Вид РИД
Изобретение
Патентуемый патрубок погружной относится к металлургическому оборудованию, обладает повышенной стойкостью огнеупорной футеровки и может быть эффективно использован на металлургических предприятиях в составе вакууматора.
Из уровня техники известны различные конструкции погружного патрубка для вакууматора.
Так, известна конструкция погружного патрубка вакууматора (проект футеровки вакууматора №1 HTMK-538-RH).
Недостатком приведенной конструкции является то, что при эксплуатации вакуум-камеры интенсивно размывается стык огнеупорного кольца и огнеупорного бетона. Жидкая сталь проникает в место разрушения и размывает поддерживающую огнеупорные кольца полочку. Это приводит к их оседанию и образованию между огнеупорными кольцами зазора. При опускании патрубка в расплав металл затекает в зазор, вызывая локальное разрушение по окружности. Вакуум-камеру из-за износа патрубка выводят на ремонт преждевременно.
Известна также конструкция погружного патрубка для вакууматора с наклонной полкой (проект футеровки вакууматора №2 HTMK-535-RH).
Недостатком данной конструкции является то, что наклонная, удерживающая огнеупорное кольцо полка, недостаточно жестко его фиксирует. В процессе работы вакуум-камеры отсутствие жесткой фиксации приводит к проседанию огнеупорных колец и образованию локальных разгаров.
Из уровня техники известна конструкция погружного патрубка для вакууматора (патент РФ №96574 на полезную модель; С21С 7/10), наиболее близкая по технической сущности и конструктивной реализации к патентуемому изобретению и выбранная в качестве прототипа.
Патрубок погружной для вакууматора (патент РФ №96574), состоит из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами.
Нижнее огнеупорное кольцо имеет г-образный в сечении профиль, а металлическая конструкция оснащена фиксирующим упором. Существенными конструктивными и эксплуатационными недостатками данной конструкции погружного патрубка являются:
- отсутствие буферного слоя на нижнем футеровочном кольце приводит к разрушению данного конструктивного узла в результате расширения нижнего кольца во время эксплуатации;
- пониженная конструктивная и эксплуатационная надежность погружного патрубка, обусловленная тем, что в случае скола опорной части нижнего г-образного огнеупорного кольца под массой вышестоящих колец вся футеровка патрубка разрушается;
- сложность металлоконструкции, что приводит к удорожанию погружного патрубка.
Патентуемое изобретение решает техническую задачу разработки патрубка погружного для вакууматора отличающегося повышенной огнеупорной стойкостью, повышенной долговечностью и эксплуатационной надежностью, а также увеличенным ресурсом бесперебойной работы.
Решение поставленной технической задачи достигается следующим образом.
Патрубок погружной для вакууматора, аналогичный конструкции, приведенной в патенте РФ №96574, состоящий из металлической конструкции, футерованной огнеупорными кольцами и облицованной огнеупорным бетоном, согласно патентуемому изобретению, патрубок содержит опорное металлическое кольцо, закрепленное под нижним огнеупорным кольцом г-образной формы в сечении, а между внутренней поверхностью металлической конструкции и наружной поверхностью футеровочных огнеупорных колец размещен буферный слой.
Изобретение предусматривает, что буферный слой выполнен из набивной буферной массы, или огнеупорного бетона, а толщина буферного слоя составляет от 10 до 100 мм.
Согласно изобретению, толщина опорного металлического кольца составляет от 10 до 200 мм и разница между наружным и внутренним диаметрами составляет от 30 до 200 мм.
Предусмотрено, что нижнее огнеупорное кольцо выполнено г-образной формы, со следующими соотношениями размеров:
L - разница между внешним и внутренним диаметрами опорного кольца.
L1 - величина опорной части г-образного кольца равная (0,1-0,8)L.
Н - высота кольца.
H1 - высота опорной части г-образного кольца равная (0,1-0,8)Н.
Патентуемое изобретение предусматривает возможность выполнения участка нижнего огнеупорного кольца, который контактирует с опорным металлическим кольцом, с различной геометрией наружной боковой поверхности, например, с дугообразной боковой поверхностью, с наклонной боковой поверхностью.
Предусмотрена возможность выполнения участка нижнего огнеупорного кольца, который контактирует с опорным кольцом, в форме прямоугольного паза (гребня).
Технический результат от реализации патентуемого изобретения заключается в значительном повышении огнеупорной стойкости всей конструкции, увеличения долговечности и ремонтопригодности разработанного патрубка погружного.
Наличие буферного слоя позволяет компенсировать температурное расширение и предотвращает от растрескивания нижнее футеровочное огнеупорное кольцо г-образной формы в сечении при нагревании, что позволяет значительно увеличить эксплуатационную надежность и термическую стойкость погружного патрубка.
Установлено, что патентуемая конструкция отличается пониженным уровнем термических напряжений, что обуславливает и гарантирует повышенную надежность и долговечность разработанного патрубка погружного.
Сущность патентуемого изобретения поясняется описанием разработанного патрубка погружного для вакууматора и графическим материалами, на которых приведены:
Фиг.1 - компоновочная блок-схема патентуемого погружного патрубка;
Фиг.2 - кольцо огнеупорное нижнее г-образной формы (разрез);
Фиг.3 - варианты конструктивной реализации нижнего огнеупорного кольца 3 и опорного металлического кольца 4.
Патентуемый патрубок погружной (фиг.1) содержит металлическую конструкцию 1, футеровочные огнеупорные кольца 2, смонтированные в полости металлической конструкции 1.
Патрубок содержит нижнее г-образное в сечении огнеупорное кольцо 3, (фиг.2, 3), обеспечивающее надежность футеровки патрубка. В нижней части патрубка закреплено опорное металлическое кольцо 4, которое позволяет надежно фиксировать огнеупорные кольца 2 и 3 патрубка. Крепление опорного металлического кольца 4 в нижней части погружного патрубка осуществляют, например, пут ем его сварки с металлической конструкцией 1.
Нижнее огнеупорное кольцо 3 может иметь различную конечную реализацию (фиг.3), выбор которой определяется совокупностью таких конструктивных параметров как толщина буферного слоя 6, диаметр и толщина опорного металлического кольца 4, условий эксплуатации погружного патрубка.
Предпочтительно выполнение нижнего огнеупорного кольца 3 г-образной формы (фиг.1, 2).
На фиг.3 приведены различные варианты выполнения участка нижнего огнеупорного кольца, который контактирует с опорным металлическим кольцом 4, с различной геометрией наружной боковой поверхности, например, с дугообразной боковой поверхностью (фиг.3ж), с наклонной боковой поверхностью (фиг.3д, е).
Возможно выполнение участка нижнего огнеупорного кольца, который контактирует с опорным металлическим кольцом 4, в форме прямоугольного паза (фиг.3и).
Наружная поверхность металлической конструкция 1 защищена слоем огнеупорного бетона 5, а между внутренней поверхностью металлической конструкции 1 и футеровочными огнеупорными кольцами 2 размещен буферный слой 6.
Буферный слой 6 выполнен из набивной буферной массы, или огнеупорного бетона.
Толщина буферного слоя 6 составляет от 10 до 100 мм.
Буферный слой 6 между футеровочными огнеупорными кольцами 2 и 3 и металлической конструкцией 1, позволяет компенсировать температурное расширение и предотвращает от растрескивания футеровочные огнеупорные кольца 2 и 3 при нагревании.
Выбор конструктивных параметров буферного слоя 6 обусловлен следующим.
Толщина буферного слоя составляет от 10 до 100 мм. При толщине буферного слоя менее 10 мм возникает вероятность растрескивания огнеупорных колец в результате их температурного расширения. При толщине буферного слоя более 100 мм возникает вероятность образования пустот между буферным слоем и огнеупорными кольцами в результате спекания буферной массы, образовавшиеся пустоты приводят к прогару между огнеупорными кольцами и, как следствие, аварийному выходу вакууматора из работы.
Опорное кольцо 4 выполнено из металла. Выбор конструктивных параметров опорного металлического кольца 4 обусловлен следующим.
Толщина опорного кольца 4 составляет от 10 до 200 мм, а разница между наружным и внутренним диаметрами составляет от 30 до 150 мм.
По данным испытаний было установлено, что при толщине опорного кольца менее 10 мм, при воздействии высоких температур опорное металлическое кольцо 4 будет коробиться. А при толщине опорного металлического кольца 4 в 10 мм и более такого коробления не происходит. Установлено, что при разнице между наружным и внутренним диаметрами опорного металлического кольца 4 менее 30 мм г-образное огнеупорное кольцо 3 невозможно надежно закрепить в нижней части погружного патрубка.
Проведенные испытания подтвердили, что опорное металлическое кольцо 4, реализованное в патентуемой конструкции с рекомендуемыми геометрическими размерами, надежно фиксирует огнеупорные кольца 2 и 3 от выпадания из погружного патрубка.
Также было установлено, что эксплуатация опорного металлического кольца 4 толщиной более 200 мм и разницы между наружным и внутренним диаметрами более 150 мм приводит к громоздкости и значительному утяжелению нижней части патрубка, кроме того в этом случае существенно увеличивается трудоемкость изготовления и установки опорного металлического кольца 4 в погружном патрубке.
В процессе разработки патентуемого погружного патрубка определены оптимальные соотношения размеров нижнего огнеупорного кольца 3 и опорного металлического кольца 4, геометрическая форма которых и конечные размеры обеспечивают надежную фиксацию и защиту от разрушения и проседания футеровочных огнеупорных колец 2 и 3 в погружном патрубке вакууматора.
В частности, при выполнении нижнего огнеупорного кольца 3 г-образной формы (фиг.1, 2), проведенные исследования позволяют констатировать, что для достижения надежной фиксации футеровочных колец 2, нижнее огнеупорное кольцо 3 и опорное металлическое кольцо 4 должны быть выполнены со следующими соотношениями размеров (фиг.2):
L1=(0,1-0,8)L, где
L1 - величина опорной части г-образного кольца
L - разница между внешним и внутренним диаметрами опорного металлического кольца 4.
H1=(0,1-0,8)Н, где
H1 - высота опорной части г-образного кольца
Н - высота кольца.
Данные зависимости основываются на результатах ряда испытаний на производстве. В ходе испытаний было выявлено, что:
- величины L1 опорной части г-образного кольца менее 0,1L не достаточно для надежной фиксации (установки) огнеупорного г-образного кольца 3 на опорное металлическое кольцо 4. В связи с этим возникает вероятность 'выпадения' г-образного кольца из патрубка.
- при величине L1 опорной части г-образного кольца более 0,8L толщина нижней части г-образного кольца минимальная, что может привести к образованию трещин в зоне опорного металлического кольца 4, а, следовательно, кардинально увеличивается вероятность «скола» нижней части г-образного огнеупорного кольца 3, и (как следствие) досрочный выход из строя патрубка вакууматора.
- при величине H1 менее 0,1Н высота нижней части г-образного кольца максимальная, в связи с этим возможны образования трещин в зоне опорного металлического кольца 4, а следовательно, увеличивается вероятность «скола» нижней части г-образного кольца 3, и (как следствие) досрочный выход из строя патрубка вакууматора.
- при величине H1 более 0,8Н данная конструкция не целесообразна, т.к. нижняя часть г-образного кольца 3 минимальная, что обуславливает возможность соприкосновения опорного металлического кольца 4 с жидким металлом.
Патентуемый патрубок погружной 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 РФ №96574, в разработанном устройстве между металлической конструкцией и огнеупорными кольцами (включая нижнее огнеупорное кольцо Г-образной формы) размещен буферный слой, который защищает огнеупорные кольца от растрескивания при температурном расширении огнеупорных колец в процессе эксплуатации, что обуславливает повышенную эксплуатационную надежность и долговечность патентуемого погружного патрубка.
Повышенная эксплуатационная надежность и долговечность патентуемой конструкции гарантируется также и тем, что опорное металлическое кольцо 4, реализованное в конструкции с патентуемыми размерами, сохраняет свои прочностные и термические характеристики в течение всего цикла эксплуатации погружного патрубка и надежно фиксирует огнеупорные кольца 2 и 3 от выпадания из погружного патрубка.
Простота конструкции металлической части облегчает процесс ее производства и сборку патрубка в целом.
Испытания и апробация опытного образца патентуемого патрубка погружного для вакууматора подтвердили:
- высокую эксплуатационную надежность работы патрубка;
- увеличение средней стойкости патрубка на 10-15%.
Подтверждено, что использование патентуемой конструкции погружного патрубка позволяет существенно повысить ресурс бесперебойной работы вакууматора по сравнению с конструкцией предложенной в проекте футеровки вакууматора №1 HTMK-538-RH и в проекте футеровки вакууматора №2 HTMK-535-RH.