислорода и воспламененной струи смеси горючего газа и воздуха, в котором инжекторное приспособление содержит расположенный в головной части сопла элемент в виде сопла Лаваля для создания газовой струи кислорода и в котором предусмотрено создание смеси горючего газа и воздуха с помощью смесительного элемента для смешивания горючего газа и воздуха, при этом, согласно изобретению, элемент в виде сопла Лаваля и смесительный элемент совместно расположены друг за другом с возможностью разъединения вдоль средней продольной оси инжекторного приспособления так, что между сопловой головной частью и элементом в виде сопла Лаваля образуется кольцевой зазор, в который входят каналы горючего газа и воздушный канал смесительного элемента.
С одной стороны, за счет этого можно отказаться от прифланцованного сбоку на инжекторное приспособление патрубка для горючего газа.
С другой стороны, элемент в виде сопла Лаваля и смесительный элемент лежат с возможностью отделения друг от друга и друг за другом лежат на средней продольной оси инжекторного приспособления расположенного в металлургическом агрегате или плавильном сосуде инжекторного устройства, за счет чего обеспечивается возможность, в частности, быстрой замены элемента в виде сопла Лаваля. Это предпочтительно, поскольку элемент в виде сопла Лаваля является расходуемой частью. Кроме того, инжекторное приспособление можно без проблем согласовывать с различными процессами, как будет пояснено ниже.
Дополнительно к этому, данное инжекторное приспособление является чрезвычайно компактным и небольшим, за счет чего может достигаться в целом значительная экономия относительно используемого материала.
До настоящего времени элемент в виде сопла Лаваля располагался вдоль продольной оси инжектора кислорода, а смесительный элемент располагался вдоль другой продольной оси зажигающего приспособления, при этом эти обе продольные оси расположены под углом друг к другу, за счет чего указанное в начале, известное из уровня техники инжекторное устройство является в целом очень большим. В частности, содержащее смесительный элемент зажигающее приспособление соединено с помощью патрубка горячего газа сбоку с фланцем корпуса инжекторного приспособления, за счет чего инжекторное устройство имеет относительно большой установочный размер.
Предпочтительно элемент в виде сопла Лаваля и смесительный элемент в данном случае не отделены друг от друга по меньшей мере одним патрубком горячего воздуха, за счет чего инжекторное устройство имело до настоящего времени в целом очень большой размер, и элемент в виде сопла Лаваля и смесительный элемент лежат непосредственно друг за другом и при этом непосредственно соединены друг с другом.
Данное инжекторное приспособление можно еще предпочтительно изготавливать, когда элемент в виде сопла Лаваля и смесительный элемент представляют собой изготовленные резанием конструктивные элементы вращения, которые непосредственно соединены друг с другом с силовым и/или геометрическим замыканием. За счет выполненных в виде конструктивных элементов вращения элемента в виде сопла Лаваля и смесительного элемента может быть реализовано быстро монтируемое и демонтируемое инжекторное приспособление.
Целесообразно, первый подающий канал смесительного элемента расположен в смесительном элементе так, что он относительно средней продольной оси входит аксиально в кольцевой зазор. В противоположность этому, второй подающий канал смесительного элемента расположен в смесительном элементе так, что он относительно средней продольной оси входит радиально в кольцевой зазор. За счет этого подающие каналы для подачи горючего газа и воздуха могут быть предпочтительно направлены друг к другу внутри основного корпуса смесительного элемента, за счет чего смесительный элемент может быть выполнен компактным и небольшим.
Для обеспечения возможности конструктивно простого крепления на сопловой головной части предпочтительно, когда смесительный элемент имеет на своем противоположном элементу в виде сопла Лаваля конце выступающий фланец, с помощью которого смесительный элемент можно закреплять на сопловой головной части.
Особенно целесообразно, когда предусмотрена возможность регулирования кольцевого зазора в зависимости от осевого расстояния между элементом в виде сопла Лаваля и смесительным элементом. В частности, когда предусмотрена возможность оказания влияния на кольцевой зазор по меньшей мере в некоторых зонах в зависимости от осевого расстояния между элементом в виде сопла Лаваля и смесительным элементом, то предпочтительно обеспечивается дополнительно возможность для регулирования инжекторного устройства для различных процессов металлургического агрегата или плавильного сосуда.
Конструктивно просто можно изменять это осевое расстояние, когда осевое расстояние между элементом в виде сопла Лаваля и смесительным элементом с помощью различных распорных кольцевых шайб. Например, эти распорные кольцевые шайбы могут надвигаться на уступ элемента в виде сопла Лаваля и опираться на плечо элемента в виде сопла Лаваля. За счет этого смесительный элемент может быть расположен, соответственно, закреплен в этом случае еще лишь с уменьшенным за счет толщины надвинутой распорной кольцевой шайбы монтажным путем на элемент в виде сопла Лаваля. При необходимости, может быть предусмотрено также несколько распорных кольцевых шайб.
Кроме того, за счет простой конструкции инжекторного приспособления можно просто заменять, в частности, элемент в виде сопла Лаваля. Это предпочтительно, в частности, потому что элемент в виде сопла Лаваля является расходной частью инжекторного приспособления.
Дополнительно к этому важно иметь возможность простой замены элемента в виде сопла Лаваля, с целью обеспечения возможности подачи различного количества кислорода в инжекторное устройство с небольшими затратами на монтаж. До настоящего времени для этого было необходимо заменять полностью инжекторное приспособление. В соответствии с изобретением можно по отдельности заменять различные элементы в виде сопла Лаваля.
Понятно, что элемент в виде сопла Лаваля и смесительный элемент можно соединять друг с другом различным образом, например, с помощью соединения с геометрическим замыканием или т.п. Целесообразно, элемент в виде сопла Лаваля имеет наружную резьбу, с помощью которой элемент в виде сопла Лаваля можно ввинчивать во внутреннюю резьбу смесительного элемента. За счет этого элемент в виде сопла Лаваля можно закреплять однозначным образом на смесительном элементе, за счет чего, в частности, можно предотвращать ошибки монтажа.
Наружная резьба и соответствующая ей внутренняя резьба могут быть известной трубной резьбой, за счет чего можно дополнительно упрощать изготовление.
Конструкция инжекторного устройства может быть дополнительно упрощена, когда элемент в виде сопла Лаваля и смесительный элемент расположены концентрично внутри и/или на сопловой головной части.
Поэтому также предпочтительно, когда элемент в виде сопла Лаваля расположен с помощью смесительного элемента центрированно относительно средней продольной оси.
Для обеспечения возможности выдачи создаваемой инжекторным приспособлением высокоскоростной струи заданным образом из инжекторного устройства, инжекторное устройство содержит сопловую головную часть. Данное инжекторное устройство может быть конструктивно дополнительно упрощено, когда сопловая головная часть, в которой расположен по меньшей мере один элемент в виде сопла Лаваля для образования кольцевого зазора, согласована с удерживающим приспособлением инжектора, которое предпочтительно выполнено в виде состоящей по меньшей мере частично из меди инжекторной коробки.
Таким образом, предпочтительно, когда инжекторное устройство имеет удерживающее приспособление инжектора для удерживания инжекторного приспособления внутри металлургического агрегата или плавильного сосуда, при этом удерживающее приспособление инжектора охватывает сопловую головную часть.
Если сопловая головная часть является конструктивной составляющей частью удерживающего приспособления инжектора, то инжекторное приспособление, в частности, элемент в виде сопла Лаваля можно особенно просто заменять на инжекторном устройстве.
Особенно предпочтительно, что за счет этого сопловая головная часть полностью удерживается на инжекторном приспособлении, поскольку она интегрирована в удерживающее приспособление инжектора, соответственно, в его инжекторную коробку.
Лишь за счет признаков, связанных с содержащим сопловую головную часть удерживающим приспособлением инжектора, инжекторное устройство предпочтительно может быть усовершенствовано так, что соответствующие признаки без остальных признаков изобретения являются предпочтительными.
Кроме того, данное инжекторное приспособление может быть дополнительно упрощено и выполнено более компактно, когда сопловая головная часть содержит приспособление для расположения по меньшей мере одного зажигающего средства, при этом по меньшей мере одно зажигающее средство расположено на сопловой головной части так, что по меньшей мере одно зажигающее средство выступает в образованный элементом в виде сопла Лаваля и сопловой головной частью кольцевой зазор. За счет этого можно применять обычные свечи зажигания для зажигания смеси горючего газа и воздуха.
Если по меньшей мере одно зажигающее средство расположено перпендикулярно средней продольной оси инжекторного приспособления на сопловой головной части, то его можно конструктивно просто располагать на инжекторном устройстве. В частности, за счет этого можно отказаться от использования дополнительного зажигающего копья или т.п., которое монтируется с задней стороны инжекторного устройства в инжекторное приспособление. В целом, относительно зажигания можно применять более надежные конструктивные элементы, за счет чего данное инжекторное устройство выполняется с необходимостью меньшего технического обслуживания.
Также названные в связи с зажигающими средствами признаки являются предпочтительными без остальных признаков данного изобретения, поскольку лишь за счет этих признаков можно предпочтительно усовершенствовать такие инжекторные устройства.
В другом предпочтительном варианте выполнения, признаки которого обеспечивают усовершенствование таких инжекторных устройств также без остальных признаков изобретения, предусмотрено, что сопловая головная часть имеет множество кислородных каналов с выпускными отверстиями для кислорода, с целью обеспечения возможности направления воздуха, соответственно, кислорода на создаваемую из воспламененной смеси горючего газа и воздуха струю горячего воздуха.
С помощью этих имеющих выпускные отверстия для кислорода кислородных каналов можно создавать дополнительную оболочку из воздуха, соответственно, кислорода, вокруг создаваемой из воспламененной смеси горючего газа и воздуха струи горячего воздуха, за счет чего может быть дополнительно улучшен процесс сгорания смеси горючего газа и воздуха.
Для этого достаточен уже имеющийся в воздухе кислород. Однако при необходимости можно дополнительно или альтернативно подавать также чистый кислород.
Эти кислородные каналы проходят внутри сопловой головной части диагонально относительно выходящей из сопловой головной части струи горячего газа, так что выходящие из них воздушные струи еще внутри сопловой головной части и тем самым также внутри инжекторного приспособления, соответственно, его инжекторной коробки, попадают в струю горячего воздуха. Для этого особенно просто конструктивно использовать окружающий воздух, когда соответствующие выпускные отверстия для кислорода кислородных каналов расположены на периметре сопловой головной части.
Поэтому предпочтительно, когда кислородные каналы расположены внутри сопловой головной части концентрично и извилисто вокруг средней продольной оси инжекторного приспособления. Другими словами, кислородные каналы и средняя продольная ось расположены под углом друг к другу.
Если выпускные отверстия для кислорода расположены внутри выходного отверстия сопловой головной части, то струя горячего газа может быть особенно хорошо стабилизирована с помощью выходящего из выпускных отверстий для кислорода воздуха в виде оболочки из воздушной струи.
Воздух, соответственно чистый кислород, может предпочтительно протягиваться через кислородные каналы лишь за счет всасывающего действия струи горячего воздуха. За счет этого может предпочтительно предотвращаться засорения дополнительных выпускных отверстий для кислорода шлаками или т.п. Кроме того, при этом не требуется предусмотрения дополнительных линий регулирования в клапанном стенде. Также можно отказаться от дополнительной среды для продувки, поскольку можно использовать бесплатный окружающий воздух.
Понятно, что, в частности, смесительный элемент, например, со своим выступающим фланцем, можно закреплять на сопловой головной части различным образом. Например, с помощью винтового фланцевого соединения.
Предпочтительно, когда сопловая головная часть содержит приспособление для быстрого зажимания с геометрическим замыканием элемента в виде сопла Лаваля и/или смесительного элемента. За счет этого обеспечивается, в частности, быстрая замена элемента в виде сопла Лаваля.
Если смесительный элемент можно зажимать с геометрическим замыканием на сопловой головной части так, что элемент в виде сопла Лаваля с помощью смесительного элемента разъемно закрепляется на сопловой головной части, то инжекторное приспособление можно чрезвычайно просто демонтировать с удерживающего приспособления инжектора, однако также очень просто и быстро монтировать на этом удерживающем приспособлении инжектора, так что инжекторное устройство в целом можно быстрее снова использовать.
Монтаж, соответственно, демонтаж инжекторного приспособления можно выполнять экстремально просто, когда приспособление для быстрого зажимания сопловой головной части сбоку на своем противоположном выходному отверстию конце сопловой головной части выполнено так, что три или больше зажимных средств приспособления для быстрого зажимания расположены концентрично вокруг средней продольной оси инжекторного приспособления.
Предпочтительно приспособление для быстрого зажимания содержит по меньшей мере два или три распределенных по окружности сопловой головной части зажимных средств, за счет чего обеспечивается возможность надежного в работе крепления на сопловой головной части.
Всегда плотная монтажная посадка может обеспечиваться, когда приспособление для быстрого зажимания содержит сбоку смесительного элемента сжимаемый кольцевой элемент, в частности кольцо круглого поперечного сечения Viton.
В частности, когда на инжекторном устройстве предусмотрено жидкостное охлаждающее приспособление, то можно отказаться от дополнительно подлежащих разъединению элементов сцепления шлангов, когда имеется соответственно выполненный, сжимаемый кольцевой элемент, в частности кольцо круглого поперечного сечения Viton. Соответствующая замена может выполняться одним рабочим без дополнительного подъемного приспособления или т.п.
Следует отметить, что также названные в связи с приспособлением для быстрого зажимания признаки являются предпочтительными без остальных признаков, поскольку уже лишь за счет этих признаков предпочтительно может быть усовершенствовано инжекторное устройство указанного в начале вида.
В одном предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что удерживающее приспособление инжектора для удерживания инжекторного приспособления содержит шарнирный блок, с помощью которого сопловая головная часть шарнирно установлена на удерживающем приспособлении инжектора. Часто в металлургии желательно иметь возможность регулирования угла инжекторного приспособления относительно ванны жидкой стали и/или относительно графитных электродов дуговой электропечи. Этого можно достигать с помощью указанного шарнирного блока.
Если шарнирный блок имеет шарнирную опорную часть и шарнирную головную часть, при этом шарнирная головная часть охватывает сопловую головную часть, то шарнирный блок может быть с небольшими затратами труда интегрирован в инжекторное устройство.
Если шарнирная головная часть выполнена с возможностью разъемного крепления на шарнирной опорной части с помощью удерживающего кольца, то сопловую головную часть можно без проблем заменять на удерживающем приспособлении инжектора, соответственно, его инжекторной коробке.
Предпочтительно угол инжекторного приспособления, соответственно, сопловой головной части, можно изменять с помощью шарнирного блока в диапазоне регулирования угла по меньшей мере +/-6°.
Предпочтительно можно осуществлять регулирование тепла, в частности, на сопловой головной части, с помощью образованной на шарнирной опорной части контактной поверхности. При этом теплопроводность может быть еще улучшена с помощью соответствующей теплопроводной пасты.
С помощью признаков шарнирного блока может быть предпочтительно усовершенствовано инжекторное устройство указанного в начале вида, так что эти признаки являются предпочтительными также без остальных признаков изобретения.
В качестве альтернативного решения, сопловая головная часть может быть расположена неразъемно на удерживающем приспособлении инжектора для удерживания инжекторного приспособления. За счет этого сопловая головная часть интегрируется неразъемно в удерживающем приспособлении инжектора.
В этой связи предпочтительно, когда сопловая головная часть соединена с замыканием по материалу с удерживающим приспособлением инжектора.
Кроме того, предпочтительно, когда инжекторное устройство содержит работающее кондуктивно охлаждающее приспособление, при котором сопловая головная часть содержит металлическую охлаждающую контактную поверхность, которая находится в непосредственном контакте с металлической охлаждающей контактной поверхностью удерживающего приспособления инжектора.
Поэтому предпочтительно, когда сопловая головная часть содержит металлическую охлаждающую контактную поверхность, которая находится кондуктивно в контакте с соответствующей металлической охлаждающей контактной поверхностью удерживающего приспособления инжектора, так что в идеальном случае достигается перенос тепла от сопловой головной части в удерживающее приспособление инжектора исключительно за счет проводимости.
Дополнительно или альтернативно, сопловая головная часть может по меньшей мере частично образовывать зоны стенки каналов для охлаждающего средства охлаждающего приспособления удерживающего приспособления инжектора для удерживания инжекторного приспособления, за счет чего охлаждение дополнительно поддерживается или полностью осуществляется за счет конвекции. Таким образом, для охлаждения инжекторного приспособления можно применять металлическую контактную поверхность, которая является составляющей частью охлаждаемой водой инжекторной коробки удерживающего приспособления инжектора.
Предпочтительно само инжекторное приспособление не имеет каналов для охлаждающей воды, за счет чего может быть уменьшена опасность выхода воды.
Кроме того, предпочтительно, когда инжекторное приспособление можно охлаждать с помощью собственных сред, таких как, например, сжатый воздух, кислород и/или природный газ.
Предпочтительно инжекторное приспособление снабжено ребрами охлаждения, за счет чего может дополнительно улучшаться отдача тепла в окружение. При этом одновременно происходит предварительное нагревание воздуха сгорания, что может улучшать коэффициент полезного действия в пусковом режиме.
Дополнительно к этому, сгорание в пусковом режиме больше не нагревает все инжекторное приспособление, а лишь еще элемент в виде сопла Лаваля. Однако это тепло можно легко отводить в заднюю часть, в которой находится соответственно выполненное приспособление для подачи сред. Все другие зоны инжекторного приспособления остаются в идеальном случае более холодными.
Лишь за счет признаков в связи с охлаждением удерживающего приспособления инжектора можно предпочтительно усовершенствовать инжекторное устройство указанного вида, так что эти признаки являются предпочтительными без остальных признаков изобретения.
Конструктивное выполнение, в частности, данного инжекторного приспособления может быть дополнительно улучшено, когда инжекторное устройство имеет приспособление для подачи сред, которое прифланцовано к смесительному элементу, при этом приспособление для подачи сред содержит по меньшей мере одну наружную трубу, одну среднюю трубу и одну внутреннюю трубу, при этом внутренняя труба по меньшей мере частично расположена в средней трубе так, что между внутренней трубой и средней трубой расположен кольцевой проход для горючего газа, при этом средняя труба по меньшей мере частично расположена в наружной трубе так, что между средней трубой и наружной трубой расположен кольцевой проход для воздуха или горючего газа, и при этом наружная труба, средняя труба и внутренняя труба расположены концентрично вокруг средней продольной оси инжекторного приспособления.
Кроме того, предпочтительно, когда кольцевой проход для горючего газа и кольцевой проход для воздуха или горючего газа расположены концентрично вокруг средней продольной оси инжекторного приспособления.
За счет этой конструкции подающего среды приспособления инжекторное приспособление можно составлять и изготавливать по существу из нескольких частей вращения, за счет чего в целом упрощается изготовление инжекторного устройства. В частности, отпадает часто требуемое сложное выравнивание отдельных контактных элементов на сверлильном станке.
Дополнительно к этому, в данном случае имеется существенно меньше мест сварки стали и меди, за счет чего могут быть также значительно уменьшены конструктивные затраты.
В другом предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что внутри внутренней трубы расположено углеродное копье, которое входит через смесительный элемент в элемент в виде сопла Лаваля.
В частности, для создания пенного шлакового слоя предпочтительно, когда инжектор углерода расположен возможно ближе к инжекторному приспособлению. Это может быть достигнуто особенно просто, когда внутри внутренней трубы расположено углеродное копье. Интегрированный так в данное инжекторное приспособление углеродный инжектор имеет дополнительно то преимущество, что нет необходимости в предусмотрении дополнительного удерживающего приспособления для внешнего инжектора углерода.
Выходящая из кольцеобразного выхода элемента в виде сопла Лаваля струя кислорода создает на выходе инжектора углерода всасывающее действие, за счет чего углерод практически всасывается, например, в дуговую электропечь. За счет этого уменьшается вероятность закупоривания направляющих труб или т.п.
Кроме того, выход инжектора углерода в пусковом режиме инжекторного приспособления автоматически освобождается от шлаков или т.п. Поэтому не требуется дополнительное продувочное средство.
Кроме того, предпочтительно, когда углеродное копье содержит керамическую трубу. Керамическая труба при использовании в данном инжекторном приспособлении не укорачивается, и поэтому нет необходимости в ее продвижении, за счет чего упрощается техническое обслуживание инжекторного устройства.
Уже признаки, связанные с инжектором углерода приводят к усовершенствованию инжекторного устройства указанного вида, так что эти признаки являются предпочтительными без остальных признаков изобретения.
Задача изобретения решена также с помощью дуговой электропечи, которая снабжена по меньшей мере одним инжекторным устройством в соответствии с одними из указанных здесь признаков. Готовность к использованию дуговой электропечи может быть надежно обеспечена при снабжении электрической дуги указанным инжекторным устройством.
Другие преимущества, цели и свойства данного изобретения поясняются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых в качестве примера показано инжекторное устройство с расположенным вдоль средней продольной оси инжекторного приспособления непосредственно позади элемента в виде сопла Лаваля смесительным элементом.
Компоненты, которые на отдельных фигурах по меньшей мере по существу совпадают относительно своей функции, могут быть при этом обозначены одинаковыми позициями, при этом компоненты не обязательно обозначены и поясняются на всех фигурах.
НА ФИГУРАХ ИЗОБРАЖЕНО:
фиг. 1 - частичный разрез инжекторного приспособления инжекторного устройства с расположенными друг за другом вдоль средней продольной оси инжекторного приспособления элементом в виде сопла Лаваля и смесительным элементом;
фиг. 2 - показанное на фиг. 1 инжекторное приспособление, в разнесенной проекции;
фиг. 3 - сопловая головная часть инжекторного устройства с расположенными на средней продольной оси элементом в виде сопла Лаваля и смесительным элементом, в увеличенном масштабе;
фиг. 4 - сопловая головная часть из фиг. 3 с закрепленными на сопловой головной части 41 элементом в виде сопла Лаваля и смесительным элементом, в другой проекции, в увеличенном масштабе;
фиг. 5 - интегрированный в инжекторное приспособление шарнирный блок для шарнирной опоры инжекторного приспособления на инжекторное устройство;
фиг. 6 - инжекторное устройство в пусковом режиме;
фиг. 7 - инжекторное устройство в режиме горения;
фиг. 8 - инжекторное устройство в режиме копья;
фиг. 9 - альтернативное инжекторное устройство с углеродным копьем;
фиг. 10 - альтернативное инжекторное устройство из фиг. 9 в комбинированном режиме подачи кислорода и углерода; и
фиг. 11 - альтернативное инжекторное устройство из фиг. 9 и 10, в разнесенной проекции.
Показанное частично в качестве примера на фиг. 1-11 инжекторное устройство 1 (смотри специально фиг. 6-8 и 10) может быть снабжено различно выполненными инжекторными приспособлениями 2 (см. фиг. 1-8), соответственно, 3 (см. фиг. 9-11).
Инжекторное устройство 1 служит в этом примере выполнения для продувки или вдувания обогащенных кислородом газов и/или углерода в само по себе известную и поэтому не изображенную и не поясняемую здесь дуговую электропечь 4.
Соответствующее инжекторное приспособление 2, соответственно, 3 служит для создания высокоскоростной струи 5 (см. фиг. 6, 7, 8 и 10), например, из струи 6 кислорода и воспламененной струи 7 смеси горючего газа и воздуха.
Как показано, в частности, на фиг. 2, инжекторное приспособление 2 конструктивно состоит по существу из элемента 8 в виде сопла Лаваля, смесительного элемента 9, части 10 внутренней трубы, части 11 средней трубы и части 12 наружной трубы.
Следует отметить, что все указанные выше конструктивные элементы 8-12 расположены совместно вдоль средней продольной оси 13 и коаксиально средней продольной оси 13 инжекторного приспособления 2.
В частности, элемент 8 в виде сопла Лаваля и смесительный элемент 9 расположены совместно непосредственно друг за другом вдоль средней продольной оси 13 инжекторного приспособления 2 так, что в смонтированном состоянии инжекторного приспособления 2 смесительный элемент 9 непосредственно закреплен на элементе 8 в виде сопла Лаваля, как показано, в частности, на фиг. 1.
В этом примере выполнения смесительный элемент 9 навинчен на элемент 8 в виде сопла Лаваля. Для этого элемент 8 в виде сопла Лаваля снабжен наружной резьбой 14, а смесительный элемент 9 - соответствующей внутренней резьбой 15.
Кроме того, между наружной резьбой 14 и образованным плечом 16 элемента 8 в виде сопла Лаваля упором 17 для смесительного элемента 9 еще предусмотрена окружная канавка 18 для размещения кольца 19 круглого поперечного сечения, с помощью которого надежно уплотняется зона 20 сопряжения между элементом 8 в виде сопла Лаваля и смесительным элементом 9.
Смесительный элемент 9 имеет выступающий фланец 21, в котором расположена канавка 22 для размещения сжимаемого кольцевого элемента 23, в частности, кольца 24 Vitron круглого поперечного сечения.
На задней стороне 25 выступающего фланца 21 прифланцовано подающее среды приспособление 26, которое состоит по существу из части внутренней трубы 10, части средней трубы 11 и части наружной трубы 12.
На заднем конце 27 части внутренней трубы 10 закреплена соединительная часть 28 для кислорода, через которую можно направлять кислород 29 (см. фиг. 8 и 9) в часть внутренней трубы 10, в смесительный элемент 9 и, наконец, в элемент 8 в виде сопла Лаваля. Вводимый так в элемент 8 в виде сопла Лаваля кислород 29 ускоряется само по себе известным образом с помощью элемента 8 в виде сопла Лаваля и выходит в виде струи 6 кислорода (см. фиг. 7 и 8) из выходного отверстия 30 элемента 8 в виде сопла Лаваля.
Сбоку на части средней трубы 11 предусмотрена соединительная часть 31 для горючего газа, с помощью которой в инжекторное приспособление 2 подается горючий газ 32, как правило, природный газ (см. фиг. 6 и 7). Для этого часть средней трубы 11 и часть внутренней трубы 10 расположены относительно друг друга так, что между ними образуется кольцевой проход 33 для горючего газа. Через кольцевой проход 33 для горючего газа горючий газ 32 проходит в проходящий по существу аксиально внутри смесительного элемента 9 канал 34 горючего газа смесительного элемента 9.
Также сбоку на части наружной трубы 12 предусмотрена соединительная часть 35 для воздуха или горючего газа, с помощью которой в инжекторное приспособление 2 подается воздух 36 (см. фиг. 6 и 8) или альтернативно также горючий газ 32, как правило, природный газ (см. фиг. 7), в зависимости от того, в каком режиме находится инжекторное приспособление 2, как будет пояснено ниже. Для этого часть средней трубы 11 и часть наружной трубы 12 расположены относительно друг друга так, что между ними образуется кольцевой проход 37 для воздуха или горючего газа. Через этот кольцевой проход 37 для воздуха или горючего газа воздух 36 или горючий газ 32 попадают в проходящий по существу аксиально внутри смесительного элемента 9 воздушный канал 38 смесительного элемента 9.
Кроме того, на подающем среды приспособлении 26 на наружной стороне смесительного элемента 9 расположены еще ребра 39 охлаждения, через которые тепло от инжекторного приспособления 2 передается в находящуюся в кольцевом проходе 37 для воздуха или горючего газа среду (воздух 36 или горючий газ 32), за счет чего эта среда соответственно предварительно нагревается.
Выполненное так компактное и очень небольшое инжекторное приспособление 2 можно конструктивно просто удерживать на удерживающем приспособлении 40 инжектора внутри дуговой электропечи 4 посредством введения привинченного к смесительному элементу 11 элемента 8 в виде сопла Лаваля в согласованную с удерживающим приспособлением 40 инжектора сопловую головную часть 41 и закрепления на сопловой головной части 41 с помощью выступающего фланца 21 смесительного элемента 9 (см. фиг. 5-8, 10 и 11).
В показанную более подробно, в частности, на фиг. 3 и 4 сопловую головную часть 41 можно вводить элемент 8 в виде сопла Лаваля и частично также закрепленный на нем смесительный элемент 9 через монтажное отверстие 42 так, что между сопловой головной частью 41 и, в частности, элементом 8 в виде сопла Лаваля создается кольцевой зазор 43, в который входят канал 34 горючего газа и воздушный канал 38 смесительного элемента 9.
Поперечное сечение кольцевого зазора 43 можно регулировать по меньшей мере в некоторых зонах посредством расположения между упором 17 элемента 8 в виде сопла Лаваля и смесительным элементом 9 при необходимости различных распорных кольцевых шайб 44, за счет чего можно выбирать различное расстояние между элементом 8 в виде сопла Лаваля и смесительным элементом 9. Для быстрого крепления инжекторного приспособления 2 на сопловой головной части 41 она имеет быстродействующее зажимное приспособление 45 для зажимания с геометрическим замыканием элемента 8 в виде сопла Лаваля и/или смесительного элемента 9 на сопловой головной части 41.
Кроме того, сопловая головная часть 41 содержит приспособление 50 для расположения по меньшей мере одного зажигающего средства 51 в виде обычной свечи 52 зажигания. При этом по меньшей мере одно средство 51 зажигания расположено на сопловой головной части 41 так, что оно выступает в образованный элементом 8 в виде сопла Лаваля и сопловой головной частью 41 кольцевой зазор 43, с целью зажигания находящейся там смеси 7 горючего газа и воздуха.
Для улучшения сгорания струи 7 смеси горючего газа и воздуха, на сопловой головной части 41 предусмотрено множество кислородных каналов 53 (обозначены здесь в качестве примера цифровой позицией) с выпускными отверстиями 54 для кислорода, с целью обеспечения направления воздуха 36 снаружи на создаваемую из смеси 7 горючего газа и воздуха струю 55 горячего газа (см. фиг. 6-8 и 10), которая выходит из выходного отверстия сопловой головной части 41.
Для обеспечения возможности всасывания, в частности, окружающего воздуха через кислородные каналы 53, на боковой поверхности 57 сопловой головной части 41 расположены соответствующие впускные отверстия 58 для кислорода.
Неподвижное соединение между сопловой головной частью 41 и инжекторным приспособлением 40 может быть достигнуто, когда сопловая головная часть 41 закреплена с замыканием по материалу, например, посредством сварки и тем самым не разъемно, на инжекторном приспособлении 40 (см. фиг. 6-8 и 10).
В качестве альтернативного решения, сопловая головная часть 41 может быть закреплена шарнирно на удерживающем приспособлении 40 инжектора, как показано в качестве примера на фиг. 5. При этом удерживающее приспособление 40 инжектора содержит шарнирный блок 60, с помощью которого обеспечивается возможность шарнирного расположения сопловой головной части 41 на удерживающем приспособлении 40 инжектора. На удерживающем приспособлении 40 инжектора выполнена шарнирная опорная часть 61, в то время как сопловая головная часть 41 выполнена в виде шарнирной головной части 62, которая шарнирно заделана в шарнирную опорную часть 61. Шарнирная головная часть 62 может быть закреплена относительно шарнирной опорной части 61 с помощью ввинчиваемого в шарнирную опорную часть 61 удерживающего кольца 63, так что остается желаемый угол установки инжекторного приспособления 2.
Достаточное охлаждение инжекторного приспособления 2 может обеспечиваться, когда инжекторное устройство 1 содержит кондуктивно работающее охлаждающее приспособление, при котором сопловая головная часть 41 содержит металлическую охлаждающую контактную поверхность 65 (здесь лишь обозначена позицией), которая находится в контакте непосредственно с металлической охлаждающей контактной поверхностью 66 удерживающего приспособления 40 инжектора.
В показанном здесь примере выполнения сопловая головная часть 41 образует по меньшей мере частично зоны 67 стенки (здесь лишь обозначены в качестве примера) канала 68 охлаждающего средства охлаждающего приспособления удерживающего приспособления 40 инжектора.
Предпочтительно само инжекторное приспособление 2 не имеет каналов охлаждающего средства, за счет чего можно особенно просто выполнять монтаж и демонтаж инжекторного приспособления 2 на удерживающем приспособлении 40 инжектора.
На фиг. 6 инжекторное приспособление 2 показано в пусковом режиме, в котором струя 55 горячего газа состоит лишь из окруженного оболочкой 70 кислорода воздуха пламени 71 горючего газа из горючего газа 32, с целью предотвращения зашлаковки инжекторного приспособления 2. При этом в инжекторное приспособление 2 подается через соединительную часть 35 для воздуха или горючего газа воздух 36 и через соединительную часть 32 для горючего газа горючий газ 32 в виде природного газа.
На фиг. 7 инжекторное приспособление 2 показано в режиме горения, в котором струя 55 горячего газа состоит из газовой струи 6 кислорода, из струи 72 горючего газа из горючего газа 32 и из оболочки 70 из кислорода воздуха, с целью, в частности, обеспечения быстрого плавления заполняющего дуговую электропечь скрапа. При этом в инжекторное приспособление 2 подается через соединительную часть 35 для воздуха или горючего газа горючий газ 32 в виде природного газа и через соединительную часть 28 для кислорода - кислород 29.
На фиг. 8 инжекторное приспособление 2 показано в копьевом режиме, в котором струя 55 горячего газа состоит из газовой струи 6 кислорода, из струи 7 смесит горючего газа и воздуха и из оболочки 70 из кислорода воздуха, с целью, в частности, обеспечения ввода кислорода в находящийся в дуговой электропечи 4 расплав. При этом в инжекторное приспособление 2 подается через соединительную часть 35 для воздуха или горючего газа воздух 36, через соединительную часть 31 для горючего газа горючий газ 32 в виде природного газа и через соединительную часть 28 для кислорода - кислород 29. При этом струя 55 горячего газа имеет вид высокоскоростной газовой струи 5.
Альтернативное инжекторное приспособление 3 показано на фиг. 9-11, при этом в последующем поясняются лишь признаки, которыми этот второй пример выполнения отличается от первого примера выполнения.
Альтернативное инжекторное приспособление 3 имеет по существу ту же конструкцию, что и поясненное выше инжекторное приспособление 2. Однако альтернативное инжекторное приспособление 3 отличается еще расположенным внутри внутренней трубы 10 углеродным копьем 75, которое через смесительный элемент 9 входит в элемент 8 в виде сопла Лаваля, с целью обеспечения возможности дополнительного ввода углерода 76 в дуговую электропечь 4. Предпочтительно за счет этого можно отказаться от дополнительного приспособления для инжекции углерода. Углеродное копье 75 выполнено, в частности, стойким, поскольку оно содержит керамическую трубу.
На фиг. 10 альтернативное инжекторное приспособление 3 находится в комбинированном режиме подачи кислорода и углерода, в котором струя 55 горючего газа состоит из углерода 76, из кольцеобразной газовой струи 6 кислорода, из струи 7 смеси горючего газа и воздуха и из оболочки 70 из кислорода воздуха, с целью обеспечения возможности ввода, в частности, кислорода и углерода в находящийся в дуговой электропечи 4 расплав. При этом в альтернативное инжекторное приспособление 3 через соединительную часть 35 для воздуха или горючего газа подается воздух 36, через соединительную часть 31 для горючего газа - горючий газ 32 в виде природного газа и через соединительную часть 28 для кислорода - кислород 29. Дополнительно к этому, через углеродное копье 75 в альтернативное инжекторное приспособление 3 подается еще углерод 76.
Следует отметить, что признаки указанных выше, соответственно, указанных в формуле изобретения и/или показанных на фигурах решений можно также комбинировать друг с другом, с целью обеспечения возможности совместной реализации, соответственно, достижения поясненных признаков, эффектов и преимуществ.
Понятно, что поясненные выше примеры выполнения являются лишь первыми вариантами выполнения инжекторного устройства, согласно изобретению. Поэтому выполнение изобретения не ограничивается этими примерами выполнения.
Все раскрытые в материалах заявки признаки являются существенными для изобретения, если они по отдельности или в комбинации являются новыми по сравнению с уровнем техники.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ
1 Инжекторное устройство
2 Инжекторное приспособление
3 Альтернативное инжекторное приспособление
4 Дуговая электропечь
5 Высокоскоростная струя
6 Газовая струя кислорода
7 Струя смеси горючего газа и воздуха или, соответственно, смесь горючего газа и воздуха
8 Элемент в виде сопла Лаваля
9 Смесительный элемент
10 Часть внутренней трубы
11 Часть средней трубы
12 Часть наружной трубы
13 Средняя продольная ось
14 Наружная резьба
15 Внутренняя резьба
16 Плечо
17 Упор
18 Окружная канавка
19 Кольцо круглого поперечного сечения
20 Зона сопряжения
21 Выступающий фланец
22 Канавка
23 Сжимаемый кольцевой элемент
24 Кольцо Viton круглого поперечного сечения
25 Задняя сторона
26 Приспособление для подачи сред
27 Задний конец
28 Соединительная часть для кислорода
29 Кислород
30 Выходное отверстие
31 Соединительная часть для горючего газа
32 Горючий газ
33 Кольцевой проход для горючего газа
34 Канал горючего газа
35 Соединительная часть для воздуха или горючего газа
36 Воздух
37 Кольцевой проход для воздуха или горючего газа
38 Воздушный канал
39 Ребра охлаждения
40 Удерживающее приспособление инжектора
41 Сопловая головная часть
42 Монтажное отверстие
43 Кольцевой зазор
44 Распорные кольцевые шайбы
45 Приспособление для быстрого зажимания
50 Приспособление для расположения
51 Средство зажигания
52 Свеча зажигания
53 Кислородные каналы
54 Выпускные отверстия для кислорода
55 Струя горячего газа
56 Выходное отверстие
57 Боковая поверхность
58 Впускные отверстия для кислорода
60 Шарнирный блок
61 Шарнирная опорная часть
62 Шарнирная головная часть
63 Удерживающее кольцо
65 Металлическая охлаждающая контактная поверхность
66 Металлическая охлаждающая контактная поверхность
67 Зоны стенки
68 Канал охлаждающего средства
70 Оболочка из кислорода воздуха
71 Пламя горючего газа
72 Струя горючего газа
75 Углеродное копье
76 Углерод
77 Керамическая труба