CZ299214B6 - Metalurgická tavicí nádoba s tryskovým zarízením a zpusob sekundárního metalurgického zpracování - Google Patents

Abstract

U metalurgické tavicí nádoby s tryskovým zarízením a s ohnivzdornou keramickou vyzdívkou, kterou jeprotaženo tryskové zarízení (20) pro zavedení kapaliny do kovové lázne má tryskové zarízení (20) ohnivzdorný keramický plášt (26) trubkového tvaru. Vplášti (26) je koaxiálne usporádána vnejší trubka(32) a ve vnejší trubce (32) je koaxiálne usporádaná vnitrní trubka (34), pricemž mezi vnejší a vnitrní trubkou (32, 34) je vytvorena alespon jedna axiálne probíhající prstencová šterbina (38). Tryskové zarízení (20) je v ohnivzdorné keramické vyzdívce usporádáno v axiálním smeru pohyblive tam i zpet a otocne. Pri zpusobu sekundárního metalurgického zpracování se kapalina do lázne privádí vnitrnítrubkou, pricemž alespon jedním kanálem mezi vnitrní a vnejší trubkou je zároven privádena jiná kapalina. Tryskové zarízení se obcasne otocí, dále seobcasne zasune do kovové lázne a v prípade potreby se tryskové zarízení stáhne zpet do té míry, že již nepresahuje pres vnitrní stenovou plochu metalurgické tavicí nádoby. Jeden nebo více uvedených kroku se provádí opakovane.

Description

Metalurgická tavící nádoba s tryskovým zařízením a způsob sekundárního metalurgického zpracování

Oblast techniky

Vynález se týká metalurgické taviči nádoby, přičemž tento pojem zahrnuje veškeré nádoby, ve kterých se tvoří, zpracovává a/nebo transponuje kovová tavenina. Takovou tavící nádobou může být například licí pánev, Siemens-Martinská pec nebo elektrická pec. Vynález se kromě toho týká způsobu sekundárního metalurgického zpracování kovové lázně v tavící nádobě vytvořené podle vynálezu.

Dosavadní stav techniky

Již po celá desetiletí jsou známa zařízení pro zavádění plynů a/nebo pevných reakčních a přídavných látek do metalurgické taveniny. Smyslem a účelem těchto procesů je měnit fyzikální a/nebo chemické vlastnosti taveniny.

V této souvislosti jsou známy tzv. keramické plynové dmýchací tvárnice, které jsou tvořeny s orientovanou či neorientovanou porézností. V posledně jmenovaném případě probíhají statické kanály dmýchací tvárnicí, která je vestavěna ve stěně nebo v podlaze tavící nádoby.

Kromě toho známe tzv. trysková zařízení. Zařízení podle WO 93/09 255 se skládá z keramického ohnivzdorného pláště, ve kterém probíhají dvě koncentricky vzájemně uspořádané trubky. Zařízení se buduje přesně vodorovně do stěny metalurgické tavící nádoby. Vnitřní trubkou, popř. prstencovou štěrbinou mezi vnitřní a vnější trubkou jsou do kovové lázně přiváděna procesní média. V případě opotřebení lze obě kovové trubky posunout ve směru kovové lázně. Trvanlivost zařízení se odpovídajícím způsobem prodlužuje.

Nevýhodou uvedeného zařízení je to, že musí být vždy přesně vodorovně vyrovnané, protože keramický plášť a trubky na konci, který na vnější straně přesahuje tavící nádobu, volně leží na tlakové desce. Nakloněné upořádání by mělo za následek, že by trubky nekontrolované sklouzávaly do kovové lázně.

Osvědčilo se i tryskové zařízení podle WO 93/09 255 a nyní představuje aktuální stav techniky. Zároveň je zde stálá potřeba optimalizovat zařízení uvedeného druhu s ohledem na jeho životnost a možnosti použití.

Na základě tohoto stanovení úkolu vychází vynález z následujících úvah: Axiálně posunovatelná část zařízení (tedy zejména plášť s uvnitř uspořádanými trubkami) má být vedena tak, aby byla posunovatelná nejen axiálně ve směru do kovové lázně, nýbrž aby byla posunovatelná i v opačném směru. Za běžných podmínek vyčnívá vnitřní konec zařízení přes ohnivzdornou vyzdívku tavící nádoby. Jinými slovy, tryskové zařízení zasahuje svým koncem na straně výpusti dovnitř tavné nádoby a běžně i do kovové lázně. S ohledem na aktuální stav techniky toto platilo i pro ten případ, kdy se tavenina vypustila. Při zavážení, např. kovového šrotu, zde však vzniká nebezpečí, že se hrot tryskového zařízení, zasahující do vnitřního prostoru tavící nádoby, ulomí. Toto se nemůže stát, bude-li tryskové zařízení před odpovídající zavážkou „staženo zpět“, a to do takové polohy, ve které již nebude vyčnívat přes vnitřní stěnu tavící nádoby.

Za tímto účelem je třeba vytvořit odpovídající uchycení, popř. uložení a vedení komponentů zařízení, jak je následně popsáno. Výhodné může být i nanést na komponenty vrstvu takové látky, která bude mít oproti kovové tavenině nižší gradient smáčení.

-1 CZ 299214 B6

Důležitou oblastí použití popisovaného tryskového zařízení je přívod kyslíku do kovové lázně. Ten probíhá např. vnitřní trubkou. V bezprostřední kontaktní oblasti s kovovou lázní zčásti dochází ke vzniku extrémně vysokých teplot, které dosahují a mohou též přesáhnout 2000 °C. Následkem by bylo rychlé opotřebení tryskového zařízení a sousedního ohnivzdorného materiálu.

Z tohoto důvodu již WO 93/09 255 navrhuje vést podél prstencového kanálu mezi vnitřní a vnější trubkou ochranný plyn, který obklopuje kyslík podle druhu koncentrického pláště, a to i v oblasti výstupu z tryskového zařízení. Zároveň dochází k posunu reakční zóny kyslíku dovnitř lázně. Tímto plynem může být nějaký inertní plyn, např. argon. Lze však použít i chladicí plyn, jako např. CH₄ (metan). Při odpovídajících rychlostech proudění je reakční oblast kyslíku s kovovou ío lázní trvale posouvána směrem od vnitřní stěny tavící nádoby a oblast okolo tryskového zařízení je chlazena. V této oblasti však může následně docházet k tvorbě tzv. „ochranného choroše“. Zde se jedná o nahromadění ztuhlé oceli, strusky a cizích látek v bezprostřední okolní oblasti tryskového zařízení na výstupním konci a zejména v kontaktní oblasti s vnitřní stěnou ohnivzdorné vyzdívky tavící nádoby.

Tento ochranný choroš může bránit posouvání tryskového zařízení do kovové lázně. Může se též stát, že v důsledku mechanického přilnutí choroše k tryskovému zařízení na jedné straně a k ohnivzdorné oblasti stěny tavící nádoby na straně druhé dojde k odtržení materiálu vyzdívky při posuvu trysky. Všechny tyto efekty jsou nežádoucí.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry metalurgická tavící nádoba s tryskovým zařízením podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že tryskové zařízení má ohnivzdorný keramický plášť trubkového tvaru, přičemž v plášti je koaxiálně uspořádána vnější trubka a ve vnější trubce je koaxiálně uspořádaná vnitřní trubka, přičemž mezi vnější a vnitřní trubkou je vytvořena alespoň jedna axiálně probíhající prstencová štěrbina, přičemž tryskové zařízení je v ohnivzdorné keramické vyzdívce uspořádáno v axiálním směru pohyblivě tam i zpět a otočně.

Řešení v rámci vynálezu si klade za cíl vést trysku otočně ve vyzdívce tavící nádoby. Při odpovídajícím namáhání ve střihu mezi ochranným hřibem a vnitřní stěnou vyzdívky lze ochranný hřib relativně snadno oddělit. Odtržení ohnivzdorného materiálu se tak lze podstatnou měrou vyvarovat.

Otáčivost trysky má, zejména v souvislosti s výše uvedeným axiálním vedením trysky, další podstatnou výhodu:

Trysku nyní lze vestavět do stěny pece i šikmo, tzn. zejména i v nakloněném směru vzhledem k tavenině. Díky tomu, že je držena na vnější straně, nemůže již sklouznout do taveniny. U takového uspořádání však může na vnitřním konci docházet k nepřiměřenému opotřebení (v radiálním směru). Toto lze nyní kompenzovat tak, že se pohyblivé části tryskového zařízení občas otočí o určitý úhel. Méně opotřebované zóny se umístí do takové polohy, kde lze očekávat vyšší opotřebení. Není třeba již v tomto okamžiku posouvat celou tryskovou jednotku axiálně ve směru k tavenině. To lze provést později. Celkově toto řešení znamená podstatně vyšší životnost tryskového zařízení.

Aby se zlepšila kluznost při točení nebo posunování tryskového zařízení, tak odpovídající provedení předpokládá umístit mezi plášť tryskového zařízení a ohnivzdornou vyzdívku viskózní kluz50 nou vrstvu. Tato kluzná vrstva nejenže musí být vyrobena z materiálu podobného mazivům, nýbrž musí být i teplotně odolná. Jako vhodné se osvědčily materiály na bázi grafitu nebo na bázi molybdenových sloučenin.

Vnější trubka může být uspořádána axiálně posunovatelně vzhledem k plášti. Do meziprostoru lze opět umístit kluznou vrstvu.

-2CZ 299214 B6

Vnější trubku lze však rovněž s pláštěm slepit nebo jinak spojit. Vnitřní a vnější trubka mohou být spojeny přes distanční trubky, které nebrání proudění v axiálním směru.

Tryskové zařízení bude za běžné situace přečnívat ohnivzdornou vyzdívku směrem ven, aby byla k dispozici dostatečná délka pro vícenásobný posuv tryskového zařízení ve směru na taveninu. U této části lze tryskové zařízení vést v axiálním směru i otočně. Za tímto účelem může být tryskové zařízení uloženo uvnitř alespoň jednoho koaxiálně probíhajícího pouzdra. Pouzdro může plnit několik funkcí: na jedné straně zajišťuje axiální vedení, na straně druhé se samo může lehce opírat např. o vnější stěnu taviči nádoby. Aby bylo možno tryskové zařízení „stáhnout zpět“, tak se ve výhodném provedení vynálezu navrhuje opatřit oblast tryskového zařízení, která probíhá mimo taviči nádobu alespoň jedním radiálně probíhajícím rozšířením. Toto rozšíření slouží takřka jako doraz při zpětném spuštění zařízení. Takovým rozšířením může být např. obvodová příruba. Zařízení může být rovněž na konci vytvořeno ve tvaru komolého kužele.

Uchycení a vedení tryskového zařízení dle uvedených provedení umožňuje umístit tryskové zařízení ve sklonu, přičemž hlouběji ležící konec ústí do vnitřního prostoru taviči nádoby a přednostně se nachází pod hladinou taveniny. Leží—li druhý (vnější) konec nad hladinou taveniny, tak zároveň dochází k výhodnému zajištění proti vystříknutí taveniny pro případ, kdy by se tryskové zařízení pokazilo.

Jednotlivé pohyblivé části zařízení lze posouvat nezávisle na sobě, jak bude následně blíže popsáno.

Popisovaná taviči nádoba umožňuje provádět např. následující sekundární metalurgické zpraco25 vání:

- Vnitřní trubkou bude do taveniny vstřikován kyslík

- Alespoň jedním kanálem mezi vnitřní a vnější trubkou bude zároveň s kyslíkem přiváděna chladicí kapalina

- Čas od času se tryskové zařízení otočí a případně následně dodatečně posune do kovové lázně

- V případě potřeby se tryskové zařízení stáhne zpět do té míry, že již nebude přečnívat přes vnitřní stěnu metalurgické taviči nádoby

- Jeden nebo více výše uvedených kroků lze následně zopakovat.

Další provedení vynálezu vyplývají z význaků v závislých nárocích a ostatních podloh přihlášky.

Přehled obrázku na výkrese

Vynález bude blíže vysvětlen pomocí výkresu, na kterém obrázek představuje řez stěnovou oblastí elektrické pece, přičemž ve stěně je vestavěno tryskové zařízení podle vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Vynález bude následně blíže objasněn na základě příkladu provedení. Přitom zmiňované význaky však mohou být pro realizaci vynálezu vhodné i v jiných kombinacích s ostatními význaky vynálezu.

Na obrázku je znázorněn výsek stěny 10 elektrické pece s vnitřní plochou lOi a vnější plochou 10a. Vnitřní plocha lOi probíhá šikmo ke kolmici. Vnější plocha 10a probíhá v kolmici.

Stěna 10 se skládá z běžné ohnivzdorné vyzdívky. V této vyzdívce je umístěn ohnivzdorný keramický děrovaný kámen 22, jehož vnější okraj 22a a vnitřní okraj 22i zhruba splývá s vnější plo50 chou 10a, popř. s vnitřní plochou lOi stěny 10.

-3 CZ 299214 B6

V děrovaném kameni 22 je uspořádán šikmo probíhající otvor 24, který z vnější plochy 10a klesá k vnitřní ploše 10i. Slouží k uchycení trubkovitého ohnivzdorného keramického pláště 26. Plášť 26 je podstatně delší než šířka stěny J_0, takže plášť na vnitřní straně přesahuje stěnu lOi a na straně vnější znatelně přesahuje stěnu 10a. Mezi děrovaným kamenem 22 a odpovídajícím úse5 kem pláště 26 je nanesen kluzný prostředek 28.

Uvnitř pláště 26 je umístěna vnější trubka 32, která má stejnou délku jako plášť 26. Ve vnější trubce 32 je umístěna vnitřní trubka 34, rovněž o stejné délce. Na vnitřní trubce 34 jsou po obvodu ve vzájemném odstupu umístěny odpovídající nopky 36. Nopky 36 mají za úkol držet vnitřní ío trubku 34 koaxiálně a v odpovídající vzdálenosti od vnější trubky 32 a dále vytvářet mezi oběma trubkami 32 a 34 prstencovou štěrbinu 38. Mimo stěnovou plochu 10a je umístěno tryskové zařízení skládající se z koaxiálně vzájemně uspořádaných komponentů, pláště 26, vnější trubky 32, vnitřní trubky 34 a obíhajícího pouzdra 40. Pouzdro 40 je složeno ze dvou poloobalů a mezi ním a pláštěm 26 je silový styk. Pouzdro 40 je vedeno na dvou ložiskách 42 a 44, která jsou umístěna v odpovídající vzdálenosti k sobě navzájem a která jsou uchycena na konstrukcích 46 a 48 na vnější ploše 10a stěny 10. Kluzná ložiska 42 a 44 jsou v axiálním směru tryskového zařízení vedena na konstrukcích 46 a 48, takže je lze posouvat ve směru šipky LI a L2.

Vnější radiálně probíhající rozšíření 20a tryskového zařízení je tvořeno jako komolý kužel, tzn.

průměr pláště 26 se rozšiřuje k volnému konci, kde pružné vedení kyslíku 50 a pružné vedení metanu 52 přivádí kyslík do vnitřní trubky 34, popř. metan do prstencové štěrbiny 38.

Ještě zatímco je v nádobě pece kovová lázeň, která se následně vypustí, tak se posune tryskové zařízení 20 ve směru šipky L2, a to do té míry, až nebude přečnívat přes vnitřní plochu j_0i. Při následném zavážení, např. šrotu, nezasahuje tryskové zařízení dále do taviči nádoby a nemůže se tedy odlomit. Jakmile je prostor pece naplněn lázni, tak se tryska posune ve směru šipky LI dopředu (a to posunutím ložisek 42 a 44), např. tak daleko, až bude špička přesahovat přes vnitřní plochu lOi zhruba 50 až 250 mm.

Sekundární metalurgické zpracování může nyní začít. To probíhá podle aktuálního stavu techniky, jak je např. popsáno v WO 93/09 255.

V oblasti vnitřní plochy lOi, sousedící s tryskovým zařízením 20, může docházet k tvorbě tzv. ochranného hřibu, který je označen referenční značkou 60. Vlakovém případě se tryskové zaříze35 ní 20 přetočí aktivací otočných ložisek 42 a 44 o určitý úhel, např. 5, 10 nebo 30 stupňů, přičemž se ochranný hřib uvolní z vnitřní plochy j_0i. Následně lze celé tryskové zařízení 20 případně o kousek posunout dopředu ve směru šipky LI. Podobného efektu lze docílit snížením přívodu chladivá.

Během doby bude na konci 20s tryskového zařízení docházet k opotřebení, jak ukazuje obrázek.

V takovém případě se tryskové zařízení 20 otočí o zhruba 180° (pomocí ložisek 42 a 44), až se nastaví profil opotřebení, který je na obrázku označen vytečkovaně. V této poloze lze zařízení provozovat ještě dlouho, aniž by je bylo třeba dále posouvat ve směru šipky LI.

Zatímco se radiálně probíhající rozšíření 20a tryskového zařízení 20 nachází nad stavem naplnění hladinou X kovové lázně S, tak se konec 20s nachází pod hladinou X.

Zařízení 20 může bez dalšího zasahovat 150 nebo i 300 mm hluboko do lázně S, protože v případě potřeby (např. při plnění nádoby) je lze zcela stáhnout zpět.

Jak bylo popsáno v úvodu, lze keramický obal spojit s vnější trubkou nejen pevně, ale i relativně pohyblivě vzhledem k trubce. Pak se buď posune obal s trubkami, nebo trubky vzhledem k pevně umístěnému obalu.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Metalurgická taviči nádoba s tryskovým zařízením a s ohnivzdornou keramickou vyzdívkou, kterou je protaženo tryskové zařízení (20) pro zavedení kapaliny do kovové lázně, vyznačující se t í m , že tryskové zařízení má ohnivzdorný keramický plášť (26) trubkového tvaru, přičemž v plášti (26) je koaxiálně uspořádána vnější trubka (32) a ve vnější trubce (32) je i o koaxiálně uspořádaná vnitřní trubka (34), přičemž mezi vnější a vnitřní trubkou (32, 34) je vytvořena alespoň jedna axiálně probíhající prstencová štěrbina (38), přičemž tryskové zařízení (20) je v ohnivzdorné keramické vyzdívce uspořádáno v axiálním směru pohyblivě tam i zpět a otočně.
2. 2. Metalurgická taviči nádoba podle nároku 1, vyznačuj ící se t í m , že mezi pláštěm

   15 (26) a tryskovým zařízením (20) a ohnivzdornou vyzdívkou a/nebo mezi vnější trubkou (32) a pláštěm (26) je uspořádána viskózní kluzná vrstva.
3. 3. Metalurgická taviči nádoba podle nároku 1, vy z n a č u j í c í se t í m , že vnější trubka (32) a plášť (26) jsou pevně spojeny.
4. 4. Metalurgická taviči nádoba podle nároku 1,vyznačující se tím, že tryskové zařízení (20) přesahuje přes ohnivzdornou vyzdívku směrem ven a je v této části vyzdívky vedeno axiálně a otočně.

   25
5. 5. Metalurgická taviči nádoba podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že část tryskového zařízení (20) přesahující ohnivzdornou vyzdívku směrem ven je uložena v alespoň jednom koaxiálně probíhajícím pouzdru (40).
6. 6. Metalurgická taviči nádoba podle nároku 1,vyznačující se tím, že část tryskové30 ho zařízení (20) přesahující ohnivzdornou vyzdívku směrem ven má alespoň jedno radiálně probíhající rozšíření (20a).
7. 7. Metalurgická taviči nádoba podle nároku 1,vyznačující se tím, že tryskové zařízení (20) je umístěno se sklonem, přičemž hlouběji umístěný konec (20s) je umístěn směrem k

   35 vnitřnímu prostoru taviči nádoby.
8. 8. Metalurgická taviči nádoba podle nároku 7, v y z n a č u j í c í se t í m , že hlouběji umístěný konec (20s) probíhá pod hladinou (X) kovové lázně (S) a druhý konec s radiálně probíhajícím rozšířením (20a) nad touto hladinou (X).
9. 9. Metalurgická taviči nádoba podle nároku 1, vyznačující se tím, že plášť (26), vnější a vnitřní trubka (32, 34) tryskového zařízení jsou pohyblivé nezávisle na sobě.
10. 10. Způsob sekundárního metalurgického zpracování kovové lázně v metalurgické taviči nádobě

    45 podle nároků 1 až 9, kdy tryskové zařízení přesahuje přes vnitřní plochu metalurgické taviči nádoby a zasahuje do kovové lázně, vyznačující se tím, že kapalina se do lázně přivádí vnitřní trubkou, přičemž alespoň jedním kanálem mezi vnitřní a vnější trubkou je zároveň přiváděna jiná kapalina, přičemž tryskové zařízení se občasně otočí, dále se občasně zasune do kovové lázně, v případě potřeby se tryskové zařízení stáhne zpět do té míry, že již nepřesahuje přes

    50 vnitřní stěnovou plochu metalurgické taviči nádoby ajeden nebo více uvedených kroků se provádí opakovaně.