RU2213146C2

RU2213146C2 - Tuyere

Info

Publication number: RU2213146C2
Application number: RU2001124549/02A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Усачев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-09-27

Abstract

FIELD: metallurgy, in particular, copper pyrometallurgy. SUBSTANCE: tuyere has casing with gas supply opening, guide immovably positioned in casing, set of n replaceable tools, where n=2,3..., each of tools having head with working end surface. Head of one replaceable tool closes gas supply opening. Casing has additional (n-1) guides diverging from gas supply opening and immovably positioned in casing. Each tool is placed in each guide for moving between position, where head of tool is inside gas supply opening, and position, where head of tool is inside tuyere casing. Tuyere is provided with device for restricting tool stroke inside tuyere casing. Guides are adapted for rectilinear displacement and are arranged along conical surface generatrices with apex inside gas supply opening. Tuyere of such construction may be used in devices for purging of liquid melt, such as copper-sulfide melt, with gaseous oxidizer. EFFECT: increased efficiency by simplified tool path and provision for eliminating compound handling with said tools. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, к устройствам для продувки жидкого расплава, например медно-сульфидного, газообразным окислителем и может быть использовано в пирометаллургии меди. The invention relates to the field of metallurgy, to devices for purging a liquid melt, for example a copper-sulfide, gaseous oxidizing agent and can be used in the pyrometallurgy of copper.

Известна фурма (Патент России 2084540, кл. С 21 С 5/48, с приоритетом 22.03.95), содержащая корпус с выходным отверстием для подачи газа в расплав и набор сменных инструментов, включающий притычку и прочистной ломик (фурмовку). Притычка имеет головку с рабочей конической торцевой поверхностью, служащей для перекрытия выходного отверстия и прекращения подачи газа во время остановки фурмы. A tuyere is known (Russian Patent 2084540, class С 21 С 5/48, with a priority of March 22, 1995), containing a body with an outlet for supplying gas to the melt and a set of interchangeable tools, including a fitting and a cleaning crowbar (lance). The abutment has a head with a working conical end surface, which serves to block the outlet and stop the gas supply during stopping the lance.

Известна также принятая за прототип фурма, содержащая корпус с отверстием для подачи газа (ОПГ), направляющую, неподвижно установленную в корпусе, и набор сменных инструментов, включающий притычку, ломик (фурмовку) и газовую горелку (Технологическая инструкция. Часть 1. Плавка медного никельсодержащего сырья в печах Ванюкова. ТИ 44577806.14.55-27-2000. Открытое акционерное общество "Норильская горная компания", 2000, стр.61-63, раздел 5.3, рис. 12а, 12б). Каждый инструмент имеет головку с торцевой рабочей поверхностью. Для притычки - это коническая поверхность, контактирующая в выдвинутом положении с кромкой ОПГ; для фурмовки - заостренная поверхность пробойника, для газовой горелки - плоский торец трубки. К корпусу фурмы подведен трубопровод кислородо-воздушной смеси (КВС). КВС вдувается в расплав через открытое отверстие для подачи газа, а все инструменты уложены в цехе вне корпуса фурмы. В корпусе фурмы расположена направляющая, выполненная в виде длинного отверстия и служащая для подведения рабочих головок инструментов к отверстию для подачи газа. При остановке фурмы сквозь эту направляющую вводится притычка до упора рабочей торцевой конической поверхностью в кромку отверстия для подачи газа. Для повторного запуска фурмы в работу притычка извлекается из корпуса и в ту же направляющую вводится фурмовка (ломик). Торцевой рабочей поверхностью фурмовки пробивается настыль - застывшая на относительно холодном торце охлаждаемой фурмы корка шлака. Еще одним инструментом фурмы является газовая горелка, выполненная в виде длинной трубки, к которой через гибкий трубопровод подведен горючий газ. При пуске печи после остановки без выпуска расплава газовая горелка сквозь направляющую вводится в ОПГ. Все операции по установке и извлечению инструментов проводятся вручную при высокой температуре и загазованности в цехе. Рабочий использует теплоотражающий костюм и кислородную маску и в этой экипировке вынужден прилагать большие физические усилия и зачастую использовать кувалду для пробивания толстого слоя прочной настыли и для извлечения пригоревшей притычки. Из-за необходимости полностью извлекать притычку при запуске и отсутствия упоров, ограничивающих обратный ход, возможны опасные ситуации, когда притычка под воздействием последнего ударного импульса от кувалды в сторону извлечения и избыточного давления внутри корпуса фурмы вылетает вместе с раскаленными, оплавленными осколками шлака. Also known is the tuyere adopted for the prototype, containing a casing with a gas supply hole (OPG), a guide fixedly mounted in the casing, and a set of interchangeable tools, including a groove, crowbar (lance) and a gas burner (Technological instruction. Part 1. Copper nickel-containing smelting raw materials in Vanyukov’s furnaces. TI 44577806.14.55-27-2000. Norilsk Mining Company Open Joint-Stock Company, 2000, pp. 61-63, section 5.3, fig. 12a, 12b). Each tool has a head with an end working surface. For the abutment, this is a conical surface in contact in the extended position with the edge of the OPG; for the tuyeres - the pointed surface of the punch; for a gas burner - the flat end of the tube. An oxygen-air mixture pipeline (FAC) is connected to the lance body. PIC is blown into the melt through an open gas supply hole, and all tools are laid in the workshop outside the tuyere body. In the tuyere housing there is a guide made in the form of a long hole and serving to bring the working heads of the tools to the gas supply hole. When the tuyere stops, an abutment is inserted through this guide to the end with a working end conical surface in the edge of the gas supply opening. To restart the lance, the abutment is removed from the housing and a lance (crowbar) is inserted into the same guide. The end surface of the lance breaks through the crust - a slag crust frozen on the relatively cold end of the cooled lance. Another lance tool is a gas burner, made in the form of a long tube, to which combustible gas is supplied through a flexible pipe. When starting the furnace after stopping without releasing the melt, the gas burner is introduced into the OCG through the guide. All operations for installing and removing tools are carried out manually at high temperature and gas contamination in the workshop. The worker uses a heat-reflecting suit and an oxygen mask, and in this equipment is forced to exert great physical effort and often use a sledgehammer to break through a thick layer of strong nastily and to remove the burned-in abutment. Due to the need to completely remove the abutment at start-up and the absence of stops restricting the reverse stroke, dangerous situations are possible when the abutment under the influence of the last shock impulse from the sledge hammer to the extraction direction and overpressure inside the lance body flies out together with incandescent, fused splinters.

Существует явная необходимость механизации и автоматизации такого тяжелого и вредного для здоровья процесса управления фурмой, но недостатком прототипа и упомянутого выше аналога является то, что они не приспособлены к механизации, а тем более автоматизации. Инструмент в прототипе должен полностью выниматься из направляющей и вкладываться, например, в кассету, а затем другой инструмент должен браться и вставляться в направляющую. Прототип приспособлен к ручному обслуживанию. Автоматизировать его можно лишь с помощью устройства, имитирующего человеческую руку, т.е. антропоморфным манипулятором, причем манипулятором, способным, с одной стороны, точно совмещать инструмент с направляющей, а с другой стороны, развивать усилие до нескольких тонн (как при ударе кувалдой). Такой способ автоматизации с установкой у каждой из 84 фурм печи по манипулятору был бы неоправданно сложным и дорогостоящим. Не менее дорогостоящим и трудно реализуемым был бы вариант автоматизации с обслуживанием всех фурм одним манипулятором из-за его необычайной сложности. Неприспособленность прототипа к автоматизации обусловлена превышением числа инструментов над числом направляющих для их установки в корпусе и связанным с этим отсутствием ограничителей хода, препятствующих демонтажу инструментов из направляющих. По этой причине необходимы многостепенные манипуляции с инструментами, перемещение их по сложным траекториям, что затрудняет и удорожает автоматизацию, так как требует соответствующих многостепенных приводных устройств с захватами. There is a clear need for mechanization and automation of such a difficult and unhealthy lance control process, but the disadvantage of the prototype and the analogue mentioned above is that they are not adapted to mechanization, much less automation. The tool in the prototype should be completely removed from the guide and inserted, for example, into a cassette, and then another tool should be taken and inserted into the guide. The prototype is adapted for manual maintenance. It can be automated only with the help of a device imitating a human hand, i.e. an anthropomorphic manipulator, moreover, a manipulator capable, on the one hand, of accurately combining a tool with a guide, and on the other hand, of developing a force of up to several tons (as with a sledgehammer). Such a method of automation with the installation of a manipulator at each of 84 tuyeres of the furnace would be unreasonably complicated and expensive. No less expensive and difficult to implement would be the option of automation with servicing all tuyeres with one manipulator due to its extraordinary complexity. The inability of the prototype to automation is due to the excess of the number of tools over the number of guides for their installation in the housing and the associated absence of travel stops preventing the dismantling of tools from the guides. For this reason, multi-stage manipulations with tools and their movement along complex paths are necessary, which complicates and increases the cost of automation, since it requires appropriate multi-stage drive devices with grips.

Задачей изобретения является создание фурмы с упрощенными траекториями инструментов, исключение сложных манипуляций с ними и обеспечение тем самым возможности автоматизации управления фурмой. The objective of the invention is to create a lance with simplified toolpaths, the exclusion of complex manipulations with them and thereby providing the possibility of automation of the lance control.

Поставленная задача решается тем, что в фурме, содержащей корпус с отверстием для подачи газа и неподвижной направляющей, набор из n сменных инструментов, где n= 2, 3,..., каждый из которых имеет головку с торцевой рабочей поверхностью, при этом головка одного из сменных инструментов имеет форму, обеспечивающую перекрытие отверстия для подачи газа, в отличие от известной фурмы корпус содержит дополнительно (n-1) неподвижных направляющих, расположенных расходящимися от отверстия для подачи газа, во всех неподвижных направляющих одновременно установлены в каждой по одному сменному инструменту с возможностью перемещения между выдвинутыми в отверстие для подачи газа и втянутыми внутрь корпуса фурмы положениями их головок и введены устройства ограничения хода инструментов на втягивание. The problem is solved in that in the lance containing a housing with a gas supply hole and a fixed guide, a set of n interchangeable tools, where n = 2, 3, ..., each of which has a head with an end working surface, while the head one of the interchangeable tools has a shape that provides overlapping of the gas supply hole, in contrast to the known tuyere, the housing additionally contains (n-1) fixed guides located diverging from the gas supply hole in all fixed guides at the same time Each of them has been replaced with one interchangeable tool with the ability to move between the positions of their heads extended into the gas supply hole and pulled into the tuyere body, and devices for restricting the retraction of the tools have been introduced.

Предлагается направляющие выполнять прямолинейными и расположить по образующим конической поверхности с вершиной в отверстии для подачи газа, причем сменный инструмент, обеспечивающий перекрытие отверстия для подачи газа, установить в направляющей, расположенной по оси отверстия для подачи газа, угол между направляющей любого сменного инструмента и сменного инструмента, обеспечивающего перекрытие отверстия для подачи газа, выполнять не превышающим значения φ_max, определяемого из выражения

где D - диаметр отверстия для подачи газа,
d - диаметр головки инструмента,
L - длина отверстия для подачи газа,
а угол между направляющими двух любых инструментов выполнять не меньшим значения φ_min, определяемого при h₁≤h₂ из выражения

а при h₁>h₂ -

соответственно,
где d₁ и d₂ - диаметры головок соответственно первого и второго инструментов,
h₁ и h₂ - расстояния между вершиной конусной поверхности и сечениями максимального диаметра торцевых рабочих поверхностей соответственно первого и второго инструментов при втянутых их положениях.It is proposed that the guides be straight and arranged along the generatrices of the conical surface with the apex in the gas supply opening, and the interchangeable tool providing the gas supply opening is blocked, set the angle between the guide of any interchangeable tool and interchangeable tool in the guide located along the axis of the gas supply opening ensuring the overlapping of the gas supply opening, to perform not exceeding the value of φ _max determined from the expression

where D is the diameter of the gas inlet,
d is the diameter of the tool head,
L is the length of the gas inlet,
and the angle between the guides of any two tools should be no less than the value of φ _min , determined for h ₁ ≤h ₂ from the expression

and for h ₁ > h ₂ -

respectively,
where d ₁ and d ₂ are the diameters of the heads, respectively, of the first and second tools,
h ₁ and h ₂ are the distances between the apex of the conical surface and the sections of the maximum diameter of the end working surfaces, respectively, of the first and second tools when their positions are retracted.

Введение дополнительных (n-1) направляющих и одновременная установка в каждой из них по одному инструменту исключает необходимость сложных манипуляций с инструментами. Установка направляющих в корпусе жестко, неподвижно упрощает траектории инструментов, исключая избыточные степени свободы и необходимость в приводах и механизмах для перемещения самих направляющих. Возможность выдвижения головок инструментов по направляющим в отверстие для подачи газа обеспечивает их функционирование, а возможность втягивания головок внутрь корпуса по направляющим с расходящимися от ОПГ траекториями обеспечивает освобождение пространства в зоне ОПГ для выдвижения и функционирования любого инструмента. Ограничение хода инструментов на втягивание с оставлением головок внутри корпуса обеспечивает функционирование каждого из них без полного извлечения из корпуса и, следовательно, без необходимости манипуляций по укладке, последующему поиску, повторному захвату и установке в направляющую. The introduction of additional (n-1) guides and the simultaneous installation of one tool in each of them eliminates the need for complex manipulations with tools. The installation of guides in the housing rigidly, motionlessly simplifies toolpaths, eliminating excessive degrees of freedom and the need for drives and mechanisms to move the guides themselves. The ability to extend the tool heads along the guides into the gas supply hole ensures their functioning, and the ability to retract the heads into the housing along the guides with paths diverging from the OCG ensures the release of space in the OPG zone for the extension and operation of any tool. Restricting the movement of the tools for retraction with the heads remaining inside the housing ensures the functioning of each of them without full removal from the housing and, therefore, without the need for manipulations on laying, subsequent search, re-grabbing and installation in the guide.

Выполнение направляющих в виде направляющих прямолинейного движения и расположение их по образующим конической поверхности с вершиной в отверстии для подачи газа характеризует простейший для автоматизации и наиболее технологичный вариант выполнения конструкции. При этом соблюдение верхнего предела φ_max углов между траекториями инструментов является необходимым для исключения столкновения головок инструментов со стенкой ОПГ, а нижнего предела φ_min - для исключения столкновения инструментов между собой. Установка одного из сменных инструментов в направляющей, расположенной по оси отверстия для подачи газа, обеспечивает беззазорное сопряжение конусной торцевой поверхности притычки с кромкой цилиндрического ОПГ и, следовательно, наилучшее уплотнение.The execution of the guides in the form of guides of rectilinear motion and their location along the generatrices of the conical surface with the apex in the gas supply opening characterizes the simplest for automation and the most technologically advanced embodiment of the design. In this case, the observance of the upper limit φ _{max of} angles between the toolpaths is necessary to eliminate the collision of the tool heads with the OPG wall, and the lower limit φ _min to avoid collision of the tools with each other. The installation of one of the interchangeable tools in the guide, located along the axis of the gas supply hole, provides clearance-free coupling of the tapered end surface of the abutment with the edge of the cylindrical OPG and, therefore, the best seal.

Суть изобретения поясняется фигурами, на которых изображены:
Фиг.1. Фурма. Сложный ломаный разрез по осям направляющих.The essence of the invention is illustrated by figures, which depict:
Figure 1. Lance. A complex broken section along the axes of the guides.

Фиг.2. Фурма с выдвинутой фурмовкой. Аксонометрическая проекция. Figure 2. Lance with extended lance. Axonometric projection.

Фиг.3. Расположение фурмовки в отверстии для подачи газа при максимально допустимом угле наклона между ними. Figure 3. The location of the lance in the gas supply hole at the maximum allowable angle of inclination between them.

Фиг. 4. Взаиморасположение притычки и фурмовки при минимально допустимом угле наклона между ними. FIG. 4. The relative position of the abutment and the lining with the minimum allowable angle of inclination between them.

Фиг.5. Фурма с непрямолинейной направляющей притычки. Figure 5. A tuyere with a non-linear guiding abutment.

Фурма содержит корпус 1 с отверстием для подачи газа (ОПГ) 2, набор инструментов, включающий фурмовку 3, притычку 4 и газовую горелку 5. Каждый инструмент имеет головку. Для фурмовки - это пробойник 6 из высоко- и жаропрочного сплава; для притычки - цилиндроконическая пробка 7, в выдвинутом положении входящая в ОПГ 2 и контактирующая с его кромкой 8; для газовой горелки - трубка 9. Газовая горелка снабжена штуцером 10 для подвода природного горючего газа через гибкий трубопровод. Инструменты установлены с возможностью перемещения в направляющих 11, 12 и 13 между выдвинутыми в ОПГ 2 и втянутыми внутрь корпуса 1 положениями их головок и являются по отношению к направляющим ползунами. Боковые цилиндрические поверхности 14, 15 и 16 инструментов являются поверхностями для контакта с направляющими. В соответствии с предлагаемым изобретением общее количество направляющих вместе с направляющей притычки доведено до числа инструментов. Направляющие расположены в корпусе 1 таким образом, чтобы траектории 17, 18 и 19 точек осей инструментов были расходящимися от ОПГ 2. Все инструменты располагаются в фурме одновременно, каждый в своей направляющей, что в совокупности с наличием ограничителей хода на втягивание 20, 21 и 22 исключает сложные пространственные траектории и манипуляции по извлечению инструмента из направляющей, укладке, например, в кассету, поиску следующего инструмента, его захвату, извлечению из кассеты и совмещению с направляющей. Притычка 4 установлена в неподвижно соединенной с корпусом направляющей 12, выполненной в корпусе 1 в виде отверстия, соосного ОПГ 2. Фурмовка 4 установлена в выполненной в виде отверстия в корпусе направляющей 11, наклоненной к направляющей 12 на угол φ. Газовая горелка 5 установлена в направляющей 13, выполненной наклонно к направляющим 11 и 12 в виде отверстия в корпусе 1. В набор инструментов могут входить также другие инструменты, например сверло для сверления толстого слоя затвердевшей настыли, возникающего после вынужденных длительных остановок, или датчик, контролирующий процесс плавки. Все направляющие выполнены неподвижными по отношению к корпусу 1, чтобы положение инструмента в пространстве определялось одной координатой - расстоянием вдоль направляющей от исходного положения, но не зависело от поворота либо смещения самой направляющей. The lance contains a housing 1 with a gas supply opening (OPG) 2, a tool kit including a lance 3, an abutment 4 and a gas burner 5. Each tool has a head. For tuyeres - this is punch 6 made of high- and heat-resistant alloy; for the abutment - a cylinder-conical plug 7, in the extended position, included in the OPG 2 and in contact with its edge 8; for a gas burner - tube 9. The gas burner is equipped with a fitting 10 for supplying natural combustible gas through a flexible pipe. The tools are installed with the possibility of movement in the guides 11, 12 and 13 between the positions of their heads extended in the OPG 2 and drawn into the body 1 and are relative to the guiding sliders. The lateral cylindrical surfaces 14, 15 and 16 of the tools are surfaces for contact with the guides. In accordance with the invention, the total number of guides along with the guide abutment is brought to the number of tools. The guides are located in the housing 1 so that the paths 17, 18 and 19 of the points of the tool axes are diverging from the OPG 2. All tools are located in the lance simultaneously, each in its own guide, which, together with the presence of travel stops for retraction 20, 21 and 22 eliminates complex spatial trajectories and manipulations of removing the tool from the guide, laying, for example, in a cassette, finding the next tool, grabbing it, removing it from the cassette and aligning it with the guide. The groove 4 is installed in a guide 12 fixedly connected to the housing, made in the housing 1 in the form of an opening coaxial with the OPG 2. The lance 4 is installed in the guide 11 made in the form of an opening in the housing, inclined to the guide 12 by an angle φ. The gas burner 5 is installed in the guide 13, made obliquely to the guides 11 and 12 in the form of an opening in the housing 1. Other tools can also be included in the tool kit, for example, a drill for drilling a thick layer of hardened nastily arising after forced long stops, or a sensor monitoring melting process. All guides are made fixed with respect to the housing 1, so that the position of the tool in space is determined by one coordinate - the distance along the guide from the initial position, but does not depend on the rotation or displacement of the guide itself.

Простейшими средствами задача автоматизации решается при выполнении направляющих в виде направляющих прямолинейного движения и расположении их по образующим 23, 24, 25 конической поверхности, расходящихся из вершины 26, расположенной в ОПГ 2, причем конус не обязательно должен быть круговым. Даже образующие, расположенные плоским веером, могут считаться расположенными на плоской грани пирамиды, являющейся, по определению, частным случаем конуса. Поэтому фиг.1 может рассматриваться как в качестве сложного ломаного разреза по осям направляющих, не лежащих в одной плоскости, так и в качестве простого разреза варианта фурмы с расположением всех направляющих веером в одной плоскости. Если направляющие выполнены в виде цилиндрических направляющих прямолинейного движения, соосных головкам инструментов (фиг.1), то их оси должны совпадать с образующими 23, 24, 25 конической поверхности, вершина 26 которой лежит в ОПГ. Если направляющие выполнены в виде призматических направляющих прямолинейного движения, то их поверхности соприкосновения с движущимся звеном должны быть параллельны образующим конической поверхности, центр которой лежит в ОПГ. By the simplest means, the automation problem is solved when guides are made in the form of guides of rectilinear motion and they are arranged along generatrices 23, 24, 25 of a conical surface diverging from a vertex 26 located in the OPG 2, and the cone does not have to be circular. Even generators located with a flat fan can be considered located on the flat face of the pyramid, which, by definition, is a special case of a cone. Therefore, FIG. 1 can be considered both as a complex broken section along the axes of the guides that do not lie in the same plane, and as a simple section of the lance variant with all the guides being arranged in a fan in one plane. If the guides are made in the form of cylindrical guides of rectilinear motion, coaxial to the heads of the tools (Fig. 1), then their axes must coincide with the generators 23, 24, 25 of the conical surface, the vertex 26 of which lies in the OPG. If the guides are made in the form of prismatic guides of rectilinear motion, then their contact surfaces with the moving link should be parallel to the generatrix of the conical surface, the center of which lies in the OPG.

К корпусу фурмы подведен трубопровод 27 кислородо-воздушной смеси (КВС). A piping 27 of an oxygen-air mixture (FAC) is connected to the tuyere body.

Инструменты снабжены хвостовиками 28, 29, 30 или другими элементами для восприятия перемещений от приводов. The tools are equipped with shanks 28, 29, 30 or other elements for perceiving movements from the drives.

Головка каждого из инструментов имеет торцевую рабочую поверхность. Для пробойника 6 фурмовки 3 - это специально оформленная, например в виде тупого конуса или пирамиды, поверхность 31; для головки 7 притычки 4 - коническая или иная поверхность вращения 32, входящая в выдвинутом положении сужающимся концом в ОПГ 2; для трубки 9 газовой горелки 5 - плоский торец 33. Торцевые рабочие поверхности каждого из инструментов имеют в сечениях 33, 34 и 35 наибольший поперечный оси инструмента размер, определяющий возможность прохождения инструмента (кроме притычки) сквозь ОПГ 2 без упора в стенку. Чем больше этот размер, тем меньшими должны быть углы между осью ОПГ 2 и траекториями 17, 19 инструментов. Притычка расположена в направляющей по оси ОПГ 2 для обеспечения беззазорного сопряжения с кромкой 8 ОПГ. При этом расположении поперечное сечение торцевой рабочей поверхности 32 выдвинутой притычки плоскостью, проходящей через окружность кромки 8 ОПГ, является также окружностью, совпадающей с кромкой 8 ОПГ без зазора. The head of each of the tools has an end working surface. For the punch 6, the lance 3 is a surface 31, specially designed, for example in the form of a blunt cone or a pyramid,; for the head 7 of the abutment 4 - a conical or other surface of rotation 32, which is included in the extended position by the tapering end in the OPG 2; for the tube 9 of the gas burner 5, a flat end 33. The end working surfaces of each of the tools in sections 33, 34 and 35 have the largest dimension transverse to the axis of the tool, determining the possibility of the tool passing (except for the abutment) through the OPG 2 without abutting against the wall. The larger this size, the smaller the angles between the axis of the OPG 2 and the tool paths 17, 19 should be. The abutment is located in the guide along the axis of the OPG 2 to provide a clearance-free interface with the edge 8 of the OPG. With this arrangement, the cross-section of the end working surface 32 of the extended abutment plane, the plane passing through the circumference of the edge 8 of the OPG, is also a circle coinciding with the edge 8 of the OPG without a gap.

Остальные, кроме притычки, инструменты должны в выдвинутом положении проходить сквозь или размещаться в ОПГ 2, что возможно, если диаметр головки 6 или 9 инструмента меньше диаметра ОПГ 2, а угол φ между осями инструмента и ОПГ 2 не превышает некоторого предела φ_max.The rest, except for the abutment, the tools must in the extended position pass through or be placed in the OPG 2, which is possible if the diameter of the head 6 or 9 of the tool is less than the diameter of the OPG 2, and the angle φ between the axes of the tool and the OPG 2 does not exceed a certain limit φ _max .

Вывод математического выражения для определения максимально допустимого угла φ_max между направляющей 12 притычки, соосной ОПГ 2, и направляющей любого другого инструмента поясняется фиг.3, из которой следует, что угол
φ_max = β-α. (1)
Из треугольника АЕС
e²=L²+D²;

Из треугольника АВС
α=arcsin(d/e). (3)
Подставляя (2) в (3), получаем

Из треугольника АЕС
β=arctg(D/L). (5)
Подставляя (4) и (5) в (1), получаем

где
D - диаметр отверстия для подачи газа,
d - диаметр головки инструмента,
L - длина отверстия для подачи газа.The derivation of the mathematical expression for determining the maximum allowable angle φ _max between the stitch guide 12, the coaxial OPG 2, and the guide of any other tool is illustrated in FIG. 3, from which it follows that the angle
φ _max = β-α. (1)
From AEC Triangle
e ² = L ² + D ² ;

From triangle ABC
α = arcsin (d / e). (3)
Substituting (2) in (3), we obtain

From AEC Triangle
β = arctan (D / L). (5)
Substituting (4) and (5) in (1), we obtain

Where
D is the diameter of the gas inlet,
d is the diameter of the tool head,
L is the length of the gas inlet.

На практике удобнее пользоваться приближенным
φ_max = (D-d)/L,
при этом следует учитывать погрешности изготовления, люфты и деформации при эксплуатации, соответственно уменьшая числитель (D-d).In practice, it’s more convenient to use an approximate
φ _max = (Dd) / L,
this should take into account manufacturing errors, backlash and deformation during operation, respectively, reducing the numerator (Dd).

Находясь на ограничителях хода в крайне втянутых положениях головки инструментов не должны мешать любому инструменту перемещаться в направлении ОПГ. Для выполнения этого условия головки должны быть втянуты, а траектории должны быть разведены настолько, чтобы наружные контуры инструментов не пересекались во втянутых положениях. Для простейшего варианта - расположения направляющих по образующим конуса - математические выражения для определения минимального угла между траекториями двух любых инструментов (а также и между их направляющими) в зависимости от допустимого расстояния отвода инструмента от ОПГ выводятся из фиг.4. На фиг.4 головки обоих инструментов (для примера - головка 6 фурмовки и головка 7 притычки) находятся во втянутом (отведенном от ОПГ 2) положении, причем расстояние h₁ от расположенной в ОПГ 2 вершины 26 конусной поверхности, из которой расходятся оси направляющих 23, 24 и 25, до сечения максимального диаметра 34 торцевой рабочей поверхности фурмовки меньше аналогичного расстояния h₂ до сечения максимального диаметра 35 торцевой рабочей поверхности притычки. Из фиг.4 видно, что угол φ_min является минимальным углом, при котором траектория ближайшей к головке 6 фурмовки точки К головки 7 притычки не пересекает головку 6 фурмовки, но касается ее в точке G. Из рисунка также следует, что
φ_min = γ+ε. (6)
Из треугольника HOG

γ=arctg[(d₁/2)/h₁]=arctg[d₁/(2h₁)]. (8)
Из треугольника FOG
ε=arcsin[(d₂/2)/f]=arcsin[d₂/(2f)]. (9)
Подставляя (7) в (9), получаем

Подставляя (8) и (10) в (6), получаем, что при h₁≤h₂

для случая h₁>h₂ аналогично выводится выражение

где d₁ и d₂ - диаметры головок соответственно первого и второго инструментов,
h₁ и h₂ - расстояния между вершиной конусной поверхности и сечениями максимального диаметра торцевых рабочих поверхностей соответственно первого и второго инструментов при втянутых их положениях.Being on the travel stops in extremely retracted positions, the tool heads should not interfere with any tool moving in the direction of the OCG. To fulfill this condition, the heads must be retracted, and the paths must be divorced so that the outer contours of the tools do not intersect in retracted positions. For the simplest option - the location of the guides along the generatrices of the cone - mathematical expressions for determining the minimum angle between the trajectories of any two tools (as well as between their guides), depending on the allowable distance of the removal of the tool from the OCG are derived from figure 4. In Fig. 4, the heads of both tools (for example, the nozzle head 6 and the butt head 7) are in the retracted (retracted from the OPG 2) position, and the distance h ₁ from the conical surface 26 located at the OPG 2 from which the axes of the guides 23 diverge , 24 and 25, to the cross section of the maximum diameter 34 of the end working surface of the lance less than the same distance h ₂ to the cross section of the maximum diameter 35 of the end working surface of the abutment. Figure 4 shows that the angle φ _min is the minimum angle at which the trajectory of the point K of the head 7 of the abutment closest to the nozzle head 6 does not intersect the nozzle head 6, but touches it at point G. It also follows from the figure that
φ _min = γ + ε. (6)
From HOG Triangle

γ = arctan [(d _1/2 ) / h ₁ ] = arctan [d ₁ / (2h ₁ )]. (8)
From the triangle FOG
ε = arcsin [(d _2/2) / f] = arcsin [d ₂ / (2f)]. (9)
Substituting (7) into (9), we obtain

Substituting (8) and (10) into (6), we obtain that for h ₁ ≤h ₂

for the case h ₁ > h _{2, the} expression

where d ₁ and d ₂ are the diameters of the heads, respectively, of the first and second tools,
h ₁ and h ₂ are the distances between the apex of the conical surface and the sections of the maximum diameter of the end working surfaces, respectively, of the first and second tools when their positions are retracted.

Практика показывает, что углы достаточно малы (5-15^o), поэтому приближенно можно считать при h₁≤h₂
φ_min = (d₁+d₂)/(2h₁),
а при h₁>h₂

при этом следует учитывать погрешности изготовления, люфты и деформации при эксплуатации, соответственно увеличивая числитель (d₁+d₂).Practice shows that the angles are quite small (5-15 ^o ), therefore, can approximately be considered for h ₁ ≤h ₂
φ _min = (d ₁ + d ₂ ) / (2h ₁ ),
and for h ₁ > h ₂

it should take into account manufacturing errors, backlash and deformation during operation, respectively increasing the numerator (d ₁ + d ₂ ).

Расстояния h₁ и h₂ определяют длину фурмы и ход потребных для автоматизации приводов. Для уменьшения того и другого рекомендуется, учитывая обратную пропорциональность между φ_min и h₁ (или h₂), брать угол между траекториями близким к φ_max, если нет ограничений по ширине фурмы или других ограничений.The distances h ₁ and h ₂ determine the length of the lance and the stroke required for automation of the drives. To reduce both, it is recommended, taking into account the inverse proportionality between φ _min and h ₁ (or h ₂ ), to take the angle between the trajectories close to φ _max , if there are no restrictions on the width of the lance or other restrictions.

Расходящиеся траектории точек осей инструментов не обязательно должны быть прямолинейными и совпадать с образующими конической поверхности. Это могут быть любые расходящиеся линии, например дуга 36 окружности, касательной к оси ОПГ (фиг.5). При этом должны выполняться условия непересечения головок инструментов с ОПГ при выдвинутом положении и непересечения инструментов между собой при выдвижении и втягивании. Соответственно, направляющие могут быть выполнены любого подходящего типа, например, с поверхностями для контакта, образованными дугами окружностей, как направляющая 37, являющаяся разновидностью направляющей вращения (фиг.5). The diverging trajectories of the points of the tool axes do not have to be straight and coincide with the generators of the conical surface. It can be any diverging lines, for example, an arc 36 of a circle tangent to the axis of the organized criminal group (Fig. 5). In this case, the conditions of non-intersection of the tool heads with the OCG with the extended position and non-intersection of the tools with each other when extending and retracting must be met. Accordingly, the guides can be made of any suitable type, for example, with contact surfaces formed by arcs of circles, such as a guide 37, which is a kind of a rotation guide (Fig. 5).

Соосность конической головки притычки (и ее направляющей) с ОПГ обеспечивает наилучшее уплотнение, но в случае иной формы, как, например, сферическая головка 38 (фиг.5), притычку так же, как и остальные инструменты, можно наклонить к оси ОПГ. The alignment of the conical head of the abutment (and its guide) with the OPG provides the best seal, but in the case of a different shape, such as the spherical head 38 (Fig. 5), the abutment, like the rest of the tools, can be tilted to the axis of the OPG.

В качестве ограничителей на фиг.1 и 5 изображены механические упоры, но ими могут быть другие средства, например встроенные в корпус оптические датчики положения инструментов, останавливающие приводы через автоматическую систему управления фурмой. Mechanical stops are shown as limiters in FIGS. 1 and 5, but they can be other means, for example, optical instrument position sensors integrated in the housing, which stop the drives through an automatic tuyere control system.

Для втягивания и выдвижения инструментов в примерах исполнения на фиг.1 и 5 используются хвостовики, но могут использоваться любые средства передачи движения на инструмент, например зубчатые рейки. Направляющие и ограничители могут быть совмещены с пневмоцилиндрами. To retract and extend the tools in the examples of figures 1 and 5, shanks are used, but any means of transmitting movement to the tool, for example gear racks, can be used. Guides and limiters can be combined with pneumatic cylinders.

В процессе плавки торец фурмы с ОПГ 2 расположен ниже уровня расплава в печи. При остановленной фурме коническая торцевая поверхность 32 притычки находится в ОПГ 2, предохраняя внутреннюю полость фурмы от попадания расплава из печи. Перед запуском фурмы в работу в корпус через трубопровод 31 должна быть подана КВС под давлением, превышающим давление расплава на торце фурмы. Для запуска фурмы притычку 4 за хвостовик 24 втягивают поступательным приводом, например пневмоцилиндром, до ограничителя перемещения 21 и оставляют в этом положении. Так как направляющие 11, 12, 13 установлены расходящимися от ОПГ 2, то притычка 4 при втягивании удаляется от траекторий других направляющих, освобождая подход к ОПГ 2 для любого другого инструмента. После втягивания притычки 4 фурмовку 3 по направляющей выдвигают сквозь ОПГ, взламывая образовавшуюся в ОПГ 2 и на торце фурмы настыль, затем втягивают до ограничителя перемещения 20. В расплав печи сквозь образовавшееся в настыли отверстие начинает поступать КВС под воздействием избыточного давления - дутье запущено. Расколотые фурмовкой остатки настыли выдуваются из ОПГ в расплав, фурма самоочищается. В случае необходимости дополнительного разогрева печи в ОПГ по направляющей 13 выдвигается газовая горелка 5 и сквозь штуцер 10 подается горючий (природный) газ, образующий совместно с продолжающей поступать КВС факел внутри печи. После завершения разогрева газовая горелка 5 втягивается до ограничителя перемещения 22. Остановку дутья производят выдвижением притычки 4 по направляющей 12 до упора в кромку ОПГ 2. During the melting process, the end of the lance with OPG 2 is located below the level of the melt in the furnace. When the tuyere is stopped, the conical end face 32 of the abutment is located in the OPG 2, protecting the internal cavity of the tuyere from ingress of the melt from the furnace. Before the tuyeres are put into operation, the PIC must be supplied to the housing through the pipe 31 under a pressure exceeding the melt pressure at the tuyere end. To start the tuyere, the fitting 4 by the shank 24 is pulled by a translational drive, for example a pneumatic cylinder, to the travel limiter 21 and left in this position. Since the guides 11, 12, 13 are installed diverging from the OPG 2, the abutment 4 when retracting is removed from the trajectories of other guides, freeing up the approach to the OPG 2 for any other tool. After retraction of the inlet 4, the lance 3 along the guide is pushed through the OPG, breaking the nastily formed in the OPG 2 and at the end of the lance, then they are pulled to the travel stop 20. The FAC begins to flow through the opening formed in the nastel under the influence of excess pressure - the blast is started. The residues chopped up by the tuyere nastily are blown out from the OPG into the melt, the tuyere is self-cleaning. If necessary, additional heating of the furnace in the OPG along the guide 13 extends a gas burner 5 and through the nozzle 10 a combustible (natural) gas is supplied, which forms, together with the continuing picnic torch, inside the furnace. After warming up, the gas burner 5 is retracted to the displacement limiter 22. The blast is stopped by pulling the abutment 4 along the guide 12 until it stops at the edge of the OPG 2.

Аналогично функционируют инструменты в примере исполнения со сферической формой головки 38 притычки и с направляющей непрямолинейного движения 37 (фиг.5). Similarly, the tools in the embodiment function with a spherical shape of the head 38 of the abutment and with a direct motion guide 37 (Fig. 5).

Благодаря жесткой, неподвижной установке направляющих в корпусе (в отличие, например, от направляющих манипулятора, которые сами перемещаются в пространстве), перемещение любого инструмента по траектории задается одной координатой, не требует ни сложных вычислений, ни согласованного управления нескольким приводами и может быть осуществлено простейшим, дешевым и надежным двухпозиционным приводом, например пневмоцилиндром. Сами траектории движения являются упрощенными, вплоть до прямолинейных. Исключение сложных пространственных траекторий и манипуляций по извлечению инструмента из направляющей, укладке в кассету, поиску следующего инструмента, его захвату, извлечению из кассеты и совмещению с направляющей, с присущими таким траекториям и манипуляциям сложными механизмами и системами делает автоматизацию фурм плавильной печи возможной, надежной и экономически приемлемой. Причем те инструменты, которые (в отличие от фурмовки 3 и притычки 4) перемещаются относительно редко и/или с небольшим усилием, не обязательно оснащать приводами, по крайней мере, на начальной стадии автоматизации. Для них можно оставить ручное управление, сэкономив средства и сделав проект автоматизации плавильной печи еще более приемлемым. Due to the rigid, fixed installation of the guides in the case (unlike, for example, the manipulator guides, which themselves move in space), the movement of any tool along the path is specified by one coordinate, requires neither complex calculations nor coordinated control of several drives and can be carried out by the simplest , cheap and reliable on-off drive, for example a pneumatic cylinder. The trajectories themselves are simplified, right down to straight lines. The elimination of complex spatial paths and manipulations of removing the tool from the guide, laying it in the cassette, finding the next tool, grabbing it, removing it from the cassette and aligning it with the guide with complex mechanisms and systems inherent in such trajectories and manipulations makes automation of the tuyeres of the melting furnace possible, reliable and economically acceptable. Moreover, those tools that (unlike the tuyeres 3 and the abutment 4) move relatively rarely and / or with little effort, it is not necessary to equip the drives, at least at the initial stage of automation. You can leave manual control for them, saving money and making the automation project of the melting furnace even more acceptable.

Claims

1. A lance containing a housing with a gas supply hole and a fixed guide, a set of n interchangeable tools, where n = 2, 3,. . . . , each of which has a head with an end working surface, while the head of one of the interchangeable tools has a shape that overlaps the gas supply hole, characterized in that the housing further comprises (n-1) fixed guides located diverging from the gas supply hole , in all fixed guides at the same time installed in each one interchangeable tool with the ability to move between extended in the hole for gas supply and pulled into the tuyere housing positions and heads and put restrictions on the device retraction tool stroke.

2. A lance according to claim 1, characterized in that the guides are straight and arranged along the generatrices of the conical surface with the apex in the gas supply hole, and a replaceable tool providing overlapping of the gas supply hole is installed in the guide located along the axis of the gas supply hole gas, the angle between the guide of any interchangeable tool and interchangeable tool, providing overlapping holes for the gas supply, does not exceed the value determined from the expression

where D is the diameter of the gas inlet;
d is the diameter of the head of any interchangeable tool;
L is the length of the gas inlet,
and the angle between the guides of any two tools is made not less than the value of φ _min determined for h ₁ ≤ h ₂ from the expression

and for h ₁ > h ₂

respectively, where d ₁ and d ₂ are the diameters of the heads of the first and second tools, respectively;
h ₁ and h ₂ are the distances between the apex of the conical surface and the sections of the maximum diameter of the end working surfaces, respectively, of the first and second tools when their positions are retracted.