Фурменный блок для донной продувки

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для донной или комбинированной продувки металла в конвертерах или других сталеплавильных агрегатах . Целью изобретения является повышение стойкости фурменного блока для донной продувки за счет периодического формирования сверхзвуковых струй технологических газов. Конструкция фурменного блока содержит размещенные на поверхности фурменной трубы с шагом, равным 1,4-10 калибрам трубы, втулки длиной 0,4-6 калибров из экзотермического материала , что способствует формированию внутри фурменной трубы при торцовом прогреве блока и сгорания втулок профиля сопла Лаваля из материала внутреннего тугоплавкого блока и сгорании втулок профиля сопла Лаваля из материала внутреннего тугоплавкого покрытия фурменной трубы. 2 ил., 1 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 С 5/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО.ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 4639809/02 (22) 19.01.89 (46) 29.02.92. Бюл. № 8

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов и Нижнетагиль ский металлургический комбинат им.

В.И,Ленина (72) B.À.Ñàìñoíîâ, Г.И.Фугман, Н.Н.Селиванова, А.М.Сизов, С,И,Жигач, К.О.Солин,М.А.Третьяков, В.Я.Литовский, В.Г. Борисов и Ю.Д.Исупов (53) 669.184(088.8) (56) Заявка Японии

¹ 58-96810, кл. С 21 С 5/48, опублик. 1983.

Патент США ¹ 4363832, кл. С 21 С 5/48, опублик. 1982. (54) ФУРМЕННЫЙ БЛОК ДЛЯ ДОННОЙ

ПРОДУВКИ

Изобретение относится к области чер- ной металлургии, в частности к конструкци-. ям донных фурм, применяемых в конвертерах с комбинированной продувкой металла, . Целью изобретения является повышение стойкости фурменного блока для дон.ной продувки за счет периодического формирования сверхзвуковых струй техно-, логических газов.

Сущность изобретения заключается а - том, что размещенные с определенным ша-: гом на поверхности фурменной трубы втулки из экзотермического материала позволяют в процессе эксплуатации фур-., менного блока, например в днище конвер-, . тера, периодически, по мере торцового прогрева блока, сгорания ближайшей к го= рячему торцу блока втулки, локального про-. грева фурменной трубы и оплавления

„„5U„„1715862 А1 (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для донной или комбинированной продувки металла в конвертерах или других сталеплавильных агрегатах. Целью изобретения является повышение стойкости фурменного блока для донной продувки-за счет периодического формирования сверхзвуковых струй технологических газов. Конструкция фурменного блока содержит размещенные на поверхности фурменной трубы с шагом, равным 1,4-10 калибрам трубы, втулки длиной 0,4-6 калибров из экзотермического материала, что способствует формированию внутри фурменной трубы при торцовом прогреве блока и сгорания втулок профиля сопла Лаваля из .материала внутреннего а туlofl/lBBKolo блока и сгорании втулок профиля соплаЛаваля из материала внутреннеготугоплавкого покрытия фурменной трубы. 2 ил., 1 табл. внутреннего покрытия в месте расположения этой втулки формировать внутри фурменной трубы профиль сопла Лаваля.

Подаваемый по цилиндрическим трубам газ при перепаде давлений на входе и выходе

0.5-1,5 МПа имеет низкую температуру. Температура фурменной трубы с внутренним покрытием также мала, поскольку поступающего из футеровки днища конвертера тепла недостаточно для ее прогрева более

200 С, и только горячий торец фурменного блока, непосредственно контактирующий при эксплуатации конвертера с жидким металлом, прогревается до высокой температуры. При торцовом нагреве блока до

1200 С воспламеняется и сгорает ближайшая к горячему торцу блока втулка из экзотермического материала, расположенная снаружи фурменной трубы. Расположенный между первой и второй втулками огнеупор

1715862 не позволяет выделившемуся теплу достичь .и воспламенить вторую втулку, все выделившееся при экзотермической реакции сгорания первой втулки тепло расходуется на нагрев окружающего ее огнеупора и локальный нагрев участка фурменной трубы, на котором она расположена. Состав и количество экзотермического материала, из которого изготовлена втулка, подбирается таким образом, чтобы выделившегося тепла при ее сгорании хватило для нагрева участка трубы под ней до температуры, при которой происходит локальный нагрев и оплавление внутреннего покрытия фурменной трубы. Образующийся на внутренней поверхности фурменной трубы пояс из силикатного (в зависимости от химсостава внутреннего покрытия) расплава под действием движущегося по фурме газа натекает и охлаждается на более холодном участке внутреннего покрытия, Образующийся натек из расплавленного материала внутреннего покрытия фурменной трубы придает внутренней поверхности фурменной трубы в месте расположения первой (сгоревшей) втулки профиль сопла Лаваля. Это, в свою очередь, при неизменных давлениях в подводящих трубопроводах и расходе газа позволяет ускорить подаваемый газ до сверхзвуковой скорости на выходе из фурмы. Сверхзвуковая скорость газа позволяет переместить зону взаимодействия струи и металла вглубь ванны и ликвидировать вихревую турбуленцию металла на поверхности донного фурменного блока, что значительно увеличивает его стойкость.

По мере поплавочной эрозии днища конвертера вместе с фурменными блоками спрофилированное на внутренней поверхности фурмы сопло Лаваля также укорачивается, характер истечения газовой струи изменяется, скорость газа уменьшается, но по мере прогрева торца блока срабатывает следующая втулка из экзотермического материала и на внутренней поверхности фурмы вновь профилируется сопло Лаваля и т.д., вплоть до полного износа фурменного блока.

Применяемые донные фурмы снабжены трубами с наружным диаметром 8-40 мм и толщиной внутреннего износостойкого покрытия 0,5-2 мм. Параметры, характеризующие длину втулок из экзотермического материала и шаг их расположения на наружной поверхности трубы, отрабатывались экспериментально и представлены в таблице сравнительных испытаний известного и предложенного фурменных блоков. С этой целью в футеровке днища индукционной печи стационарно устанавливают от 2 до 4

55 втулки на внутренней поверхности трубы образуются чешуйчатые натеки, не воспроизводящие профиль сопла Лаваля.

Указанные значения шага, с которым размещаются на наружной поверхности фурменной трубы втулки из экзотермического материала 1,4-10,0 калибров, обеспечивают, во-первых, сохранность ниже лежащей на трубке втулки за счет размещенного между ними огнеупорного материала, из которого формуется блок, а во-вторых, максимальную кродолжител ьность сверхзвукового истечения газа по фурменной трубе со спрофилированным внутри соплом Лаваля. При шаге менее 1,4 калибра возможно воспламенение двух соседних втулок снаружи трубы; более 10 калибров — после разрушения сопла Лаваля в блоке вследствие его по плавочной эрозии увеличивается промежуток времени до сгорания следующей втулки и формирования. направляющих стальных труб и прикрепляют их к корпусу печи фланцами. На фурменных трубах различного диаметра с внутренним покрытием укрепляют втулки

5 одинаковой длины с различным шагом или изменяютдлину втулок при постоянном шаге. Первую втулку всегда укрепляют на "горячем" торце трубы. Пространство между втулками заполняют периклазовым порош10 ком на растворе сернокислого магния. В собранном виде фурменные трубы плотно устанавливают в направляющих в футеровке печи, подключают газопроводы с индивидуальным регулированием расхода, 15 включают подачу азота и заливают расплавленный во второй печи металл. Температуру металла поддерживают на уровне 15501600 С. После 10-минутной выдержки металла в печи с продувкой газом по донным

20 фурмам расплав сливают и извлекают фурменные трубы из направляющих. Наружным осмотром убеждаются в целости втулок или их сгорании, наличии прогаров на фурменных трубах. После распиловки труб по

25 образующей определяют эффек формирования внутреннего профиля Лаваля и зависимость его от шага нанесения и длины наружных, втулок.

B результате проведенных испытаний

30 установлено, что для профилирования сопел Лаваля из материала внутреннего покрытия фурменных труб целесообразно применять втулки длиной именно 0,4-6,0 калибров фурменных труб, так как при мень35 ших длинах в образующемся внутри трубы профиле сопла конфузорная часть короткая, угол раскрытия диффузора мал, а критический диаметр незначительно отличается от начального значения. При большей длине

1715862 очередного сопла и, соответственно, дозвукового истечения газа из фурменного блока, ускоряющего износа блока (относительно рал максимально быстро и развиваемая 15 температура не превышала температуру плавления материала трубки, но была достаточной для расплавления на локальном участке внутреннего покрытия на фурменной

20 трубе

На фиг.1 изображена запрессованная в огнеупорный материал 1 металлическая труба 2 с внутренним покрытием 3 и размещенными с определенным шагом втулками из

25 экзотермического материала 4; на фиг.2— этот же блок после размывания его части в процессе эксплуатации в днище конвертера. Ближайшая к горячему торцу блока втулка 5 после сгорания сформировала на

30 внутренней поверхности фурменной трубы сопло Лаваля со свойственными ему параметрами — критическим диаметром d

Пример изготовления и сравнительного

35 испытания (см. таблицу), фурменных блоков.

На внутреннюю поверхность двух труб длиной 500 мм с наружным диаметром

10,2 мм и толщиной стенки 2 мм наносят

40 эмалевое покрытие толщиной 1 мм. Состав эмали, мас.%: Si02 51; Вг03 27, СаО 4,3;

А!гОз 2,3; МпгОз 0,5; МагО 12,5, КгО 1,2; (Co+Ni)0 1,2, т.пл, 950 С, В одной половине разрезанного блока БПГК-11 сверлят цент.ральное отверстие диаметром 10,2 мм и, 45 впрессовывают в него одну трубку, в даль- нейших испытаниях этот блок имитировал блок-прототип.

/ При изготовлении предлагаемого фурменного блока втулки прессуют из алюмо- 50 термитной массы на связке .из каменноугольного пека и натриевой селит- . ры с 98% МаМОз с температурой горения

1250ОС. Длина втулки 20 мм, толщина сте-. нок 10 мм. Четыре втулки наклеивают с ша-: 55 износа при сверхзвуковом истечении).

Толщина втулок из экзотермического - 5 материала не оговаривается, поскольку она зависит от конкретных условий изготовле.- ния фурменного блока — толщин стенки металлической трубы из нержавеющей или обычной стали и внутреннего покрытия на 10 ней, состава экзотермического материала втулок, и, соответственно, количества выделяемого при их сгорании тепла. Важно лишь, чтобы экзотермический материал сгогом 50 мм на наружную поверхность второй трубы, начиная с горячего торца. Во второй половине блока БПГК-11 длиной 460 мм рассверливают центральное отверстие до диаметра 31 мм. Полученный при сверлении порошок используют, смешав с жидким стеклом, для заполнения пространства между втулками и уплотнения зазора при монтаже фурменной трубы в блок. Блокиустанавливают в днище 300 кг опытного конвертера на опытно-экспериментальном заводе УралНИИчермета, После комбинированной продувки 15 плавок с подачей по донным фурмам азота с интенсивностью

0,28 м /мин конвертер охлаждают, отсоедиз няют днище, извлекают блоки и замеряют их износ. Блок-прототип укорочен на 27 мм, второй на 9 мм, в нем сгорела одна торцовая втулка. После извлечения из блоков фурменные трубы разрезают по диаметру. Визуально установлено, что вблизи оплавленного торца труб внутреннее эмалевое покрытие сохранилось в различной степени, В первом блоке-прототипе эмалевое покрытие незначительно утончено, во второй фурменной трубе сформирован из эмалевого покрытия профиль, подобный соплу Лаваля, с критическим диаметром 2,8 мм и углом раскрытия диффузорной части 7-8 град.

Предложенная конструкция фурменного блока позволяет получать внутри фурменной трубы периодически восстанавливаемые сопла Лаваля. Струи газа из фурм с соплами имеют сверхзвуковые скорости, что обеспечивает повышение стойкости фурменных блоков для донного дутья за счет перемещения зоны взаимодействия газа с металлом в ванну расплава.

Технико-зкономические преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в повышении стойкости фурменных блоков не менее чем в 2-2,5 раза.

Формула изобретения

Фурменный блок для донной продувки . металла, включающий запрессованную в огнеупор трубу с внутренним покрытием из материала с температурой плавления мень/ шей, чем у трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости путем периодического формирования сверхзвуковых струй технологических газов, блок снабжен втулками из экзотермического материала длиной 0,4-6 калибров фурменной трубы, размещенными на ее наружной поверхности с шагом 1,4-10 калибров.

1715862

Стойкость блоков, плавок до запечаты вания м, шт

Примечание

Шаг втулок из экзотермического материала, калиб

Длина втулок из экзотермического матеиала, калиб

Конструкция блока

Подварку днища конвертера и торкретирования не применяли

Давление азота перед фурмами 0,8 МПа

Расход азота по одному блоку 2,0 м /мин при калибре 7 мм; 6,0 м /мин при калибре 11 мм

Труб с калибром более 11 мм не испытывали

Прототип

П редложенная, оптимальные параметры

172

387

362

364

321

375

3

8 (1,4 (0.

Г0,4 3,0 (6,0

0,5

2,5

5,0 (o.з

184

167

153

179

8

Г1,0 Л1,0

То же, не оптимальные парамет ы

0,9

4,0

Зиа2

Составитель В. Красина

Редактор О. Спесивых Техред М.Моргентал Корректор М. Пожо

Заказ 581 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101