Способ пылеосаждения над зоной продувки в конвертере
Владельцы патента RU 2369641:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов"(технологический университет) (RU)
Изобретение относится к металлургии, а именно к способу пылеосаждения над зоной продувки металла в полости конвертера. Способ включает продувку металла струями кислородного дутья. Над системой кислородного дутья размещают многоструйную конусообразную газовую систему и направляют струи газа этой системы навстречу потоку отходящих запыленных газов, обеспечивая противодавление этому потоку при соблюдении условия где ,
,
- импульсы сил потоков струй газов системы кислородного дутья, конусообразной газовой системы и отходящих запыленных газов, кг·м/с2. Использование изобретения обеспечивает повышение эффективности пылеосаждения над зоной продувки в полости конвертера. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к способу продувки металла кислородом или другим газом в рабочем пространстве конвертера при производстве стали или цветных металлов.
Известны способы организации газоструйной защиты над зоной продувки металла в конвертере [1, 2], позволяющие осуществить пылеподавление и осаждение пыли путем воздействия встречных струй кислорода (воздуха или других газов) на поток отходящих газов из зоны продувки конвертера.
Недостатки всех этих способов в конвертере вытекают из сложности конструкции устройств [2, 3], реализующих известные способы подавления пыли и очистки отходящих газов от пыли над зоной продувки металла по причине расположения струй дутья из кислорода внутри экрана, погруженного примерно на треть в расплав шлака и металла.
В этом ограниченном пространстве в результате дожигания окиси углерода кислородом образуется к тому же дополнительное количество пыли в результате окисления брызг металла и их разрывов на мелкие капельки металла. В результате отсутствия над системой струй дутья [1, 2] дополнительной газоструйной системы, например, из кислорода или другого газа степень подавления и очистки газов от пыли является в данном случае крайне не эффективной.
Недостатком этих известных способов является то обстоятельство, что пылеподавление и очистка газов не обеспечивает требуемую эффективность пылеосаждения над зоной продувки в конверторе из-за сложности конструктивных решений в аналогах [1, 2] и не обеспечения соответствующих газодинамических условий по противодавлению встречному потоку отходящих из зоны продувки газов.
Известен также способ [3] подавления и очистки газов над зоной продувки металла в конверторе или в другом агрегате, основанный на применении двухъярусных кислородных фурм с отдувом, позволяющие создавать над зоной продувки систему струй дутья из кислорода и многоструйную конусообразную газовую систему. Причем эта конусообразная газовая система с шахматным и однорядным расположением струй кислорода или другого газа располагается над системой струй дутья и поверхностью металла в зоне продувки, что позволяет осуществлять определенное пылеподавление и очистку отходящих из зоны продувки газов от пыли.
Однако такой способ не эффективен, т.к. не обеспечивает требуемый уровень пылеосаждения над зоной продувки в конверторе, вследствие того, что в нем не предусматривается создание организованного движения струй в двух газовых системах и регулирование степени стесненности струй между собой, а это не обеспечивает эффект противодавления для потока отходящих газов.
Кроме того, в аналоге [3] системы газовых струй не учитывают размеры локальной зоны продувки, откуда поднимается вверх поток отходящих газов с газодинамическим импульсом силы , кг·м/с2. Здесь Др·з - диаметр реакционной зоны продувки на поверхности металла в конвертере, м; ρг - плотность потока отходящих газов, кг/м3; 
- усредненная скорость потока отходящих из зоны продувки газов, м/с.
В то же время навстречу потоку отходящих газов подают [3] конусообразную газовую систему из струй кислорода или другого газа с импульсом силы 
, кг/с2, где dc·к - диаметр одной струи конусообразной газовой системы, м; - скорость струи газа на выходе из сопла фурмы, м/с.
По аналогии определяется и импульс силы для струй системы кислородного дутья 
, кг·м/с2, где dc·∂ - диаметр струи дутья на выходе из сопла фурмы, м; ρс - плотность струи дутья, кг/м3; 
- скорость струи кислородного дутья на выходе из сопла, м/с.
Технический результат изобретения - создание эффективной системы пылеосаждения над зоной продувки путем увеличения степени очистки от пыли отходящих из зоны продувки газов.
Технический результат изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе пылеосаждения над зоной продувки в конвертере осуществляют продувку металла струями кислородного дутья, размещают над системой кислородного дутья многоструйную конусообразную газовую систему, направляют струи газа конусообразной газовой системы навстречу потоку отходящих запыленных газов и обеспечивают противодавление этому потоку при соблюдении условия 
где 
, 
, 
- импульсы сил потоков струй газов системы кислородного дутья, конусообразной газовой системы и отходящих запыленных газов, кг·м/с2.
При этом в способе обеспечивают противодавление потоку отходящих запыленных газов со стороны направленных навстречу ему струй многоструйной конусообразной газовой системы и струй кислородного дутья за счет образования на осях потоков этих двух систем максимальной скорости 
, где: 
- скорость потока на оси каждой струи, м/с, причем 
- усредненная скорость потока отходящих газов, м/с.
Кроме того, в способе дополнительно по оси системы кислородного дутья располагают центральную газовую струю, которую вращают вокруг этой оси.
На фиг.1 изображена схема, поясняющая описываемый способ пылеосаждения над зоной продувки металла в конвертере.
На фиг.2 изображена схема пылеосаждения над зоной продувки металла в 5-тонном конвертере.
Предлагаемый способ пылеосаждения осуществляется следующим образом.
В соответствии со схемой на фиг.1 на поверхности металла (1) в результате его продувки струями дутья из кислорода (3) образуется реакционная зона (2), из которой выделяются отходящие технологические газы с импульсом силы iг отх (кг·м/с2). Этот поток отходящих газов поднимается вверх и встречается с многоструйной конусообразной газовой системой (4), причем струи газа этой системы истекают из сопел отдува (6) фурмы (5), а импульс силы струй конусообразной газовой системы равен iк с, кг·м/с2.
Струи системы кислородного дутья (3) вытекают из сопел дутья (7), расположенных в корпусе фурмы (5). При этом струи дутья из кислорода (3) внедряются в жидкий металл (2), где осуществляется реакция окисления углерода с кислородом и выделение оксида углерода. После чего пузырьки окиси углерода с пылью и мелкими брызгами поднимаются вверх из зоны продувки (2) и встречаются затем струями кислорода (4) конусообразной газовой системы. Для торможения потоку отходящих газов с импульсом силы iг отх дополнительно по оси системы струй кислородного дутья (3) располагают центральную газовую струю (9), которую для увеличения эффекта пылеосаждения вращают вокруг своей оси.
Таким образом в соответствии со схемой способа пылеосаждения (фиг.1) поток отходящих газов с импульсом силы iг отх (кг·м/с2) встречается с вихревым потоком центральной газовой струи (9), соударяется после этого со струями системы кислородного дутья (3) с импульсом силы i∂ c (кг·м/с2), а затем попадает в много - струйную конусообразную систему (4) с импульсом силы iк с (кг·м/с2). Организация такой многоуровневой системы противодавления (фиг.1) встречному потоку отходящих газов и позволяет обеспечивать высокую степень пылеосаждения над зоной продувки в конвертере.
Ниже в таблице 1 приведены расчетные данные импульсов силы для потока отходящих из зоны продувки газов (iг отх), струй системы дутья (i∂ c) и многоструйной конусообразной газовой системы (iк с) по приведенным ранее формулам.
| Таблица 1 | ||||||
| Вариант | Диаметр, м | Скорость  , м/с |
Рг, кг/м 3 | 0,25·3,14 | Значение импульса, кг·м/с2 | |
| 1 | 1,5 | 0,5 | 1,29 | 0,785 | iг отх | 0,60 |
| 2 | 0,04 | 200 | 1,29 | 0,785 | i∂ c | 64,8 |
| 3 | 0,02 | 100 | 1,29 | 0,785 | iк с | 4,05 |
В таблице 1 для расчета взяты данные работы 150 т конвертера с продувкой металла кислородом при удельном расходе его на струи дутья 3 м3/(т·мин) и 1 м3/(т·мин) на многоструйную конусообразную систему. Другие значения приняты из данных результатов выполненных исследований [1, 2] и данных аналогов [2, 3].
Каждая струя в обеих системах на оси имеет текущую скорость 
, a при соответствующем взаимодействии струй между собой (например, при контакте этих струй вблизи поверхности металла) на оси фурмы, т.е. на оси обеих систем, образуется максимальная скорость 
из-за того, что максимумы скоростей в системе струй дутья и в многоструйной конусообразной системе при контакте этих струй между собой у поверхности металла смещаются от осей этих струй (где , м/с) к оси фурмы (5) на фиг.1, т.е. наступает момент, когда 
.
Как видно из схемы (фиг.1), в корпусе фурмы (5) расположены две медные головки с соплами отдува (6) и соплами дутья (7), которые и обеспечивают подачу кислорода или другого газа на поверхность металла (1) для осуществления продувки металла кислородом с обеспечением пылеосаждения над зоной продувки.
Режим пылеосаждения струями системы кислородного дутья (3) и конусообразной газовой системой (4) организуется таким образом, чтобы усредненный поток импульса силы струй дутья i∂ c превышал поток импульса силы струй конусообразной газовой системы iк с, а усредненные эти потоки (i∂ c и iк с) превышали бы усредненный поток импульса силы отходящих газов iг отх, кг·м/с2 или Н.
Импульс силы потока в системе струй дутья всегда превышает таковой для струй в конусообразной системе, т.е. i∂ c>iк с, т.к. расходы кислорода на продувку металла заметно превышают расход кислорода или воздуха подаваемых на пылеподавление или дожигание оксида углерода над зоной продувки в конвертере.
В результате подсасывющих свойств струй дутья поток запыленных газов из зоны продувки вынужден поворачивать в сторону этих струй, а затем и в сторону струй конусообразной газовой системы.
Об эффективности применения предлагаемого способа пылеосаждения над зоной продувки в конвертере свидетельствуют результаты выполненных исследований на 5 т агрегатах (фиг.2), выполненных в условиях ЗАО рНП «COMЗ».
Зона продувки в 5 т конвертере (фиг.2) создавалась за счет подачи компрессорного воздуха (вместо кислорода) через боковые сопла (8) с расходом воздуха около 6 тыс.м3/ч. Режим пылеосаждения над зоной продувки (2) осуществляли при помощи двухъярусной фурмы (5), причем через нижние сопла дутья (7) подавали воздух для создания системы струй (3) дутья (расход воздуха около 1-2 тыс.м3/ч) у поверхности металла (1) в зоне продувки (2), а через верхние сопла отдува (6) подавали воздух (около 3 тыс.м3/ч) для создания многоструйной конусообразной газовой системы (4). Расходы воздуха в струи дутья (3) и конусообразной системы (4) обеспечивали условие, что iд с≥iк с iг отх. Результаты исследования (табл.2) свидетельствуют о существенном улучшении показателей по снижению пылеуноса из горловины конвертера, что подтверждает эффективность применения предлагаемого способа пылеосаждения (фиг.1) в производственных условиях, т.е. в условиях, например, конвертерного производства.
| Таблица 2 Содержание брызг и пыли дымовых газах 5 т в конвертерной плавки стали. |
||||
| № п/п | Результаты опытных данных по пылеуносу из конвертера | Режимы продувки конвертерной ванны | ||
| Типовой - боковое дутье | Двухъярусная фурма с отдувом |
|||
| Нижний ряд сопел | Нижний и верхний ряды сопел | |||
| 1 | Расход воздуха на струи дутья, м3/ч Iо2≈4 м3/(т·мин) | 6000 | 6000 | 6000 |
| 2 | Соотношение Iо2 дож/Iо2 | - | 0,33 | 0,66 |
| 3 | Брызгоунос у горловины, кг/(м2·мин) | 1,52 | 1,08 | 0,63 |
| 4 | Состав дымовых газов, % | |||
| а) монооксид углерода | 85,0 | 65,8 | 68,9 | |
| б) диоксид углерода | 8,8 | 21,5 | 24,7 | |
| 5 | Содержание технологической пыли, г/м3 | 30,2 | 17,3 | 16,0 |
Анализ данных табл.2 свидетельствует о практической возможности в производственных условиях осуществления способа пылеосаждения над зоной продувки в конвертере по схеме, приведенной на. фиг.2.
По мере увеличения расхода кислорода (воздуха) в струи конусообразной системы (табл.2) при постоянном расходе (Io2=const) кислорода (воздуха) в струи дутья эффект по пылеосаждению возрастает, т.к. показатели по брызгоуносу (кг/(м2·мин)) и содержанию пыли (г/м3) в отходящих газах заметно улучшаются.
Список литературы
1. Авт. свид. СССР №355230, кл. С21С 5/48, 1969.
2. Авт. свид. СССР №(11)1002365, С21С 5/48, БИ №9, 1983.
3. Авт. свид. СССР №255306, кл. С21С 5/48, 1967 и авт. свид. СССР №414312, БИ №20, 1972.
1. Способ пылеосаждения над зоной продувки в конвертере, характеризующийся тем, что осуществляют продувку металла струями системы кислородного дутья, размещают над системой кислородного дутья многоструйную конусообразную газовую систему, направляют струи газа конусообразной газовой системы навстречу потоку отходящих запыленных газов и обеспечивают противодавление этому потоку при соблюдении условия 
где 
, 
, 
- импульсы сил потоков струй газов системы кислородного дутья, конусообразной газовой системы и отходящих запыленных газов, кг·м/с2.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают противодавление потоку отходящих запыленных газов со стороны направленных навстречу ему струй многоструйной конусообразной газовой системы и струй системы кислородного дутья за счет образования на осях потоков этих двух систем максимальной скорости 
, где 
- скорость потока на оси каждой струи, м/с, причем 
где 
- усредненная скорость потока отходящих газов, м/с.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно по оси системы кислородного дутья располагают центральную газовую струю, которую вращают вокруг этой оси.
