PL204031B1 - Zbiornik metalurgiczny z ogniotrwałym wyłożeniem ceramicznym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zbiornik metalurgiczny z ogniotrwałym wyłożeniem ceramicznym do wytapiania, przy czym to określenie obejmuje wszystkie zbiorniki, w których ciekły metal jest roztapiany, obrabiany i/lub transportowany. Takim zbiornikiem może być na przykład kadź odlewnicza, piec martenowski albo piec elektryczny.

Urządzenia przeznaczone do doprowadzania gazów i/lub stałych dodatków procesowych do roztopionego metalu są znane od dziesięcioleci. Celem tych działań jest zmiana fizycznych i/lub chemicznych właściwości roztopionego metalu.

Stosuje się w tym celu tak zwane ceramiczne kształtki gazoprzepuszczalne, które mają nieukierunkowaną lub ukierunkowaną porowatość. W tym drugim przypadku statyczne kanały przebiegają przez kształtkę, która jest wbudowana w ściankę lub dno zbiornika metalurgicznego.

Ponadto, znane są tak zwane zestawy dyszowe. Takie urządzenie dyszowe według międzynarodowej publikacji patentowej WO 93/09225 składa się z ceramicznej, ogniotrwałej otuliny, przez którą przebiegają dwie rury umieszczone koncentrycznie względem siebie. Urządzenie to jest wbudowane dokładnie poziomo w ściankę zbiornika metalurgicznego. Przez rurę wewnętrzną lub też szczelinę pierścieniową między wewnętrzną i zewnętrzną rurą doprowadza się czynniki używane do obróbki ciekłego metalu. Obie rury metalowe w przypadku zużycia dają się wysuwać w kierunku ciekłego metalu, co wydłuża żywotność tego urządzenia.

Wadą znanego urządzenia jest to, że musi być ono zawsze ukierunkowane dokładnie poziomo, ponieważ ceramiczna otulina i rury na końcu wystającym na zewnątrz zbiornika metalurgicznego wspierają się swobodnie na płycie łożyskowej. Nachylenie tego układu mogłoby doprowadzić do niekontrolowanego zsunięcia rur do roztopionego metalu.

Ponadto, urządzenie dyszowe opisane w międzynarodowej publikacji patentowej WO 93/09255, które reprezentuje aktualny stan techniki, spełniło swoje zadania, jednakże istnieje stała potrzeba optymalizacji tego rodzaju urządzeń z punktu widzenia ich żywotności i możliwości stosowania.

Tak postawione zadanie rozwiązywane jest według wynalazku przy następujących założeniach.

Przesuwna osiowo część urządzenia dyszowego (a więc w szczególności otulina z umieszczonymi w niej rurami) powinna być poprowadzona tak, aby mogła przesuwać się osiowo nie tylko w kierunku ciekłego metalu, ale także w kierunku przeciwnym. Zwykle wewnętrzny koniec tego urządzenia wystaje poza ogniotrwałe wyłożenie zbiornika metalurgicznego. Inaczej mówiąc, urządzenie dyszowe swoim końcem po stronie wylotowej sięga do wnętrza zbiornika metalurgicznego i zwykle wchodzi w roztopiony metal. W stanie techniki jest tak również po spuszczeniu roztopionego metalu. Podczas ładowania wsadu, na przykład złomu metalowego, istnieje niebezpieczeństwo odłamania „końcówki” urządzenia dyszowego wystającej do wnętrza zbiornika metalurgicznego. Nie powinno się to zdarzyć, gdy przed ładowaniem wsadu wycofa się urządzenie dyszowe, mianowicie w położenie, w którym nie wystaje ono poza wewnętrzną ściankę zbiornika metalurgicznego.

W tym celu niezbę dne jest odpowiednie zamocowanie lub też ułożyskowanie i prowadzenie elementów konstrukcyjnych tego urządzenia, co opisano poniżej. Korzystnie jest też, gdy elementy konstrukcyjne są pokryte materiałem, który charakteryzuje się mniejszym gradientem zwilżalności wobec ciekłego metalu.

Zasadniczą funkcją opisanego urządzenia dyszowego jest doprowadzanie tlenu do ciekłego metalu. Odbywa się to na przykład przez wewnętrzną rurę. W strefie bezpośredniej styczności z ciekłym metalem panuje bardzo wysoka temperatura, która może osiągać i przewyższać 2000 stopni. W efekcie nastąpiłoby szybkie zużycie urządzenia dyszowego i sąsiadującego z nim materiału ogniotrwałego. Dlatego już w międzynarodowej publikacji patentowej WO 93/09225 zaproponowano doprowadzanie gazu ochronnego wzdłuż pierścieniowego kanału między wewnętrzną i zewnętrzną rurą, który to gaz stanowi dla tlenu osłonę w postaci koncentrycznego płaszcza, także w strefie wylotu z urządzenia dyszowego. Jednocześnie następuje przesunięcie strefy reakcji tlenu do wewnątrz roztopionego metalu. Takim gazem ochronnym może być gaz obojętny, jak argon, ale może być wykorzystany również gaz ochładzający, jak CH4 (metan). Przy odpowiedniej prędkości przepływu strefa reakcji tlenu z ciekłym metalem jest trwale odsunięta od wewnętrznej ścianki zbiornika metalurgicznego i chłodzona jest strefa wokół urządzenia dyszowego. Jednakże w tej strefie może tworzyć się tak zwany „grzyb pokrywający”. Chodzi tu o aglomerat krzepnącej stali, żużla i ciał obcych w bezpośrednim otoczeniu urządzenia dyszowego u wylotu, i w szczególności w strefie styczności z wewnętrzną ścianką ogniotrwałego wyłożenia zbiornika metalurgicznego.

PL 204 031 B1

Taki grzyb pokrywający może utrudniać przesunięcie urządzenia dyszowego ku ciekłemu metalowi. Może nawet zdarzyć się, że z powodu mechanicznego przywierania tego grzyba do urządzenia dyszowego, i także do ogniotrwałego fragmentu ścianki zbiornika metalurgicznego, następuje oderwanie materiału wyłożeniowego przy przesuwaniu dyszy. Wszystkie takie zjawiska są niepożądane. Rozwiązuje się ten problem zgodnie z wynalazkiem w ten sposób, że dysza jest prowadzona obrotowo w wyłożeniu zbiornika metalurgicznego. Przy odpowiednim naprężeniu ścinającym między grzybem pokrywającym i wewnętrzną ścianką wyłożenia może nastąpić stosukowo łatwo odspojenie tego grzyba, dzięki czemu nie dochodzi do oderwania materiału ogniotrwałego.

Możliwość obrotu dyszy, zwłaszcza w powiązaniu ze wspomnianym już osiowym prowadzeniem dyszy, daje następną istotną korzyść a mianowicie to, że dysza może być teraz wbudowana w ściankę pieca także ukośnie, to znaczy w szczególności może być nachylona w kierunku roztopionego metalu. Jest ona przytrzymywana od zewnętrz, a więc nie może zsunąć się do roztopionego metalu. Jednakże w takim ukł adzie moż e wystę pować nierównomierne zuż ycie wewnę trznego koń ca (w kierunku promieniowym), przy czym można to skompensować poprzez okresowe obracanie ruchomych części urządzenia dyszowego o określony kąt. Mniej zużyty fragment dyszy wprowadza się w położenie, w którym należy oczekiwać zwiększonego zużycia. Nie jest już konieczne zatem osiowe przesunięcie całego zespołu dyszowego w kierunku roztopionego metalu. Może to nastąpić później. W efekcie dzięki temu uzyskuje się wyraźne wydłużenie żywotności urządzenia dyszowego.

Przedmiotem wynalazku jest zbiornik metalurgiczny z ogniotrwałym ceramicznym wyłożeniem, przez które przechodzi urządzenie dyszowe do wprowadzania płynnego czynnika do ciekłego metalu, charakteryzujący się tym, że urządzenie dyszowe zawiera rurową ogniotrwałą ceramiczną otulinę, zewnętrzną rurę umieszczoną współosiowo w otulinie, wewnętrzną rurę przebiegającą współosiowo w zewnę trznej rurze, przy czym mię dzy wewnę trzną rurą i zewnę trzną rurą jest ukształ towany co najmniej jeden przebiegający osiowo kanał, i jest umieszczone w ogniotrwałym ceramicznym wyłożeniu, przy czym urządzenie dyszowe jest przesuwne osiowo ruchem postępowo-zwrotnym i obrotowe.

Celem ułatwienia poślizgu podczas obracania lub przesuwania urządzenia dyszowego, między otuliną urządzenia dyszowego i ogniotrwałym wyłożeniem znajduje się korzystnie wiskozowa warstwa poślizgowa. Taka warstwa poślizgowa musi być wykonana z materiału smaropodobnego, a także powinna być odporna termicznie. Odpowiednie do tego są materiały na bazie grafitu lub na bazie związków molibdenu.

Zewnętrzna rura może być umieszczona z możliwością osiowego przesunięcia względem otuliny, przy czym korzystnie między zewnętrzną rurą i otuliną znajduje się wiskozowa warstwa poślizgowa.

Jednakże zewnętrzna rura i otulina mogą być połączone ze sobą trwale, przykładowo za pomocą kleju. Wewnętrzna i zewnętrzna rura mogą być połączone za pośrednictwem rozpórek, które nie utrudniają przepływu w kierunku osiowym.

Urządzenie dyszowe wystaje zwykle na zewnątrz poza ogniotrwałe wyłożenie, mając pewien zapas długości, dla umożliwienia jego wielokrotnego wysuwania w kierunku roztopionego metalu. Na tej wystającej części urządzenie dyszowe może być prowadzone osiowo i obrotowo. Korzystnie, część urządzenia dyszowego wystająca na zewnątrz poza ogniotrwałe wyłożenie jest prowadzona wzdłuż co najmniej jednej przebiegającej współosiowo tulei. Tuleja ta spełnia kilka funkcji, a więc po pierwsze stanowi ona prowadnicę osiową, a po drugie może wspierać się na przykład na zewnętrznej ściance zbiornika metalurgicznego. Celem umożliwienia „odciągania” urządzenia dyszowego, proponuje się w odmianie realizacji wynalazku rozwiązanie polegają ce na tym, że część urządzenia dyszowego wystająca na zewnątrz poza ogniotrwałe wyłożenie ma co najmniej jedno przebiegające promieniowo poszerzenie. Takie poszerzenie spełnia funkcję ogranicznika ruchu przy odciąganiu urządzenia dyszowego i może mieć postać obwodowego kołnierza. Urządzenie dyszowe może być także ukształtowane z zakończeniem w kształcie stożka ściętego.

Jak już wspomniano, urządzenie dyszowe jest korzystnie nachylone, przy czym niżej usytuowana końcówka sięga do wnętrza zbiornika metalurgicznego i znajduje się korzystnie poniżej lustra kąpieli metalu. Gdy drugi (zewnętrzny) koniec znajduje się powyżej tego lustra kąpieli, to mamy jednocześnie zabezpieczenie przed „przebiciem” ciekłego metalu w razie uszkodzenia urządzenia dyszowego.

Ponadto korzystnie, w urządzeniu dyszowym poszczególne ruchome części tego urządzenia, tj. otulina, zewnętrzna rura i wewnętrzna rura są przemieszczalne niezależnie od siebie.

Przedmiot wynalazku jest ukazany w przykładzie wykonania na rysunku, którego pojedyncza figura przedstawia schematycznie fragment ścianki pieca elektrycznego w przekroju, przy czym w ściance tej jest zamontowane urządzenie dyszowe.

PL 204 031 B1

Na rysunku pokazano fragment ścianki 10 pieca elektrycznego z jej wewnętrzną powierzchnią 10i i zewnętrzną powierzchnią 10a. Wewnętrzna powierzchnia 10i jest odchylona od płaszczyzny pionowej, zewnętrzna powierzchnia 10a zaś jest pionowa.

Ścianka 10 jest wykonana w postaci zwykłego wyłożenia ogniotrwałego, w którym jest osadzona ogniotrwała ceramiczna wydrążona kształtka 22, której strona zewnętrzna 22a i strona wewnętrzna 22i pokrywają się w przybliżeniu odpowiednio z zewnętrzną powierzchnią 10a i wewnętrzną powierzchnią 10i ścianki 10.

W wydrążonej kształtce 22 jest wykonany skośny otwór przelotowy 24, który przebiega ze spadkiem od zewnętrznej powierzchni 10a do wewnętrznej powierzchni 10i. Służy on do osadzenia rurowej ogniotrwałej ceramicznej otuliny 26, która jest w zasadzie dłuższa niż grubość ścianki 10 tak, że otulina 26 po stronie wewnętrznej wystaje poza wewnętrzną powierzchnię 10i, a po stronie zewnętrznej wychodzi znacznie poza zewnętrzną powierzchnię 10a. Między wydrążoną kształtką 22 i odpowiednim odcinkiem otuliny 26 znajduje się warstwa poślizgowa 28.

W obrębie otuliny 26 jest osadzona zewnętrzna rura 32, która ma taką samą długość jak otulina 26. W zewnętrznej rurze 32 jest umieszczona wewnętrzna rura 34, również o takiej samej długości. Wewnętrzna rura 34 ma na obwodzie rozmieszczone w odstępach wypukłości 36, które służą do utrzymania wewnętrznej rury 34 współosiowo i w odstępie od zewnętrznej rury 32, tworząc jednocześnie kanał 38 w postaci szczeliny pierścieniowej między zewnętrzną rurą 32 i wewnętrzną rurą 34. Urządzenie dyszowe składające się z usytuowanych współosiowo elementów konstrukcyjnych, to jest otuliny 26, zewnętrznej rury 32 i wewnętrznej rury 34, poza zewnętrzną powierzchnią 10a ścianki 10 jest umieszczone w opasującej te elementy tulei 40. Tuleja ta składa się z dwóch połowizn i jest zaciśnięta na otulinie 26. Tuleja 40 jest prowadzona na dwóch usytuowanych w odstępie od siebie łożyskach ślizgowych 42, 44, które są utrzymywane na wspornikach 46, 48 zamocowanych na zewnętrznej powierzchni 10a ścianki 10. Łożyska ślizgowe 42, 44 są prowadzone na tych wspornikach 46, 48 w osiowym kierunku urządzenia dyszowego tak, że mogą przesuwać się w kierunku oznaczonym strzałką L1 i L2.

Zewnętrzny wolny koniec 20a urządzenia dyszowego ma kształt ściętego stożka, to znaczy średnica otuliny 26 powiększa się w kierunku tego wolnego końca, gdzie elastyczny przewód 50 tlenu doprowadza tlen do wewnętrznej rury 34, a elastyczny przewód 52 metanu doprowadza metan do kanału 38.

Jeszcze podczas obecności ciekłego metalu w komorze piecowej, zanim nastąpi jego spust, urządzenie dyszowe 20 przesuwane jest w kierunku strzałki L2 na taką odległość, żeby nie wystawało poza wewnętrzną powierzchnię 10i. Podczas ładowania wsadu, na przykład złomu, urządzenie dyszowe nie wchodzi już do zbiornika metalurgicznego, a więc nie może być odłamane. Po wypełnieniu komory pieca roztopionym metalem następuje takie przesunięcie dyszy w kierunku strzałki L1_ (mianowicie w wyniku przesunięcia łożysk ślizgowych 42, 44), że jej końcówka wystaje około 50 mm do 250 mm poza wewnętrzną powierzchnię 10i.

Można teraz zacząć wtórną obróbkę metalurgiczną. Jest ona wykonywana podobnie jak w stanie techniki, czyli jak to opisano na przykład w WO 93/09255.

Na wewnętrznej powierzchni 10i w sąsiedztwie urządzenia dyszowego 20 może tworzyć się tak zwany grzyb pokrywający 60. Wówczas urządzenie dyszowe 20 jest obracane na łożyskach ślizgowych 42, 44 o kąt na przykład 5, 10 lub 30 stopni, co powoduje odspojenie tego grzyba od wewnętrznej powierzchni 10i. Następnie całe urządzenie dyszowe 20 może być nieco wysunięte w kierunku strzałki L1. Podobny efekt można uzyskać w wyniku zredukowania dopływu czynnika chłodzącego.

W miarę upływu czasu następuje zużycie końcówki 20s urządzenia dyszowego, jak to ukazano na figurze. Wówczas urządzenie dyszowe 20 jest przekręcane o około 180 stopni (za pomocą łożysk ślizgowych 42, 44) tak, że profil zużycia tej końcówki będzie miał kształt zaznaczony na figurze linią punktową. W tym położeniu urządzenie może być jeszcze eksploatowane przez pewien czas bez potrzeby wysuwania w kierunku strzałki L1.

Wolny koniec 20a urządzenia dyszowego 20 znajduje się powyżej lustra X kąpieli metalowej S, natomiast końcówka 20s znajduje się poniżej tego lustra X.

Urządzenie 20 może wchodzić bez problemu w kąpiel metalową S na głębokość 150 mm lub nawet 300 mm, ponieważ w razie potrzeby (na przykład przy napełnianiu zbiornika) może być całkowicie wycofane.

PL 204 031 B1

Jak to opisano na wstępie, ceramiczna otulina może być połączona trwale z rurą zewnętrzną, ale może być też umieszczona z możliwością przesunięcia względem tej otuliny. Wówczas otulina przesuwana jest wraz z rurami albo rury są przesuwane względem nieruchomej otuliny.

Claims (8)

1. Zbiornik metalurgiczny z ogniotrwałym ceramicznym wyłożeniem, przez które przechodzi urządzenie dyszowe do wprowadzania płynnego czynnika do ciekłego metalu, znamienny tym, że urządzenie dyszowe (20) zawiera rurową ogniotrwałą ceramiczną otulinę (26), zewnętrzną rurę (32) umieszczoną współosiowo w otulinie (26), wewnętrzną rurę (34) przebiegającą współosiowo w zewnętrznej rurze (32), przy czym między wewnętrzną rurą (34) i zewnętrzną rurą (32) jest ukształtowany co najmniej jeden przebiegający osiowo kanał (38), i jest umieszczone w ogniotrwałym ceramicznym wyłożeniu, przy czym urządzenie dyszowe (20) jest przesuwne osiowo ruchem postępowo-zwrotnym i obrotowe.

2. Zbiornik metalurgiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że między otuliną (26) urządzenia dyszowego (20) i ogniotrwałym wyłożeniem i/lub między zewnętrzną rurą (32) i otuliną (26) znajduje się wiskozowa warstwa poślizgowa (28).

3. Zbiornik metalurgiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzna rura (32) i otulina (26) są połączone ze sobą trwale.

4. Zbiornik metalurgiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie dyszowe (20) wystaje na zewnątrz poza ogniotrwałe wyłożenie i na tej wystającej części jest prowadzone osiowo i obrotowo.

5. Zbiornik metalurgiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że część urządzenia dyszowego (20) wystająca na zewnątrz poza ogniotrwałe wyłożenie jest prowadzona wzdłuż co najmniej jednej przebiegającej współosiowo tulei (40).

6. Zbiornik metalurgiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że część urządzenia dyszowego (20) wystająca na zewnątrz poza ogniotrwałe wyłożenie ma co najmniej jedno przebiegające promieniowo poszerzenie.

7. Zbiornik metalurgiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie dyszowe (20) jest nachylone, przy czym niżej usytuowana końcówka (20s) sięga do wnętrza zbiornika metalurgicznego.

8. Zbiornik metalurgiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że w urządzeniu dyszowym (20) otulina (26), zewnętrzna rura (32) i wewnętrzna rura (34) są przemieszczalne niezależnie od siebie.