Патрубок погружной для циркуляционного вакууматора
SUBMERSIBLE PIPE FOR CIRCULATION VACUUM GENERATOR

Изобретение относится к металлургическому оборудованию и может быть использовано на металлургических предприятиях на установках циркуляционного вакуумирования стали.
Из уровня техники известны различные конструкции патрубка для вакууматора.
Известна конструкция патрубка погружного для вакууматора [1] (патент на полезную модель № 96574 «Патрубок погружной для вакууматора», МПК С21С7/10, опубл. 10.08.2010, бюл. № 22), состоящая из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами, при этом нижнее огнеупорное кольцо имеет Г-образный в сечении профиль, а металлическая конструкция оснащена фиксирующим упором.
Недостатком данного устройства является сложность сборки погружного патрубка, а уменьшение толщины бетона в нижней части погружного патрубка приводит к снижению эксплуатационных свойств циркуляционного вакууматора.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемым результатам является патрубок погружной для вакууматора [2] (патент на изобретение RU № 2557046 «Патрубок погружной для вакууматора» МПК С21С7/10, опубл. 20.07.2015, бюл.20), состоящий из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами и облицованной огнеупорным бетоном, при этом нижнее огнеупорное кольцо выполнено Г-образной формы. Патрубок снабжен опорным металлическим кольцом, закрепленным под нижним огнеупорным кольцом, при этом компенсирующий буферный слой размещен между внутренней поверхностью металлической конструкции и наружной поверхностью огнеупорных колец, включая нижнее огнеупорное кольцо.
Недостатком данного устройства является то, что нижнее опорное кольцо во время эксплуатации циркуляционного вакууматора нагревается и увеличивается в размерах, при отсутствии компенсационных швов, происходит деформация опорного металлического кольца и, как следствие, исключается надежная фиксация нижних огнеупорных изделий. Кроме этого огнеупорное кольцо Г- образной формы сложно в изготовлении, что приводит к дополнительным трудозатратам и к использованию дорогостоящего оборудования.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эксплуатационной стойкости всей конструкции, улучшение ремонтопригодности заявляемого патрубка погружного.
Указанный технический результат достигается тем, что в патрубке погружном для вакууматора, состоящем из металлической конструкции, футерованной огнеупорными изделиями, облицованной огнеупорным бетоном, буферного слоя, размещенного между внутренней поверхностью металлической конструкции и наружной поверхностью огнеупорных изделий, предусмотрены следующие отличия: огнеупорное изделие 2 выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении форму прямоугольника, а нижнее огнеупорное изделие 3 выполнено из огнеупорных изделий, имеющих в сечении п – образную форму с верхней 9 и нижней частями 10, при этом огнеупорные изделия собраны в виде многоугольника кольцевой формы, а металлическая конструкция патрубка включает в себя опорные металлические изделия, выполненные из сегментов с образовавшимися зазорами между сегментами, закрепленные по окружности под верхней частью нижнего огнеупорного изделия п-образной формы.
Кроме того, в заявляемом патрубке погружном для вакууматора зазор между сегментами опорного металлического изделия составляет от 0,1-100 мм и количество сегментов может составлять от 2 до 32 штук, а огнеупорные изделия и нижнее огнеупорное изделие выполнены преимущественного из многоугольника кольцевой формы в количестве от 10 до 50 штук.
Кроме этого, нижнее огнеупорное изделие выполнено со следующими величинами размеров:
1
Толщина верхней части Н составляет от 0,5 до 500 мм;
2
Толщина нижней его части Н составляет от 0,5 до 500 мм;
1
Ширина верхней части L составляет от 0,5 до 500 мм;
2
Ширина нижней части L составляет от 0,5 до 500 мм.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг.1 Компоновочная блок схема предлагаемого патрубка;
Фиг.2 Варианты изготовления опорных металлических изделий;
Фиг.3 Варианты изготовления многоугольника кольцевой формы.
Фиг.4 Огнеупорное изделие, применяемое в нижнем многоугольнике п-
образной формы.
Патрубок погружной для циркуляционного вакууматора (Фиг.1) содержит: металлическую конструкцию 1, внутреннюю рабочую футеровку, выполненную из огнеупорных изделий 2 и 3, смонтированных в полости металлической конструкции 1, наружную футеровку, выполненную из огнеупорного бетона 5, буферного слоя 6 в виде огнеупорного бетона, находящегося между металлической конструкцией 1 и внутренней рабочей футеровкой, выполненной из огнеупорных изделий 2 и 3.
Огнеупорное изделие 2, выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении форму прямоугольника, что позволяет обеспечить простоту сборки данного огнеупорного изделия 2 и экономить трудозатраты и время для сборки.
Огнеупорное изделие нижнее п – образное 3, выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении п - образную форму, что позволяет обеспечить дополнительную защиту опорного металлического изделия 4 и продлить время эксплуатации циркуляционного вакууматора.
Огнеупорные изделия 2 и нижнее огнеупорное изделие 3, размещены в виде многоугольника кольцевой формы, что обеспечивает их прочность и надежность.
На Фиг.3 приведены различные варианты изготовления многоугольника кольцевой формы огнеупорного изделия 2 и нижнего огнеупорного изделия п – образное 3, состоящих из 24 огнеупорных изделий (Фиг.3.а) и из 30 огнеупорных изделий (Фиг.3б) и зависит от размеров огнеупорных изделий 2 и нижнего огнеупорного изделия 3.
Минимальное количество огнеупорных кирпичей, из которых выполняют огнеупорное изделие 2 и огнеупорного изделия нижнее п – образное 3, составляет 10 штук, уменьшение данного количества огнеупорных изделий не рационально, т.к. приведет к дополнительным трудозатратам, связанных со сложностью выполнения огнеупорных изделий 2 и нижнего огнеупорного изделия п – образное 3. Максимальное количество огнеупорных изделий, из которых выполнено огнеупорное изделие 2 и нижнее огнеупорное изделие п – образное 3, составляет 50 штук, увеличение данного количества огнеупорных изделий приведет к снижению их качества и, как следствие снижению стойкости циркуляционного вакууматора.
Геометрические размеры огнеупорного изделия нижнее п – образное 3 (Фиг.4) получены опытно-экспериментальным и расчетным путем, т.к. именно при таких размерах были получены наилучшие показатели по повышению стойкости всей конструкции.
Предусмотрено, что нижнее огнеупорное изделие п – образное 3 выполнено из огнеупорных кирпичей, имеющих в сечении п-образную форму с верхней 9 и нижней 10 частью, со следующими величинами размеров (Фиг.4):
L1 - ширина верхней части 9 и L2 - ширина нижней части 10 составляет от 0,5 до 500мм;
H1 – толщина верхней части 9 и H2 – толщина нижней части 10 составляет от 0,5 до 500 мм.
При толщине H1 верхней части 9 нижнего огнеупорного изделия п–образное 3 менее 0,5 мм., приведет к недостаточной надежности фиксации многоугольника кольцевой формы, что в конечном итоге ведет к отсутствию технического результата.
1
При толщине Hверхней части 9 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 более 500 мм., приведет к сложности технического исполнения, т.к. для получения огнеупорного изделия данной формы необходимо сложное, дорогостоящее технологическое оборудование.
2
При толщине Hней части 10 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 менее 0,5 мм., приведет к недостаточной надежности фиксации многоугольника кольцевой формы, что в конечном итоге ведет к отсутствию технического результата.
2
При толщине Hнижней части 10 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 более 500 мм., приведет к сложности технического исполнения, т.к. для получения огнеупорного изделия данной формы необходимо сложное, дорогостоящее технологическое оборудование.
1
При ширине Lверхней части 9 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 менее 0,1 мм., приведет к недостаточной надежности фиксации многоугольника кольцевой формы, что в конечном итоге ведет к отсутствию технического результата.
1
При ширине Lверхней части 9 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 более 500 мм., приведет к сложности технического исполнения, т.к. для получения огнеупорного изделия данной формы необходимо сложное, дорогостоящее технологическое оборудование.
2
При ширине Lнижней части 10 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 менее 0,1 мм., приведет к недостаточной надежности фиксации многоугольника кольцевой формы, что в конечном итоге ведет к отсутствию технического результата.
2
При ширине Lнижней части 10 нижнего огнеупорного изделия п – образное 3 более 500 мм., приведет к сложности технического исполнения, т.к. для получения огнеупорного изделия данной формы необходимо сложное, дорогостоящее технологическое оборудование.
В нижней части патрубка (Фиг.1) под верхней частью 9 нижнего огнеупорного изделия 3 закреплено по окружности металлическое изделие 4, которые фиксируют нижнее огнеупорное изделие в виде многоугольника кольцевой формы, имеющего в сечении п – образную форму 3. Крепление опорного металлического изделия 4 в виде сегментов 7 осуществляют путем его сварки с металлической конструкцией 1.
В процессе эксплуатации наружная огнеупорная футеровка, состоящая из огнеупорного бетона 5, подвержена наиболее агрессивным факторам воздействия, которые интенсивно изнашивают торцевую часть патрубка и соответственно опорные металлические изделия 4. Отсутствие опорных металлических изделий 4 приводит к «проседанию» огнеупорного изделия 2 и огнеупорного изделия нижнее п – образное 3, и локальному разрушению внутренней рабочей футеровки между ними. Опытным путем установлено, что огнеупорное изделие 2 и нижнее огнеупорное изделие п – образное 3 обладают повышенными эксплуатационными свойствами, чем огнеупорный бетон 5 в торцевой части патрубка, поэтому для усиления торцевой части патрубка предпочтительно выполнение нижнего огнеупорного изделия 3 – п-образной формы. Кроме этого нижнее огнеупорного изделия нижнее п – образное 3 позволяет надежно защитить опорное металлическое изделие 4 и повысить время эксплуатации вакуум-камеры.
Предпочтительно выполнение опорного металлического изделия 4 в виде сегментов 7 из металла, выложенных по окружности с зазором 8 между сегментами 7 (Фиг.2). Проведенные испытания подтвердили, что опорное металлическое изделие 4, выполненное по окружности в виде сегментов 7, позволяют надежно фиксировать огнеупорное изделие 2 и нижнее огнеупорного изделия п – образное 3 от выпадения из погружного патрубка.
Наличие зазора 8, позволяет во время эксплуатации циркуляционного вакууматора компенсировать термическое расширение опорного металлического изделия 4 и исключить его деформацию. Величина зазора 8 между сегментами 7 опорного металлического изделия 4, определена, экспериментальны путем и составляет 0,1 до 100 мм.
При величине зазора 8 менее 0,1 мм не обеспечивается технический
результат.
При величине зазора 8 более 100 мм не обеспечивается техническим результатом, т.к. зависит от максимального размера огнеупорного кирпича имеющего в сечении п – образную форму и применяющегося для сборки огнеупорного изделия нижнее п – образное 3.
На Фиг.2 приведены различные варианты изготовления опорного металлического изделия 4, образующего окружность из четырех сегментов 7 (Фиг.2а) и из восьми сегментов 7 (Фиг.2б). При уменьшении количества сегментов 7 менее двух не достигается технический результат из-за отсутствия зазора и невозможности компенсировать термическое расширение. Свыше максимального количества сегментов 7 – 32 штуки значительно усложняет сборку металлоконструкции и не достигает технического результата.
Простота конструкции сегментов 7 облегчают их изготовления, сборку и монтаж патрубка погружного.
Патрубок погружной для циркуляционного вакууматора используют следующим образом.
Патрубок погружной является определяющим конструктивным узлом вакууматора, который предназначен для удаления из жидкой стали вредных газов и неметаллических включений, образующихся в процессе плавки и отрицательно влияющих на качество металла и готового проката.
Вакууматор работает следующим образом. Нижняя часть вакууматора, которая состоит из одного или двух патрубков погружается в жидкую сталь, после чего происходит вакуумирование стали циркуляционным или порционным способом.
В отличие от конструкции погружного патрубка, представленной в патенте [2] РФ №2557046, в заявляемом патрубке погружном футеровка выполнена в виде многоугольника кольцевой формы, состоящая из огнеупорных изделий; металлическая конструкция включает в себя опорные металлические сегменты, закрепленные по окружности под верхней частью нижнего огнеупорного изделия; нижнее огнеупорное изделие в сечении имеет п-образную форму, что обуславливает повышенную эксплуатационную надежность и улучшение ремонтопригодности предлагаемого патрубка погружного.
Испытания опытного образца заявляемого патрубка погружного для вакууматора подтвердили:
- высокую эксплуатационную надежность работы;
- улучшение ремонтопригодности, что позволяет осуществлять бесперебойную работу вакууматора.
Таким образом, заявляемое техническое решение полностью выполняет технический результат.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно- технической информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источников, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна" и «изобретательский уровень».
Источники информации:
[1] патент на полезную модель № 96574« Патрубок погружной для вакууматора», МПК С21С7/10, опубл. 10.08.2010,бюл. № 22;
[2] патент на изобретение RU № 2557046 «Патрубок погружной для вакууматора» МПК С21С7/10, опубл. 20.07.2015 Бюл.20.