устройство для отсекания шлака и закупорки выпускного отверстия металлургического агрегата

Формула изобретения

1. Устройство для отсекания шлака и закупорки выпускного отверстия металлургического агрегата, содержащее установленный на корпусе металлургического агрегата рядом с выпускным отверстием летки и соединенный с пневмосистемой опорный блок с приводом, установленный своим несущим концом в опорном блоке с возможностью поворота вокруг своей оси рычаг, соединенный с приводом и выполненный с каналом для подачи сжатого воздуха от пневмосистемы через опорный блок в расположенную на другом конце рычага заглушку с соплом, отличающееся тем, что ось поворота несущего конца рычага расположена в плоскости, проходящей через ось выпускного отверстия летки, при этом рычаг изогнут так, что ось сопла зуглушки перпендикулярна к оси выпускного отверстия летки и выполнена с возможностью ее соосного расположения с выпускным отверстием летки при повороте рычага и входом сопла в выпускное отверстие летки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод поворота рычага выполнен в виде по меньшей мере одного пневмоцилиндра.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено соединенной со штоком пневмоцилиндра зубчатой рейкой для поворота оси рычага.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пневмосистема снабжена клапаном, выполненным с возможностью срабатывания при повороте рычага и подключения его канала для подачи сжатого воздуха к пневмосистеме.

5. Устройство по любому из п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено системой управления и датчиками, фиксирующими поступление шлака в выпускное отверстие летки, с которыми через систему управления соединен пневмоцилиндр поворота рычага.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для закупорки выпускного отверстия металлургических агрегатов, преимущественно в металлургических печах - электропечах и конверторах.

Известны различные способы и устройства для закупорки выпускного отверстия металлургической печи, в том числе для отделения металла от шлака.

Известны устройства для заделки отверстия летки шахтной печи путем выдавливания глины в отверстие из сопла глиняной камеры поршнем, шток которого соединен с расположенным на расстоянии от него гидроцилиндром [1] или забивкой летки доменной печи огнеупорной ленточной массой с помощью пушки с прижимным и поворотным механизмами [2].

Известные устройства не позволяют заделывать летки с предварительным отсеканием шлака, а также не исключают спекания шлака с материалом забивки. Вскрывание летки связано, наряду с разрушением материала забивки, с частичным разрушением огнеупорных стенок летки.

Наличие крупногабаритных механизмов подвода этих устройств к летке требует значительного пространства между леткой и ковшом и непригодно для большинства существующих электропечей и конверторов.

Известны заглушки (пробки) для закупорки отверстия летки. Устанавливаемая на стержне пробивного отверстия пробка, выполненная из пористого материала, при контакте с расплавом впитывает его и при застывании последнего образует жесткую прикипевшую к стенкам отверстия заглушку [3]. Известна пробка, устанавливаемая в выпускном отверстии плавильной печи, содержащей пружинные элементы и вставку, удерживающую их в отведенном состоянии. Вставка разрушается при нагреве и освобождает пружинные элементы, которые прижимают пробку к выпускному отверстию печи [4]. При использовании этих заглушек (пробок) происходит их спекание со шлаком и стенками отверстия, что вызывает трудности, связанные со вскрытием летки.

Известно устройство для закрывания выпускного отверстия металлургической печи, которое имеет пробку, вставляемую в выпускное отверстие таким образом, что между пробкой и стенкой отверстия остается кольцевой зазор. После слива металла сквозь имеющийся в пробке канал подается сжатый газ противотоком к направлению слива металла, в результате через кольцевой зазор засасывается воздух [5].

Известное устройство позволяет за счет засасывания воздуха через кольцевой канал предотвратить прикипание крышки к стенкам отверстия, но не позволяет устанавливать пробки в отверстие летки после подачи воздуха и отсекать шлак, что вызывает спекание пробки со шлаком (расплавом).

Известно устройство для закупорки летки металлургической печи, содержащее опорный блок, установленный в донной части печи вблизи летки, соединенный с пневмосистемой и снабженный приводом в виде пневмоцилиндра, рычаг, несущий концом поворотно с приводом от пневмоцилиндра установленный в опорном блоке, имеющий на свободном конце заглушку в виде форсунки с воздушным соплом и снабженный воздушным каналом для подачи сжатого воздуха от пневмосистемы через опорный блок в сопло заглушки [6].

Рычаг имеет Г-образную форму, установлен на оси, перпендикулярной оси канала летки, и при его повороте заглушка перемещается к летке снизу по кривой, соответствующей приблизительно 1/4 окружности. При повороте рычага проходящий через него воздушный канал подключается к пневмосистеме, и из сопла заглушки выходит струя сжатого воздуха, которая, входя в струю расплава, отсекает его. Входя в отверстие летки, заглушка закупоривает его, а исходящая из сопла струя воздуха оттесняет шлак из канала летки, что предотвращает спекание заглушки со шлаком.

Установка данного устройства требует значительного пространства между леткой и ковшом, так как длина рычага известного устройства равна расстоянию от оси поворота рычага до летки, что делает его непригодным для установки в существующих конструкциях печей, в частности электропечей и конверторов.

Использование этого устройства приводит к значительному разбрызгиванию расплава из-за введения воздушной струи в струю расплава на значительном расстоянии от летки, что не позволяет также обеспечить мгновенное полное отсекание шлака от расплава и удержание его в канале летки.

В основу настоящего изобретения была положена задача создания устройства для закупорки летки, которое бы имело меньшие габариты, обеспечивающие установку данного устройства в электропечах и конверторах, в которых расстояние между леткой и ковшом незначительно, и позволяющего уменьшить разбрызгивание расплава за счет мгновенного отсекания шлака и удержать его в канале летки. При этом данное устройство должно обеспечить сохранность канала летки за счет отсутствия спекания заглушки и шлака со стенками канала летки.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для закупорки выпускного отверстия металлургического агрегата, содержащее опорный блок, установленный вблизи летки, соединенный с пневмосистемой и снабженный приводом для поворота рычага, имеющего канал для подачи сжатого воздуха, установленного своим несущим концом в опорном блоке, а на другом конце имеющего заглушку с соплом для подачи сжатого воздуха от пневмосистемы через опорный блок, согласно изобретению, ось поворота несущего конца рычага находится в плоскости, проходящей через ось канала летки, а рычаг изогнут таким образом, что ось сопла заглушки в исходном положении перпендикулярна оси канала летки, а при развороте в рабочее положение - ось сопла расположена соосно с каналом летки, а заглушка находится в отверстии летки. Привод поворота рычага может быть выполнен в виде по меньшей мере одного пневмоцилиндра, а поворот оси рычага производится зубчатой рейкой, соединенной со штоком пневмоцилиндра.

Возможно выполнение пневмосистемы, которая содержит клапан, срабатывающий при повороте рычага и подключающий воздушный канал рычага к пневмосистеме.

Для автоматизации процесса отсекания шлака от расплава пневмосистема может быть снабжена датчиками поступления шлака в канал летки, которые через систему управления соединены с пневмоцилиндрами поворота рычага.

Рычаг может быть выполнен из отрезков сваренных труб или из цельной изогнутой трубы с геометрией, показанной на фиг. 8.

Данное устройство позволяет разворачивать заглушку из исходного положения, при котором ось сопла перпендикулярна оси канала летки, а заглушка расположена в непосредственной близости от канала летки, в рабочее положение, при котором оси сопла и канала клетки совмещены, а заглушка входит непосредственно в канал летки, по окружности с наименьшим радиусом. Такое уменьшение глубины траектории движения заглушки позволяет значительно уменьшить пространство, необходимое для устройства металлургического агрегата, и позволяет устанавливать его на электропечах и конверторах с малым пространством между леткой и ковшом.

Ввод воздушной струи в струю расплава непосредственно вблизи летки обеспечивает за счет расширения струи сжатого воздуха на выходе из сопла, уже на начальной стадии при тангенциальном направлении струи, активное воздействие потока на расплав (шлак) и полное его отсекание и удержание в летке.

На фиг. 1 - 4 изображено предлагаемое устройство в рабочем положении в трех проекциях; на фиг. 5 - 8 - то же, в исходном положении и изометрия сварного рычага; на фиг. 9 - один из вариантов схемы пневмосистемы; на фиг. 10, 11 - принцип работы управляющего клапана; на фиг. 12, 13 - принцип работы стопорного механизма.

Устройство содержит опорный блок 1 (фиг. 1 - 8), установленный на корпусе металлургического агрегата 2, например конвертора вблизи выпускного отверстия летки 3. Устройство снабжено приводом, например, в виде пневмоцилиндров 4, 4". Рычаг 5 своим несущим концом 6 установлен в блоке 1 с возможностью поворота относительно оси A. Рычаг 5 имеет на свободном конце заглушку 7 с воздушным соплом 8. Рычаг 5 может быть выполнен полым и иметь воздушный канал 9 для подачи сжатого воздуха от пневмосистемы через опорный блок 1, а клапан 11, который открывается при совмещении отверстия в корпусе 16 с отверстием в золотнике 15 (фиг. 9), в сопло 8 заглушки 7.

Рычаг 5 установлен в опорном блоке на оси A поворота, находящейся в плоскости, проходящей по оси B канала летки, а установленная на свободном конце рычага 5 заглушка 7 в исходном положении расположена рядом с леткой (фиг. 5 - 8). В этом положении сопло 8 направлено перпендикулярно каналу летки 3 и заглушка 7 расположена рядом с краем конца летки 3. При развороте в рабочее положение заглушка 7 входит в отверстие летки соосно с каналом летки 3.

Поворот рычага 5 производится с помощью, например, зубчатой рейки, соединенной со штоком пневмоцилиндра 4 (не показано) или иным другим известным механизмом.

Рычаг 5 имеет сложную пространственную форму (фиг. 1 - 8) и может быть выполнен из различных конструкционных элементов, например, таких как сваренные между собой трубы, изогнутая соответствующим образом цельная труба или другие элементы, имеющие различные профили.

Опорный блок 1 соединен с пневматической системой, которая представлена на фиг. 9. Пневмосистема включает задвижку 10, сообщающую объем основного ресивера 18 с общей магистралью, датчики 19, 20, осуществляющие контроль давления в основном и выравнивающем ресиверах 18 и 21 соответственно, отсечные клапаны 22 и 23 управляющего и основного воздуха, управляющие электропневмоклапаны 24-27, стопорный механизм 13 с клапаном 11, а также пневмоцилиндры 4 и 4" прямого и обратного ходов.

Пневмосистема работает следующим образом.

Систему приводят в рабочее положение, открывая задвижку 10 и отсечные клапаны 22 и 23, при этом воздух из основной магистрали заполняет ресиверы 18 и 21, давление в которых контролируется с помощью датчиков 19, 20. По сигналу от индукционного датчика 12 (фиг. 5, 6), при работе в автоматическом режиме, или с пульта оператора, в ручном режиме, открывается электропневмоклапан 25 и воздух поступает в клапан 11, расстопоривая щеколду 29, а также открывает пневмоклапан 27, через который воздух поступает в пневмоцилиндр 4 прямого хода, передвигающий рычаг 5 (фиг. 5-8) в рабочее положение, при этом клапан 11 (фиг. 5-8) открывает проход воздуха в канал рычага 5 и в сопло 7 (фиг. 5-8). После окончания цикла отсечки электропневмоклапан (ЭПК) 25 закрывается, а ЭПК 26 открывается, обеспечивая выход воздуха из цилиндра прямого хода и стопорного механизма, одновременно открывается электропневмоклапан 24, подающий воздух в цилиндр 4" обратного хода, который возвращает рычаг 5 (фиг. 5-8) в исходное положение, при этом клапан 11 (фиг. 5-8) закрывается, а щеколда 29 застопоривается, пневмоклапан 27 закрыт.

Подключение воздушного канала 9 рычага 5 к пневмосистеме производится с помощью клапана 11, срабатывающего при повороте рычага 5.

Принцип работы клапана показан на фиг. 10, 11. При повороте шестерни 14 начинают вращаться трубопровод 28 и золотник 15. Отверстия золотника 15 совмещаются с отверстиями в корпусе 16.

При возврате сопла в исходное положение реечный механизм фиксируется стопорным механизмом 13, принцип действия которого показан на фиг. 12, 13.

В застопоренном положении механизма отсечки щеколда 29 находится в отверстии рейки и удерживается там штоком с поршнями 17, при этом рабочее давление газа подано в полость А, для расстопоривания механизма отсечки перед работой давление подается в полость Б.

Описанное выше устройство работает следующим образом. При срабатывании индуктивного датчика 12, реагирующего на изменение магнитной проницаемости среды, текущей через летку 3, блок управления работой печи включает пневмоцилиндры 4", которые осуществляют поворот рычага 5 вокруг оси заглушки 7, одновременно с которым воздушный канал рычага 5 с помощью клапана 11 через отверстие в корпусе 16 и отверстия в золотнике 15 соединяется с пневмосистемой, и в сопло 8 заглушки 7 поступает сжатый воздух. Заглушка 7 с истекающей из ее сопла струей воздуха разворачивается из исходного положения в рабочее положение соосно каналу летки 3 и входит в отверстие летки. При этом воздушная струя из сопла входит в струю расплава, отсекает шлак и по мере вхождения заглушки в отверстие летки выталкивает шлак из канала летки. Заглушка 7 закупоривает отверстие летки, не контактируя со шлаком и не спекаясь с ним.

Исходя из сопла вблизи летки струя воздуха уже при вхождении в струю расплава активно воздействует на струю расплава и полностью отсекает шлак.

Изобретение может быть использовано в металлургии в процессах слива стали из металлургических агрегатов, в частности конверторов.