циркуляционный вакууматор с экраном для подавления капель металла

Формула изобретения

1. Циркуляционный вакууматор с экраном для подавления выноса капель металла, содержащий вакуум-камеру, в нижней части которой расположены всасывающий и сливной патрубки, продувочную фурму для подачи газа и/или реагентов, патрубок для подачи ферросплавов, патрубок для ввода продувочной фурмы в вакуум-камеру, патрубок для отходящих газов и газоход, причем площадь сливного патрубка меньше площади подъемного патрубка, отличающийся тем, что экран для подавления выноса капель металла выполнен водоохлаждаемым, футерованным снизу огнеупорным материалом, установлен в вакуум-камере на огнеупорный выступ на расстоянии 300-1500 мм от поверхности металла и имеет два отверстия, причем одно - для вывода расположенной над ним продувочной фурмы, а другое - для выхода газов через газоход, соединенный через боковой патрубок с вакуум-камерой.

2. Циркуляционный вакууматор по п.1, отличающийся тем, что вакуум-камера сверху накрыта крышкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к чёрной металлургии, конкретнее к установкам внепечной обработки жидкой стали.

Известно устройство, включающее вакуум-камеру, в нижней части которой встроены два патрубка, в один из которых через систему подводящих трубочек подаётся инертный газ, приводящий к принудительной циркуляции металла через вакуум-камеру. Через второй патрубок сталь из вакуум-камеры поступает обратно в сталеразливочный ковш. Верхняя часть камеры соединяется с П-образным или Г-образным газоходом, который в свою очередь соединён с системой вакуумных насосов [Г.Кнюппель. Раскисление и вакуумная обработка стали. Часть II. Основы и технология ковшовой металлургии. - М.: Металлургия, 1973, с. 312].

Известно устройство циркуляционного вакуумирования жидкого металла, включающее вакуум-камеру, в нижней части которой встроены два патрубка, причём площадь сливного патрубка меньше площади всасывающего патрубка, вакуум-камера выполнена в виде двух полуокружностей разного диаметра, сопряжённых по касательным с межцентровым расстоянием, превышающим сумму радиусов, при этом всасывающий патрубок выполнен соосно с большей, а сливной - с меньшей окружностями, причём соотношение радиусов окружностей составляет 2÷2,5:1. В верхней части камеры находится отверстие для выхода отходящих газов [SU 1060690 А, кл. С21С 7/10].

Наиболее близким по технической сущности является устройство для циркуляционного вакуумирования металла, содержащее вакуум-камеру с всасывающим и сливным патрубками, верхняя поверхность которой выполнена в виде усечённого параболоида вращения, в фокусе которого параллельно сливному и всасывающему патрубкам размещён графитовый нагреватель с установленным над ним экраном-отражателем, в котором со стороны графитового нагревателя выполнены открытые каналы для подачи инертного газа, продувочная фурма установлена противоположно патрубку для присадки ферросплавов, наклонно к днищу и с возможностью перемещения относительно последнего в вертикальной и горизонтальной плоскости, при этом патрубки для подачи газа и реагентов и/или сопла продувочной фурмы выполнены тангенциально, а каналы для подачи транспортирующего газа во всасывающем патрубке выполнены тангенциально к условной окружности, равной 2/3 его внутреннего диаметра, и ориентированы противоположно направлению патрубков для подачи газов и реагентов и/или сопел продувочной фурмы [RU 21915 U1, кл. 7 С21С 7/10].

Недостатком известных устройств является то, что из-за большого объёма капель металла, образующихся в процессе обработки, требуется значительное свободное пространство над поверхностью циркулирующего металла (суммарная высота вакуум-камеры и газохода может достигать 9-11 м). Следует отметить тот факт, что большая часть этого объёма (96-98%) является, по сути, пустым пространством, предназначенным для частичного снижения попадания пыли и капель металла в газоход и систему вакуумных насосов. Недостатком представленных устройств является:

1. Увеличение времени набора вакуума и соответственно всего цикла обработки из-за необходимости создания разрежения в большом объёме.

2. Необходимость использования большого количества огнеупоров для футеровки вакуум-камеры, что увеличивает себестоимость обрабатываемой стали.

3. Необходимость высоких пролётов требует больших капитальных вложений при реконструкции старых сталеплавильных цехов.

Задачей изобретения является уменьшение габаритного размера вакуум-камеры по высоте, а также сокращение продолжительности цикла внепечной обработки стали.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что внутри вакуум-камеры на расстоянии 300-1500 мм от поверхности металла на огнеупорном выступе устанавливается водоохлаждаемый экран, футерованный снизу огнеупорным материалом и имеющий два отверстия: одно для установки продувочной фурмы, другое для выхода газа. Сущность изобретения заключается также в том, что соединение вакуум-камеры и газохода осуществляется через боковой патрубок отходящих газов. Сверху вакуум-камера накрыта крышкой.

На фиг.1 представлен продольный разрез вакуум-камеры и общий вид сверху вакуум-камеры и газохода. На фиг.2 - продольный разрез экрана камеры.

Циркуляционный вакууматор с экраном для подавления капель металла состоит из вакуум-камеры (1), в нижней части которой имеются два патрубка: подъёмный (2) и сливной (3). На расстоянии 300-1500 мм от поверхности металла в камере (высота металла в вакуум-камере определяется барометрической высотой подъёма стали и глубиной погружения патрубков) установлен водоохлаждаемый экран (4), опирающийся на огнеупорный выступ (5). Экран имеет отверстие (6) для ввода фурмы (7) и отверстие (8) для прохода газов. Газоход (9) через компенсирующую часть (10) соединён с вакуум-камерой через боковой патрубок (11). Вакуум-камера сверху накрыта футерованной крышкой (12). Над экраном расположен патрубок (13) для ввода фурмы в вакуум-камеру и патрубок (14) для ввода ферросплавов во время обработки.

Экран предотвращает попадание пыли и капель стали в газоход во время вакуумной обработки. Данное решение позволяет существенно снизить габаритные размеры вакуум-камеры по высоте на 25-35%, т.к. основной объём образующихся капель металла и пыли оседает на экране. Огнеупорный выступ (5) удерживает экран в неподвижном положении во время эксплуатации камеры. Установка экрана осуществляется мостовым краном через верх вакуум-камеры после выкладки рабочего слоя новой футеровки на стенде обслуживания и до её постановки на стенд предварительного нагрева.

Фурма (7) используется в следующих функциональных режимах.

1. Для подачи инертных газов (Ar - при обработке с обезуглероживанием, Ar и/или СО - при дегазации стали), для подавления капель металла или кислорода, для принудительного обезуглероживания или химического нагрева стали.

2. Для нагрева футеровки вакуум-камеры до рабочей температуры после смены камеры и поддержания температуры огнеупоров при межплавочных простоях.

3. Для периодического оплавления настылей с нижней поверхности экрана и стен камеры.

4. Для подачи порошкообразных реагентов.

Дополнительный отдув капель через систему верхней фурмы совместно с экраном практически полностью предотвращает заметалливание газового тракта и вакуумного насоса, что в свою очередь способствует сохранению его пропускной способности и гарантированному выходу на рабочее остаточное давление независимо от времени его эксплуатации.

Фурма через боковой патрубок в стенке вакуум-камеры (13) вводится в камеру под некоторым углом к горизонтальной плоскости на стенде обслуживания, после чего подключается система принудительного охлаждения металлического каркаса экрана внутри вакуум-камеры. Питающая вода системы охлаждения экрана может поступать через систему охлаждения фурмы или подаваться по отдельному трубопроводу, устанавливаемому в вакуум-камеру через дополнительный патрубок, расположенный над экраном.

Боковое соединение вакуум-камеры и газохода позволяет полностью исключить из конструкции агрегата П-образную или Г-образную часть газохода, составляющую до 30% высоты агрегата, при этом одновременное применение экрана камеры позволяет сократить общие габаритные размеры установки по высоте на 50-60% относительно обычной конструкции камеры. Соединение может осуществляться через один или два (предпочтительнее) боковых патрубка (11).

При использовании данного технического решения в промышленных условиях достигается:

1. Снижение расхода огнеупоров на 50-55% по сравнению с цилиндрической формой вакуум-камеры и на 25-35% по сравнению с вакуум-камерами, выполненными в виде двух полуокружностей разного диаметра, сопряжённых по касательным с их межцентровым расстоянием.

2. Улучшение условий службы огнеупоров стен камеры, расположенных выше экрана: отсутствует непосредственный контакт с расплавом, а также кислородом при оплавлении настылей, что приводит к увеличению срока их службы на 30-50% и дополнительному снижению удельного расхода огнеупоров.

3. Сокращение времени выхода на рабочее остаточное давление на 1-1,5 мин за счёт снижения объёма эвакуируемого пространства, что согласно расчётам приводит к сокращению всего цикла обработки одной плавки в целом на 2-3 мин при сохранении всех прочих равных условий.

4. Увеличение пропускной способности агрегата в результате снижения цикла обработки одной плавки.

5. Сохранение пропускной способности газового тракта на постоянном начальном уровне за счёт активного подавления выноса пыли и капель металла и предотвращения его зарастания.

В таблице представлены различные варианты реализации изобретения. Как видно, для достижения технических результатов при промышленной реализации изобретения расстояние от экрана до поверхности металла в вакуум-камере должно быть в пределах 300-1500 мм. При этом выполняется условие максимального снижения высоты агрегата, расхода огнеупоров и времени набора вакуума.

№ п/п	Расстояние от экрана до металла (высота металла в камере 300 мм)	Параметры обработки	Высота камеры с патрубками (длина патрубков 1500мм)	Примечание	Возможность реализации
1	200	Дегазация и легирование	4600	Возможен контакт жидкого металла с экраном и фурмой, что приведёт к созданию аварийной ситуации	Не возможна
2	300	Дегазация и легирование	4700		Возможна
3	600	Обезуглероживание, дегазация, легирование	5000		Возможна
4	1100	Обезуглероживание, дегазация, обработка порошкообразными реагентами, легирование	5500		Возможна
5	1500	Обезуглероживание, дегазация, обработка порошкообразными реагентами, легирование	5900		Возможна
6	1600	Обезуглероживание, дегазация, легирование	6000	Необоснованное увеличение высоты камеры, а следовательно, расхода огнеупоров и времени выхода на рабочее остаточное давление	Не целесообразна