Вращательный привод фурмы и способ инжектирования вращающейся фурмы - RU2627074C2
Код документа: RU2627074C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[1] Настоящее изобретение, в общем, относится к обработке расплавленного металла посредством инжектирования реагентов или газа в расплавленный металл через инжекционную фурму, а, более конкретно, – к приводам фурмы и фурмам для выполнения такой обработки. Примером обработки такого типа является десульфуризация расплавленного железа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[2] Типичный привод фурмы включает жесткое крепление фурмы, с которым соединена фурма. Крепление фурмы может иметь множество форм, но должно позволять удалять использованные фурмы из привода фурмы и устанавливать на привод новые фурмы. В известной конфигурации крепления фурмы используется конструкция поворотного затвора для того, чтобы зажать фурму в креплении привода фурмы. Этот поворотный затвор состоит из толстой стальной полосы, расположенной между двумя другими стальными полосами. Ось поворота проходит через все три полосы и позволяет средней полосе открываться подобно затвору. Как только фурма устанавливается и затвор закрывается, резьбовой стержень с барашковой гайкой прочно закрепляет ее на приводе фурмы. Как правило, вершина фурмы будет включать элемент стальной конструкции, который может быть круглым или квадратным, к которому фурма может быть присоединена к приводу фурмы.
[3] Сверху фурмы находится соединение, с которым соединяется труба или шланг для подачи реагента или газа. Это соединение может быть резьбовым, фланцевым или соединением с использованием других средств. Для того, чтобы обеспечить перемещение фурмы, верхнее соединение как правило делается с использованием гибкого шланга. Как только фурма соединяется с подающей реагент трубой или шлангом, и фурма прочно закреплена в креплении фурмы на приводе фурмы, фурма может быть погружена приводом фурмы в ванну расплава для обработки железа или стали. Кроме вертикального перемещения в расплавленный металл, которое обеспечивает типичный привод фурмы, он не обеспечивает фурме никаких других движений. Такой «фиксированный» привод фурмы может использоваться с фурмой нижнего дутья, Т-образной фурмой, или фурмой с двумя выпускными отверстиями.
[4] Для того, чтобы улучшить эффективность и уменьшить время процесса, были разработаны вращательные приводы фурмы, которые вращают фурму в дополнение к обеспечению вертикального перемещения. Вращательные приводы фурмы описываются в патентах США №№4,426,068 (Gimond и др.) и 7,563,405 (De Castro). Вращательное движение распределяет порошковые реагенты на большую зону реакции в ванне по сравнению с обработкой фиксированной фурмой. Известные вращательные системы используют Т-образную фурму, имеющую два выпускных отверстия, и фурма непрерывно вращается на 360 градусов.
[5] Существующие вращательные приводы фурмы, включая привод фурмы, сделанный заявителем, включают шарнирное соединение наверху привода фурмы для обеспечения вращения фурмы без скручивания подающего реагент шланга, питающего транспортировочную трубу или подающий реагент шланг привода фурмы. В конструкции существующего вращательного привода фурмы заявителя, показанной на Фиг. 1-4, шарнирное соединение 2 соединяется с транспортировочной трубой 4, которая проходит через механизм привода вращательный фурмы к соединению 6 наверху фурмы 8. Для того, чтобы вращать фурму, существующий вращательный привод фурмы использует двигатель 10, который вращает полый ведущий вал 12, соединенный с двигателем зубчатой передачей 14. Полый вал 12 необходим для того, чтобы обеспечить прохождение транспортировочной трубы 4 от шарнирного соединения 2 к соединению 6 наверху фурмы 8. Полый ведущий вал 12 поддерживается двумя вращающимися подшипниками 16, которые разнесены на достаточное расстояние для того, чтобы выдерживать радиальные и осевые нагрузки. Зубчатая передача 14 соединяется с верхней частью полого ведущего вала 12. Нижний конец полого ведущего вала 12 жестко соединяется с креплением 18 фурмы, которое зажимает фурму 8 на месте. В существующем вращательном приводе фурмы два вращающихся опорных подшипника 16 являются внутренними и требуют разборки всего приводного механизма для периодического обслуживания или замены. Другим недостатком является то, что транспортировочная труба 4 имеет два соединения (шарнирное соединение 2 и соединение 6 фурмы), которые являются источником утечек и требуют обслуживания.
[6] Что касается инжекционных фурм, присоединяемых к приводам фурмы, наиболее распространенной конструкцией фурмы является фурма нижнего дутья. В ее центре находится стальная труба, через которую газ и порошковые реагенты переносятся в расплавленное железо или расплавленную сталь. Как правило, ее верх будет включать стальной конструктивный элемент, который может быть круглым или квадратным, посредством которого фурма может быть присоединена к приводу фурмы. Для того, чтобы предохранить транспортировочную трубу от расплавленного металла, нижняя часть фурмы покрывается огнеупорным материалом, который изолирует транспортировочную трубу от сильной жары. Огнеупорная часть имеет круглую форму в поперечном сечении. Вариацией основной фурмы нижнего дутья является Т-образная фурма, которая менее распространена, чем фурма нижнего дутья, но тем не менее используется в настоящее время.
Т-образная фурма имеет два отдельных выпускных отверстия, ориентированных в направлениях выдачи, которые составляют друг с другом угол в 180 градусов. Два выпускных отверстия питаются одним трубопроводом с Т-образным элементом внизу. Как и в случае фурмы нижнего дутья, Т-образная фурма включает стальную трубу, определяющую главный трубопровод, верхний элемент стальной конструкции и огнеупорный низ. Преимуществом такой конструкции является то, что порошковый реагент подается в две зоны вместо одной. Стандартная Т-образная фурма в настоящее время является предпочтительной конструкцией для вращательных приводов фурмы.
[7] Фурма с двумя выпускными отверстиями известна из патента США № 5 188 661. Фурма с двумя выпускными отверстиями включает две независимых трубы, через которые могут проходить два потока порошкового реагента или газа. Это позволяет удвоить количество материала, вводимого в ванну расплава, уменьшая тем самым время, необходимое для обработки металла. Это дает большое преимущество в уменьшении времени обработки, которое позволяет увеличить производительность сталелитейного завода.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[8] В настоящем изобретении предлагаются улучшенные вращательные приводы фурмы и способы, которые решают упомянутые выше проблемы. В настоящем изобретении дополнительно предлагается крепление фурмы, которое обеспечивает простой и безопасный прием фурмы в привод фурмы. Наконец, в настоящем изобретении предлагаются новые фурмы для использования во вращательном приводе фурмы, которые выполнены с возможностью дополнительного улучшения эффективности и уменьшения времени процесса.
[9] Вращательный привод фурмы в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения включает основную опору, имеющую опорный корпус и пару вращающихся подшипников, расположенных снаружи опорного корпуса, соответственно смежно с верхним концом и нижним концом опорного корпуса. Полый ведущий вал проходит вертикально через опорный корпус и поддерживается вращающимися подшипниками для вращения вокруг вертикальной оси. Приводной двигатель соединяется с полым валом выше верхнего конца опорного корпуса и предназначен для вращения полого ведущего вала вокруг вертикальной оси. Крепление фурмы жестко соединяется с полым ведущим валом для вращения с полым ведущим валом и выполнено с возможностью сменной установки инжекционной фурмы посредством крепления фурмы для вращения вместе с ним. Привод фурмы дополнительно включает транспортировочную трубу, продолжающуюся вертикально через полый ведущий вал и в крепление фурмы, причем нижний конец транспортировочной трубы соединяется с фурмой, удерживаемой креплением фурмы. Шарнирное соединение принимает верхний конец транспортировочной трубы и обеспечивает соединение гибкого подающего реагент шланга с транспортировочной трубой так, чтобы обеспечить относительное вращение между транспортировочной трубой и подающим реагент шлангом.
[10] Во втором варианте осуществления настоящего изобретения предлагается возвратно-поступательный вращательный привод фурмы. Возвратно-поступательный вращательный привод фурмы включает вращательный элемент, вращающийся вокруг оси вращения и выполненный с возможностью соединения с верхней частью фурмы так, что вращение вращательного элемента передается фурме. Линейный исполнительный механизм, имеющий ось хода и длину хода, соединяется с вращательным элементом по меньшей мере одним трансмиссионным элементом, смещаемым линейным исполнительным механизмом. Трансмиссионный элемент соединяется с вращательным элементом так, что прямолинейное движение линейного исполнительного механизма преобразуется во вращательное движение вращательного элемента вокруг оси вращения. Вращательный элемент может быть таким вариантом осуществления, как ведущая шестерня, а по меньшей мере один трансмиссионный элемент может быть зубчатой рейкой, сопряженной с ведущей шестерней. Поочередное выдвижение и втягивание линейного исполнительного механизма вдоль оси хода вызывает возвратно-поступательное вращательное движение фурмы в противоположных направлениях вращения. Длина хода выбирается так, чтобы линейный исполнительный механизм вызывал вращение фурмы меньше чем на 360 градусов в данном направлении вращения. Возвратно-поступательный привод фурмы обеспечивает механически упрощенный вращательный привод фурмы. Настоящее изобретение также охватывает способ инжектирования с использованием возвратно-поступательного вращательного движения инжекционной фурмы.
[11] Крепление фурмы, используемое с приводом фурмы, таким как вращательный привод фурмы первого варианта осуществления, включает опорный желоб, прикрепляемый к приводу фурмы и имеющий открытый перед и открытый низ. По меньшей мере один запорный элемент шарнирно соединяется с опорным желобом для перемещения между открытым положением, в котором запорный элемент не блокирует открытый перед, и закрытым положением, в котором запорный элемент блокирует открытый перед, и предусматривается по меньшей мере один фиксирующий механизм для того, чтобы съемно закреплять соответствующий запорный элемент в закрытом положении. Крепление фурмы дополнительно включает пару разнесенных в поперечном направлении угловых элементов, шарнирно соединенных с опорным желобом для вращения вокруг поперечной оси поворота, каждый из которых имеет опорное плечо, через которое проходит ось поворота, плечо рычага, продолжающееся от опорного плеча, и приемную щель, выполненную в угловом элементе в месте, отстоящем на некоторое расстояние от оси поворота. Каждый из пары угловых элементов выполнен с возможностью вращения вокруг оси поворота между положением приема и положением фиксации. Соответствующие приемные щели угловых элементов выровнены вдоль поперечной оси щели и выполнены с возможностью приема противоположных концевых частей поперечины инжекционной фурмы. Ось щели проходит вперед от открытого переда опорного желоба, когда пара угловых элементов находится в положении приема, и ось щели проходит через опорный желоб, когда пара угловых элементов находится в положении фиксации. Крепление фурмы позволяет поместить поперечину фурмы в приемную щель в то время, когда щель находится вне опорного желоба и является легкодоступной, а затем переместить ее в опорный желоб посредством поворота угловых элементов.
[12] Настоящее изобретение также охватывает различные конструкции фурмы, предназначенные для использования с вращательным приводом фурмы, таким как вращательный привод фурмы и возвратно-поступательный вращательный привод фурмы, описанные выше. Эти конструкции фурмы могут характеризоваться нижней огнеупорной частью, имеющей некруглое поперечное сечение для перемешивания расплавленного металла при вращении фурмы. Эти конструкции фурмы альтернативно или дополнительно могут характеризоваться пересекающейся компоновкой выпускных отверстий.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[13] Настоящее изобретение будет подробно описано ниже со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
[14] Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе существующего вращательного привода фурмы, сделанного заявителем, который удерживает верхнюю часть фурмы;
[15] Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе существующего вращательного привода фурмы заявителя и верхнюю часть фурмы, показанной на Фиг. 1;
[16] Фиг. 3 представляет собой вид в разрезе вращательного приводного механизма существующего вращательного привода фурмы заявителя;
[17] Фиг. 4 представляет собой вид в разрезе, показывающий шарнирное соединение существующего вращательного привода фурмы заявителя;
[18] Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе вращательного привода фурмы, выполненного в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, который удерживает фурму;
[19] Фиг. 6 представляет собой вид сбоку вращательного привода фурмы и фурмы, показанных на Фиг. 5;
[20] Фиг. 7 представляет собой вид спереди вращательного привода фурмы и фурмы, показанных на Фиг. 5;
[21] Фиг. 8 представляет собой вид спереди, показывающий опорный корпус и пару вращательных подшипников вращательного привода фурмы, изображенного на Фиг. 5;
[22] Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе вдоль линии A-A, изображенной на Фиг. 8;
[23] Фиг. 10 представляет собой вид сбоку шарнирного соединения вращательного привода фурмы, показанного на Фиг. 5;
[24] Фиг. 11 представляет собой вид сбоку крепления фурмы вращательного привода фурмы, показанного на Фиг. 5, в котором крепление фурмы показано в открытом положении с верхней частью фурмы, принятой для загрузки;
[25] Фиг. 12 представляет собой вид в перспективе крепления фурмы и верхней части фурмы, показанных на Фиг. 11;
[26] Фиг. 13 представляет собой вид, аналогичный виду, изображенному на Фиг. 12, однако показывающий крепление фурмы в закрытом и запертом положении, удерживающем верхнюю часть фурмы;
[27] Фиг. 14 представляет собой вид в перспективе возвратно-поступательного вращательного привода фурмы, выполненного в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, который удерживает фурму;
[28] Фиг. 15 представляет собой вид в разрезе шестиугольной фурмы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[29] Фиг. 16 представляет собой вид сверху фурмы, показанной на Фиг. 15;
[30] Фиг. 17 представляет собой вид снизу фурмы, показанной на Фиг. 15;
[31] Фиг. 18 представляет собой вид в разрезе прямоугольной фурмы, выполненной в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
[32] Фиг. 19 представляет собой вид сверху фурмы, показанной на Фиг. 18;
[33] Фиг. 20 представляет собой вид снизу фурмы, показанной на Фиг. 18;
[34] Фиг. 21 представляет собой вид в разрезе квадратной фурмы, выполненной в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
[35] Фиг. 22 представляет собой вид сверху фурмы, показанной на Фиг. 21;
[36] Фиг. 23 представляет собой вид снизу фурмы, показанной на Фиг. 21;
[37] Фиг. 24 представляет собой вид в разрезе фурмы с перекрещивающимися выпускными отверстиями, выполненной в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
[38] Фиг. 25 представляет собой вид сверху фурмы, показанной на Фиг. 24;
[39] Фиг. 26 представляет собой вид снизу фурмы, показанной на Фиг. 24;
[40] Фиг. 27 представляет собой вид в разрезе фурмы с двумя перекрещивающимися выпускными отверстиями, выполненной в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[41] Фиг. 28 представляет собой вид сверху фурмы, показанной на Фиг. 27; и
[42] Фиг. 29 представляет собой вид снизу фурмы, показанной на Фиг. 27.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[43] Фиг. 5-9 иллюстрируют вращательный привод 20 фурмы, выполненный в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Привод фурмы 20 предназначен для вращения фурмы L вокруг вертикальной оси, в то время как газ или порошковый реагент вводятся в ванну расплавленного металла через одно или более выпускных отверстий в нижней огнеупорной части фурмы, которая погружена в ванну расплавленного металла.
[44] Вращательный привод 20 фурмы включает основную опору 22, имеющую опорный корпус 24, полый ведущий вал 26, продолжающийся вертикально через опорный корпус 24, приводной двигатель 28, соединенный с полым ведущим валом выше верхнего конца опорного корпуса 24, крепление 30 фурмы, жестко соединенное с полым ведущим валом 26, транспортировочную трубу 32, продолжающуюся вертикально через полый ведущий вал 26 в крепление 30 фурмы, и шарнирное соединение 34, принимающее верхний конец транспортировочной трубы 32.
[45] Полый ведущий вал 26 поддерживается парой вращающихся подшипников 36 для вращения вокруг вертикальной оси ведущего вала. Вращающиеся подшипники 36 могут быть установлены на опорном корпусе 24 и расположены снаружи опорного корпуса 24 рядом с верхним концом и нижним концом опорного корпуса, соответственно. В отличие от специальных подшипников, устанавливаемых внутри опорного корпуса, как в известном вращательном приводе фурмы заявителя, описанном выше в разделе «Уровень техники», настоящее изобретение использует коммерчески доступные, индивидуально размещаемые вращающиеся подшипники, которые устанавливаются снаружи опорного корпуса 24. Предпочтительно, чтобы приобретаемая сборка подшипника имела доступный снаружи смазочный порт. Сборка вращающегося подшипника, подходящая для реализации настоящего изобретения, продается компанией Timken под каталожным № E-PF-TRB-3 15/16. Использование устанавливаемых внешним образом «стандартных» подшипников уменьшает затраты и упрощает обслуживание и замену вращающихся подшипников 36.
[46] Приводной двигатель 28 соединяется с полым ведущим валом 26 и предназначен для вращения ведущего вала вокруг его вертикальной оси. В показанном варианте осуществления приводной двигатель 28 соединяется с ведущим валом 26 зубчатой передачей 38. Как упомянуто выше, крепление 30 фурмы жестко соединено с полым ведущим валом 26 и таким образом вращается вместе с ведущим валом. В результате фурма L, удерживаемая креплением 30 фурмы, вращается.
[47] Шарнирное соединение 34, показанное более подробно на Фиг. 10, обеспечивает соединение гибкого подающего реагент шланга H к верхнему концу транспортировочной трубы 32 и относительное вращение между транспортировочной трубой и присоединенным к ней подающим реагент шлангом. Нижний конец транспортировочной трубы 32 может соединяться с фурмой L, удерживаемой креплением 30 фурмы.
Шарнирное соединение 34 предотвращает скручивание подающего реагент шланга H, когда транспортировочная труба 32 вращается вместе с фурмой L. Шарнирное соединение 34 подобно шарнирному соединению 2 конструкции заявителя по предшествующему уровню техники тем, что оно имеет внутреннюю соединительную часть, частично продолжающуюся в проход внешней соединительной части, причем кольцеобразное радиальное пространство между перекрывающимися участками соединительных частей занято подшипниками и сальниками для обеспечения относительного вращения между этими частями без утечек. В предшествующей конструкции заявителя, показанной на Фиг. 1-4, шарнирное соединение 2 выполнено так, что реагент вводился в радиально внешнюю часть 3 шарнирного соединения и выходил из радиально внутренней части 5 шарнирного соединения, герметизированного сальниками 7 относительно внешней части 3. В первом варианте осуществления настоящего изобретения шарнирное соединение 34 инвертировано так, что реагент из подающего шланга H входит во внутреннюю часть 35 шарнирного соединения 34 и выходит из внешней части 37 шарнирного соединения. Это изменение интуитивно увеличивает срок службы внутренних сальников и подшипников. Может использоваться коммерчески доступное шарнирное соединение, например In-Line Swivel № 006-15111, производимое компанией Rotary Systems, Inc., г. Миннеаполис, штат Миннесота.
[48] Крепление 30 фурмы выполнено с возможностью съемной установки фурмы L в крепление фурмы для вращения вместе с креплением фурмы. Крепление 30 фурмы, используемое как часть привода 20 фурмы, изображено на Фиг. 11-13. В изображенном варианте осуществления крепление 30 фурмы включает опорный желоб 42, крепящийся к приводу фурмы. Опорный желоб 42 имеет открытый перед 46 и открытый низ 48.
[49] Крепление 30 фурмы также включает по меньшей мере один запорный элемент 50, шарнирно соединенный с опорным желобом 42 для перемещения между открытым положением, в котором запорный элемент 50 не блокирует открытый перед 46, и закрытым положением, в котором запорный элемент блокирует открытый перед 46. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 11-13, имеются два запорных элемента 50, однако может быть предусмотрено большее или меньшее количество запорных элементов. Взаимодействующим с каждым запорным элементом 50 является соответствующий фиксирующий механизм 52, предназначенный для того, чтобы съемно закреплять соответствующий запорный элемент 50 в закрытом положении, как показано на Фиг. 13. Фиксирующий механизм 52, показанный на чертежах, включает барашковую гайку 54, перемещающуюся по резьбе вдоль шпильки 56 задвижки, которая шарнирно крепится осью 58 вращения между верхним и нижним пластинчатыми элементами 60A и 60B, выступающими в поперечном направлении из боковой стенки опорного желоба 42. Шпилька 56 задвижки может быть повернута так, чтобы проходить через паз 62 в запорном элементе 50, и съемный удерживающий штифт 64 может быть вставлен через выровненные отверстия 66 в запорном элементе 50 для того, чтобы предотвратить выход шпильки 56 задвижки из паза 62. Барашковая гайка 54 может быть затянута к запорному элементу 50 для того, чтобы зафиксировать запорный элемент в закрытом положении. Специалисту в области механики следует понимать, что могут быть использованы разнообразные фиксирующие механизмы, включая, но не ограничиваясь этим, механизмы, использующие задвижки, фиксирующие штифты, зажимы, защелки, резьбовые крепежные детали, хомуты, пружины, а также комбинации вышеперечисленного. Следовательно, настоящее изобретение не ограничивается фиксирующим механизмом, явно показанным и описанным здесь.
[50] Крепление 30 фурмы дополнительно включает пару разнесенных в поперечном направлении угловых элементов 68, шарнирно соединенных с опорным желобом 42 шарнирными штифтами 70 (на чертежах видно только один из них) для вращения вокруг поперечной оси 72 поворота. У каждой пары угловых элементов 68 есть опорное плечо 74, через которое проходит ось 72 поворота, плечо 76 рычага, продолжающееся от опорного плеча 74, и приемная щель 78, выполненная в угловом элементе 68 в месте, отстоящем от оси 72 поворота. Каждый угловой элемент 68 выполнен с возможностью вращения вокруг оси 72 поворота между положением приема (см. Фиг. 11 и Фиг. 12) и положением фиксации (см. Фиг. 13). Соответствующие приемные щели 78 пары угловых элементов 68 выровнены вдоль поперечной оси 80 щели и выполнены с возможностью приема противоположных концевых частей поперечины М инжекционной фурмы L. Как видно, ось 80 щели проходит вперед от открытого переда 46 опорного желоба 42, когда пара угловых элементов 68 находится в положении приема, и ось 80 щели проходит через опорный желоб 42, когда пара угловых элементов 68 находится в положении фиксации.
[51] Угловые элементы 68 могут быть элементами с прямым углом, в которых плечо 76 рычага отходит от опорного плеча 74 под углом 90 градусов или приблизительно 90 градусов относительно опорного плеча. Приемная щель 78 каждого углового элемента 68 может быть расположена в области вершины углового элемента, где плечи 74 и 76 пересекаются. Угловые элементы 68 могут быть жестко соединены друг с другом соединительным элементом 82 так, чтобы угловые элементы вращались вокруг оси 72 в унисон. Соединительный элемент 82 может быть выполнен с возможностью зацепления с внутренней поверхностью опорного желоба 42, когда пара угловых элементов находится в положении фиксации, для устойчивой поддержки фурмы L внутри опорного желоба. Для того, чтобы удержать угловые элементы в положении фиксации, показанном на Фиг. 13, в то время как запорные элементы 50 запираются, крепление 30 фурмы может включать по меньшей мере один съемный стопорный штифт 84, вставляемый через выровненные отверстия в опорном желобе 42 и опорном плече 74 одного из угловых элементов. Как можно понять из Фиг. 12 и Фиг. 13, когда крепление 30 фурмы находится в его открытом положении и угловые элементы 68 повернуты вниз в их приемное положение, фурма L может быть подвешена в щелях 78. Для того, чтобы зафиксировать фурму, угловые элементы 68 поворачиваются вверх в их положение фиксации, чтобы переместить верхнюю часть фурмы L через открытый перед 46 в опорный желоб 42, и стопорный штифт 84 вставляется для того, чтобы удерживать угловые элементы 68 в положении фиксации. Запорные элементы 50 тогда могут быть закрыты и заперты.
[52] Со ссылкой на Фиг. 14 показан возвратно-поступательный вращательный привод 100 фурмы, выполненный в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Привод 100 фурмы включает вращательный элемент 102, вращающийся вокруг оси 104 вращения. Вращательный элемент 102 выполнен с возможностью соединения с верхней частью фурмы L так, что вращение вращательного элемента 102 передается фурме. Привод фурмы 100 также включает линейный исполнительный механизм 106, имеющий ось 108 хода и длину хода, и трансмиссионный элемент 110, смещаемый линейным исполнительным механизмом 106. Трансмиссионный элемент 110 соединяется с вращательным элементом 102 так, что прямолинейное движение линейного исполнительного механизма 106 вдоль оси 108 хода преобразуется во вращательное движение вращательного элемента 102 вокруг оси 104 вращения. В то время как трансмиссионный элемент 110 может иметь любую форму, включая многопрутковое шарнирное соединение, простая конфигурация должна использовать в качестве трансмиссионного элемента 110 зубчатую рейку, зацепляемую за ведущую шестерню в качестве вращательного элемента 102 в соответствии с иллюстрацией, приведенной на Фиг. 14.
[53] Как может быть понятным, поочередное выдвижение и втягивание линейного исполнительного механизма 106 вдоль оси 108 хода вызывает возвратно-поступательное вращательное движение фурмы L в противоположных направлениях вращения. В соответствии с настоящим изобретением длина хода линейного исполнительного механизма 106 выбирается так, что линейный исполнительный механизм вызывает вращение фурмы L меньше чем на 360 градусов в данном направлении вращения. В качестве неограничивающего примера длина хода может быть выбрана так, чтобы линейный исполнительный механизм 106 вызывал вращение фурмы приблизительно на 90 градусов в данном направлении вращения.
[54] Привод 100 фурмы может дополнительно включать основную опору 112 для съемной установки верхней части фурмы L. Основная опора 112 включает пару вращающихся подшипников 114 для вращательной установки верхней части фурмы. Вращающиеся подшипники 114 могут быть включены в зажимной механизм крепления фурмы для того, чтобы значительно уменьшить размер всего привода 100 фурмы относительно привода 20 фурмы первого варианта осуществления и относительно вращательных приводов фурмы предшествующего уровня техники. Наличие меньшего по размерам возвратно-поступательного привода фурмы упрощает задачу преобразования уже установленных приводов фурмы во вращательные приводы фурмы.
[55] Возвратно-поступательный привод 100 фурмы второго варианта осуществления устраняет необходимость в шарнирном соединении наверху привода фурмы, потому что фурма не вращается непрерывно в одном направлении вращения. Кроме того, полый ведущий вал и труба реагента, продолжающаяся посередине ведущего вала, также устраняются, что устраняет источник утечек и сокращает количество деталей, которые требуют обслуживания. Как правило, кремальерный привод является менее дорогим и сложным, чем двигатель и зубчатая передача, используемые непрерывными вращательными приводами фурмы. Возвратно-поступательный привод фурмы предлагает преимущество большей зоны реакции при сохранении простоты приводного механизма.
[56] Обеспечение возвратно-поступательного вращательного действия в соответствии с настоящим изобретением не ограничивается конкретной конфигурацией приводного механизма, показанной на Фиг. 14. Как следует понимать, конфигурация, использующая вращательный исполнительный механизм, такой как привод 20 фурмы, использующий приводной двигатель 28, может управляться так, чтобы обеспечить возвратно-поступательное вращательное движение в противоположных направлениях вращения вместо непрерывного вращательного движения в одном направлении вращения. Соответственно, настоящее изобретение охватывает способ инжектирования реагента в ванну расплавленного металла, включающий стадии погружения части инжекционной фурмы в расплавленный металл, вращения фурмы вокруг ее продольной оси в первом направлении вращения на первый угол меньше чем 360 градусов, вращения фурмы вокруг ее продольной оси во втором направлении вращения, противоположном первому направлению вращения, на второй угол, меньший или равный по величине первому углу, и выпуск реагента по меньшей мере через одно выпускное отверстие реагента фурмы во время вращения фурмы.
[57] Настоящее изобретение распространяется на различные фурмы, которые могут использоваться с приводами 10 и 100 фурмы, или с любым приводом фурмы. Фиг. 15-23 иллюстрируют фурмы, в которых погружная огнеупорная часть имеет некруглое поперечное сечение, эффективное для смешивания или перемешивания расплавленного металла посредством вращения фурмы вокруг оси вращения, продолжающейся через неогнеупорную часть, как это обеспечивается вращательным приводом фурмы. Фиг. 15-17 показывают шестиугольную фурму 200, Фиг. 18-20 показывают прямоугольную фурму 202, и Фиг. 21-23 показывают квадратную фурму 204. Фурмы 200, 202 и 204 являются схожими в том, что каждая из них включает верхнюю неогнеупорную часть 206, определяющую верхний конец фурмы, и нижнюю огнеупорную часть 208, определяющую нижний конец фурмы. Нижняя огнеупорная часть 208 каждой фурмы имеет покрытие из огнеупорного материала и некруглое поперечное сечение. Фурмы 200, 202 и 204 дополнительно являются схожими в том, что каждая из них имеет главный трубопровод 210, продолжающийся вдоль оси 212 трубопровода от верхнего конца фурмы через верхнюю неогнеупорную часть 206 в нижнюю огнеупорную часть 208. Нижняя огнеупорная часть 208 каждой фурмы имеет по меньшей мере одно выпускное отверстие 214, находящееся в гидравлической связи с главным трубопроводом 210 так, чтобы определить соответствующее направление выпуска, отходящее от оси 212 трубопровода. Изображенные варианты осуществления фурмы имеют вид «Т-образных» фурм, в которых предусмотрены два выпускных отверстия 214, направления которых расположены под углом 180 градусов друг к другу, причем эти направления перпендикулярны оси трубопровода 212. Фурмы 200, 202 и 204 могут вращаться вокруг оси вращения, которая совпадает с осью 212 трубопровода. Альтернативно фурмы 200, 202 и 204 могут быть выполнены с возможностью вращения вокруг вращательной оси, которая смещена от оси 212 трубопровода или которая иным образом не совпадает с осью 212 трубопровода.
[58] Фиг. 24-26 иллюстрируют фурму 220 с перекрестными отверстиями, выполненную в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Фурма 220 подобна описанным выше фурмам 200, 202 и 204 тем, что фурма 220 включает верхнюю неогнеупорную часть 206, определяющую верхний конец фурмы, нижнюю огнеупорную часть 208, покрытую огнеупорным материалом и определяющую нижний конец фурмы, а также главный трубопровод 210, продолжающийся вдоль оси 212 трубопровода от верхнего края фурмы через верхнюю неогнеупорную часть 206 в нижнюю огнеупорную часть 208. Фурма 220 характеризуется тем, что ее нижняя огнеупорная часть 208 имеет четыре выпускных отверстия 214, находящихся в гидравлической связи с главным трубопроводом 210 и определяющих четыре различных соответствующих направления выпуска, расходящиеся от оси 212 трубопровода. Эти четыре выпускных отверстия 214 могут находиться в гидравлической связи с главным трубопроводом 210 посредством множества выпускных трубопроводов 216, пересекающихся друг с другом и с главным трубопроводом 210 в одном месте 218. Четыре направления выпуска могут отстоять друг от друга вокруг оси 212 трубопровода на 90 градусов. Альтернативно может быть предусмотрен нерегулярный угловой интервал. В то время как на чертеже показано четыре выпускных отверстия, может быть предусмотрено большее количество выпускных отверстий. Огнеупорная часть 208 может иметь круглое поперечное сечение, как показано на Фиг. 26, или у нее может быть некруглое поперечное сечение, эффективное для перемешивания расплавленного металла во время вращения, как описано выше для фурм 200, 202 и 204.
[59] Фиг. 27-29 иллюстрируют фурму 230 с перекрестными двойными отверстиями, выполненную в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как и другие варианты осуществления фурмы, описанные выше, фурма 230 включает верхнюю неогнеупорную часть 206, определяющую верхний конец фурмы, и нижнюю огнеупорную часть 208, покрытую огнеупорным материалом и определяющую нижний конец фурмы. Однако вместо единственного главного трубопровода 210, фурма 230 имеет первый и второй главные трубопроводы 210A и 210B, продолжающиеся вдоль соответствующих осей 212А и 212B трубопровода от верхнего конца фурмы через верхнюю неогнеупорную часть 206 в нижнюю огнеупорную часть 208. Нижняя огнеупорная часть 208 имеет первую пару выпускных отверстий 214A, находящихся в гидравлической связи с первым главным трубопроводом 210A так, чтобы определить первую пару соответствующих направлений выпуска, расходящихся от первой оси 210A трубопровода. Нижняя огнеупорная часть 208 также имеет вторую пару выпускных отверстий 214B, находящихся в гидравлической связи со вторым главным трубопроводом 210B так, чтобы определить вторую пару соответствующих направлений выпуска, расходящихся от второй оси 212В трубопровода и расходящихся от первой пары направлений выпуска. Таким образом, два независимых трубопровода позволяют вводить вдвое больше газа или порошкообразного реагента за данный период времени по сравнению с фурмами, имеющими один трубопровод, и обеспечивают возможность инжектирования различных реагентов или газов через каждый трубопровод. В изображенном варианте осуществления вторая ось 212В трубопровода является параллельной первой оси 212А трубопровода, однако может также использоваться и непараллельная компоновка. Первая пара направлений выпуска может составлять друг с другом угол 180 градусов вокруг первой оси трубопровода. Аналогичным образом вторая пара направлений выпуска может составлять друг с другом угол 180 градусов вокруг второй оси трубопровода. Эти четыре направления выпуска могут отстоять друг от друга на 90 градусов, как показано на Фиг. 29, или может быть выбран другой угловой интервал. Огнеупорная часть 208 фурмы 230 может иметь круглое поперечное сечение, как показано на Фиг. 29, или у нее может быть некруглое поперечное сечение, эффективное для перемешивания расплавленного металла во время вращения, как описано выше для фурм 200, 202 и 204.
[60] Описанные выше фурмы улучшают эффективность за счет сокращения времени процесса. Порошкообразные реагенты распределяются по максимально возможному объему расплавленной ванны для того, чтобы обеспечить больше реакций между реагентом и расплавленным металлом. За счет изменения поперечного сечения огнеупорной части фурмы так, чтобы оно имело углы, вращение фурмы производит дополнительное смешивание, поскольку края и углы огнеупорной части действуют как перемешивающие лопасти, размешивая расплавленную ванну и таким образом улучшая эффективность. Эффективность также улучшается за счет увеличения количества выпускных отверстий с двух (для Т-образной фурмы) до четырех или больше. Для фурмы с перекрестными выпускными отверстиями количество зон реакции удваивается по сравнению с Т-образной фурмой. Описанная выше фурма с двойными перекрестными выпускными отверстиями удваивает скорость подачи реагента и, при ее использовании с вращательным приводом фурмы, обеспечивает увеличенные зоны реакции с минимальным временем обработки.
[61] Варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны здесь, однако специалисту в данной области техники следует понимать, что могут быть выполнены модификации. Такие модификации не отклоняются от сущности и объема настоящего изобретения, определенного в приложенной формуле изобретения.
Реферат
Изобретение относится к обработке расплавленного металла посредством инжектирования реагентов или газа в расплавленный металл через инжекционную фурму. Устройство содержит вращательный привод, транспортировочную трубу и шарнирное соединение. Вращательный привод содержит основную опору, полый вал, приводной двигатель и крепление для фурмы. Крепление для фурмы содержит опорный желоб, запорный элемент, по меньшей мере один фиксирующий механизм для съемного закрепления запорного элемента, пару разнесенных в поперечном направлении угловых элементов. Каждый угловой элемент имеет опорное плечо, через которое продолжается ось поворота, плечо рычага и приемную щель. В результате обеспечивается улучшение дисперсии реагента и уменьшение времени процесса. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 29 ил.
