универсальная комбинированная фурма с подвижными элементами, выполняющими функции горелки и продувочной трубы

Формула изобретения

1. Фурма для обработки находящихся в металлургических агрегатах расплавленных металлов, прежде всего стали, подвергаемой в агрегатах с циркуляционным вакуумированием действию вакуума, а также для нагрева агрегатов с циркуляционным вакуумированием перед или между стадиями обработки, имеющая внутреннюю направляющую трубу (11) для подачи газов, прежде всего кислорода, на головном конце которой расположено выходное отверстие для верхней продувки газом и которая по всей своей длине имеет первую охлаждающую рубашку (14) и на хвостовом конце соединена с системой подачи газа и охладителя, при этом фурма для выполнения ею функции горелки имеет расположенные по внешнему периметру первой охлаждающей рубашки (14) каналы (18), которые служат для подачи горючего газа к соплам (19) горелки, выполненным в зоне расположенного на головном конце фурмы выходного отверстия и проходящим наклонно к оси фурмы, и которые окружены второй, наружной, охлаждающей рубашкой (20), отличающаяся тем, что внутренняя направляющая труба (11) с первой охлаждающей рубашкой (14) выполнена в виде первого функционального узла (10) фурмы, а каналы (18) для подачи горючего газа со второй охлаждающей рубашкой (20) выполнены в виде второго функционального узла (17) фурмы с расположенными на его нижнем конце наклонно к продольной оси фурмы соплами (19) горелки, причем первый функциональный узел (10) фурмы установлен внутри второго функционального узла (17) фурмы с возможностью перемещения в нем, а именно между приподнятым положением для работы в режиме горелки, в котором расположенные на конце фурмы сопла (19) горелки отстоят в осевом направлении от выходного отверстия фурмы для выхода кислорода из приподнятого первого функционального узла (10) фурмы, и опущенным положением для работы в режиме продувки, в котором сопла (19) горелки закрыты выступающим вниз за конец второго функционального узла (17) фурмы первым функциональным узлом (10) фурмы, при этом предусмотрена возможность бесступенчато регулировать перемещение первого функционального узла (10) фурмы во втором функциональном узле (17) фурмы для установления варьируемого расстояния между соплами (19) горелки и выходным отверстием фурмы для выхода кислорода.

2. Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что второй функциональный узел (17) фурмы кольцом охватывает первый функциональный узел (10) фурмы.

3. Фурма по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что первый функциональный узел (10) фурмы выполнен с возможностью перемещения подъемным механизмом (26), закрепленным на втором функциональном узле (17) фурмы.

4. Фурма по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что второй функциональный узел (17) фурмы проходит по всей длине первого функционального узла (10) фурмы и для первого (10) и второго (17) функциональных узлов фурмы предусмотрены отдельно установленные подъемные механизмы.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к фурме для обработки находящихся в металлургических агрегатах расплавленных металлов, прежде всего стали, подвергаемой в агрегатах с циркуляционным вакуумированием действию вакуума, а также для нагрева таких агрегатов с циркуляционным вакуумированием перед или между стадиями обработки, имеющая внутреннюю направляющую трубу для подачи газов, прежде всего кислорода, на головном конце которой расположено выходное отверстие для верхней продувки газом и которая по всей своей длине имеет первую охлаждающую рубашку и на хвостовом конце соединена с системой подачи газа и охладителя, при этом фурма для выполнения ею функции горелки имеет расположенные по внешнему периметру первой охлаждающей рубашки каналы, которые служат для подачи горючего газа к соплам горелки, выполненным в зоне расположенного на головном конце фурмы выходного отверстия и проходящим наклонно к оси фурмы, и которые окружены второй, наружной охлаждающей рубашкой.

Фурма подобного типа для обработки расплавленных металлов, которой присущи вышеназванные признаки, описана в DE 4442362 С1. Известная из этой публикации многофункциональная фурма уже позволяет независимо осуществлять такие технологические операции, как верхняя продувка кислородом с вдуванием и без вдувания твердых частиц, а также получение пламени горелки с целью нагрева агрегата (конвертера). При верхней продувке кислородом в такой фурме по ее внутренней направляющей трубе, выходное отверстие которой имеет вид сопла Лаваля, на поверхность расплава подается сверху кислород, тогда как при работе в режиме горелки в соответствующие каналы подается горючий газ, в результате чего в зоне выходного отверстия фурмы протекает процесс горения с участием кислорода, продолжающего выходить из этого отверстия и при работе фурмы в режиме горелки, с образованием требуемого пламени.

Недостаток, присущий известной многофункциональной фурме, заключается в том, что в процессе продувки кислородом и во время последующей обработки глубоким вакуумом вследствие отчасти интенсивной реакции обрабатываемого расплава металла образуются брызги шлака и/или металла, закупоривающие расположенные на конце многофункциональной фурмы сопла горелки, которые в этом случае не могут более выполнять свою функцию при последующей работе в режиме горелки. Во избежание такой закупорки сопел горелки их, как известно, прочищают, продувая в течение всего процесса подаваемым по каналам для горючего газа инертным газом, что связано с соответствующими затратами.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать фурму указанного в начале описания типа, которая допускала бы ее независимую работу как в режиме продувки кислородом, так и в режиме горелки и в которой также была бы обеспечена защита сопел горелки от закупорки брызгами металла без их продувания для этой цели инертным газом.

Решение указанной задачи, включая предпочтительные варианты выполнения изобретения, представлено в формуле изобретения.

Основная идея изобретения состоит в том, что внутренняя направляющая труба с первой охлаждающей рубашкой выполнена в виде первого функционального узла фурмы, а каналы для подачи горючего газа со второй охлаждающей рубашкой выполнены в виде второго функционального узла фурмы с расположенными на его нижнем конце наклонно к продольной оси фурмы соплами горелки, причем первый функциональный узел фурмы установлен внутри второго функционального узла фурмы с возможностью перемещения в нем, а именно между приподнятым положением для работы в режиме горелки, в котором расположенные на конце фурмы сопла горелки отстоят в осевом направлении от выходного отверстия фурмы для выхода кислорода из приподнятого первого функционального узла фурмы, и опущенным положением для работы в режиме продувки, в котором сопла горелки закрыты выступающим вниз за конец второго функционального узла фурмы первым функциональным узлом фурмы, при этом предусмотрена возможность бесступенчато регулировать перемещение первого функционального узла фурмы во втором функциональном узле фурмы для установления варьируемого расстояния между соплами горелки и выходным отверстием фурмы для выхода кислорода.

Преимущество настоящего изобретения заключается в возможности простым перемещением первого функционального узла фурмы во втором ее функциональном узле переводить фурму с работы в режиме продувки кислородом на работу в режиме горелки, при этом при работе в режиме продувки кислородом второй функциональный узел фурмы, в котором имеются сопла горелки, оказывается настолько перекрыт первым функциональным узлом фурмы, что последний полностью закрывает обращенные наклонно к его продольной оси сопла горелки, механически защищая их от попадания брызг материала. Тем самым обеспечивается простая в применении и эффективная защита сопел горелки.

В US 4752330 описана фурма иной конструкции с узлом продувки кислородом и узлом горелки, при этом на нижнем конце фурмы выполнена отдельная камера горелки с выходным отверстием, через которое выходит пламя, образующееся при нахождении фурмы в положении, в котором она выполняет функцию горелки. Каналы для подачи горючего газа доходят до камеры горелки и оканчиваются в ее расположенной с противоположной от выходного отверстия стороны зоне, тогда как в положении, в котором фурма выполняет функцию горелки, кислород подается в камеру горелки узлом продувки кислородом, подведенным своей головкой к краю камеры горелки. В отличие от этого в положении, соответствующем работе в режиме продувки кислородом, узел продувки кислородом перемещается относительно камеры горелки и проходит через нее насквозь в ее выходном отверстии, в результате чего в положении продувки камера горелки, а следовательно, и каналы для подачи горючего газа оказываются защищены от попадания брызг металла.

С предусмотренной согласно настоящему изобретению возможностью бесступенчатого регулирования положения первого функционального узла фурмы относительно второго функционального узла фурмы путем перемещения первого функционального узла во втором функциональном узле, что позволяет варьировать расстояние между соплами горелки и выходным отверстием фурмы для выхода кислорода, связано особое преимущество, состоящее в оптимальном сгорании подаваемого горючего газа. Поскольку при работе в режиме горелки по внутренней направляющей трубе фурмы достаточно подавать лишь примерно от 1/5 до 1/10 того количества кислорода, которое необходимо при работе в режиме продувки кислородом, выполненное в зоне выходного отверстия фурмы сопло Лаваля оказывается неэффективным, в результате чего в этом случае для истечения кислорода устанавливаются совершенно иные условия по сравнению с режимом продувки кислородом. Учесть это обстоятельство можно, оптимально отрегулировав расстояние между соплами горелки и выходным отверстием фурмы с учетом стехиометрического соотношения между кислородом и горючим газом. Поскольку реакция горючего газа с кислородом сопровождается образованием сравнительно большого количества воды, оптимизация расстояния между соплами горелки и точкой выхода кислорода позволяет снизить содержание автоматически образующейся в процессе нагрева воды. Еще одно преимущество изобретения состоит в возможности дооснащения существующих фурм, которые изначально были разработаны исключительно для работы в режиме продувки кислородом, надеваемым на них вторым функциональным узлом с получением в результате комбинированной фурмы, допускающей работу как в режиме продувки, так и в режиме горелки.

При этом согласно одному из вариантов выполнения изобретения второй функциональный узел фурмы кольцом охватывает первый функциональный узел фурмы, что позволяет располагать фурму концентрично оси агрегата с циркуляционным вакуумированием при ее работе как в режиме продувки, так и в режиме горелки.

Для крепления первого функционального узла фурмы ко второму функциональному узлу фурмы с обеспечением возвратно-поступательного перемещения первого функционального узла во втором функциональном узле можно предусмотреть возможность перемещения первого функционального узла фурмы подъемным механизмом, закрепленным на втором функциональном узле фурмы. В этом случае второй функциональный узел фурмы может быть выполнен соответственно более коротким.

В другом варианте второй функциональный узел фурмы можно выполнить таким образом, чтобы он проходил по всей длине первого функционального узла фурмы, и предусмотреть для первого и второго функциональных узлов фурмы отдельно установленные подъемные механизмы. В этом случае оба функциональных узла фурмы проходят сквозь сальник, расположенный в крышке агрегата, в котором происходит обработка металла, в результате чего соответствующие подъемные механизмы берут на себя функцию по регулированию расстояния, отделяющего обе головки фурмы при работе в режиме горелки.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его выполнения с ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - вид сбоку комбинированной фурмы с показанной в увеличенном масштабе и в разрезе ее нижней частью в положении, соответствующем работе в режиме продувки кислородом, и

на фиг. 2 - комбинированная фурма по фиг.1 в положении, соответствующем работе в режиме горелки.

Как показано на чертежах, комбинированная фурма имеет прежде всего первый функциональный узел 10, который образует первый подвижный элемент фурмы и который проходит по всей длине последней, и внутреннюю направляющую трубу 11, служащую в первую очередь для подачи предназначенного для обработки расплавленного металла кислорода. На свободном конце первого функционального узла 10 расположено сопло 12 Лаваля, через которое кислород подается сверху на поверхность расплава. На верхнем конце первый функциональный узел 10 имеет соединительный элемент 13 для подвода кислорода.

С целью охлаждения первого функционального узла 10 фурмы внутренняя направляющая труба 11 заключена в первую охлаждающую рубашку 14, для которой в верхней части этого первого функционального узла 10 предусмотрены соответственно входной 15 и выходной 16 патрубки для охлаждающей воды.

Первый функциональный узел 10 расположен с возможностью перемещения во втором функциональном узле 17, который образует второй подвижный элемент фурмы, при этом указанный второй функциональный узел 17, соответственно, его охлаждающая рубашка 20 кольцом охватывают первый функциональный узел. Во втором функциональном узле 17 выполнены каналы 18 для подачи горючего газа, которые оканчиваются на его нижнем конце соплами 19 горелки, расположенными наклонно к продольной оси фурмы. Второй функциональный узел 17 имеет, как указано выше, вторую, наружную охлаждающую рубашку 20 с соответствующими входным 21 и выходным 22 патрубками для воды. Каналы 18 подсоединены к системе 23 подачи горючего газа.

Оба функциональных узла 10, 17 проходят сквозь не показанный подробно на чертеже сальник в крышке агрегата для обработки металла циркуляционным вакуумированием, причем вся эта конструкция, состоящая из функциональных узлов фурмы, не показанным на чертеже подъемным механизмом перемещается в вертикальном направлении примерно на 4-5 м в начале или по окончании работы в режиме продувки кислородом или в режиме горелки в нижнее рабочее положение либо в верхнее нерабочее положение соответственно. Второй функциональный узел 17 соединен при этом зажимным соединением с наружной трубой охлаждающей рубашки 20 и с не показанными на чертеже салазками подъемного механизма фурмы.

Поскольку оба функциональных узла 10, 17 можно перемещать относительно друг друга, для чего между наружной боковой поверхностью первого функционального узла 10 и внутренней боковой поверхностью второго функционального узла 17 имеется кольцевой зазор, на верхнем конце второго функционального узла 17 установлен сальник 28, который вакуум-плотно охватывает первый функциональный узел 10.

Для крепления первого функционального узла 10 ко второму функциональному узлу 17 на последнем предусмотрен фланец 25, с которым взаимодействуют два гидроцилиндра 26, на которые через соединенный с ними соответствующий фланец 24 опирается первый функциональный узел 10, благодаря чему такой образованный цилиндрами 26 привод позволяет перемещать первый функциональный узел 10 во втором функциональном узле 17. В показанном на фиг.1 положении первый функциональный узел 10 находится в "опущенном" положении, в котором его конец расположен на одном уровне с концом второго функционального узла 17 и в котором обеспечивается вдувание кислорода через выходное отверстие 27 фурмы из внутренней направляющей трубы 11, соответственно, из сопла 12 Лаваля, которым оканчивается эта труба. В этом положении сопла 19 горелки полностью закрыты первым функциональным узлом 10, что исключает попадание образующихся при определенных условиях брызг материала в эти сопла 19.

Как показано на фиг.2, при поднятии первого функционального узла 10 его перемещением во втором функциональном узле 17 открываются сопла 19 горелки, в результате чего при продолжающемся поступлении кислорода в зоне выходного отверстия 27 фурмы происходит определенная реакция горючего газа с кислородом, благодаря чему образуется соответствующее пламя. Цилиндры 26 позволяют бесступенчато регулировать расстояние между соплами 19 горелки и точкой выхода кислорода из выходного отверстия 27 фурмы, за счет чего обеспечивается оптимальное управление процессом горения.

Раскрытые в приведенном выше описании, в формуле изобретения, в реферате и на чертежах признаки объекта изобретения могут иметь существенное значение для осуществления изобретения в различных вариантах его выполнения как по отдельности, так и в любых их сочетаниях.