Металлургический сосуд для расплава с фурменным устройством и способ вторичной металлургической обработки расплава

006910 Настоящее изобретение относится прежде всего к металлургическому сосуду для расплава, под которым (сосудом) подразумеваются все сосуды и аппараты, в которых получают, обрабатывают и/или транспортируют расплавленный металл. Подобный сосуд для расплава может представлять собой, например, разливочный ковш, мартеновскую печь или электропечь. Изобретение относится также к способу вторичной металлургической обработки (рафинирования) расплава в содержащем его предлагаемом в изобретении сосуде. На протяжении нескольких десятков лет известны устройства для подачи или введения в расплавленный металл газов и/или твердых реагентов и добавок. Цель такой обработки расплавленного металла заключаются в изменении его физических и/или химических свойств. Для подачи в расплавленный металл и диспергирования в нем газообразных веществ применяются так называемые пористые керамические плиты или пробки с ненаправленной или направленной пористостью. В последнем случае через пористую керамическую плиту, встроенную в стенку или днище сосуда для расплава, проходят статические каналы. Наряду с этим известны также так называемые фурменные устройства. Одно из таких фурменных устройств, описанное в WO 93/09255, состоит из керамического огнеупорного кожуха, через который проходят две расположенные соосно друг другу трубы. Это фурменное устройство встраивают в стенку металлургического сосуда для расплава в строго горизонтальном положении. По внутренней трубе, соответственно по кольцевому зазору между внутренней и наружной трубой в расплавленный металл подают различные среды для его обработки. Обе металлические трубы по мере износа можно продвигать в направлении расплавленного металла. Благодаря такой возможности соответственно увеличивается срок службы фурменного устройства. Недостаток известного фурменного устройства состоит в необходимости его всегда точно горизонтального расположения, поскольку керамический кожух и трубы со стороны того конца фурменного устройства, который выступает наружу из сосуда для расплава, никак не крепятся к опорной плите, на которую они опираются. В соответствии с этим наклонное размещение фурменного устройства привело бы к неконтролируемому соскальзыванию труб в расплав. В остальном же предложенное в WO 93/09255 фурменное устройство достаточно хорошо зарекомендовало себя на практике и относится к актуальному на сегодняшний день уровню техники. Тем не менее постоянно сохраняется необходимость в оптимизации фурменных устройств указанного типа касательно срока их службы и возможностей их применения. В основе настоящего изобретения, которое направлено на решение именно этих задач, лежат следующие соображения. Перемещаемую в осевом направлении часть фурменного устройства (т.е. прежде всего кожух с расположенными в нем трубами) необходимо выполнять с возможностью ее осевого перемещения не только в направлении расплавленного металла, но и в обратном направлении. Обычно внутренний, т.е. обращенный в сторону рабочего пространства сосуда для расплава, конец фурменного устройства выступает внутрь рабочего пространства сосуда из его огнеупорной футеровки. Иными словами, фурменное устройство своим выходным концом выступает внутрь сосуда для расплава и тем самым обычно погружено в расплав. Согласно уровню техники фурменное устройство оставалось в таком же положении и в процессе выпуска расплавленного металла из содержащего его сосуда. Однако при загрузке в сосуд для расплава, например, металлического лома существует опасность отламывания выступающей внутрь сосуда для расплава "головки" фурменного устройства. Подобного отламывания головки фурменного устройства можно избежать, если перед загрузкой металлического лома в сосуд для расплава отвести из его рабочего пространства фурменное устройство в положение, в котором его головка более не выступает из внутренней стенки сосуда для расплава внутрь его рабочего пространства. Для этой цели требуется использовать соответствующую систему крепления элементов фурменного устройства и обеспечивающую их направленное перемещение направляющую, о чем более подробно сказано ниже. В предпочтительном варианте соответствующие элементы фурменного устройства можно также покрыть материалом с меньшей по сравнению с расплавленным металлом смачивающей способностью. Описанное выше фурменное устройство предназначено в первую очередь для ввода кислорода в расплавленный металл. Кислород можно подавать в расплавленный металл, например, по внутренней трубе. При этом в зоне непосредственного контакта с расплавленным металлом отчасти происходит разогрев до экстремально высоких температур, которые могут достигать 2000 С и более. Подобный разогрев до столь высоких температур может привести к быстрому износу фурменного устройства и находящегося рядом с ним огнеупорного материала. По этой причине уже в WO 93/09255 было предложено пропускать по кольцевому каналу между внутренней и наружной трубами защитный газ, создающий вокруг струи кислорода своего рода концентричную защитную газовую оболочку, в том числе и на выходе из фурменного устройства. Одновременно с этим зона реакции кислорода с компонентами расплава смещается дальше внутрь ванны жидкого металла. В качестве такого защитного газа можно использовать инертный газ, например аргон. Однако в этих же целях можно использовать и охлаждающий газ, напри-1 006910 мер СН 4 (метан). При соответствующей скорости потока вдуваемых в расплав газов зона реакции кислорода с компонентами расплава долговременно смещается от внутренней стенки сосуда для расплава вглубь него, а окружающая фурменное устройство зона охлаждается. Однако в этой зоне может образовываться так называемый "защитный грибовидный нарост". При этом речь идет о накоплении застывших стали, шлака и примесей в зоне, непосредственно окружающей фурменное устройство со стороны его выходного конца, и прежде всего в зоне его контакта с внутренней стенкой огнеупорной футеровки сосуда для расплава. Такой защитный грибовидный нарост может затруднять продвижение фурменного устройства в расплавленный металл. Помимо этого из-за прочного механического сцепления этого грибовидного нароста с фурменным устройством, с одной стороны, и с окружающим его участком огнеупорной стенки сосуда для расплава, с другой стороны, при продвижении фурменного устройства внутрь сосуда для расплава не исключена возможность отрыва части материала футеровки от остальной ее части. Все эти эффекты, как очевидно, нежелательны. В соответствии с изобретением фурменное устройство предлагается пропускать сквозь футеровку сосуда для расплава с возможностью поворота в ней вокруг своей оси. При повороте фурменного устройства вокруг своей оси в футеровке между защитным грибовидным наростом и внутренней стенкой футеровки возникают соответствующие касательные напряжения, обеспечивающие относительно легкое отделение защитного грибовидного нароста от стенки. При этом практически полностью исключается отрыв огнеупорного материала футеровки от остальной ее части. Возможность поворота фурменного устройства вокруг своей оси, прежде всего в сочетании с указанной выше возможностью его направленного перемещения в осевом направлении, обеспечивает достижение еще одного существенного преимущества. Благодаря предлагаемому в изобретении решению появляется возможность наклонного встраивания фурменного устройства в стенку печи, т.е. в первую очередь под наклоном в направлении расплавленного металла. Крепление фурменного устройства снаружи исключает его самопроизвольное соскальзывание в расплав. Однако при таком расположении фурменного устройства его обращенный внутрь сосуда для расплава конец может подвергаться неравномерному износу (в радиальном направлении). Согласно же изобретению такой неравномерный износ можно компенсировать, периодически поворачивая подвижные детали фурменного устройства вокруг своей оси на определенный угол. За счет такого поворота фурменного устройства его менее изношенные участки помещаются в положение, в котором следует ожидать более интенсивного их износа. При этом нет необходимости в это же время продвигать все фурменное устройство в осевом направлении в сторону расплавленного металла. Эту операцию можно выполнить позднее. В целом же подобная возможность поворота фурменного устройства вокруг своей оси позволяет значительно продлить срок его службы. В соответствии с этим в изобретении согласно наиболее общему варианту его осуществления предлагается металлургический сосуд для расплава с огнеупорной керамической футеровкой, сквозь которую проходит фурменное устройство, которое предназначено для ввода в расплавленный металл текучей среды и содержит трубчатый огнеупорный керамический кожух, расположенную в нем соосно ему трубу,проходящую внутри нее соосно ей внутреннюю трубу и по меньшей мере один образованный между внутренней и наружной трубами осевой канал. Помимо этого такое фурменное устройство установлено в огнеупорной керамической футеровке сосуда для расплава с возможностью осевого возвратнопоступательного перемещения в ней и с возможностью поворота в ней вокруг своей оси. Для улучшения скольжения фурменного устройства в огнеупорной керамической футеровке при его повороте вокруг своей оси или при его поступательном перемещении согласно одному из вариантов между кожухом фурменного устройства и огнеупорной футеровкой предлагается предусматривать антифрикционную прослойку из вязкого материала. Материал, образующий такую антифрикционную прослойку, должен обладать не только высокими смазывающими (антифрикционными) свойствами, но и высокой термостойкостью. В этом отношении хорошо зарекомендовали себя материалы на основе графита или на основе соединений молибдена. Наружная труба может быть установлена с возможностью ее осевого перемещения относительно кожуха фурменного устройства. При этом между ними также можно предусмотреть антифрикционную прослойку. Вместе с тем наружную трубу можно также соединить с кожухом склеиванием или иным способом. Внутреннюю и наружную трубы можно соединить между собой распорками, не препятствующими прохождению потока текучей среды в кольцевом канале между ними. Обычно выступающую наружу из огнеупорной футеровки сосуда для расплава часть фурменного устройства выполняют такой длины, которой достаточно для многократного продвижения фурменного устройства в направлении расплавленного металла. В этой выступающей наружу из огнеупорной футеровки части фурменное устройство достаточно просто можно установить на опорах, обеспечивающих возможность его направленного осевого перемещения и поворота вокруг своей оси. С этой целью фурменное устройство можно, например, установить по меньшей мере в одной соосной ему втулке с возможностью направленного перемещения вдоль нее. Такая втулка может выполнять несколько следую-2 006910 щих функций: во-первых, она служит осевой направляющей для фурменного устройства, а, во-вторых, ее достаточно просто закрепить, например, на наружной стенке сосуда для расплава с опорой на нее. Для возможности "отвода" фурменного устройства из рабочего пространства сосуда для расплава согласно одному из вариантов осуществления изобретения выступающую наружу из огнеупорной футеровки часть фурменного устройства предлагается выполнять по меньшей мере с одним радиально расширяющимся участком. Подобный расширяющийся участок образует своего рода упор при отводе фурменного устройства из рабочего пространства сосуда для расплава. Такой расширяющийся участок может представлять собой круговой фланец. Равным образом фурменное устройство можно выполнить на соответствующем его конце в форме усеченного конуса с обращенной в сторону сосуда для расплава вершиной. Закрепление и возможность направленного перемещения фурменного устройства позволяют устанавливать его наклонно, при этом его нижний конец должен быть обращен в сторону внутреннего пространства сосуда для расплава, соответственно входить внутрь него и предпочтительно должен находиться под поверхностью ванны расплава. Расположение же другого (наружного) конца фурменного устройства выше поверхности ванны расплава одновременно обеспечивает надежную защиту от выброса расплавленного металла наружу при поломке фурменного устройства. Отдельные подвижные элементы фурменного устройства можно выполнить с возможностью независимого друг от друга перемещения, о чем более подробно сказано ниже. Описанный выше сосуд для расплава позволяет подвергать находящийся в нем расплав вторичной металлургической обработке, в ходе которой выполняют, например, следующие операции:- в расплав по внутренней трубе вдувают текучую среду,- по меньшей мере по одному каналу между внутренней и наружной трубами одновременно с вдуванием кислорода подают охлаждающую текучую среду,- фурменное устройство периодически поворачивают вокруг своей оси и затем при необходимости продвигают дальше в расплавленный металл,- при необходимости фурменное устройство отводят из рабочего пространства металлургического сосуда для расплава, убирая выступающую в рабочее пространство этого металлургического сосуда часть фурменного устройства под внутреннюю поверхность стенки металлургического сосуда для расплава, и- затем по мере необходимости повторяют одну или несколько из предыдущих стадий. Другие отличительные особенности изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения, а также в последующем описании. Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления. Однако упоминаемые при этом признаки могут использоваться для реализации изобретения и в других сочетаниях с его отличительными признаками. На прилагаемом к описанию единственном чертеже в разрезе схематично показан фрагмент стенки электропечи со встроенным в стенку предлагаемым в изобретении фурменным устройством. На чертеже показана часть стенки 10 электропечи, которая (стенка) имеет внутреннюю поверхность 10i и наружную поверхность 10 а. Внутренняя поверхность 10i стенки проходит наклонно к вертикали. Наружная поверхность 10 а стенки проходит вертикально. Стенка 10 образована обычной огнеупорной футеровкой. В эту футеровку вмонтирован огнеупорный керамический кирпич 22 с отверстием, который с наружной стороны (позиция 22 а) и с внутренней стороны (позиция 22i) располагается в основном заподлицо с наружной поверхностью 10 а стенки 10,соответственно с ее внутренней поверхностью 10i. В кирпиче 22 предусмотрено наклонное отверстие 24, опускающееся в направлении от наружной поверхности 10 а стенки к ее внутренней поверхности 10i. Через это отверстие пропущен трубчатый огнеупорный керамический кожух 26. Кожух 26 имеет длину, значительно превышающую толщину стенки 10, и поэтому со стороны внутренней поверхности 10i стенки несколько выступает из нее внутрь сосуда для расплава, а со стороны наружной поверхности 10 а стенки значительно выступает из нее наружу. Между кирпичом 22 с отверстием и соответствующим участком кожуха 26 находится смазка 28. Внутри кожуха 26 расположена наружная труба 32 одинаковой с ним длины. Внутри наружной трубы 32 расположена внутренняя труба 34 такой же длины. Снаружи на трубе 34 имеются отстоящие друг от друга выступы 36. Такие выступы 36 служат для удержания внутренней трубы 34 в соосном наружной трубе 32 положении и на расстоянии от нее и одновременного для образования кольцевого зазора 38 между обеими трубами 34, 32. Находящаяся за пределами поверхности 10 а стенки часть фурменного устройства содержит установленные соосно друг другу в охватывающей их втулке 40 кожух 26, наружную трубу 32 и внутреннюю трубу 34. Втулка 40 состоит из двух половин и с силовым замыканием прилегает к кожуху 26. Втулка 40 установлена в двух отстоящих друг от друга подшипниках 42, 44, закрепленных на каркасных элементах 46, 48 на наружной поверхности 10 а стенки 10. Подшипники 42, 44 скольжения установлены на каркасных элементах 46, 48 с возможностью перемещения в осевом направлении фурменного устройства по стрелкам L1 и L2. Наружный свободный конец 20 а фурменного устройства выполнен в форме усеченного конуса, т.е. диаметр кожуха 26 увеличивается в направлении его свободного (наружного) конца, со стороны которо-3 006910 го во внутреннюю трубу 34 по гибкому трубопроводу 50 подается газообразный кислород, а в кольцевой зазор 36 по гибкому трубопроводу 52 подается газообразный метан. Фурменное устройство 20 еще при нахождении расплавленного металла в сосуде для расплава, т.е. еще до выпуска расплавленного металла из содержащего его сосуда, перемещают в направлении стрелкиL2 до тех пор, пока оно полностью не уйдет под внутреннюю поверхность 10i стенки. При последующей загрузке в сосуд для расплава, например, металлического лома фурменное устройство не выступает внутрь сосуда для расплава и поэтому не может обломиться. Сразу же по заполнении рабочего пространства печи расплавленным металлом фурменное устройство выдвигают в направлении стрелки L1 (перемещением подшипников 42, 44), например, до тех пор, пока головка фурменного устройства не окажется на расстоянии примерно 50-250 мм от внутренней поверхности 10i стенки. После этого расплав можно подвергать вторичной металлургической обработке (рафинированию). Подобная обработка аналогична известной из уровня техники и описанной, например, в WO 93/09255. На внутренней поверхности 10i стенки рядом с фурменным устройством 20 может происходить образование так называемого "защитного грибовидного нароста", обозначенного позицией 60. При образовании такого грибовидного нароста фурменное устройство 20 поворачивают вокруг своей оси в подшипниках 42, 44 на некоторый угол, равный, например, 5, 10 или 30, что сопровождается отделением или отслаиванием этого "грибовидного нароста" от внутренней поверхности 10i стенки. Поле этого все фурменное устройство 20 можно при необходимости несколько продвинуть вперед в направлении стрелкиL1. Аналогичного эффекта можно добиться, сократив расход охладителя. С течением времени головка 20s фурменного устройства изнашивается и вследствие этого меняет свой профиль, как это показано на чертеже. При определенном профиле износа головки фурменного устройства 20 его поворачивают вокруг своей оси примерно на 180 (в подшипниках 42, 44) в показанное на чертеже пунктирной линией положение. В этом положении фурменное устройство можно продолжать эксплуатировать еще на протяжении некоторого периода времени без необходимости его дополнительного продвижения вперед в направлении стрелки L1. Если конец 20 а фурменного устройства 20 находится выше уровня X (поверхности ванны) расплавленного металла S, то другой его конец 20s находится ниже поверхности ванны X расплавленного металла, т.е. погружен в него. Фурменное устройство 20 можно без каких-либо проблем погружать в расплавленный металл S на глубину 150 или даже 300 мм, поскольку при необходимости (например, при загрузке шихты в сосуд для расплава) фурменное устройство можно полностью вывести из рабочего пространства печи, отведя его назад. Как указано в начале описания, керамический кожух можно жестко соединять с наружной трубой или же выполнить подвижным относительно нее. При этом либо кожух будет перемещаться вместе с охватываемыми им трубами, либо будут перемещаться только трубы относительно неподвижного кожуха. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Металлургический сосуд для расплава с огнеупорной керамической футеровкой, сквозь которую проходит фурменное устройство (20), которое предназначено для ввода в расплавленный металл текучей среды и содержит трубчатый огнеупорный керамический кожух (26), расположенную в нем соосно ему трубу (34), проходящую внутри нее соосно ей внутреннюю трубу (38) и по меньшей мере один образованный между внутренней и наружной трубами (38, 34) осевой канал (36) и которое установлено в огнеупорной керамической футеровке с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения в ней и с возможностью поворота в ней вокруг своей оси. 2. Сосуд для расплава по п.1, у которого между кожухом (26) фурменного устройства (20) и огнеупорной футеровкой и/или между наружной трубой (34) и кожухом предусмотрена антифрикционная прослойка (30) из вязкого материала. 3. Сосуд для расплава по п.1, у которого наружная труба (34) и кожух (26) жестко соединены между собой. 4. Сосуд для расплава по п.1, у которого фурменное устройство (20) выступает наружу из огнеупорной футеровки и в этой выступающей наружу из огнеупорной футеровки части установлено на опорах с возможностью направленного осевого перемещения и поворота вокруг своей оси. 5. Сосуд для расплава по п.1, у которого выступающая наружу из огнеупорной футеровки часть фурменного устройства (20) установлена по меньшей мере в одной соосной ему втулке (40) с возможностью направленного перемещения вдоль нее. 6. Сосуд для расплава по п.1, у которого выступающая наружу из огнеупорной футеровки часть фурменного устройства (20) имеет по меньшей мере один радиально расширяющийся участок (20 а). 7. Сосуд для расплава по п.1, у которого фурменное устройство (20) установлено наклонно, при этом его нижний конец (20s) обращен в сторону внутреннего пространства сосуда для расплава.-4 006910 8. Сосуд для расплава по п.7, у которого нижний конец (20s) фурменного устройства расположен ниже поверхности (X) ванны расплавленного металла (S), а другой конец (20 а) расположен выше поверхности (X) ванны расплавленного металла. 9. Сосуд для расплава по п.1, который имеет фурменное устройство (20), кожух (26) и наружная и внутренняя трубы (34, 38) которого выполнены с возможностью независимого друг от друга перемещения. 10. Способ вторичной металлургической обработки расплава в содержащем его металлургическом сосуде по одному из пп.1-9, фурменное устройство которого выступает из его стенки над ее внутренней поверхностью и погружено в расплав, заключающийся в том, что а) в расплав по внутренней трубе вдувают текучую среду,б) по меньшей мере по одному каналу между внутренней и наружной трубами в расплав одновременно подают другую текучую среду,в) фурменное устройство периодически поворачивают вокруг своей оси,г) фурменное устройство периодически продвигают в расплав,д) при необходимости фурменное устройство отводят из рабочего пространства металлургического сосуда для расплава, убирая выступающую в рабочее пространство этого металлургического сосуда часть фурменного устройства под внутреннюю поверхность стенки металлургического сосуда для расплава, и е) повторяют одну или несколько из предыдущих стадий.