Армированный распределитель для фурмы для дожигания
Изобретение относится к области металлургии, в частности к распределителю кислородной фурмы для дожигания газов в металлургическом конвертере. Распределитель содержит кольцевой элемент, выполненный с отверстиями для истечения потока кислорода через кольцевой элемент из кислородного канала фурмы, внутреннюю армирующую гильзу и наружную трубку. Во внутренней армирующей гильзе выполнены первые отверстия для охлаждающей жидкости. В кольцевом элементе выполнены вторые отверстия для охлаждающей жидкости. Первые и вторые отверстия для охлаждающей жидкости сообщены прямо или косвенно с входным каналом для охлаждающей жидкости фурмы. Кольцевой элемент и внутренняя армирующая гильза выполнены из разных материалов, а кольцевой элемент и наружная трубка выполнены из одного материала. Внутренние поверхности армирующей гильзы и наружной трубки выполнены с продольными ребрами жесткости. Использование изобретения обеспечивает увеличение срока эксплуатации кислородной фурмы. 12 з.п. ф-лы, 9 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент США №61/412,348, под названием «Reinforced Distributor For Post-Combustion Lance», зарегистрированной 10 ноября 2010 г., полное содержание которой включено в данный документ в качестве ссылки для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Изобретение относится к составному армированному узлу распределителя для фурмы для дожигания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Как показано на фиг. 1, в металлургических процессах, например, в производстве стали в кислородных конвертерах, часто используются большие (обычно примерно от 8 дюймов до 16 дюймов в диаметре, примерно 65-85 футов в длину и весом примерно до 10 т) водоохлаждаемые кислородные фурмы 1 для эффективного удаления окисляемых элементов из расплавленного металла 8 под шлаком 7 в металлургическом конвертере, например в конвертерной печи 6. Обычно в дополнение к основным кислородным портам (каналам) 2 на головке 3 фурмы 1, кислородная фурма 1 известного уровня техники может включать в себя кольцо 4 маленьких кислородных каналов 5, расположенных на наружной поверхности фурмы 1 на некотором расстоянии до фурмы 1 от основной кислородной головки 3. Такие фурмы 1 называются фурмами для дожигания. Кольцо 4 маленьких каналов 5 распределяет кислород в печной атмосфере для взаимодействия с газами от процесса и называется распределителем для дожигания (РД).
[0004] Вследствие требований к теплопередаче, а также с целью защиты распределителя РД от печной атмосферы и локального тепла, выделяемого от реакции дожигания, распределитель РД (и часто связанная с ним система труб) изготавливается из металлов с высокой теплопроводностью, например из высокочистой меди.
[0005] Хотя фурма для дожигания часто используется для направления кислорода в металлургический конвертер, другие разные газы могут направляться через фурму в зависимости от необходимых реакций. Все реакционные газы, направляемые через фурму, упоминаемые в дальнейшем в этом документе для удобства как «газ», следует понимать, что газом может быть кислород или любой другой активный или неактивный газ или газы. Обычно газ вводится через фурму с очень высокими скоростями. Например, кислород может вводиться в фурму со скоростью от 300 м3/мин до 600 м3/мин.
[0006] Как известно в области техники, в фурме возникают напряжения изгиба во время эксплуатации, особенно во время погрузочно-разгрузочных операций и во время операций удаления настылей на фурме, когда фурма обычно помещается в горизонтальное положение на площадке обслуживания. Во время движения фурмы, для установки или удаления настылей фурму обычно приподнимают только у верхнего конца (то есть выше распределителя), а головка у нижнего конца остается на площадке в некоторый момент во время таких движений. Следовательно, фурма известного уровня техники подвергается отклонению (то есть существенному или по меньшей мере частичному поперечному отклонению) вследствие изгибающих нагрузок, которым она подвергается.
[0007] Периодичность технического обслуживания фурмы обычно диктуется сроком работы головки фурмы, корпус фурмы превышает срок работы головки во много раз. Фурмы, оснащенные распределителем РД, обычно подвергаются сильному изгибу (то есть постоянному отклонению), а и в некоторых случаях приводят к поломке распределителя РД из-за довольно низкого предела текучести компонентов высокой теплопроводности в распределителе РД. С момента внедрения распределителя РД со средней фурмой (то есть по меньшей мере в 1980-х годах, а, возможно, раньше), эффективные решения проблем изгибания и/или поломок не были найдены. В известном уровне техники фурмы для дожигания обычно изгибаются после относительного короткого периода эксплуатации, что требуют относительно частой замены распределителя РД.
[0008] Предыдущие попытки решения данной проблемы включали в себя разработку наружных съемных предохранительных трубок, которые надеваются на новый или отремонтированный распределитель РД, оснащенным фурмами, для защиты фурм во время транспортировки в производственные помещения пользователя. Однако предохранительные трубки необходимо снимать до ввода фурмы в эксплуатацию. На практике трубки обычно снимаются до завершения разгрузки и установки фурмы. В результате фурма часто изгибается после снятия предохранительной трубки, то есть во время завершения установки, при обслуживании или при загрузке фурмы на грузовик для возврата и ремонта в конце ее периода технического обслуживания.
[0009] Другие попытки решить данные проблемы включали в себя использование внутренней армирующей трубы, расположенной в основном канале для газа с открытыми вспомогательными выступами, которые пропускают поток газа через выступы, где внутренняя армирующая (усиливающая) втулка (гильза) не является частью распределителя РД, но размещается в основном канале для газа на входе и выходе распределителя РД.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] В первом аспекте изобретение содержит распределитель кислородной фурмы для дожигания газов, используемой в металлургическом конверторе, содержит кольцевой элемент, выполненный с отверстиями для истечения потока кислорода, обеспечивающими пропускание потока кислорода через кольцевой элемент из кислородного канала фурмы, внутреннюю армирующую гильзу и наружную трубку, причем во внутренней армирующей гильзе выполнены первые отверстия для охлаждающей жидкости, а в кольцевом элементе выполнены вторые отверстия для охлаждающей жидкости, при этом первые и вторые отверстия для охлаждающей жидкости гидравлически сообщены, прямо или косвенно, с входным каналом для охлаждающей жидкости фурмы.
В данном первом аспекте кольцевой элемент и внутренняя армирующая трубка могут изготавливаться из разных материалов: кольцевой элемент изготовлен из меди, а внутренняя армирующая гильза изготовлена из стали. Кольцевой элемент и наружная трубка могут изготавливаться из одного материала - меди. Кроме того, кольцевой элемент и наружная трубка могут изготавливаться из одного материала - меди, а внутренняя армирующая гильза может изготавливаться из другого материала - стали.
[0011] В другом аспекте распределителя для кислородной фурмы для дожигания газов изобретения, внутренняя поверхность армирующей гильзы имеет расположенные на ней продольные ребра жесткости, и/или по меньшей мере одно продольное ребро изготавливается из стали или другого высокопрочного материала. Кроме того, продольные ребра могут размещаться на внутренней поверхности наружной трубки и могут изготавливаться из стали или другого высокопрочного материала.
[0012] Кроме того, все первые отверстия примыкают и непосредственно сообщены с одним из вторых отверстий для охлаждающей жидкости. Кроме того, в кольцевом элементе могут быть выполнены третьи отверстия для охлаждающей жидкости, которые гидравлически сообщены со вторым каналом для охлаждающей жидкости фурмы.
[0013] В еще одном дополнительном аспекте распределителя для кислородной фурмы для дожигания изобретения внутренняя поверхность армирующей гильзы имеет расположенные на ней первые продольные ребра жесткости, а внутренняя поверхность наружной трубки имеет вторые продольные ребра жесткости, причем по меньшей мере одно из первых и вторых продольных ребер изготовлено из стали.
[0014] Внутренняя поверхность армирующей гильзы имеет расположенные в ней первые продольные ребра жесткости, а внутренняя поверхность наружной трубки имеет вторые продольные ребра жесткости. Кроме того, по меньшей мере одно из первых и вторых продольных ребер изготавливаются из стали или другого высокопрочного материала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ
[0015] Для легкого понимания и осуществления изобретения ниже приводится описание изобретения с целью иллюстрирования, а не ограничения с использованием нижеследующих чертежей, на которых:
[0016] фиг. 1 представляет вид в перспективе разреза, показывающего обычный режим работы фурмы для дожигания в конвертерной печи для производства стали,
[0017] фиг. 2 представляет вид в перспективе составного армированного узла распределителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для фурмы для дожигания;
[0018] фиг. 3 представляет продольный вид в разрезе составного армированного узла распределителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для фурмы для дожигания;
[0019] фиг. 4 представляет продольный вид в разрезе составного армированного узла распределителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для фурмы для дожигания;
[0020] фиг. 5 представляет вид в перспективе кольцевого элемента составного армированного узла распределителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для фурмы для дожигания;
[0021] фиг. 6 представляет другой вид в перспективе кольцевого элемента составного армированного узла распределителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для фурмы для дожигания;
[0022] фиг. 7 представляет вид в перспективе армирующей трубки составного армированного узла распределителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для фурмы для дожигания;
[0023] фиг. 8 представляет другой вид в перспективе армирующей трубки составного армированного узла распределителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для фурмы для дожигания; и
[0024] фиг. 9 представляет вид в вертикальном разрезе сбоку армирующей трубки составного армированного узла распределителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения для фурмы для дожигания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО(ЫХ) ВАРИАНТА(ОВ) ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0025] В нижеследующем подробном описании ссылка приводится на сопроводительные примеры и чертежи, которые составляют часть описания и на которых показаны для наглядности конкретные варианты осуществления, при помощи которых можно осуществить на практике предмет изобретения. Данные варианты осуществления описываются достаточно подробно для того, чтобы специалисты в данной области техники могли их осуществить, также следует понимать, что можно использовать другие варианты осуществления и что можно вносить конструкционные или логические изменения, не выходя за пределы объема предмета изобретения. Такие варианты осуществления предмета изобретения могут называться, отдельно и/или вместе, в данном документе для удобства просто термином «изобретение» без преднамеренного ограничения объема данной заявки одним изобретением или идеей изобретения при раскрытии нескольких идей.
[0026] Нижеследующее описание, поэтому, не следует воспринимать в узком смысле, объем предмета изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.
[0027] В изобретении рассматривается составной армированный узел распределителя 60 изобретения для использования с фурмой 10 для дожигания, содержащий наружную трубку 20, промежуточную трубку 30 и внутреннюю трубку 40, внутренняя сторона внутренней трубки, определяющая основной канал 50 для кислорода. Прокладки 22 предпочтительно располагаются должным образом между трубками 20, 30 и 40, как показано на фиг. 3. Составной армированный узел распределителя 60 изобретения содержит кольцевой элемент 70, предпочтительно изготавливаемый из медной отливки или штамповки, внутреннюю армирующую гильзу 80, предпочтительно изготавливаемую из механически обработанной или формованной стали и наружную теплопроводную устойчивую к окислению гильзу 80, предпочтительно изготавливаемую из меди. Гильзы 80 и 89 предпочтительно привариваются к кольцевому элементу 70 для образования узла распределителя 60, хотя другие известные способы соединения трех компонентов 70, 80 и 89, например пайка и другие химические или механические способы соединения, находятся в пределах объема изобретения. Армирующие и размещенные на расстоянии ребра 90, изготавливаемые из стали или меди, предпочтительно размещаются вокруг внутренней кольцевой поверхности наружной теплопроводящей гильзы 89, примыкающей к внутренней армирующей трубке 80.
[0028] Как показано на чертежах, армирующая гильза 80 предпочтительно содержит секцию 81 основного элемента, промежуточную кольцевую наклонную секцию 83 и кольцевую открытую концевую часть 85. Кроме того, внутренняя сторона армирующей гильзы 80 предпочтительно имеет расположенные на ней удлиненные ребра 82 жесткости, предпочтительно изготавливаемые из стали или другого высокопрочного материала, которые обеспечивают дополнительное усиление узла распределителя 60 и также равномерное положение узла распределителя 60 относительно внутренней трубки 40. Ребра 82 можно создать как единое целое с трубкой 80 или прикрепить к ней при помощи сварки или другими известными средствами.
[0029] Кольцевой элемент 70 определяет кислородные каналы 71 для дожигания, находящиеся в гидравлической связи со вторичным каналом для прохождения кислорода 52. Армирующая гильза 80 дополнительно определяет отверстия 84 для охлаждающей жидкости, которые пропускают поток охлаждающей жидкости через впускной канал 54 для охлаждающей жидкости через такие отверстия 84.
[0030] Как показано на чертежах, отверстия 84 гильзы 80 совпадают с отверстиями 72, определяемыми кольцевым элементом 70 в собранном распределителе 60. Кольцевой элемент 70 также определяет отверстия 74, которые находятся в гидравлической связи с обратным каналом для охлаждающей жидкости 56. Таким способом узел распределителя 60 с армирующей гильзой 80 обеспечивает упрочнение фурмы 10 для дожигания, позволяя входящей и выходящей охлаждающей жидкости проходить через распределитель 60.
[0031] В вышеприведенном подробном описании разные признаки сгруппированы в одном варианте осуществления, чтобы сократить описание. Данный способ описания не следует интерпретировать так, что заявленным вариантам осуществления изобретения необходимо больше признаков, кроме признаков, приведенных в каждом пункте формулы изобретения. Наоборот, как отражается в нижеследующей формуле изобретения, не все признаки предмета изобретения приводятся в описании одного варианта осуществления. Таким образом, нижеследующая формула изобретения настоящим включается в подробное описание с содержанием каждого пункта формулы изобретения в качестве отдельного варианта осуществления.
1. Распределитель кислородной фурмы для дожигания газов, используемой в металлургическом конверторе, содержащий:
кольцевой элемент, выполненный с отверстиями для истечения потока кислорода, обеспечивающими пропускание потока кислорода через кольцевой элемент из кислородного канала фурмы, внутреннюю армирующую гильзу и наружную трубку, причем во внутренней армирующей гильзе выполнены первые отверстия для охлаждающей жидкости, а в кольцевом элементе выполнены вторые отверстия для охлаждающей жидкости, при этом первые и вторые отверстия для охлаждающей жидкости гидравлически сообщены прямо или косвенно с входным каналом для охлаждающей жидкости фурмы.
2. Распределитель по п. 1, в котором кольцевой элемент изготовлен из меди, а внутренняя армирующая гильза изготовлена из стали.
3. Распределитель по п. 1, в котором кольцевой элемент и наружная трубка изготовлены из меди.
4. Распределитель по п. 1, в котором кольцевой элемент и наружная трубка изготовлены из меди, а внутренняя армирующая гильза изготовлена из стали.
5. Распределитель по п. 1, в котором внутренняя поверхность армирующей гильзы выполнена с продольными ребрами жесткости.
6. Распределитель по п. 5, в котором по меньшей мере одно продольное ребро изготовлено из стали.
7. Распределитель по п. 1, в котором внутренняя поверхность наружной трубки имеет расположенные на ней продольные ребра жесткости.
8. Распределитель по п. 7, в котором по меньшей мере одно продольное ребро изготовлено из стали.
9. Распределитель по п. 1, в котором первые отверстия для охлаждающей жидкости примыкают и непосредственно сообщены с одним из вторых отверстий для охлаждающей жидкости.
10. Распределитель по п. 9, в котором в кольцевом элементе выполнены третьи отверстия для охлаждающей жидкости, которые гидравлически сообщены со вторым каналом для охлаждающей жидкости фурмы.
11. Распределитель по п. 1, в котором внутренняя поверхность армирующей гильзы имеет расположенные на ней первые продольные ребра жесткости, а внутренняя поверхность наружной трубки имеет вторые продольные ребра жесткости, причем по меньшей мере одно из первых и вторых продольных ребер изготовлено из стали.
12. Распределитель по п. 1, в котором внутренняя поверхность армирующей гильзы имеет расположенные на ней первые продольные ребра жесткости, а внутренняя поверхность наружной трубки имеет вторые продольные ребра жесткости.
13. Распределитель по п. 12, в котором по меньшей мере одно из первых и вторых продольных ребер изготовлено из стали.
