Установка для моделирования продувки жидкой ванны

 

УСТАНОВКА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОДУВКИ ЖИДКОЙ ВАННЫ сталеплавильных агрегатов кислородом, содержащая прозрачную модель печи с продувочными фурмами, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности имитации потоков, имеющих место на действующих агрегатах, модель снабжена чашеобразными отражателями, имитирующими реакционные зоны, смонтированны -1и ниже уровня поверхности жидкой ванны под головками вертикально установленных продувочных фурм, а поверхность лзадтсой ванйы выполнена в виде горизонтальной (Л форированной перегородки d удельной площадью отверстий перфораций в зоне действия продувочных фурм 3 Ч-7 большей удельной площад 1 отверстий перфорации остальной части. , . 4 СП о 00 СД

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 4(SD С 21 С 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3653846/22-02 (22) 11. 10. 83 (46) f 5.-03. 85. Бюл. Ф 10 (72} Н.А. Кудрявая, Э.В. Ильина, С.И. Архиреева и В.П. Сафарова (71} Череповецкий ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени., металлургический комбинат им. 50-ле-.. тия СССР (53) 669.183.218(088.8) (56) 1. Гречко A.Â, Нестеренко Г..Д., Кудинов Ю;А. Практика физического моделирования на металлургическом заводе. M., "Металлургия", f976.

2 ; Рехшман А.Я., Марков Б.Л., Кривандин В.А; Заводская лаборато- рия гидравлического моделирования металлургических печей. М., Метал-. лургиздат, 1956. (54) (57) УСТАНОВКА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОДУВКИ ЖИДКОЙ ВАННЫ сталеппавильных агрегатов кислородом, содержащая прозрачную модель печи : с продувочными фурмами, о т л ичающая с я тем, что, с целью повышения достоверности имитации потоков, имеющих место на действующих агрегатах, модель снабжена чашеобразными отражателями, имитирующими реакционные зоны, смонтированными ниже уровня поверхности жидкой ванны под головками вертикально установленных продувочных фурм, а поверхность жидкой ванйы выполнена в виде горизонтальной пер"

19 форированной перегородки с удельной площадью отверстий перфорации в зоне действия продувочных фурм з 4-7 раз большей удельной площа-. д-1 отверстий перфорации остальной части.

035

1 1145

Изобретение относится к металлургии, а именно к моделированию металлургических процессов, происходящих при цродувке жидкой ванны сталеплавильных агрегатов кислородом.

Известна установка для моделирования металлургических процессов, содержащая прозрачный корпус и устройства для создания потоков. Установка изготовлена из оргстекла для 1О удобства наблюдения за потоками.

Отдельные элементы установки изготовлены из пластилина, парафина, воска, плавленого гипосульфита (1) .

Наиболее близкой по технической 15 сущности к предлагаемой является установка для моделирования металлургических процессов, происходящих в сталеплавильном агрегате, содержащая модель ванны и устройства для 20 создания потоков; дно модели на уровне зеркала жидкой ванны выполнено плоским f2) .

При продувке. жидкой ванны кисло."

25 родом резко изменяется ее гидродинамическая обстановка, и аэродинамическая обстановка над ванной сталеплавильного агрегата определяется взаимодействием нескольких потоков — . иэ готовки печи и из ванны. При вы.полнении дна модели плоским невозможно исследовать влияние потоков, выделяющихся из ванны, на аэродинамику рабочего пространства печи, :так как аэродинамика струи, разби- З5 вающейся о плоскую поверхность, икая, чем та, которая наблюдается при выделении потоков из продуваемой ванны. Она имеет некоторые концентрические относительно места 40 соударения струи с имитируемым плоским зеркалом ванны, зоны растекания и отражения струи, искаженные-по сравнению с действительной картиной, .так как даже при поверхностной продувке имеет место некоторое эаглубление струи. При этом соотношение между воронкой в жидкой ванне и зоной. интенсивного выделения восходящих. as ванны. потоков на натуре 50 отличается от соотношения эон растекания и отражения струи на модели. Поэтому и аэродинамическая обстановка над продуваемой ванной в модели .искажается по сравнению 55 с образцом. Размеры реакционной зоны, где -происходит наиболее интенсивное выделение.СО, зависят от интенсивности продувки и величины заглубления фурм. За пределами реакционной зоны выделение СО предполагается равномерным по ванне, причем характер выделения. потоков иэ ванны сложен и неравномерен по поверхности жидкой ванны. Известные установки для моделирования этого не учитывают.

Целью изобретения является повьг шение достоверности имитации потоков, имеющих место на действующих агрегатах, Поставленная цель достигается тем, что в установке для моделирования продувки жидкой ванны, содержащей прозрачную модель печи с продувочными фурмами, модель снабжена чашеобразнымн отражателями, имитирующими реакционные зоны, смонтированные ниже уровня поверхности жидкой ванны под головками вертикально установленных. продувочных фурм, а поверхность жидкой ванны выполнена в виде горизонтальной перфорированной перегородки с удельной площадью отверстий перфорации в зоне действия продувочных фурм в 4-7 раз большей удельной площади отверстий перфорации остальной части.

На фиг, 1 изображена схема пред" ложенной установки, на фиг. 2 — схема движения потока газов, на фиг. 3 — энюры определения характеристик потока.

Установка для моделирования продувки жидкой ванны сталеплавильного агрегата кислородом включает прозрачную модель 1 двухванной печи и устройства для создания пото- ков. Прозрачная модель 1 выполнена из оргстекла. Устройства для создания потоков в модели содержат пережимную горелку 2, торцовую горелку 3 и продувочные фурмы 4, головки которых размещены ниже зеркала жидкой ванны. Для замера расходов установлены ротаметры 5, например, марки РС-7 и диафрагмы

6 в комплекте с U-образными манометрами. Для имитации выделения газов из.жидкой ванны 7 на разделе жидкой и газовой фаз установлена перфорированная перегородка 8, на которой s зоне действия продувочных фурм 4 удельная площадь отверстий перфорации больше удель35 4

Шихта 10 в камере прогрева 11 имитируется кусками оргстекла различных размеров и формы, приклеенными к листу 12.

Пример . Модель 1 изготовлена из оргстекла в масштабе 1:25 к размерам действующего агрегата, на ней кроме пережимной 2 и торцовой 3 горелок установлены три продувочные фурмы 4 с интенсивностью продувки 64,4 м /ч (в пересчете на действующий агрегат 7500 м /ч).

В качестве моделирующей среды использовался сжатый воздух давлением 0,6 ИПа. Для имитации выделения газов иэ жидкой ванны 7 на разделе жидкой и газовой фаз установлена перегородка 8, в которой выполнено 3020 отверстий. Причем в районах трех реакционных зон выполнено

764 отверстия диаметрами 4, 3 и

2 мм. На остальных участках поверх" ности отверстия выполнены диамет-. ром 2 мм. Суммарная ппощадь всех отверстий равнялась 12880 мм . В пересчете на действующий агрегат это составляло 8 м, т.е. проходное сечение для потоков CO составляло 8 м .

Суммарная площадь отверстий трех реакционных зон равнялась

5799,58 мм . В пересчете на действующий агрегат это составляло

3,6 м .

В зоне действия продувочных фурм удельная площадь отверстий перфорации составила 0,503 удельная площадь отверстий перфорации ос-, тальных участков кэверхности жидкой ванны — 0,089.

Отношение удельной площади отверстий перфорации реакционных эон к удельной площади отверстий перфорации остальных участков поверх/ ности жидкой ванны равно 5,6.

Для снятия качественныс картин движения потоков использовались. зонды, изготовленные.из шелковых нитей, прикрепленных на концах тонких металлических стержней. Дця замера количественных характеристик (динамического и статического давлений) использовалась пневмометрическая трубка.

3 11450 ной площади отверстий перфорации остальных участков поверхности жидкой ванны в 4-7 раз.

При соотношении удельной площади отверстий перфорации реакционной зоны к удельной площади отверстий перфорации остальных участков поверхности жидкой ванны 7 менее четырех картина восходящих потоков в реакционной зоне получается близ- 10 кой к картине потоков в остальной части рабочего пространства камеры продувки и не отражает реальную картину движения газов в печи.

При,соотношении удельной площади отверстий перфорации реакционной зоны к удельной площади отверстий перфораций остальных участков поверхности жидкой ванны 7 бо лее семи режимы продувки выходят за пределы, применяемые в сталеплавильных печах.

Для организации восходящих из ванны 7 потоков. СО под фурмами 4 модели i установлены чашеобразные отражатели 9, диаметры которых равны диаметрам реакционных эон.

Размер реакционной зоны (зоны действия продувочной фурмы) определяют по формуле

Js где д — диаметр кратера (диаметр реакционной эоны), м;

f — площадь основания кратера,м=

ЪЧ . ) 35

h где h — - глубина проникновения струи в жидкость, м; и- — а.,Я

Г 7

40 Уэ где fg — удельныи вес газа, кг/м — удельный вес жидкости, кг/м

w и Й вЂ” скорость, м/с,.и диаметр струи, м, Ч вЂ” объем кратера, м

3=—

$a где .Т вЂ” импульс струи, кг

З = — „+ f, (0,53 Р„- r+), =9 где ф — секундный расход газа,кг/с;

Р„ — давление газа в сопле,кгlм

Р, — давление среды, кг/м 55

f, — площадь сопла, м ;

И» — критическая скорость кисP лорода, м/с.

Установка работает следующим образом.

Через ротаметры 5 на пережимную

2 и торцовую 3 горелки подают возПрименение установки для моделированйя тродувки жидкой ванны кис лородом позволяет избежать боль40 ших затрат, связанньп с проведением исследований в натурйых условиях, и гарантирует йовышение точнос- ти резулв>т атов .

1145 дух, имитирующий тойливо и окислитель.

Через измерительные диафрагмы

6 воздух подают на продувочные фурмы 4, по которым, имитируя кислород, он.поступает под перфорированную перегородку 8, ударяется об отражателу...9,и устремляется обратно

t" в рабочее...пространство жидкой ванны

7 через отверстия перфорации:, ими- ip тируя вьдвле>ние- СО из ванны при продувке.иетадла кислородом, увлекая эа .собой, нити .зонда, по которым снимаются качественные картины движения .потоков газа 13 (фиг. 2).

Фиксация „картин, движения производит - ся>штрйховыми> зарисовками.

Замеряя динамический> на>пор: пнев мометрической трубка>й в определенных точках рабочего пространства модели i рассчитывают горизонтал>ь- ные и вертикальные составляю1цие скоростей движения йотоко> в и "строят эгндры.(фиг,...3),, которые позволяют определить качественные и ко- личественные характе>ркстики движения потоков и их влияние на переда7 ° " чу тепла зеркалу металла и на стойкость футеровки свода и стен.

;:>!

Напрймер, на фиг . 2 пойазана> +кар- .3р тина двйже> ния газов, а " на фиг . 3

> даны эпюры вертикальных"составляю 1 щих 14 скоростей двйженйя потоков в одном и том же поперечном сечении. По ним,видно, чт> о на характер з.,",>г»: . :;,;;- -.-; >; >,-:; ";: .,35 движения газов в камере продувки оказыва>вт>" во>здействие восходящие -" потоки г>аз о> в", "зыделяющиеся> из ванны в реакциойййх зонах. В средней части камеры поток газов из реакционньй зоя" па>днййае>тс>я к своду И ра>ЗДЕЛЯ>ЕТСя "йа . ДВЕч "Чаатй:. ."БОЛЬ шая чаСть .г>аздв >идет -йо нйправ>ле- ()3 6 нию к задней стенке с "отклонением:: в сторону тупиковой головки в -npu>ìûêàþùåé к ней половийе камеры ис отклонением к пережиму в:полови-: не камеры, к нему прййегающей. По задней стенке газы ой скаются вниз и подтягиваются к реакционным зо= нам. В задней..половине камеры образуется циркуляцйонйый кбнТур с горизонтальйой оСью вращения. Иеньшая часть-газов::по своду направляется к передней стенке"и пережиму..

Картины двйженйя газов хорошо сог-.. ласуются с эпюрами верТикальных составляющих скоростей, cHKTbIx в тех же сечениях .

Полученйые- данные дают ясное: представленйе о том, что.патоки го- .рячих газов оказывают большое влия-:-: ние на- темперагурйые режимы свода и на стойкость его футеровки.

Данная установка:по-сравнению с известной позволяет:получить 60лее точную картину при:июсл>едовании аэродинамики рабочего простран-. ства печи, которая.-позволяет опре-. делить оптимальную схему:.отопления действующего: агрегата,. к>ак;с точки. зрения нагрева ванны (металла), так и стойкости футеровки рабочего пространства, а также параметры установки горелок.:на.действующем агрегате,:.а тем самым -сократить расход топлива.. Я

Составитель И. Олесеюк

Редактор Н. Швыдкая Техред А.Бабинец Корректор И. Эрдейи

Заказ 1121/21 Тираж 553 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.,ужгород; ул. Проектная, 4