Фурма для продувки металла

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к фурмам для продувки расплава в конвертере при выплавке стали. Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении стойкости фурмы, а также в повышении выхода стали из конвертера за счет уменьшения выбросов металла из него. Фурма для продувки металла содержит концентрично расположенные трубы для подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцевую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля и осевым патрубком с цилиндрическим каналом. Канал выполнен из двух последовательно расположенных цилиндрических отверстий с различными диаметрами, соединенных между собой конусным отверстием. Диаметр выходного цилиндрического отверстия составляет 0,2 - 0,5 D_кр, его длина - 0,2 - 2,0 D_кр, угол наклона поверхности конусного участка поверхности к его продольной оси составляет 10 - 30^o, а длина конусного участка - 0,2 - 0,8 D_кр, где D_кр - критический диаметр сопла Лаваля. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к фурмам для продувки расплава в конвертере при выплавке стали.

Наиболее близкой по технической сущности является фурма для продувки металла, включающая концентрично расположенные трубы для подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцевую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля. При этом по оси наружной и внутренней тарелок установлен патрубок с цилиндрическим отверстием, через канал которого проходит насадок трубы, по которому подается порошкообразный уголь в струе азота или только природный газ.

Недостатком известной фурмы является ее неудовлетворительная стойкость, а также недостаточная эффективность продувки стали в процессе выплавки в конвертере. Это объясняется тем, что в осевой части рабочей полости конвертера под фурмой образуется зона повышенной температуры в результате сгорания порошкообразного угля, подаваемого в цилиндрическое отверстие. В результате происходит перегрев внешней тарелки и как следствие выход фурмы из строя.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении стойкости фурмы, а также в повышении выхода стали из конвертера за счет уменьшения выбросов металла из него.

Указанный технический эффект достигается тем, что фурма для продувки металла содержит концентрично расположенные трубы для подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцевую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля и осевым патрубком с цилиндрическим каналом.

Канал выполнен из двух последовательно расположенных цилиндрических отверстий с различными диаметрами, соединенных между собой конусным отверстием. Диаметр выходного цилиндрического отверстия составляет 0,2-0,5D_кр, его длина - 0,2-2,0D_кр, угол наклона поверхности конусного участка поверхности к его продольной оси составляет 10 - 30^o, а длина конусного участка - 0,2 - 0,8D_кр, где D_кр - критический диаметр сопла Лаваля.

Повышение стойкости фурмы будет происходить вследствие подачи через центральное отверстие в тарелках головки фурмы кислорода. При этом конструктивные параметры этого отверстия обеспечивают скорость потока струи кислорода на выходе из отверстия ниже скорости истечения из сопел Лаваля, но достаточной для удаления зоны с повышенной температурой под центральной частью фурмы. В этих условиях устраняется процесс дожигания окиси углерода непосредственно под фурмой. Сказанное приводит к устранению перегрева нижней тарелки головки фурмы. При этом давление газовой среды по центру фурмы будет выше, чем по ее краям. В этом случае зона дожигания окиси углерода перемещается вниз и удаляется от фурмы. Кроме того, подача кислорода через центральное отверстие приводит к дополнительному охлаждению корпуса фурмы. При этом происходит дополнительный подогрев ванны расплава, происходит повышение ее температуры, а также уменьшается количество выбросов металла из конвертера.

Диапазон конструктивных параметров центрального отверстия в патрубке объясняется газодинамическими закономерностями истечения кислорода из патрубка. При меньших значениях расход кислорода будет недостаточным для повышения стойкости фурмы. При больших значениях будет происходить нарушение газодинамических закономерностей потоков кислорода, истекающих из сопел Лаваля, что вызывает нарушение необходимых закономерностей продувки кислородом ванны конвертера.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от величины критического диаметра сопла Лаваля.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемой фурмы с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения, со ссылкой на чертеж, на котором показана схема фурмы для продувки металла, продольный разрез.

Фурма для продувки металла состоит из сопел Лаваля 1, наружной тарелки 2, распределителя воды 3, внутренней тарелки 4, труб 5, 6, 7, патрубка 8 с цилиндрическим участком 9 и 10 и конусного участка 11. Позицией D_кр указан критический диаметр сопла Лаваля, d - диаметр минимального отверстия в патрубке, D - диаметр максимального отверстия в патрубке, l - длина участка канала в патрубке с минимальным диаметром, L - длина конусного участка в канале патрубка, α - угол наклона поверхности конусного участка в канале патрубка.

Фурма для продувки металла работает следующим образом.

Пример. В процессе выплавки стали фурма опускается в горловину конвертера и производится продувка расплава кислородом с расходом в пределах 2,5 - 6,0 м³/т·мин. Кислород подается к головке фурмы по трубе 7. Охлаждающая вода подается по зазору между трубами 6 и 7, через распределитель воды 3 изменяет свое движение на обратное направление и по зазору между трубами 5 и 6 уходит из головки фурмы. При этом происходит охлаждение тарелок 2 и 4, а вместе с ними и корпусов сопел Лаваля 1 с критическим диаметром D_кр, установленных между тарелками 2 и 4 наклонно к продольной оси фурмы.

По оси фурмы между тарелками 2 и 4 установлен патрубок 8, сквозной канал которого выполнен из двух последовательно расположенных цилиндрических отверстий 10 и 9 с различными диаметрами соответственно D и d, соединенных между собой конусным отверстием 11 с углом наклона его поверхности к продольной оси фурмы α = 10-30^o. Диаметр d равен 0,2 - 0,5D_кр; его длина равна l равна 0,2 - 2,0D_кр; длина L конусного участка 11 равна 0,2 - 0,8D_кр.

В процессе продувки расплава часть расхода кислорода проходит через патрубок 8. По трубе 7 подается кислород под давлением 6 - 12 кг/см². При этом струя кислорода выходит из сопла Лаваля 1 со сверхзвуковой скоростью при давлении на выходе из сопла в пределах 1,0 - 1,5 кг/см². Струя кислорода выходит из цилиндрического отверстия 9 с дозвуковой скоростью при давлении на выходе из отверстия в пределах 6 - 12 кг/см², что и в трубе 7. При этом происходит охлаждение патрубка 8, а вместе с ним и внешней тарелки 2. Кроме того, вследствие повышенного давления газовой струи под фурмой зона дожигания CO до CO₂ перемещается вниз, что также устраняет перегрев фурмы. При этом вследствие дозвуковой скорости струи кислорода, истекающей из отверстия 9, происходит ее расширение, что способствует увеличению площади нижней тарелки 2, защищаемой от зоны дожигания CO до CO₂.

Вследствие перемещения зоны дожигания CO до CO₂ вниз по высоте рабочей емкости конвертера повышается температура расплава и шлака, что приводит к интенсификации процесса выплавки стали. Кроме того, вследствие повышения давления в центре рабочей полости конвертера уменьшается количество выбросов и выносов капель расплава из конвертера, что приводит к повышению выхода стали.

В таблице приведены примеры работы фурмы с различными конструктивными параметрами.

В первом примере вследствие малых значений конструктивных параметров канала в патрубке величина расхода кислорода находится ниже допустимых значений, что не обеспечивает необходимое повышение давления среды в центральной части рабочей емкости конвертера.

В пятом примере вследствие больших значений конструктивных параметров канала в патрубке происходит нарушение газодинамических закономерностей движения потоков кислорода, истекающих из сопел Лаваля, что вызывает нарушение процесса продувки ванны расплава в конвертере.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие необходимых значений конструктивных параметров канала в патрубке не происходит перегрев корпуса фурмы, увеличивается давление среды в центральной части рабочей емкости конвертера до необходимых значений, повышается температура ванны расплава, уменьшаются выбросы капель металла из конвертера.

Использование изобретения позволяет повысить стойкость фурмы на 20 - 30%, а также уменьшить количество выбросов металла из конвертера на 10 - 15%.

Формула изобретения

Фурма для продувки металла, содержащая концентричные трубы для подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцевую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля и осевым патрубком с цилиндрическим каналом, отличающаяся тем, что канал выполнен из двух последовательно расположенных цилиндрических отверстий с различными диаметрами, соединенных между собой конусным отверстием, при этом диаметр выходного цилиндрического отверстия составляет (0,2 - 0,5) D_кр, его длина - (0,2 - 2,0) D_кр, угол наклона поверхности конусного участка отверстия к его продольной оси составляет 10 - 30^o градусов, а длина конусного участка - (0,2 - 0,8) D_кр, где D_кр - критический диаметр сопла Лаваля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2