Продувочная пробка для газа, содержащая индикаторы износа
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при обработке металла газами в металлургическом ковше. Продувочная пробка (1) для газа содержит корпус (2) из огнеупорного материала с впускным отверстием (3а) для газа на впускном конце (2а), выпускным отверстием (3b) для газа на выпускном конце (2b), конечный визуальный индикатор (5) износа и промежуточный визуальный индикатор (4) износа. Индикатор (5) выполнен в виде удлиненного сердечника и расположен от первого впускного конца (2а) до расстояния h1 вдоль центральной продольной оси X1. Индикатор (4) частично вставлен в индикатор (5) и расположен на расстоянии h0 от впускного конца (2а) до конечного расстояния h2. Длина Н корпуса (2) и длины индикаторов (4, 5) связаны соотношением h0<h1<h2<H. Корпус (2), индикатор (5) и индикатор (4) выполнены из различных первого, второго и третьего огнеупорных материалов, внешний вид которых при температуре 800 – 1500°C визуально различается. Обеспечивается получение информации по меньшей мере о четырех уровнях эрозии продувочной пробки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к огнеупорным продувочным пробкам, обычно используемым для вдувания газа в металлургическую емкость. Оно относится, в частности, к таким продувочным пробкам, которые снабжены индикатором износа, информирующим оператора об уровне износа продувочной пробки.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
В процессах обработки металлов давлением расплав металла переносят из одной металлургической емкости в другую, в форму или в обрабатывающий инструмент. Например, ковш заполняют расплавом металла из печи и переносят в промежуточный разливочный ковш. Расплав металла можно затем заливать из промежуточного разливочного ковша в обрабатывающий инструмент для образования пластинок или в форму для образования чушек или брусков. В некоторых случаях желательно вдувать газ в расплавленный металл, находящийся в таких металлургических емкостях. Это может быть полезным для ускорения обеспечения однородности температуры и состава в бане, чтобы не переносить металлические включения, находящиеся в объеме бани, в верхний слой шлака, для создания подходящих условий в расплавленном металле и подобного. Газ обычно вдувают в расплавленный металл посредством продувочных пробок, расположенных на дне или боку металлургической емкости, такой как ковш или промежуточный разливочный ковш.
Продувочные пробки имеют форму блока из огнеупорного материала, обычно вытянутого вдоль продольной оси. На одном конце блока впускное отверстие для газа, соединенное с источником сжатого газа, находится в гидравлической связи с выпускным отверстием для газа на противоположном конце блока. Впускное отверстие для газа и выпускное отверстие для газа могут находиться в гидравлической связи друг с другом посредством сети открытых пор, посредством одного или нескольких каналов (например, щелеобразных или с круглым поперечным сечением) или их комбинации. Сеть открытых пор иногда, как считается, дает «опосредованную проницаемость», в то время как канал, как считается, дает «прямую проницаемость». Общепризнано, что пробки с прямой проницаемостью являются более эффективными, чем пробки с опосредованной проницаемостью, главным образом из-за того, что сеть пор имеет нерегулируемую извилистость пор, что отрицательно влияет на проницаемость пробки, в то время как размер и геометрию изготовленного канала можно регулировать так, чтобы минимизировать извилистость и, таким образом, увеличить проницаемость по сравнению с порами таких же эквивалентных диаметров или размеров.
Как показано на фигуре 1, продувочная пробка (1) обычно вставлена в стенку и футеровку металлургической емкости (31), причем впускное отверстие для газа обращено в сторону наружной стороны металлургической емкости, а выпускное отверстие для газа обращено в сторону внутренней части емкости, соприкасающейся с расплавленным металлом. Выражения «впускное отверстие для газа» и «выпускное отверстие для газа» определены относительно направления (11) потока газа, вводимого в металлургическую емкость. Из-за их структуры и экстремальной рабочей среды продувочные пробки изнашиваются быстрее, чем огнеупорная футеровка емкости, с сильной эрозией порядка нескольких мм или даже см после каждого использования. Это означает, что в течение срока эксплуатации металлургической емкости, такой как ковш, пробки для газа необходимо заменять несколько раз. Замена пробок для газа занимает некоторое время, является трудоемкой и требует закупки новой пробки каждый раз, таким образом, операторы стремятся продлевать использование пробки насколько это возможно для увеличения интервалов между заменами пробок. Одна основная опасность при слишком сильном продлении использования пробки состоит в том, что, если эрозия пробки слишком глубока, оставшееся основание пробки может быть не в состоянии выдерживать давление расплавленного металла и может выходить из отверстия, из которого может свободно вытекать расплавленный металл. Если это происходит при перемещении ковша к промежуточному разливочному ковшу, из него может распыляться расплавленный металл при температурах порядка 1400°C всюду по рабочему помещению с существенными последствиями. Что избежать такого случая, в данной области были предложены индикаторы износа, информирующие оператора, который может решить можно ли использовать пробку снова или нет, о степени эрозии, которой подверглась продувочная пробка.
В документе US 5202079 предложена пробка с проницаемостью опосредованного типа (т.е. где путь потока газа определен пористостью пробки), содержащая наружный корпус, определяющий наружную геометрию пробки, причем указанный наружный корпус сделан из непористого огнеупорного материала, а внутренний сердечник сделан из огнеупорного материала с высокой пористостью, что позволяет газу течь от впускного отверстия к выпускному отверстию пробки. Поперечное сечение пористого сердечника под прямым углом к продольной оси пробки изменяется вдоль указанной продольной оси. Когда из металлургической емкости удаляют эту загрузку расплавленного металла, газ вводят через пробку, пока она еще горячая, и газ, вытекающий из горячей пробки во внутреннюю часть пустой емкости, будет светиться, определяя форму поперечного сечения пористого сердечника, выходящего во внутреннюю часть емкости, давая оператору указание уровня эрозии пробки в зависимости от формы светящегося сечения. Эта система, однако, ограничена пробками с проницаемостью опосредованного типа и снижает эффективность пробки из-за ограничения пути потока газа во внутренний сердечник пробки. Другим недостатком этого типа пробки является охлаждающий эффект газа. Пробка становится холоднее. Это увеличивает износ, а также риск охлаждения металла и закупоривания пробки.
Аналогично, в документе US 4385752 раскрываются пористые пробки, содержащие пористый наружный корпус и пористый внутренний сердечник, имеющий коэффициент излучения, отличный от огнеупорного материала наружного корпуса. Принцип, таким образом, довольно похож на предыдущий документ с отличием, заключающимся в том, что наружный корпус также пористый, таким образом, увеличивается эффективность пробок относительно раскрытых в документе US 5202079. Это решение, однако, также ограничено только пористыми пробками.
В документе US 5249778 принцип, раскрытый в вышеупомянутых двух документах, распространяется на пробки с прямой проницаемостью путем снабжения пробки одним или несколькими каналами, проходящими от впускного отверстия для газа к выпускному отверстию для газа, и дополнительно включает пористую вставку, находящуюся в гидравлической связи с впускным отверстием для газа и проходящую вдоль продольной оси пробки до высоты, соответствующей или приблизительно равной концу срока использования пробки. Когда эрозия достигает пористой вставки, газ, текущий через пористую вставку, будет охлаждать центр огнеупорного материала быстрее, чем периметр, таким образом создавая темное пятно в центре, указывающее на конец срока эксплуатации пробки. Каждая из вышеуказанных пробок требует, чтобы газ вдували через пробку, когда емкость пустая, и, таким образом, нет необходимости в близости к соединению с источником газа. Охлаждение пробки приводит к недостаткам, указанным выше.
В документе US 5330160 раскрывается продувочная пробка, содержащая вставку, сделанную из материала, имеющего более низкую точку плавления, чем металл, находящийся в емкости, причем указанная вставка вставлена в полость, выступая из вершины пробки (которая находится в контакте с расплавленным металлом) ниже уровня пробки, рассматриваемого в виде указывающего на конец ее срока эксплуатации. Вставка с более низкой точкой плавления может выступать над и находиться на уровне с верхним концом пробки или заканчиваться на более низком уровне, чем указанный верхний конец, причем верх полости выполнен с верхним колпачком, сделанным из устойчивого к быстрому изнашиванию огнеупорного материала. Когда верхний колпачок изнашивается, и верх материала с низкой температурой плавления контактирует с расплавленным металлом, который необходимо отлить, материал с низкой температурой плавления плавится и заменяется в полости расплавленным металлом, который необходимо отлить. Когда емкость опустошается, некоторое количество металла остается в полости и светится, образуя «магический глаз», который оператор явно видит. Когда эрозия пробки достигает дна полости, магический глаз исчезает, и оператор таким образом имеет информацию о том, что пробку следует заменить. Как вариант вышеупомянутой пробки в документе US 5421561 раскрывается пробка, в которой вставка с низкой температурой плавления находится в неметаллической трубке, выступающей в качестве теплоизолятора для дополнительного увеличения свечения «магического глаза». Производство такой пробки является достаточно трудоемким, поскольку полость необходимо просверлить в корпусе пробки и вставить туда вставку, в то время как пространство между стенками полости и вставкой необходимо уменьшать. Можно только гадать, нужен ли вообще визуальный индикатор износа с низкой температурой плавления, поскольку все что требуется - это полость. Кроме того, эта система обеспечивает бинарный сигнал, указывающий на то, что пробку можно использовать так долго, сколько можно видеть магический глаз, однако она не информирует оператора о степени эрозии пробки. На практике операторы на всякий случай заменяют пробку, когда возникает магический глаз.
В настоящем изобретении предлагается решение, позволяющее оценивать степень эрозии пробки, которое является очень простым и относительно дешевым в изготовлении.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Настоящее изобретение определено приложенными независимыми пунктами формулы. Зависимые пункты определяют предпочтительные варианты осуществления. В частности, настоящее изобретение относится к продувочной пробке для газа для продувки газа в металлургическую емкость, содержащей:
(a) удлиненный корпус, сделанный из первого огнеупорного материала и тянущийся от первого впускного конца ко второму выпускному концу на расстояние Н, измеренное вдоль центральной продольной оси, содержащий
(b) по меньшей мере один путь потока газа, соединяющий гидравлической связью впускное отверстие для газа, расположенное на указанном первом впускном конце указанного удлиненного корпуса, с выпускным отверстием для газа, расположенным на противоположном втором выпускном конце;
(c) конечный визуальный индикатор износа в форме удлиненного сердечника, тянущегося от первого впускного конца (2а) на первое расстояние h1, измеренное вдоль центральной продольной оси, которое меньше длины Н удлиненного корпуса, h1<Н, причем указанный конечный визуальный индикатор сделан из второго огнеупорного материала, отличающегося по внешнему виду от первого огнеупорного материала, по меньшей мере, при температуре, составляющей от 800 до 1500°C,
отличающейся тем, что она дополнительно содержит промежуточный визуальный индикатор износа, частично вставленный в конечный визуальный индикатор износа и тянущийся от начального расстояния h0 до конечного расстояния h2 от первого впускного конца, где h0<h1<h2<Н, и где промежуточный визуальный индикатор износа сделан из третьего материала, обеспечивающего получение внешнего вида, отличающегося от первого и второго огнеупорных материалов, по меньшей мере, при температуре, составляющей от 800 до 1500°C.
Ясно, что может быть эффективным, если второй огнеупорный материал конечного визуального индикатора износа и третий материал промежуточного индикатора износа выбраны так, чтобы обеспечить получение внешнего вида, отличного от первого огнеупорного материала корпуса, при температурах за пределами, в частности ниже, 800-1500°C, однако поскольку желательно иметь указание уровня эрозии пробки без необходимости в охлаждении емкости, в большинстве случаев достаточно, чтобы визуальные отличия между материалами возникали в данном температурном диапазоне.
Третий материал промежуточного визуального индикатора износа может представлять собой металл, предпочтительно сталь, более предпочтительно углеродистую сталь или нержавеющую сталь, который, по меньшей мере, частично расплавляется при контакте с расплавленным металлом, который необходимо отлить, так, что после опустошения емкости остается некоторое количество указанного металла, который необходимо отлить, в полости, образованной из-за удаления металлического визуального индикатора. Альтернативно, третий материал промежуточного визуального индикатора износа может представлять собой огнеупорный материал, предпочтительно выбранный из группы карбида кремния, магнезита, оксида алюминия, литьевого Al2O3-SiO2, Al2O3, шпинели, Al-C, Mg-Cr, предпочтительно Al-C, поскольку он дает внешний вид, отличающийся от первого и второго огнеупорных материалов корпуса пробки и конечного визуального индикатора износа, соответственно, по меньшей мере, при температуре, составляющей от 800 до 1500°C. Для лучшей заметности рекомендуется использовать индикатор, сделанный из металла. Свечение металла ясно видимо и упрощает работу оператора.
Второй огнеупорный материал конечного визуального индикатора износа можно выбирать из группы карбида кремния, магнезита, оксида алюминия, литьевого Al2O3-SiO2, Al2O3, шпинели, Al-C, Mg-C, предпочтительно Al-C, поскольку он дает внешний вид, отличающийся от первого и, если его применяют, третьего огнеупорных материалов корпуса пробки и промежуточного визуального индикатора износа, соответственно, по меньшей мере, при температуре, составляющей от 800 до 1500°C.
Длина h2-h0 промежуточного визуального индикатора износа предпочтительно составляет от 25 до 150 мм, более предпочтительно от 30 до 100 мм, наиболее предпочтительно от 40 до 70 мм. Высота h2 от основания пробки до вершины промежуточного индикатора износа предпочтительно составляет не более 400 мм, более предпочтительно не более 300 мм, наиболее предпочтительно не более 200 мм. Высота h1-h0 части промежуточного визуального индикатора износа, вставленного в конечный визуальный индикатор износа, предпочтительно составляет от 10 до 75 мм, более предпочтительно от 15 до 50 мм, наиболее предпочтительно от 20 до 30 мм. От 20 до 80% длины промежуточного визуального индикатора износа предпочтительно вставлено в конечный визуальный индикатор износа; предпочтительно от 40 до 60% его длины вставлено, и более предпочтительно приблизительно половина промежуточного визуального индикатора износа вставлена в конечный визуальный индикатор износа. Нижний уровень h0, достигаемый промежуточным визуальным индикатором износа, может составлять порядка 100-150 мм, предпочтительно 105-140 мм, более предпочтительно от 120 до 130 мм.
Для дополнительного увеличения видимых различий между двумя индикаторами промежуточный и конечный визуальные индикаторы износа могут иметь различные формы поперечного сечения под прямым углом к центральной продольной оси (X1). В случае, когда промежуточный визуальный индикатор износа сделан из электрического проводника, такого как металл, электрическая цепь может преимущественно быть соединена с двумя различными точками промежуточного индикатора на заранее определенных высотах. Электрическую лампочку, СИД или подобное можно присоединить к указанной цепи. Когда эрозия пробки достигает самого высокого электрического соединения, цепь разрывается, и свет, соответствующий указанной точке, выключается, указывая оператору, даже перед тем, как емкость опустеет, на то, что конкретный уровень эрозии был достигнут.Данный вариант осуществления особенно подходит для емкостей, которые в отличите от, например, ковшей, регулярно не опустошаются. Например, он может давать указание уровня эрозии продувочной пробки, установленной на промежуточном разливочном ковше, даже без опорожнения промежуточного разливочного ковша.
Продувочная пробка настоящего изобретения может представлять собой пробку с проницаемостью прямого типа, где путь потока газа имеет форму одного или нескольких каналов, проходящих от впускного конца к выпускному концу пробки, или может альтернативно представлять собой пробку с проницаемостью опосредованного типа, где путь потока газа определен открытой пористостью первого огнеупорного материала, из которого сделан корпус пробки.
Настоящее изобретение также относится к металлургической емкости, содержащей продувочную пробку для газа, как обсуждалось выше, с выпускным отверстием для газа, находящимся в гидравлической связи с внутренней частью указанной емкости. Емкость может представлять собой, например, ковш или промежуточный разливочный ковш.
Краткое описание фигур
Различные варианты осуществления настоящего изобретения показаны на приложенных фигурах:
на фигуре 1: показана продувочная пробка, установленная на дне металлургической емкости,
на фигуре 2: представлен вид в перспективе продувочной пробки согласно настоящему изобретению, на котором показан промежуточный и конечный визуальные индикаторы износа,
на фигуре 3: показаны различные поперечные разрезы пробки на ее различных уровнях, на которых показан внешний вид пробки в зависимости от уровня эрозии пробки,
на фигуре 4: показан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со световыми индикаторами уровня износа пробки.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Как можно увидеть на фигуре 2, продувочная пробка (1) согласно настоящему изобретению содержит корпус, проходящий вдоль продольной оси (X1) от впускного отверстия (3а) для газа на первом конце указанного корпуса до выпускного отверстия (3b) для газа на противоположном конце указанного корпуса, вдоль указанной продольной оси, причем впускное отверстие (3а) для газа имеет гидравлическую связь с выпускным отверстием (3b) для газа посредством по меньшей мере одного пути потока газа. Корпус сделан из первого огнеупорного материала. Щелеобразный путь (3) потока газа показан на фигуре 2, определяя пробку с проницаемостью прямого типа. Согласно такому варианту осуществления первый огнеупорный материал корпуса (1) пробки является по существу непористым или, по меньшей мере, не характеризуется открытой пористостью, способной образовывать непрерывный путь потока газа, проходящий от впускного отверстия (3а) для газа к выпускному отверстию (3b) для газа пробки. Настоящее изобретение можно также применять с пробками с проницаемостью опосредованного типа, где путь потока газа определен открытой пористостью первого огнеупорного материала, составляющего корпус пробки. Корпус, имеющий форму усеченного конуса, показан на фигурах, однако ясно, что настоящее изобретение не зависит от наружной геометрии корпуса (1) продувочной пробки при условии, что первая продольная ось (X1) может быть определена.
Пробка согласно настоящему изобретению содержит по меньшей мере два визуальных индикатора (4, 5) износа, расположенных так, что они могут информировать оператора о по меньшей мере четырех различных уровнях эрозии пробки. В частности, она содержит конечный визуальный индикатор (5) износа в виде удлиненного сердечника, выступающего из первого впускного конца (2а) на первое расстояние h1, измеренное вдоль центральной продольной оси (XI), которое составляет менее длины Н удлиненного корпуса, h1<Н. Конечный визуальный индикатор сделан из второго огнеупорного материала с внешним видом, отличающимся от первого огнеупорного материала, по меньшей мере, при температуре, составляющей от 800 до 1500°C. Конечный визуальный индикатор (5) износа настоящего изобретения может быть сделан из пористого второго огнеупорного материала, как раскрыто в документе US 4385752, и даже содержать такой материал, как непористый первый огнеупорный материал корпуса, однако с высокой пористостью, как раскрыто в документе US 5249778. Пористый визуальный индикатор требует продувку газа через него для создания визуального контраста, указывающего на уровень эрозии. Поскольку охлаждающий эффект газа нежелателен, и источник газа не обязательно должен быть доступен при опорожнении емкости, предпочтительно, чтобы внешний вид между конечным визуальным индикатором и первым огнеупорным материалом корпуса был достаточно различным без необходимости в продувании газа через пробку. Например, первый и второй огнеупорные материалы могут иметь различные цвета, достаточно заметные невооруженным взглядом, и конечный визуальный индикатор (5) износа не обязательно должен быть пористым. Предпочтительно, чтобы визуальный индикатор износа был видимым без необходимости в охлаждении емкости так, чтобы внешний вид между первым и вторым огнеупорными материалами различался, по меньшей мере, при температуре, составляющей от 800 до 1500°C. Ясно, что, если два материала имеют различный внешний вид при низких температурах, это даже лучше, однако в большинстве случаев достаточно, чтобы контраст был заметен при высоких температурах.
Конечный визуальный индикатор (5) износа выступает на высоту h1 пробки, измеренной от основания (2а) пробки вдоль продольной оси (X1), которая выше, чем самый нижний допустимый уровень h0 эрозии пробки. Он может быть сделан из любого из следующих материалов: карбид кремния, магнезит, оксид алюминия, литьевой Al2O3-SiO2, Al2O3, шпинели, Al-C, Mg-Cr. Конечный визуальный индикатор (5) износа предпочтительно сделан из Al-C.
Продувочная пробка настоящего изобретения содержит дополнительный, промежуточный визуальный индикатор (4) износа, сделанный из третьего материала, отличающегося от первого и второго огнеупорных материалов корпуса (1) пробки и конечного визуального индикатора (5) эрозии. Третий материал промежуточного визуального индикатора (4) износа должен быть таким, чтобы, когда он подвержен эрозии, пробка, видимая сверху (т.е. из внутренней части емкости), имела внешний вид, отличный от окружающего корпуса (1), от промежуточного визуального индикатора (4) износа и от конечного визуального индикатора (5) износа, когда он видим. Как показано на фигурах 2 и 3(e), промежуточный визуальный индикатор (4) износа имеет форму удлиненного стержня, частично вставленного в конечный визуальный индикатор (4), причем его часть выступает из него. Промежуточный визуальный индикатор (4) износа тянется от высоты h0, определяющей высоту, равную или незначительно большую, чем максимальный уровень эрозии, допускаемый для пробки, до высоты h2 от основания (2а) пробки, где h0<h1<h2<H, причем Н представляет собой общую высоту пробки.
Такое размещение использует все преимущества двух визуальных индикаторов износа, поскольку оно обеспечивает определение четырех уровней эрозии. Как показано на фигуре 2(a)-(d), когда эрозия достигает высоты h пробки, которая выше h2 (=наивысшей точки промежуточного визуального индикатора износа), верхняя поверхность пробки, которую может увидеть оператор, наблюдающий сверху пустой емкости, выглядит как однородная поверхность из первого огнеупорного материала корпуса (2) пробки, как показано на фигуре 2(a) (разрез А-А). Когда эрозия достигает высоты, находящейся между h2 и h1 (=наивысшей точкой, достигаемая конечным визуальным индикатором износа), оператор может увидеть поперечное сечение промежуточного визуального индикатора (4) износа, находящегося в первом огнеупорном материале корпуса (2) пробки, как показано на фигуре 2(b) (разрез В-В). Когда эрозия продолжается дальше от h1 до h0 (=нижнего конца промежуточного визуального индикатора износа), оператор может увидеть три различных участка: окружающий корпус (2), заключающий поперечное сечение конечного визуального индикатора (5) износа, который сам по себе заключает промежуточный визуальный индикатор (4) износа, как показано на фигуре 2(c) (разрез C-C). Наконец, когда эрозия проходит ниже h0, внешний вид верхней поверхности пробки представляет собой только второй огнеупорный материал конечного визуального индикатора (5) износа, вставленного в окружающий первый огнеупорный материал (2) пробки, как показано на фигуре 2(d) (разрез D-D). На этом этапе пробку нельзя больше использовать, чтобы она не износилась полностью во время следующей операции, оставляя отверстие, где должна быть пробка.
Промежуточный визуальный индикатор (4) износа может быть сделан из третьего огнеупорного материала, выбранного из такого же перечня материалов, представленных для второго огнеупорного материала конечного визуального индикатора (5) износа, поскольку он дает внешний вид, по меньшей мере, в температурном диапазоне, составляющем от 800 до 1500°C, который отличается, с одной стороны, от первого огнеупорного материала корпуса (2) пробки так, что эрозию пробки на высоте, находящейся между h2 и h1, можно легко распознать визуальным наблюдением, и, с другой стороны, от указанного второго огнеупорного материала так, что можно определить эрозию пробки между h1 и h0. Третий огнеупорный материал может быть таким же, как первый огнеупорный материал корпуса пробки, однако с более высокой пористостью, обеспечивая поток газа через него, когда верхняя поверхность промежуточного визуального индикатора износа показывается наружу из-за эрозии и, таким образом, охлаждается быстрее, чем окружающий корпус, давая более темный цвет, чем последний. Альтернативно, третий огнеупорный материал может по существу визуально отличаться от первого и второго огнеупорного материала. Его можно, например, насыщать пигментом, таким как сажа или диоксид титана, придавая цвет, отличный от первого и второго огнеупорных материалов.
Согласно альтернативному варианту осуществления промежуточный визуальный индикатор износа может быть сделан из третьего материала, который не является огнеупорным и который по существу имеет температуру плавления ниже, чем температура расплавленного металла, содержащегося в емкости. Когда эрозия пробки достигает высоты h2, таким образом приводя верхнюю часть промежуточного визуального индикатора (4) износа в контакт с расплавленным металлом при температуре выше, чем температура плавления третьего материала, промежуточный визуальный индикатор износа будет плавиться, и полость, оставленная расплавленным промежуточным визуальным индикатором износа, будет заполняться расплавленным металлом, содержащимся в емкости. После опорожнения емкости некоторое количество металла остается в полости, образуя «магический глаз», описанный в документе US 5330160. Следует подчеркнуть, что конечный визуальный индикатор (5) износа никогда не должен изготовляться из материала с низкой температурой плавления, т.к. при эрозии пробки ниже высоты h1 расплавленный металл, контактирующий с верхней частью конечного визуального индикатора (5) износа, будет плавить его и заполнять полость, оставленную им, которая проходит ниже до основания (2а) пробки, и вытекать из емкости с существенными последствиями.
Третий материал с низкой температурой плавления промежуточного визуального индикатора износа можно выбирать из группы стеатита, силиката кальция, талька или металла. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения промежуточный визуальный индикатор износа сделан из металла, предпочтительно стали, такой как углеродистая сталь или нержавеющая сталь. Выражение «материал с низкой температурой плавления» используют в настоящем документе для ссылки на материалы с температурой плавления ниже, чем температура расплавленного металла, содержащегося в емкости.
Альтернативно, материал промежуточного визуального индикатора износа не обязательно показывает температуру плавления ниже, чем температура расплавленного металла, содержащегося в емкости. В таком случае материал такой, что он плавится при очистке пробки продувкой кислородом. Очистка пробки продувкой кислорода не всегда является необходимой, однако она помогает лучше определить различные индикаторы износа и/или расплавить некоторые из них.
Промежуточный и конечный визуальные индикаторы (4, 5) износа имеют форму удлиненной призмы с любой геометрией поперечного сечения: их поперечное сечение может быть круглым, чтобы давать цилиндр, или может быть многоугольного сечения. Если геометрии поперечного сечения промежуточного и конечного визуальных индикаторов износа отличаются друг от друга, например, одно квадратное, а другое круглое, визуальный контраст между двумя может быть даже более ярким, и таким образом можно избежать любой путаницы между эрозией вплоть до высоты, находящейся между h2 и h1 (т.е. где выступает только промежуточный визуальный индикатор (4) износа), и эрозией вплоть до h0 (т.е. где выступает только конечный визуальный индикатор (5) износа).
Промежуточный индикатор (4) износа обычно имеет длину, составляющую от 25 до 150 мм, предпочтительно от 30 до 100 мм, более предпочтительно от 40 до 70 мм. От 20 до 80% его длины предпочтительно вставлено в конечный визуальный индикатор (5) износа, более предпочтительно от 40 до 60% его длины, и более предпочтительно приблизительно половина промежуточного визуального индикатора (4) износа вставлена в конечный визуальный индикатор (5) износа. Пробку можно безопасно использовать до тех пор, пока по меньшей мере 100 мм пробки не останется неэродированной. По этой причине самая нижняя точка h0, достигаемая промежуточным визуальным индикатором (4) износа, должна быть незначительно больше 100 мм, и предпочтительно составляет от 105 до 150 мм, предпочтительно от 110 до 130 мм.
Если промежуточный визуальный индикатор (4) износа сделан из электропроводного материала, такого как металл, может быть преимущественным устанавливать электрическую цепь (100, 101, 102), соединенную с по меньшей мере двумя различными точками указанного промежуточного визуального индикатора (4) износа и дополнительно содержащую лампочку (L1, L2, L3), показывающую, является ли цепь все еще работающей или разорвана из-за эрозии пробки. На фигуре 4 показан пример такого варианта осуществления, где все три параллельных цепи соединены с самой нижней точкой промежуточного визуального индикатора (4) износа на высоте h0, и с тремя точками на различных уровнях индикатора, первая цепь (102) - сверху, h2, индикатора, вторая (101) - на высоте h1, где пересекаются промежуточный и конечный визуальные индикаторы (4, 5) износа, и третья (100) - на дне, h0, индикатора (4), но отдельно от первого соединения. Три лампочки (L1, L2, L3) соединены с каждой параллельной цепью и горят, пока цепи работают. Когда эрозия достигает высоты h2 на верху промежуточного визуального индикатора (4) износа, электрическая цепь (102) разрывается, и лампочка (L2) выключается, указывая на то, что эрозия достигла высоты h2. Когда эрозия достигает высоты h1, вторая электрическая цепь (101) разрывается, и лампочка (L1) выключается, указывая на то, что эрозия достигла уровня h1. Наконец, когда эрозия достигает дна промежуточного визуального индикатора (4) износа на высоте h0, третья лампочка (L3) выключается, как только электрическая цепь (100) разрывается. Конечно, каждая параллельная цепь может быть соединена с электрическим переключателем вместо лампочки, причем переключатель остается включенным, пока ток может течь по каждой электрической цепи (100, 101, 102). Каждый переключатель соединен со второй цепью, содержащей лампочку. Когда соединение цепи с промежуточным визуальным индикатором износа разрушается эрозией, соответствующий переключатель замыкает вторую цепь, зажигающую соответствующую лампочку. Такой внешний световой индикатор может быть очень полезным для контроля уровня эрозии пробки, соединенной с металлургической емкостью, которая не опорожняется с короткими интервалами, такой как, например, в промежуточном разливочном ковше. Оператор может таким образом быть предупрежден об опасном уровне эрозии пробки перед тем, как промежуточный разливочный ковш был опорожнен.
Продувочные пробки, описанные выше, содержат только промежуточный и конечный визуальные индикаторы (4, 5) износа, причем первый частично вставлен в последний. Ясно, что дополнительные, третий или даже четвертый, индикаторы износа могут быть аналогично частично вставлены один в другой, таким образом давая более точный отсчет скорости эрозии пробки. Считается, однако, что пробка с двумя индикаторами согласно настоящему изобретению будет соответствовать потребностям в большинстве применений, где такие пробки необходимо использовать.
Продувочную пробку согласно настоящему изобретению можно изготовить очень легко и экономично. Сначала производят блок двух индикаторов. Промежуточный визуальный индикатор (4) износа в виде удлиненного стержня или призмы можно поместить на дно инструмента в полость с глубиной, соответствующей части промежуточного визуального индикатора (4) износа, выступающей из конечного визуального индикатора (5) износа. Жидкую массу второго огнеупорного материала затем выливают на стержень и, по меньшей мере, частично отверждают. Альтернативно, жидкую массу второго огнеупорного материала заливают в инструмент для обработки призматических деталей (предпочтительно цилиндрических), и пока она все еще вязкая, удлиненный стержень или призму из третьего материала частично погружают в указанную массу, которую затем, по меньшей мере, частично отверждают. Если используют электрическую цепь, соединительные провода можно вставить в конечный визуальный индикатор (5) износа при производстве блока двух индикаторов.
Частично отвержденный блок двух индикаторов затем помещают на дно инструмента для получения корпуса (2) пробки. Если пробка представляет собой устройство с проницаемостью прямого типа, фольгу из материала, разлагающегося при температуре обжига, можно поместить там, где должны быть расположены щели. Жидкую массу первого огнеупорного материала затем выливают на блок двух индикаторов для формирования корпуса (2) пробки, и инструмент можно нагревать для обжига как первого, так и второго огнеупорных материалов. После обжига пробку можно вытаскивать из формы и можно проводить стадии конечной обработки, как хорошо известно любому специалисту в данной области техники. Альтернативно, пробку можно отливать непосредственно в ее металлической оболочке. Специалист в данной области техники может легко приспособить тепловую обработку и стадии обработки.
Продувочная пробка согласно настоящему изобретению дает информацию о по меньшей мере четырех уровнях эрозии пробки (как показано на фигуре 3) при помощи простого блока двух индикаторов, содержащего промежуточный визуальный индикатор (4) износа, частично вставленный в конечный визуальный индикатор (5) износа. Простую конструкцию пробки очень легко и экономично производить, совсем как стандартную пробку без индикатора, не требуя трудоемкой технологической стадии для сверления полости для вставки в нее стержня, как в документе US 5330160 или в документе US 5421561. Она позволяет обеспечить «магический глаз», как описано в вышеуказанных документах, с дополнительными возможностями и более простым способом получения. Настоящее изобретение можно реализовывать одинаково для продувочных пробок с проницаемостью прямого и опосредованного типов.
1. Продувочная пробка (1) для вдувания газа в металлургическую емкость, содержащая:
(a) удлиненный корпус (2), изготовленный из первого огнеупорного материала, расположенный между первым впускным концом (2а) и вторым выпускным концом (2b) и имеющий длину Н, измеренную вдоль центральной продольной оси (X1), в котором выполнены
(b) по меньшей мере один путь (3) потока газа, соединяющий гидравлически впускное отверстие (3a) для газа, расположенное на указанном первом впускном конце указанного удлиненного корпуса, с выпускным отверстием (3b) для газа, расположенным на противоположном втором выпускном конце;
(c) конечный визуальный индикатор (5) износа в форме удлиненного сердечника, имеющий первую длину h1, измеренную вдоль центральной продольной оси (X1) от первого впускного конца (2а), которая меньше, чем длина Н удлиненного корпуса, причем указанный конечный визуальный индикатор выполнен из второго огнеупорного материала, отличающегося по внешнему виду по меньшей мере, при температуре, составляющей от 800 до 1500°C, от первого огнеупорного материала,
отличающаяся тем, что она дополнительно содержит промежуточный визуальный индикатор (4) износа, частично вставленный в конечный визуальный индикатор (5) износа и расположенный от начальной длины h0 до конечной длины h2 от первого впускного конца (2а), где h0<h1<h2<Н, при этом промежуточный визуальный индикатор износа (4) выполнен из третьего материала, отличающегося по внешнему виду, по меньшей мере, при температуре, составляющей от 800 до 1500°C, от первого и второго огнеупорных материалов.
2. Продувочная пробка по п. 1, отличающаяся тем, что третий материал промежуточного визуального индикатора (4) износа представляет собой металл, предпочтительно сталь, более предпочтительно углеродистую сталь или нержавеющую сталь, который, по меньшей мере, частично плавится при контакте с разливаемым расплавленным металлом, оставляя полость, содержащую некоторое количество указанного разливаемого металла.
3. Продувочная пробка по п. 1, отличающаяся тем, что третий материал промежуточного визуального индикатора (4) износа представляет собой огнеупорный материал, предпочтительно выбранный из группы, включающей карбида кремния, магнезит, оксид алюминия, литьевой Al2O3-SiO2, Al2O3, шпинель Al-C, Mg-Cr, предпочтительно Al-C.
4. Продувочная пробка по п. 1, отличающаяся тем, что второй огнеупорный материал конечного визуального индикатора (5) износа выбран из группы, включающей карбид кремния, магнезит, оксид алюминия, литьевой Al2O3-SiO2, Al2O3, шпинель Al-C, Mg-Cr, предпочтительно Al-С, и отличается от промежуточного визуального индикатора износа.
5. Продувочная пробка по п. 1, отличающаяся тем, что длина h2-h0 промежуточного визуального индикатора (4) износа составляет от 25 до 150 мм, предпочтительно от 30 до 100 мм, более предпочтительно от 40 до 70 мм, а длина h2 от основания пробки до вершины промежуточного индикатора износа составляет не более 400 мм, предпочтительно не более 300 мм, более предпочтительно не более 200 мм.
6. Продувочная пробка по п. 5, отличающаяся тем, что длина h1-h0 части промежуточного визуального индикатора (4) износа, вставленного в конечный визуальный индикатор (5) износа, составляет от 10 до 75 мм, предпочтительно от 15 до 50 мм, более предпочтительно от 20 до 30 мм.
7. Продувочная пробка по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что промежуточный и конечный визуальные индикаторы (4, 5) износа имеют различные формы поперечного сечения.
8. Продувочная пробка по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один путь (3) потока газа выполнен в виде одного или нескольких каналов, проходящих от впускного конца (2а) к выпускному концу (2b) пробки, или в виде открытой пористости первого огнеупорного материала, из которого сделан корпус (2) пробки.
9. Продувочная пробка по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что промежуточный визуальный индикатор (4) износа выполнен из электропроводного материала, такого как металл, и снабжен электрической цепью (100, 101, 102), установленной между двумя различными точками промежуточного визуального индикатора (4) износа на уровне, находящемся между h0 и h1, причем указанная электрическая цепь дополнительно содержит световой индикатор (L1, L2, L3).
10. Металлургическая емкость (31), содержащая продувочную пробку по любому из пп. 1-9, выпускное отверстие (3b) для газа которой гидравлически связано с внутренней частью емкости.
11. Металлургическая емкость по п. 10, которая представляет собой ковш или промежуточную разливочную емкость.
