ПРОДУВОЧНАЯ ФУРМА С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ РОЗЖИГОМ ПОСРЕДСТВОМ УБИРАЮЩЕЙСЯ ЗАПАЛЬНОЙ ПИКИ
BLOWING LANCE WITH DIRECT IGNITION THROUGH RETRACTABLE IGNITION LANCE

Настоящее изобретение касается продувочной фурмы для установки для вакуумной обработки металлических расплавов,
- причем продувочная фурма имеет наружную боковую поверхность, которая распространяется вдоль продольной оси продувочной фурмы,
- причем внутри наружной боковой поверхности проходит кислородный канал, который на конце для выхода продувающего газа продувочной фурмы имеет выпуск для кислорода для выхода кислорода, который через патрубок для снабжения кислородом вводится в кислородный канал,
- причем внутри наружной боковой поверхности проходит канал для горючего газа, который на конце для выхода продувающего газа продувочной фурмы имеет некоторое количество выпусков для горючего газа для выхода горючего газа, который через патрубок для снабжения горючим газом вводится в канал для горючего газа,
- причем в продувочной фурме установлено запальное устройство, которое имеет запальный наконечник для воспламенения горючей газовой смеси.
Такого рода продувочная фурма известна, например, из DE 102010007119 B3.
При вакуумной обработке металлического расплава, в частности стального расплава, происходит вдувание кислорода на металлический расплав. Кислород часто вдувается на металлический расплав посредством фурмы для продувки кислородом.
Перед вакуумной обработкой вакуумная емкость, в которой находится металлический расплав, должна подогреваться. Для этого также часто применяется продувочная фурма. Это возможно, потому что в наружной боковой поверхности продувочной фурмы дополнительно к кислородному каналу имеется канал для горючего газа, и, таким образом, продувочная фурма может использоваться не только в качестве фурмы для продувки кислородом, но и в качестве запальной пики.
В традиционном уровне техники воспламенение выходящей из продувочной фурмы воспламеняющейся газовой смеси кислорода и горючего газа осуществляется посредством дополнительной горелки меньшего размера (вспомогательная горелка, пилотная горелка). Пилотная горелка, в свою очередь, разжигается посредством запального прибора и запальной пики запальными искрами. Только лишь пилотное пламя пилотной горелки разжигает пламя продувочной фурмы, используемой в качестве запальной пики.
В традиционном уровне техники, лежащем также в основе DE 102010007119 B3, пилотная горелка расположена вблизи конца для выхода продувающего газа продувочной фурмы. Поэтому пилотная горелка подвержена воздействию окружающих условий, в которых находится продувочная фурма в целом. При использовании в качестве фурмы для продувки кислородом это может приводить к тому, что в пилотную горелку или на пилотную горелку могут попадать брызги металла или брызги шлака. Такого рода брызги могут приводить к выходу из строя пилотной горелки и вместе с тем к потере функции горелки продувочной фурмы. В таком случае продувочная фурма должна очищаться или заменяться с большими затратами времени. В частности, неблагоприятными являются возникающая при этом потеря производительности и часто также тепловое изменение металлического расплава в течение этого времени.
Для решения этой проблемы в DE 102010007119 B3 предлагается расположить пилотную горелку в камере воспламенения, которая как таковая установлена неподвижно относительно вакуумной емкости и находится на достаточном расстоянии от металлического расплава.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы усовершенствовать продувочную фурму вышеназванного рода так, чтобы простым и надежным образом обеспечить возможность воспламенения горючей смеси, образующейся на конце для выхода продувающего газа.
Задача решается с помощью продувочной фурмы с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления предлагаемой изобретением продувочной фурмы являются предметом зависимых пп.2-13 формулы изобретения.
В соответствии с изобретением предусмотрено выполнить продувочную фурму вышеназванного рода таким образом,
- чтобы запальное устройство могло перемещаться между выдвинутым положением и убранным положением,
- чтобы запальный наконечник в выдвинутом положении воздействовал на область смешивания, в которой подаваемый к выпуску для кислорода кислород и выходящий через выпуски для горючего газа горючий газ смешиваются с получением воспламеняющейся газовой смеси, и
- чтобы запальное устройство в убранном положении было убрано в защитную область, в которой запальное устройство защищено от брызг металлического расплава.
Возможно, чтобы запальное устройство распространялось параллельно продольной оси продувочной фурмы и чтобы запальное устройство могло перемещаться параллельно продольной оси продувочной фурмы. Этот вариант осуществления продувочной фурмы является особенно простым в осуществлении.
Если запальное устройство обладает возможностью перемещения параллельно продольной оси продувочной фурмы, запальный наконечник запального устройства может, например, в выдвинутом положении выдаваться за конец для выхода продувающего газа продувочной фурмы, а в убранном положении быть убран за конец для выхода продувающего газа продувочной фурмы. В этом случае происходит «наружное» воспламенение газовой смеси, то есть вне продувочной фурмы.
В случае наружного воспламенения возможно, чтобы запальное устройство было расположено рядом с кислородным каналом. Однако в случае, если кислородный канал на конце для выхода продувающего газа имеет расширяющуюся область, альтернативно возможно также, чтобы запальное устройство в выдвинутом положении вдавалось в эту расширяющуюся область.
В случае если кислородный канал на конце для выхода продувающего газа имеет расширяющуюся область и запальное устройство в выдвинутом положении вдается в эту расширяющуюся область, при известных условиях возможно также, чтобы запальный наконечник запального устройства в выдвинутом положении не выдавался за конец для выхода продувающего газа продувочной фурмы. В этом случае происходит «внутреннее» воспламенение, то есть воспламенение еще внутри кислородного канала. Разумеется, в этом случае по меньшей мере один из выпусков для горючего газа должен быть расположен в кислородном канале так, чтобы область смешивания была расположена еще внутри кислородного канала.
Если по меньшей мере один из выпусков для горючего газа расположен в кислородном канале так, что область смешивания расположена еще внутри кислородного канала, возможно также, чтобы направляющий канал для направления запального устройства через боковую выемку был открыт в направлении области смешивания, и запальный наконечник запального устройства в выдвинутом положении был расположен в области этой выемки. В этом случае запальное устройство даже в выдвинутом положении по существу защищено от теплового излучения металлического расплава и горящего пламени продувочной фурмы.
Реализация последнего названного варианта осуществления, то есть предусмотрение направляющего канала, снабженного боковой выемкой в направлении области смешивания, возможна независимо от того, имеет ли кислородный канал расширяющуюся область или нет. Однако предпочтительно, чтобы кислородный канал имел расширяющуюся область.
Кроме того, возможно также, чтобы запальное устройство было изогнуто. В этом случае запальный наконечник запального устройства в выдвинутом положении простым образом может вдаваться в область смешивания, а в убранном положении быть убран из области смешивания.
Запальное устройство может, например, распространяться спиралеобразно вокруг продольной оси запального устройства, при этом продольная ось запального устройства проходит параллельно продольной оси продувочной фурмы на постоянном расстоянии от продольной оси продувочной фурмы. Альтернативно запальное устройство может быть выполнено в форме дуги окружности.
Возможно, чтобы запальное устройство было выполнено в виде обычной пилотной горелки, на запальном наконечнике которой пламя воспламеняет горючую смесь. Предпочтительно запальное устройство выполнено, однако, в виде запальной пики, запальный наконечник которой генерирует запальные искры. В этом случае с запальной пикой соединен запальный прибор для обеспечения импульсов напряжения, необходимых для генерации запальных искр. Запальный прибор может быть, например, выполнен в виде полупроводникового запального устройства с конденсаторным питанием.
Предпочтительно запальный прибор соединен с запальной пикой кабелем. Благодаря этому запальный прибор не должен располагаться внутри самой продувочной фурмы.
Предпочтительно защитная область в убранном положении запального устройства в направлении области смешивания закрыта посредством закрывающего устройства. Благодаря этому еще более оптимизируется надежность запального устройства.
Описанные выше свойства, признаки и преимущества этого изобретения, а также образ действий для их достижения становятся яснее и отчетливее для понимания в контексте последующего описания примеров осуществления, которые поясняются подробнее с помощью чертежей. При этом в схематичном изображении показано:
фиг.1: установка для вакуумной обработки в первом рабочем состоянии,
фиг.2: установка для вакуумной обработки, показанная на фиг.1, во втором рабочем состоянии,
фиг.3: продувочная фурма в продольном сечении в первом рабочем состоянии,
фиг.4: запальное устройство,
фиг.5: запальная пика и запальный прибор и
фиг.6-16: варианты осуществления конца для выхода продувающего газа продувочной фурмы, показанной на фиг.3, в продольном сечении в разных рабочих состояниях.
В соответствии с изобретением с фиг.1 установка для вакуумной обработки металлического расплава 1, например, стального расплава 1, имеет плавильную емкость 2. В плавильной емкости 2 находится в соответствии с фиг.1 металлический расплав 1. Плавильная емкость 2 закрыта куполообразной крышкой 3. Крышка 3 соединена с вытяжным устройством (на фигуре не изображено) так, что металлический расплав 1 своей верхней стороной по существу граничит с вакуумом. В изображенном на фиг.1 рабочем состоянии установки для вакуумной обработки к металлическому расплаву 1 через конец 4 для выхода продувающего газа продувочной фурмы 5 подается кислород 6. Кислород 6 реагирует с металлическим расплавом 1. Образующиеся при химической реакции газы и не реагирующая доля кислорода отсасываются посредством вытяжного устройства.
На фиг.2 показана та же самая установка для вакуумной обработки во втором рабочем состоянии. В этом рабочем состоянии в плавильной емкости 2 нет металлического расплава. Плавильная емкость 2 может быть также в этом рабочем состоянии закрыта крышкой 3. Альтернативно, она может быть открытой. В этом рабочем состоянии плавильная емкость 2 нагревается посредством пламени 7, которое создается на конце 4 для выхода продувающего газа продувочной фурмы 5.
В соответствии с фиг.3 продувочная фурма 5 имеет наружную боковую поверхность 8. Наружная боковая поверхность 8, как правило, выполнена цилиндрической. Она распространяется вдоль продольной оси 9 продувочной фурмы, которая одновременно представляет собой центральную ось 9 (= ось 9 центра тяжести) продувочной фурмы 5. То есть продувочная фурма 5 распространяется вдоль продольной оси 9 продувочной фурмы.
Наружная боковая поверхность 8, как правило, охлаждается водой. Для этой цели она имеет подводящий патрубок 10 и отводящий патрубок 11, через которые охлаждающая вода 12 подается к наружной боковой поверхности 8 и, после протекания по наружной боковой поверхности 8, снова отводится от наружной боковой поверхности 8.
Внутри наружной боковой поверхности 8 проходит кислородный канал 13. Кислородный канал 13 на конце 4 для выхода продувающего газа имеет выпуск 14 для кислорода. Через выпуск 14 для кислорода выходит кислород 6, который через патрубок 15 для снабжения кислородом подается в кислородный канал 13.
Как правило, кислородный канал 13 проходит по продольной оси 9 продувочной фурмы. Кроме того, кислородный канал 13, как правило, на наибольшей части длины продувочной фурмы 5 имеет постоянное поперечное сечение. Однако на конце 4 для выхода продувающего газа кислородный канал 13 часто имеет расширение 16. В этой области кислородный канал 13 конически расширяется. Однако эти варианты осуществления, то есть расположение кислородного канала 13 по продольной оси 9 продувочной фурмы и наличие расширения 16, не являются обязательно необходимыми.
Внутри наружной боковой поверхности 8 проходит также канал 17 для горючего газа. Канал 17 для горючего газа имеет на конце 4 для выхода продувающего газа некоторое количество выпусков 18 для горючего газа. Через выпуски 18 для горючего газа может выходить горючий газ 19, например, метан, пропан, бутан или горючий технологический газ, который вводится в канал 17 для горючего газа через патрубок 20 снабжения горючим газом. В минимальном случае имеется только один единственный выпуск 18 для горючего газа. Как правило, имеется либо несколько выпусков 18 для горючего газа, либо выпуск 18 для горючего газа выполнен в виде кольцевого зазора.
Выпуски 18 для горючего газа могут быть расположены на конце 4 для выхода продувающего газа рядом с выпуском 14 для кислорода. Однако, как правило, выпуски 18 для горючего газа расположены в кислородном канале 13. В частности, по меньшей мере один из выпусков 18 для горючего газа соответственно изображению фиг.3 может быть расположен в расширяющейся области 16 кислородного канала 13.
Подаваемый к выпуску 14 для кислорода кислород 6 и выходящий через выпуск 18 для горючего газа горючий газ 19 смешиваются в области 21 смешивания с получением горючей, а также воспламеняющейся газовой смеси. Область 21 смешивания соответственно изображению фиг.3 может быть расположена еще внутри кислородного канала 13. В частности, область 21 смешивания может быть расположена в расширяющейся области 16 кислородного канала 13. Альтернативно область 21 смешивания, в частности, в том случае, если выпуски 18 для горючего газа не расположены в кислородном канале 13, может находиться перед концом 4 для выхода продувающего газа продувочной фурмы 5.
Газовая смесь воспламеняется посредством запального устройства 22, которое для этой цели расположено в продувочной фурме 5. Запальное устройство 22 имеет, в свою очередь, см., в частности, фиг.4, запальный наконечник 23, посредством которого локально генерируется необходимая для воспламенения газовой смеси тепловая энергия. Запальное устройство 22, в частности, в соответствии с изображением фиг.3, расположено внутри наружной боковой поверхности 8.
В соответствии с изображенным на фиг.4 предпочтительным вариантом осуществления запальное устройство 22 выполнено в виде запальной пики 22, запальный наконечник 23 которой генерирует запальные искры 24. Необходимые для генерации запальных искр 24 импульсы напряжения обеспечиваются запальным прибором 25, который для этой цели соединен с запальной пикой 22. Соединение между запальной пикой 22 и запальным прибором 25 может быть жестким. Однако предпочтительно запальный прибор 25 соединен с запальной пикой 22 кабелем 26.
Запальный прибор 25 предпочтительно выполнен в виде полупроводникового запального устройства с конденсаторным питанием. Электрическая компоновка видна из фиг.5.
В соответствии с фиг.5 запальный прибор 25 подключен к источнику U напряжения, например, общей электросети с номинальным напряжением, равным, в зависимости от государства, 100 В, 110 В или 230 В, и частотой сети, равной 50 Гц или 60 Гц. Напряжение, отдаваемое источником U напряжения, повышается трансформированием в трансформаторе 27 и выпрямляется в выпрямителе 28. В случае если источник U напряжения отдает постоянное напряжение, перед трансформатором 27 расположен инвертор.
Выпрямленное напряжение временно накапливается в конденсаторном блоке 29. Конденсаторный блок 29 расположен после полупроводникового запального устройства 30. Полупроводниковое запальное устройство 30, в свою очередь, непосредственно или кабелем 26 соединено с запальной пикой 22. Полупроводниковое запальное устройство 30 может быть, например, выполнено на базе запираемых тиристоров GTO (GTO=gate turn off) или на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT (= insulated gate bipolar transistor).
При надлежащем выборе запального прибора 25 и запальной пики 22 обеспечивается надежная генерация запальных искр 24. Это относится даже к тому случаю, когда запальный наконечник 23 загрязнен или покрыт маслом или жиром. Надлежащие запальные приборы 25 и надлежащие запальные пики 22 поставляются, например, фирмой ДУРАГ ГмбХ, Гамбург, Германия.
Ниже настоящее изобретение поясняется на выполненном в виде запальной пики 22 запальном устройстве 22. Однако возможны также соответствующие варианты осуществления, в которых запальное устройство 22 выполнено в виде пилотной горелки.
Запальная пика 22 может перемещаться между выдвинутым положением и убранным положением. В выдвинутом положении запальный наконечник 23 воздействует посредством генерируемых им запальных искр 24 на область 21 смешивания. В этом положении запальная пика 22 находится в положении для воспламенения горючей газовой смеси.
В убранном положении запальная пика 22 убрана в защитную область 31, в которой запальная пика 22 защищена от брызг металла и шлака металлического расплава 1. При необходимости защитная область 31, в случае, если запальная пика 22 находится в убранном положении, в направлении области 21 смешивания может быть закрыта посредством пружинного или снабженного принудительным приводом закрывающего устройства 32. Запальная пика 22 после воспламенения горючей газовой смеси переводится в убранное положение и остается там, пока не потребуется повторное воспламенение газовой смеси.
Защитная область 31 может быть выполнена в зависимости от потребности. Например, защитная область 31 в соответствии с фиг.6 может быть образована направляющим каналом 33, который по поперечному сечению адаптирован к запальной пике 22. Возможно даже, чтобы защитная область 31 была полностью открытой. В этом случае защита запальной пики 22 может обеспечиваться просто за счет большей (по сравнению с выдвинутым положением) удаленности запальной пики 22 и, в частности, запального наконечника 23 от металлического расплава 1.
Ниже на фиг.6-16 поясняются подробнее разные варианты осуществления предлагаемой изобретением продувочной фурмы 5.
На всех фиг.6-16 показан конец 4 для выхода продувающего газа продувочной фурмы 5. В частности, на них показан кислородный канал 13, включая расширяющуюся область 16. Наличие расширяющейся области 16 всегда является предпочтительным. Однако она обязательно необходима только в вариантах осуществления, показанных на фиг.8-10 и 12.
На всех фиг.6-16 показан также канал 17 для горючего газа и выпуски 18 для горючего газа. В частности, на них показано несколько выпусков 18 для горючего газа. Однако это не является обязательным.
Кроме того, на них показано, что выпуски 18 для горючего газа расположены в кислородном канале 13, точнее говоря, в начале расширяющейся области 16. Однако расположение выпусков 18 для горючего газа в кислородном канале 13 обязательно только для фиг.10-16.
На всех фиг.6-16 показан также направляющий канал 33 и, в зависимости от фигуры, полностью или частично расположенная в направляющем канале 33 запальная пика 22, включая ее запальный наконечник 23 и кабель 26.
Наконец, на фиг.6 и 7, а также 13 и 14 показано закрывающее устройство 32. Закрывающее устройство 32 могло бы быть также предусмотрено в вариантах осуществления фиг.8-12, а также 15 и 16. Альтернативно закрывающее устройство 32 могло бы также отсутствовать на фиг.6 и 7, а также 13 и 14.
В соответствии с фиг.6-9 запальная пика 22 распространяется параллельно продольной оси 9 продувочной фурмы. Запальная пика 22 обладает возможностью перемещения параллельно продольной оси 9 продувочной фурмы. На фиг.6 и 8 показана запальная пика 22 в убранном положении, на фиг.7 и 9 показана запальная пика 22 в выдвинутом положении.
В соответствии с фиг.7 и 9 запальный наконечник 23 запальной пики 22 в выдвинутом положении выдается за конец 4 для выхода продувающего газа продувочной фурмы 5. В убранном положении вся запальная пика 22, то есть также запальный наконечник 23, в соответствии с фиг.6 и 8 убрана за конец 4 для выхода продувающего газа.
В варианте осуществления, показанном на фиг.6 и 7, запальная пика 22 расположена рядом с кислородным каналом 13. Альтернативно, в соответствии с фиг.8 и 9, кислородный канал 13 может иметь расширяющуюся область 16. В этом случае запальная пика 22 может быть выдвинута вперед за расширяющуюся область 16.
В случае, если в соответствии с изображением фиг.8 кислородный канал 13 имеет расширяющуюся область 16, может быть также достаточно, в противоположность фиг.9, если запальная пика 22 в соответствии с фиг.10 в выдвинутом положении вдается только в расширяющуюся область 16, но не выдается за конец 4 для выхода продувающего газа.
Как поясняется выше, выпуски 18 для горючего газа, по меньшей мере частично, расположены в кислородном канале 13. Благодаря этому варианту осуществления область 21 смешивания также, по меньшей мере частично, расположена в кислородном канале 13. В этом случае в соответствии с фиг.11 и 12 может быть достаточно, чтобы направляющий канал 33 имел боковую выемку 34, через которую направляющий канал 33 открыт в направлении области 21 смешивания. В этом случае может быть достаточно, если запальный наконечник 23 запальной пики 22 в выдвинутом положении запальной пики 22 расположен в области боковой выемки 34. Особенно предпочтительно в этой связи, если запальный наконечник 23 соответственно изображению фиг.12 направлен к боковой выемке 34.
В приведенных выше, поясненных в связи с фиг.6-12 вариантах осуществления запальная пика 22 является прямой («стержневой»). Альтернативно запальная пика 22 может быть изогнутой в соответствии с фиг.13-16. При этом запальная пика 22 может быть выполнена в форме дуги окружности. На фиг.13 и 14 показана соответствующая запальная пика 22 во вдвинутом и выдвинутом положениях. Альтернативно запальная пика 22 может распространяться спиралеобразно (винтообразно) вокруг продольной оси 35 запального устройства. Продольная ось 35 запального устройства в этом случае расположена параллельно продольной оси 9 продувочной фурмы. Она проходит на постоянном расстоянии (дистанции) (a) от продольной оси 9 продувочной фурмы. На фиг.15 и 16 показана соответствующая запальная пика 22 во вдвинутом и выдвинутом положениях.
В соответствии с фиг.14 и 16 запальный наконечник 23 запальной пики 22 в выдвинутом положении вдается в область 21 смешивания. В убранном положении запальная пика 22 в соответствии с фиг.13 и 15 убрана из области 21 смешивания.
Настоящее изобретение обладает многими преимуществами. В частности, простым и надежным образом возможен розжиг (основного) пламени 7 продувочной фурмы 5, если она должна использоваться в качестве фурмы для воспламенения. Кроме того, в случае непосредственного розжига, то есть варианта осуществления запального устройства 22 в виде запальной пики 22, отпадает необходимость в каналах для горючего газа и кислорода для требующейся в уровне техники пилотной горелки. Устройства управления для пилотной горелки в этом случае также больше не нужны.
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в деталях на предпочтительном примере осуществления, изобретение не ограничено описанными примерами, и специалист может вывести отсюда другие варианты, не выходя из объема охраны изобретения.