PL221943B1 - Króćce z gardzielą dna komory próżniowej urządzenia RH do próżniowego odgazowywania stali metodą obiegową - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku są króćce z gardzielą dna komory próżniowej urządzenia RH do próżniowego odgazowywania stali metodą obiegową o zwiększonej trwałości.

Proces odgazowywania stali w kadzi stalowniczej ma na celu zmniejszenie zawartości rozpuszczonych w niej szkodliwych gazów takich jak: wodór, tlen, azot, oraz odwęglenie i polepszanie stopnia czystości stali, a tym samym poprawienie jej własności mechanicznych.

Znanych jest wiele metod próżniowego odgazowywania stali, w tym znane jest odgazowywanie z obiegiem ciągłym metodą polegającą na obiegu metalu przez komorę próżniową urządzenia RH, współpracującego z kadzią stalowniczą, która to komora zaopatrzona jest w króciec ssący, zawierający przewód doprowadzający gaz obojętny, i króciec opadowy. Króćce podczas odgazowywania zanurzone są w ciekłej stali znajdującej się w kadzi stalowniczej, usytuowanej pod komorą próżniową urządzenia RH. Ponadto, urządzenie to wyposażone jest w rynnę zasypową dodatków stopowych i otwór palnikowy, a w górnej części w przewód odciągu gazów i wytwarzania próżni w tej komorze.

W tych znanych rozwiązaniach gardziel komory próżniowej, usytuowaną w jej dolnej części, stanowią oddzielne pierścienie ceramiczne, które połączone są z oddzielnymi króćcami: ssącym i opadowym, usytuowanymi równolegle względem siebie, a ich wewnętrzne ogniotrwałe wyłożenie wykonane jest z kilku warstw kształtek ceramicznych usytuowanych obok siebie w jednej linii obwodowej. Króćcami tymi w momencie zanurzenia się w kąpieli stalowej zasysana jest ciekła stal z kadzi do komory próżniowej urządzenia, przy czym obieg tej stali uzyskuje się dzięki podawaniu przez króciec ssący gazu obojętnego, korzystnie argonu, który unosząc i rozprężając się wtłacza ciekłą stal do komory próżniowej poprzez króciec ssący, skąd po odgazowaniu stal ta powraca króćcem opadowym do kadzi odlewniczej, przy czym ciekła stal jest zasysana tylko do wysokości słupa barometrycznego, zależnej od ciśnienia zewnętrznego i ciśnienia panującego w komorze próżniowej.

Długość okresu pracy urządzenia RH między kolejnymi remontami limitowana jest trwałością wyłożenia ogniotrwałego tych króćców. Są one najbardziej obciążonymi elementami wyłożenia ogniotrwałego i ulegają najszybszemu zużyciu podczas eksploatacji.

Warunki panujące w komorze próżniowej urządzenia RH podczas eksploatacji różnią się znacznie od warunków w innych urządzeniach metalurgicznych. Najtrudniejsze warunki panują w króćcach i dolnej części tej komory. Jest to obszar, w którym występuje intensywny przepływ ciekłej stali, a tym samym występuje w nim również najwyższa temperatura.

Do głównych oddziaływań niszczących w wymienionym rejonie komory próżniowej RH można zaliczyć:

- erozyjne oddziaływanie przepływającego metalu,

- korozję wywołaną przez tlenki FeOx oraz korozję przez infiltrację w głąb materiału faz wapniowo-krzemianowych,

- wysoką temperaturę procesu powodującą przyspieszenie niszczących oddziaływań korozyjnych i erozyjnych,

- gwałtowne zmiany temperatur wynikające z cyklicznej pracy komory RH,

- redukcyjne warunki wywołane oddziaływaniem próżni i wysokiej temperatury.

Warunki eksploatacji materiałów ogniotrwałych w środkowej i górnej części komory RH są łagodniejsze, gdyż nie występuje tam ciągły przepływ stali jak w dolnej części komory a jedynie jej rozbryzgi wynikające z intensywnego odgazowania, w wyniku czego temperatura pracy wyłożenia ogniotrwałego jest również niższa w górnej części tej komory.

Znany z amerykańskiego opisu patentowego US5024421 króciec odgazowujący stal, przeznaczony do cyrkulacji stopionego metalu z kadzi do naczynia próżniowego, posiada dwuczęściowy pancerz stalowy w kształcie tulei z kołnierzem zewnętrznym, zaopatrzony na wewnętrznej jego powierzchni w kołnierzowe zworniki, na których wspiera się naniesiona ciśnieniowo zaprawa cementowa oraz kształtki ogniotrwałe połączone z tą zaprawą, stanowiące wewnętrzne wyłożenie tego pancerza, przy czym połączone są one ze sobą nawzajem tworząc monolityczny zespół króćca odgazowującego tylko do wysokości pancerza stalowego, nie obejmując tym monolitem pierścieni gardzieli komory próżniowej urządzenia. Tak wykonany króciec zaopatrzony jest w przewody rurowe doprowadzające gaz obojętny (argon) z zewnątrz do jego wnętrza, niezbędny do cyrkulacji metalu stopionego ku górze, które usytuowane są tylko do wysokości pancerza stalowego pod jego kołnierzem zewnętrznym.

Znana jest również z japońskiego opisu patentowego JP61253318, metoda chłodzenia króćca zanurzeniowego-ssącego, polegająca na odpowiednim rozmieszczeniu płyt metalowych w szczelinie

PL 221 943 B1 i zastosowaniu zasilania tych płyt cieczą chłodzącą. Rozwiązanie to posiada bardzo złożoną budowę polegającą na tym, że w szczelinie pierścieniowej, utworzonej pomiędzy dwoma cylindrami metalowymi osłoniętymi wymurówkami ogniotrwałymi, umieszczone są rury doprowadzające chłodzące powietrze a pomiędzy nimi płyty stalowe.

Znana jest także z japońskiego opisu patentowego nr JP08218113 metoda chłodzenia króćca zanurzeniowego, polegająca na bezpośrednim podawaniu płynnego gazu do części szczelinowej króćca, utworzonej z dwóch cylindrów metalowych z wymurówkami ogniotrwałymi, przy czym istota tej metody polega na ustawieniu wydajności płynnego gazu w tej szczelinie zgodnie ze ściśle ustaloną funkcją, stanowiącą zależność wskaźnika przetwarzania czasowego w procentach od średnicy wewnętrznej króćca zanurzeniowego.

Wspomniane króćce urządzenia RH posiadają pancerz stalowy, który podtrzymuje wewnętrzną i zewnętrzną część ceramicznego wyłożenia roboczego. Jednakże w przypadku długich czasów obróbki oraz krótkich odstępów czasowych między odgazowaniami, przyrosty temperatur tego pancerza po każdym odgazowaniu sumują się w czasie trwania sekwencji, a nadmierny wzrost temperatury pancerza prowadzi do jego znacznej rozszerzalności i deformacji. Rozszerzający się na skutek wysokiej temperatury pancerz powoduje powstawanie wyraźnych pęknięć wyłożenia monolitycznego. Opisane zjawiska wpływają również negatywnie na wewnętrzne wyłożenie robocze danego króćca, gdyż jego pancerz stalowy podtrzymuje wewnętrzną część wyłożenia roboczego. Wywołana wysoką temperaturą deformacja pancerza stalowego powoduje bowiem rozluźnienie wymurówki z kształtek magnezjowo-chromitowych, co przyspiesza erozję na łączeniach tych kształtek i złożonych z nich pierścieni.

Z kolei znane są z polskiego opisu patentowego PL204157 króćce urządzenia RH do próżniowego odgazowywania stali metodą obiegową, zamontowane w dolnej części komory próżniowej tego urządzenia, z których jeden jest króćcem ssącym wyposażonym w przewód doprowadzający gaz obojętny do kadzi a drugi króćcem opadowym, zaś w górnej części komora próżniowa wyposażona jest w rynnę zasypową dodatków stopowych, otwór palnikowy oraz usytuowany nad nimi kanał odciągu gazów i wytwarzania próżni w tej komorze, przy czym wewnętrzne i zewnętrzne wyłożenia tych króćców podtrzymywane są przez pancerze stalowe chłodzone za pomocą powietrza lub gazu. Kształtki ceramiczne wyłożenia wewnętrznego wykonane są z kilku warstw pierścieni, powiązanych ze sobą analogicznymi kształtkami zachodzącymi na siebie. W rozwiązaniu tym króciec ssący i króciec opadowy oraz pierścienie gardzieli komory próżniowej urządzenia RH wykonane są jako zespoły monolityczne, a zewnętrzne wyłożenie ogniotrwałe króćca ssącego i króćca opadowego w obu zespołach monolitycznych ma wykonaną perforację, natomiast pancerze stalowe króćca ssącego i króćca opadowego w obu zespołach monolitycznych, na ich wewnętrznej powierzchni, mają rurkową instalację chłodzącą, korzystnie gazową, zamontowaną tylko na wysokości tego pancerza.

Jednakże okazało się, że bardzo często najbardziej newralgicznym miejscem decydującym o trwałości eksploatacyjnej urządzenia RH jest górna część wyłożenia nad króćcem ssącym zwana gardzielą, a ograniczona powierzchnia chłodzenia gazem obojętnym, znajdującym się w rurkach stalowych tylko w okolicach pancerza stalowego, nie zapewnia należytego chłodzenia. Zużycie wyłożenia ogniotrwałego w tym obszarze jest największe, ponieważ przepływ stali jest tutaj bardzo intensywny i zaburzony, gdyż taki charakter przepływu ciekłej stali związany jest z rozprężaniem się pęcherzy gazowych argonu, wprowadzanych do króćca ssącego poprzez zespół umieszczonych obwodowo dysz w wewnętrznym wyłożeniu ogniotrwałym króćca.

Poza tym stosowane w znanych urządzeniach do próżniowego odgazowywania stali zewnętrzne wyłożenie ogniotrwałe króćców ma stosunkowo małą żywotność, gdyż podczas ich eksploatacji, w wyniku bezpośredniego kontaktu z ciekłą warstwą żużla, występuje korozja chemiczna powodująca rozpuszczanie się betonu i niszczenie wyłożenia tego króćca. Celem ograniczenia korozyjnego zużycia monolitycznej warstwy betonowej króćca wykonanej na bazie AI2O3 stosuje się natryskiwanie na powierzchnię betonu masy zasadowej, którą nakłada się w przerwach między kolejnymi wytopami stali. Tworzy się w ten sposób warstwę materiału chroniącą beton przed bezpośrednim kontaktem z ciekłym żużlem.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji takiego połączenia króćców z gardzielą dna komory próżniowej urządzenia do odgazowywania stali metodą obiegową RH, która spowoduje zarówno zwiększenie szczelności pomiędzy połączeniem gardzieli z jej króćcami, jak i zwiększenie gradientu temperatury od powierzchni roboczej w głąb ich wyłożenia ogniotrwałego, a przez to znaczne zwiększenie trwałości tych elementów urządzenia. Celem wynalazku jest także zaprojektowanie takiego rozwiązania, które pozwoli na wyeliminowanie stosowanej dotychczas masy uszczelniającej na połą4

PL 221 943 B1 czeniu pomiędzy kształtkami gardzieli króćców a kształtkami dna komory próżniowej w obszarze jej dna, pomiędzy króćcem ssącym i wylewowym. Dalszym celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji króćców, która pozwoli na znaczne skrócenie czasu niezbędnego na wykonanie zabudowy ogniotrwałej dna komory próżniowej RH tego urządzenia.

Istota rozwiązania króćców z gardzielą dna komory próżniowej do próżniowego odgazowywania stali metodą obiegową, według wynalazku, polega na tym, że króciec ssący pod wewnętrzną powierzchnią pancerza stalowego posiada zamocowane na swoim obwodzie pionowe rurki stalowe o wysokości większej od wysokości tego pancerza stalowego, przy czym górne końce tych rurek sięgają obszaru płytowych gardzieli króćca ssącego, natomiast górne części elementów tulejowych króćca ssącego i króćca wylewowego połączone są na zakładkę, poprzez górne końce kształtek i dolne końce kształtek z odpowiadającymi im oddzielnymi piętami gardzieli króćca ssącego, które stanowią razem z tymi elementami tulejowymi konstrukcje monolityczne.

Poza tym płytowe gardziele obu tych króćców wykonane są z profilowych kształtek ogniotrwałych tworzących bryłę z okrągłym otworem przelotowym o promieniu równym promieniowi otworu elementu tulejowego tych króćców, która to bryła w widoku z góry ma profil utworzony z części prostokątnej i półkolistego jednego boku o średnicy równej szerokości tej płyty, której dwa usytuowane równolegle naprzeciw siebie boku i zwieńczające je boki są prostopadle usytuowane do siebie. Korzystnym jest, gdy oba boki zwieńczające gardzieli króćca ssącego i wylewowego usytuowane są naprzeciw siebie, a ich otwory usytuowane są współosiowo z otworami elementów tulejowych obu tych króćców.

Zastosowanie wydłużonego układu rurek stalowych króćca ssącego, wprowadzających gazowy argon do kąpieli stalowej, obejmujących nie tylko jego pancerz stalowy ale także obszar gardzieli tego króćca w urządzeniu RH, spowodowało znaczne wydłużenie drogi doprowadzenia tego gazu do ciekłej stali, poczynając od górnej części tego króćca poza obszar pancerza stalowego w rejon gardzieli króćca, a następnie do dolnej jego części do miejsca wprowadzenia argonu do tej ciekłej stali, co z kolei spowodowało zwiększenie obszaru chłodzenia wyłożenia ogniotrwałego króćców i znaczne zwiększenie trwałości ich wyłożenia. Z kolei zastosowanie monolitycznego połączenia ogniotrwałego wyłożenia wewnętrznego króćców z ogniotrwałymi kształtkami ich gardzieli zapobiegło powstawaniu nieszczelności podczas łączenia obrzeża króćców z ich gardzielą. Poza tym układ rurek stalowych układu chłodzącego, zamontowanych wzdłuż wewnętrznego wyłożenia ogniotrwałego króćca ssącego, spełnia dodatkowo funkcje jego zbrojenia zapobiegającego rozprzestrzenianiu się rys i pęknięć w ceramicznym wyłożeniu ogniotrwałym dna komory próżniowej urządzenia RH. Z kolei monolityczne połączenie górnych końców obu króćców z górną częścią ich gardzieli o trzech bokach płaskich, prostopadle usytuowanych do siebie, pozwoliło na ścisłe i dokładne przyleganie kształtek dna komory do kształtek gardzieli króćców w centralnym obszarze tego dna, to jest na powierzchni pomiędzy obu króćcami, na której przepływ ciekłej stali jest najbardziej intensywny. Rozwiązanie to pozwoliło także na wyeliminowanie stosowanej dotychczas masy uszczelniającej na połączeniu pomiędzy kształtkami gardzieli obu króćców a kształtkami dna komory próżniowej, w obszarze pomiędzy obu króćcami, a tym samym na zwiększenie żywotności wyłożenia ogniotrwałego w tym obszarze. Ponadto, zastosowanie odpowiedniego kształtu górnej części gardzieli obu króćców, to jest płytowych gardzieli o trzech prostopadle usytuowanych do siebie ściankach, pozwoliło na ograniczenie do minimum ilości obcinanych kształtek na miejscu zabudowy dna komory urządzenia RH montowanego w hucie, a tym samym na znaczne skrócenie czasu wykonania tej zabudowy.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie jego wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat urządzenia RH do próżniowego odgazowywania stali w przekroju pionowym, fig. 2 - fragment dolnej części komory próżniowej tego urządzenia w półprzekroju osiowym, oraz zamontowany w jej dnie króciec ssący i króciec wylewowy w widoku ogólnym, fig. 3 króciec ssący z górną częścią jego gardzieli w stanie rozłożonym w widoku perspektywicznym, fig. 4 króciec ssący urządzenia RH w przekroju osiowym z widocznym układem rurek instalacji argonowej oraz jego gardzieli w widoku perspektywicznym, a fig. 5 - fragment dolnej części komory próżniowej pokazanej na rysunku fig. 2 w przekroju odsłaniającym króciec ssący i króciec opadowy wraz z ich górnymi czaszami gardzieli, pokazane w widoku perspektywicznym.

Urządzenie RH do próżniowego odgazowywania stali metodą obiegową stanowi znana komora próżniowa (1) z dnem (2) wyposażonym w króciec ssący (3) i króciec wylewowy (4), które to króćce w czasie odgazowywania ciekłej stali zanurzone są w górnej części (5) kadzi stalowniczej (6), współpracującej z tym urządzeniem, stanowiącej zbiornik transportujący ciekłą stal z wielkiego pieca. Każdy z króćców (3 i 4) składa się z dolnego, tulejowego pancerza stalowego (7) z zewnętrznym wyłożeniem

PL 221 943 B1 ogniotrwałym (8), oraz z umieszczonego w nim współosiowo znacznie wyższego elementu tulejowego (9), wykonanego również z kształtek ogniotrwałych (10). Króciec ssący (3) pod wewnętrzną powierzchnią pancerza stalowego (7) posiada zamocowane na swoim obwodzie pionowe rurki stalowe (11) o wysokości (H) większej od wysokości (H1) tegoż pancerza (7), przy czym górne końce rurek (11) sięgają obszaru płytowych gardzieli (15) króćca ssącego (3), natomiast górne części elementów tulejowych (9) króćca ssącego (3) i króćca wylewowego (4) połączone są na zakładkę, poprzez górne końce kształtek (10) i dolne końce (13) kształtek (14) z odpowiadającymi im oddzielnymi płytami gardzieli (15), które stanowią razem z tymi elementami tulejowymi (3) konstrukcje monolityczne, osłonięte warstwą wykonaną z betonu ogniotrwałego.

Kształtki płytowych gardzieli (15) króćców (3 i 4) mają kształt elementów płytowych, posiadających w widoku z góry kształt prostokąta z zaokrąglonym krótszym bokiem (16) i z otworem okrągłym (17), usytuowanym w osi elementu tulejowego (9) i promieniu (R) równym promieniowi (R') otworu wewnętrznego (18) tego elementu. Kształtki te osadzone są na górnych końcach obu elementów tulejowych (9) króćców (3 i 4) tak, że ich proste boki (19) usytuowane są naprzeciw siebie, a pomiędzy nimi do prostopadłych do nich obu boków (20), zwieńczonych bokami (19), dołączone są kształtki ogniotrwałe (21) tworzące razem szczelne monolityczne dno (2) komory próżniowej (1) urządzenia RH.

Claims (3)

1. Króćce z gardzielą dna komory próżniowej urządzenia RH do próżniowego odgazowywania stali metodą obiegową, z których jeden jest króćcem ssącym, wyposażonym w pancerz stalowy z umieszczonym na jego wewnętrznej powierzchni układem rurek stalowych, stanowiących instalację chłodzącą, doprowadzającą gaz obojętny do kadzi stalowniczej tego urządzenia, a drugi króćcem wylewowym zawracającym odgazowaną ciekłą stal z komory próżniowej tego urządzenia do tej kadzi, przy czym oba te króćce wyposażone w pancerze stalowe, wykonane są jako zespoły monolityczne, znamienne tym, że króciec ssący (3) pod wewnętrzną powierzchnią pancerza stalowego (7) posiada zamocowane na swoim obwodzie pionowe rurki stalowe (11) o wysokości (H) większej od wysokości (H1) tegoż pancerza (7), przy czym górne końce rurek (11) sięgają obszaru płytowych gardzieli (15) króćca ssącego (3), natomiast górne części elementów tulejowych (9) króćca ssącego (3) i króćca wylewowego (4) połączone są na zakładkę, poprzez górne końce kształtek (10) i dolne końce (13) kształtek (14) z odpowiadającymi im oddzielnymi płytami gardzieli (15), które stanowią razem z tymi elementami tulejowymi (3) konstrukcje monolityczne.

2. Króćce z gardzielą według zastrz. 1, znamienne tym, że płytowe gardziele (15) króćców (3 i 4) wykonane są z profilowych kształtek ogniotrwałych tworzących bryłę z okrągłym otworem przelotowym (17) o promieniu (R) równym promieniowymi (R') otworu (18) elementu tulejowego (9) tych króćców, mającą w widoku z góry profil utworzony z części prostokątnej i półkolistego jednego boku (15) o średnicy równej szerokości tej płyty, której dwa usytuowane równolegle naprzeciw siebie boki (20) i zwieńczające je boki (19) są prostopadle usytuowane do siebie.

3. Króćce z gardzielą według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że oba boki zwieńczające (19) gardzieli (15) obu króćców (3 i 4) usytuowane są naprzeciw siebie, a ich otwory (17) usytuowane są współosiowo z otworami (18) elementów tulejowych (9) obu tych króćców.