Конструкция днища или стенок металлургической емкости - RU2087252C1
Код документа: RU2087252C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к металлургической промышленности.
Известна конструкция днища и стенок металлургической емкости, содержащая огнеупорную, примыкающую к наружной металлической оболочке футеровку, снабженную на стороне, обратной металлической оболочке, изнашиваемой футеровкой, которая, по меньшей мере, на некоторых участках является газопроницаемой и своим газопроницаемым участком перекрывает устройство для продувки газом с относящимся к нему трубопроводом.
Такое выполнение днище известно из патента ФРГ 37 42 861 С1. В области огнеупорной постоянной футеровки находится сквозное отверстие, внутри которого расположена металлическая трубка, которая с помощью раствора заделана в сквозном отверстии. Непосредственно над этим сквозным отверстием в изнашиваемой футеровке расположен металлический направляющий лист, поверхность которого значительно больше, чем площадь поперечного сечения сквозного отверстия, так что подаваемый через трубку промывочный газ вначале проходит через указанный раствор, а затем через первый участок газопроницаемой изнашиваемой футеровки, прежде, чем он, будучи отклоненным с помощью направляющего листа по сторонам обогнув наружную кромку направляющего листа, через пористый изнашиваемый материал продиффундирует дальше в расплав металла.
Известная донная подача предусмотрена для электродуговых печей и должна прежде всего, наряду с высоким сроком службы, сделать возможным распределенный на большую площадь ввод промывочного газа в расплав металла для образования большего пятна промывки, чтобы обеспечить равномерное и спокойное горение электрических дуг.
С помощью отвода обрабатывающего газа по сторонам в плоскости, проходящей в основном, параллельно постоянной футеровке или изнашиваемой футеровке струя газа целенаправленно отводится по сторонам, вследствие чего по сторонам бесконтрольно диффундируют немалые количества газа и нежелательным образом, прежде всего, через постоянную футеровку выходит наружу. Благодаря распределению газового потока, добавляется еще то, что скорость потока значительно снижается и ему не всегда удается проникнуть через верхний слой изнашиваемой футеровки, которой под воздействием нагрева спекается и таким образом, становится более плотным. В результате не получается удовлетворительного эффекта промывки.
С помощью газопромывочного устройства должен быть основательно облегчен процесс плавки и снижена энергия, потребляемая плавкой.
Из патента ФРГ 39 01926 С1 известно устройство для продувки газом, в котором промывочный конус полностью лежит внутри постоянной футеровки, а вместо изнашиваемого футеровочного покрытия над торцевой поверхностью промывочного устройства расположена конечная изнашиваемая головка из огнеупорного материала, причем, изнашиваемая головка имеет примерную форму полусферы и выполнена газопроницаемой или с газопроницаемой надставкой. Здесь также получается диффузия газового потока в изнашиваемую головку и тем самым, распределение подаваемого газа со снижением вследствие этого газового потока, увеличением площади промывки и с обеспечением лишь условной возможности циркуляции и расплава металла.
Таким образом, в основе изобретения лежит задача создать такую конструкцию днища и стенок, которая могла бы применяться возможно более длительное время и которая обеспечивала бы предотвращение диффузии и, в особенности, потери промывочного газа, в возможно большей степени или, выражаясь иначе, обеспечивала бы целенаправленную, управляемую задачу также больших количеств обрабатывающего газа в расплав металла по возможно большей поверхности. При этом должна иметься возможность прерывать поток газа и снова его включать.
В основе изобретения лежат данные о том, что эту задачу можно решить с помощью целенаправленной подачи обрабатывающего газа также вне собственно устройства для продувки газом (устройство распределения газа). Иными словами, изобретение предлагает мероприятия для отклонения обрабатывающего газа также в области между стороной выхода газа из устройства для продувки газом и входом в расплав металла.
Для этого конструкция днища или стенок такого рода в своей общей форме исполнения
должна иметь следующие признаки:
устройство для продувки по периметру и в
случае необходимости со стороны днища окружено газонепроницаемым приемным устройством,
приемное устройство
выступает над газовым устройством вверх по области износостойкой футеровки,
окруженный приемным устройством участок газопроницаемой износостойкой футеровки должен быть свободен от
направляющего листа.
Таким образом, как бы в продолжение устройства для продувки или промывочной струи приготавливается "направляющая" для промывочного газа, которая может состоять из плотной огнеупорной керамической массы, плотной огнеупорной втулки, плотной температуро-стойкой волокнистой массы или плотной металлической детали по отдельности или в комбинации друг с другом, так, чтобы предотвращалась диффузия газа в стороны или в обратную сторону и чтобы промывочный газ мог входить в расплав металла лишь как это полагается - целенаправленно и в продолжение подачи газа, тем не менее, через относительно большую поверхность через изнашиваемую футеровку.
Обычно устройства для продувки газом имеют круглое, но могут иметь также квадратное или прямоугольное сечение. Если далее применяют термины "цилиндрической формы", "кольцеобразное" и т.п. то эти термины относятся ко всем видам формо поперечного сечения.
Если, таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения предлагают изготовить забор из огнеупорной детали цилиндрической формы, то эта цилиндрическая деталь может иметь круглое, так и квадратное, прямоугольные или, к примеру, сечение в форме восьмиугольника. Как правило, форма поперечного сечения приемного устройства подгоняется к устройству для продувки. Но это не обязательно. Решающим является то, что приемное устройство обеспечивает направление подаваемого газа для обработки как бы в продолжение устройства для продувки. Различные конкретные варианты выполнены будут представлены далее.
Далее повышения надежности предотвращения боковой диффузии газа и таким образом, предотвращения потерь промывочного газа в качестве дополнительного мероприятия можно снабдить приемное устройство по периметру покрытием из плотной огнеупорной массы, которая проходит между постоянной футеровкой и изнашиваемой футеровкой. Как правило, эта плотная огнеупорная масса имеет форму кольцевой шайбы, расположенной между постоянной футеровкой и изнашиваемой футеровкой вокруг приемного устройства. Таким образом, прежде всего, предотвращается потеря промывочного газа через кожух/металлическую оболочку печи, а именно, в том случае, если промывочный газ через край описанного приемного устройства должен пойти в обратном направлении на постоянную футеровку, разумеется, исключается полностью, благодаря описанному приемному устройству.
Плотная огнеупорная масса должна при этом составлять 0,1-0,5 высоты устройства для продувки, если смотреть в направлении потока газа. Таким образом, она имеет достаточную толщину, чтобы препятствовать диффузии газа.
Ее ширина (если смотреть по радиусу к направлению потока газа) предпочтительно выбирается такой: чтобы она составляла 0,5-5- кратное значение высоты устройства. Таким образом, в области такой, что ее величины достаточно, чтобы в экстремальном случае также препятствовать боковой диффузии.
Для специальных областей применения можно повысить надежность благодаря тому, что огнеупорная масса по периметру ограничивается еще раз газонепроницаемым огнеупорным кольцом, которое, исходя и от постоянной футеровки, проходит мимо плотной огнеупорной массы через приемное устройство в изнашиваемую футеровку, а именно, почти до области контакта с металлическим расплавом. Таким образом, вокруг устройства для продувки газом как бы прокладывается "вторая ванна".
В альтернативном примере выполнения предусматривают, чтобы устройство для продувки верхнего (обращенного к расплаву металла) конца вначале было покрыто по периметру плотной огнеупорной массой, которая при этом проходит между постоянной и изнашиваемой футеровками, к которой примыкает затем со стороны периметра газонепроницаемое приемное устройство или газонепроницаемое кольцо описанного выше вида, которая проходит от постоянной футеровки в изнашиваемую футеровку почти до ее поверхности. Эти устройства сами могут быть, в свою очередь, покрыты плотной огнеупорной массой.
При этом варианте выполнения газовый поток, направляется непосредственно в продолжение устройства для продувки газом по вертикали в металлический расплав, а может быть так, что часть газовых пузырей по бокам диффундирует через пористую огнеупорную изнашиваемую футеровку, прежде чем она попадет на газонепроницаемое кольцо, а затем отклоняется вверх в направлении к расплаву металла. Но также при этом варианте выполнения, благодаря плотной огнеупорной массе между устройством для продувки газом и оболочкой, надежно предотвращается боковая и обратная диффузия через постоянную футеровку или кожух печи. Также при этом варианте выполнения не теряется количество промывочного газа, промывочная площадка, однако, увеличивается, в зависимости от ширины плотной огнеупорной массы.
Состоящее предпочтительно из металла или огнеупорной керамики кольцо, также, как и изготовляемое из того же материала приемное устройство, может быть выполнено монолитным или же состоять из нескольких частей. Предпочтительной является монолитная, состоящая из одной детали конструктивная форма так, чтобы приемное устройство или кольцо можно было применять в качестве готовой конструктивной детали. Точно также, однако, можно приемное устройство или кольцо собирать из дискретных элементов. Всегда при этом обеспечивается, чтобы оболочка в целом была непроницаемой для промывочного газа.
Приемное устройство или огнеупорное кольцо могут при этом простираться в изнашиваемую футеровку примерно на 2/3 ее толщины (высоты). В основном, могло бы быть возможным дальнейшее удлинение приемного устройства (кольца) в направлении к расплаву металла. Благодаря ограничению по высоте, однако, даже при эрозии изнашиваемой футеровки возможна дальнейшая постоянная подача газа и при применении металлической оболочки предотвращается обгорание.
Плотная огнеупорная масса, плотное огнеупорное приемное устройство и плотное огнеупорное кольцо можно изготовить из различных сортов керамики. В частности, предлагаются сорта керамики, связанные с помощью химических связей или с помощью пека или смол. При этом предпочтительными являются магнезитные сорта, особенно для применения в области изготовления электро-дуговых печей.
Для получения плотной огнеупорной массы предлагается, прежде всего, масса на основе бедной железом магнезии, содержание в которой MgO составляет более 90% вес. и зернистость которой менее 2 мм, предпочтительно 1 мм.
Для плотного огнеупорного приемного устройства предпочтительным являются также бедные железом, связанные пеком или смолой сорта магнезии.
Чтобы обеспечить оптимальные условия прохождения газа через изнашиваемую футеровку, изобретение предусматривает в предпочтительном варианте выполнения, чтобы проходящий непосредственно над устройством для продувки газа участок изнашиваемой футеровки имел более грубую зернистость, чем остальная изнашиваемая футеровка, которая предпочтительно даже после спекания еще имеет открытую сеть пор.
В качестве примера можно было бы назвать сухие набивочные печные массы из альпийской спеченной магнезии, содержание MgO в которой составляет более 50% предпочтительно между 70 и 90% и содержание CaO между 8 и 15% вес. Использованная здесь зернистость должна лежать в диапазоне 3-8 мм, а именно, при отказе от тонкой фракции. Другая печная масса (изнашиваемая футеровка) может состоять из того же сорта, однако, с составной частью тонкой фракции или целиком в тонкой фракции.
Устройство для продувки газом может быть самой различной формы и вида. Согласно первому варианту выполнения, устройство имеет направленную пористость, позволяющую целенаправленно подавать обработочный газ.
Кроме того, в одном варианте выполнения предусмотрено, что устройство для продувки газом содержит осевой центральный канал для газа, образуемый трубой и наружную трубу, охватывающую эту трубу на некотором расстоянии, причем, трубы зафиксированы в своем положении с образованием между ними кольцевого зазора. При этом внутренняя труба или кольцевой зазор могут также подсоединяться к отдельным подводящим трубопроводам для газа. Таким образом, имеется возможность подводить также различные газы.
В одном варианте выполнения описанное выше устройство для продувки газом может быть образовано таким образом, что в нем содержится большое число сквозных каналов, проходящих, в основном, параллельно трубам и равномерно распределенных вокруг труб и на стороне, обратной расплаву металла, впадающих в газораспределительную камеру, причем, газораспределительная камера, кольцевой зазор и образованный трубой канал для газа уплотнены относительно друг друга и могут подсоединяться и отдельным трубопроводам для подачи газов.
Устройство для продувки газом может быть образовано также совершенно иначе.
В этом случае устройство для продувки газом состоит из газораспределительного устройства, которое герметично заэкранировано по отношению к постоянной футеровке или к металлической оболочке емкости и по отношению к боковым стенкам емкости. При этом приемное устройство может быть также образовано листом, который проходит аналогично до области изнашиваемой футеровки, в случае необходимости почти до области следующего далее расплава металла. Приемное устройство при этом предпочтительно также вытянуть по кругу со стороны пода, причем трубопровод подачи газа впадает в участок пода. При этом экран со стороны подачи может быть также образован самой оболочкой печи.
При этом варианте выполнения газораспределительное устройство образовано с большим числом отверстий для выхода газа, которые затем проходят, распределяясь по широкой области печи. Таким образом, промывочные газы можно надежно и целенаправленно впрыскивать по широкому участку печи. При этом плотность газового потока, т.е. объемный поток на единицу поверхности при переходе в изнашиваемую футеровку даже при больших количествах газа относительно невелика. Распределение газа, напротив, очень равномерное, так что больше не образуются нежелательные промывочные пятна на поверхности металлургической ванны.
Одновременно осуществляется охлаждение изнашиваемой футеровки, благодаря чему ее износ снижается. Тем самым можно защитить большие участки изнашиваемой футеровки. Срок службы изнашиваемой футеровки значительно увеличивается. В случае необходимости участки износа в поду металлургической емкости можно подвергать дозированному охлаждению, соответственно, повышая плотность газового потока на этих участках.
Устройство для продувки газом может быть образовано в виде системы труб с большим числом отверстий для выхода газа. Для формирования в размещения труб имеется в распоряжении множество возможностей. Так например, трубчатый корпус устройства может направляться параллельно металлической обработке металлургической емкости. В этом случае он образован предпочтительно с отверстиями для выхода газа на верхней половине его окружной поверхности.
В другом варианте выполнения устройство выполнено в виде полого короба с большой поверхностью с большим числом выходных отверстий для газа в верхней торцевой поверхности. При этом устройство для продувки может состоять из одной детали. При этом варианте выполнения можно также дополнительно увеличить эффективный в смысле промывочной технологии участок поверхности.
Во избежание механических или термических повреждений устройства для продувки газом другая форма выполнения изобретения предлагает заполнить устройство грубозернистой сыпучей массой. В этом случае, например, трубу или полый короб заполняют соответствующей грубозернистой огнеупорной массой. Благодаря этому, одновременно получается некоторый вид защиты от пробива для проникающего в небольшом количестве расплава.
В частности, указанная последней форма выполнения устройства для продувки газом позволяет устанавливать его непосредственно на стальную оболочку металлургической емкости. Особенно в случае металлического приемного устройства стальная оболочка металлургической емкости может служить одновременно в качестве кожуха, расположенного на стороне пода.
В остальном также и при этом варианте выполнения могут осуществляться описанные выше формы образования подачи через под.
Описанная донная подача может особенно предпочтительным образом быть реализованной в электродуговой печи, где особое значение имеет контролируемое перемещение расплава металла.
Другие признаки изобретения очевидны из признаков зависимых пунктов формулы изобретения, а также из других материалов заявки.
Изобретение далее поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано днище электродуговой печи в первом варианте выполнения с керамическим огнеупорным приемным устройством, разрез, на фиг. 2-7 другие варианты выполнения днища металлургической емкости, на фиг. 8-11 варианты выполнения устройства для продувки газом в виде труб.
Конструкция днища (фиг. 1) содержит металлургическую оболочку 10, через которую проходит трубопровод 12 устройства 14 для продувки газом, снабженного имеющими определенное направление порами (не показаны), образованными в трубках, вкладываемых в соответствующие сквозные отверстия в керамическом материале матрицы.
Устройство 14 с помощью газонепроницаемого слоя 16 расположено в приемном устройстве 18, состоящем также из газонепроницаемого керамического материала. Как показано на фиг. 1, приемное устройство 18 выступает вверх над устройством 14.
По периметру к приемному устройству 18 рядом с металлической оболочкой, примыкает постоянная футеровка 20, состоящая из обычных кирпичей. Толщина постоянной футеровки 20 здесь соответствует примерно половине высоты приемного устройства 18.
В верхней части приемное устройство 18 окружено плотным огнеупорным керамическим кольцом 22, которое в остальном опирается на постоянную футеровку 20 и выступает над приемным устройством вверх.
Кольцо 22 и приемное устройство 18 связаны друг с другом с помощью газонепроницаемого огнеупорного раствора.
На фигуре показан слой плотной огнеупорной связанной с помощью пека магнезиевой массы 24, который примыкает по периметру к нижней части кольца 22 и там проходит на некоторое расстояние "x" и наконец, выходит в направлении постоянной футеровки 20.
Изнашиваемая футеровка 26 лежит на постоянной футеровке 20, слое массы 24, кольце 22, приемном устройстве 18 или устройстве 14 для продувки газом и образует таким образом второй, верхний слой покрытия огнеупорной футеровки пода.
Толщина изнашиваемого слоя обозначения через "y".
Изнашиваемая футеровка состоит из двух различных сортов материала, а именно выше устройства 14 из грубозернистого 4-8 мм, а в остальной части - из мелкозернистого, менее 4 мм с содержанием MgO 82 вес. и содержанием CaO 12 вес.
Приемное устройство 18 проходит примерно до половины высоты всей футеровки пода, а кольцо 22 примерно на 2-3 высоты изнашиваемой футеровки 26.
Подаваемый через устройство 14 газ теперь целенаправленно вдувается через грубую фракцию футеровки 26 в металлический расплав 30, причем, целевое направление газового потока получается благодаря установке приемного устройства 18 и кольца 22, через которые газ не может продиффундировать. Если однако, случится, что отдельные газовые пузыри продиффундируют через верхнюю кромку кольца 22 в боковом направлении, то потери газа будут дополнительно предотвращены, благодаря примыкающему керамическому кольцу 22.
В варианте выполнения, представленном на фиг. 2, на стальную оболочку 10 емкости обычным способом нанесена защитная или постоянная футеровка 20. На ней установлено устройство 14, которое здесь выполнено в виде системы труб. Устройство 14 связано с газоподводящим трубопроводом 12, который в месте прохождения через стальную оболочку 10 снабжен уплотненным штуцером 15. Устройство 14 заполнено крупнозернистой огнеупорной упорной керамической сыпучей массой 9, здесь крупнозернистой магнезиевой массой. Труба, образующая устройство 14, в верхней части снабжена большим количеством отверстий для выхода газа 17.
Устройство 14 погружено в изнашиваемую футеровку 26, состоящую из газопроницаемой строительной массы для пода, поверхность которой 26а обращена вовнутрь емкости (к расплаву). С обеих сторон распределительного устройства 14 видны расположенные под острым углом вверх, образованные в виде листов экраны 18', 18'', выполняющие задачу приемного устройства по фиг. 1 и препятствующие прониканию газа в постоянную футеровку 20. Видно, что листы 18', 18'' на своих боковых концах с помощью соединительных листов герметично соединены друг с другом, чтобы также не допустить диффузии газа в этом направлении.
На фиг. 3 коробообразное устройство 14 установлено на постоянной футеровке 20. Оно состоит из листа днища 18''', в который впадает трубопровод 12 другого, расположенного над ним на некотором расстоянии листа 18'''' и четырех боковых удлиненных вверх экранирующих листов, из которых листы 18' , 18'' можно увидеть на фиг. Таким образом, в целом получается газоплотный полый короб, который по бокам продлен вверх листами в изнашиваемую футеровку 26, при этом газы могут вытекать через большое число отверстий 17 в прикрывающем листе 18''''.
На фиг. 4 представлена комбинация вариантов выполнения по фиг. 2, 3. Трубообразование газораспределительное устройство 14 при этом зафиксировано непосредственно на стальной оболочке 10 (сварено), а боковые экранирующие листы, из которых для лучшего обзора представлены лишь листы 18', 18'', проходят по бокам на некотором расстоянии от газораспределительного устройства 14 от листовой оболочки 10 вертикально вверх в изнашиваемую футеровку 26.
Фиг. 4 показывает другую возможную форму выполнения, при которой газораспределительное устройство 14 образовано в самой стальной оболочке 10, которая для этого расширена вниз в виде короба 10а и в ответной верхней поверхности прикрытия имеет соответствующие отверстия для выхода газа 17.
На фиг. 5 представлены два других варианта выполнения донной подачи. Первое, трубообразное устройство 14 расположено аналогично примеру выполнения по фиг. 4 непосредственно в стальной оболочке 10 металлургической емкости. Для этого постоянная футеровка 20 имеет соответствующую выемку. Второе трубообразное устройство 14 лежит непосредственно на постоянной футеровке 20. Оба вместе прикрыты боковыми газонепроницаемыми экранами, которые простираются по вертикали от стальной оболочки 10 в изнашиваемую футеровку 26. Здесь видны два расположенных напротив друг друга экрана 18', 18'', причем, экран 18' образован из газонепроницаемой огнеупорной массы 21', а экран 18'' из кладочных, газонепроницаемых огнеупорных кирпичей 21''.
В примере выполнения по фиг. 6 приемное устройство 18 состоит из двух проходящих перпендикулярно относительно стальной оболочки 10 листов 18', 18'' и соединяющего их, расположенного на постоянной футеровке 20 листа 18'''. Трубообразное устройство 14 лежит внутри образованного экранами 18', 18'' и двумя проходящими перпендикулярно им здесь не показанными, дополнительными листами открытого вверх короба, заполненного слоем 9 крупнозернистого огнеупорного материала. Слой 9, в свою очередь, полностью перекрыт слоем изнашиваемой футеровки 26, который с наружной стороны проходит вокруг приемного устройства 18 по постоянной футеровке 20.
На фиг. 7 при трубообразных устройствах 14 расположены в коробообразном приемном устройстве, которое в свою очередь, включает расположенные перпендикулярно листовой оболочке 10 листы 18', 18'' и расположенный между ними на постоянной футеровке 20 лист 18'''.
На рис. 8-11 представлены различные варианты расположения устройства 14 для электродуговой печи с электродами 11а, 11в и 11с, а также с эксцентричным выпускным отверстием 23, образованным в виде системы труб. Обозначенные экраны 18 уплотняют отдельные трубы или группы труб по бокам и снизу.
На фиг. 8 распределительное устройство 14 в области электродов 11а, 11б и 11с составлено из трех расположенных в форме звезды вокруг трубопровода 12 отрезков труб 14а, 14б и 14с, а также из расположенного в виде прямой линии перед выпускным отверстием отрезка трубы 14е с собственным трубопроводом 12.
При вариантах выполнения по фиг. 9 отрезки труб 14а, 14б и 14с состоят в каждом случае из двух изогнутых ветвей.
На рис. 10 с помощью отрезков труб полукруглой формы 14а 14б и 14c и 14d образованы два концентрических круга вокруг центра емкости.
В примере выполнения по фиг. 11 отрезки труб 14а, 14б и 14с имеют изогнутую форму.
Предусмотренные вблизи выпускного отверстия 23 отрезки труб 14а имеют задачу во время выпуска вводить в каждом случае большие количества промывочного газа, благодаря чему создаются условия, благоприятные для выпуска без шлака.
Донная футеровка позволяет осуществлять целенаправленную регулируемую подачу газа, которая особое значение имеет для области электродуговых печей.
Реферат
Изобретение касается конструкции днища или стенок металлургической емкости. Сущность изобретения: металлургическая емкость содержит огнеупорную, примыкающую к наружной металлической оболочке 10 футеровку, которая на противоположной металлической оболочке 10 стороне снабжена изнашиваемой футеровкой 26, которая на некоторых участках является газопроницаемой и своим газопроницаемым участком перекрывает устройство 14 для продувки газом, соединенное с трубопроводом 12 для подачи газа, причем устройство 14 вставлено в газонепроницаемое приемное устройство 18, верхний край которого расположен над устройством 14 в слое изнашиваемой футеровки 26. 20 з.п. ф-лы, 11 ил.
