Фурма для продувки металла

 

ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА, содержащая концентрично расположен- , ные трубы, образующие тракты подвода и отвода охладителя, и продувочные трубки, навитые вплотную по спирали на центральную трубуj отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса рафинирования и повышения выхода годного, продувочные трубки расположены с переменным шагом по закону убывающей геометрической прогрессии с коэффициентом а 1,03-6,62. (Л W да сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Я59 С 2 С 5 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"4Р ()

Cb

Сд !

4Р

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3311374/22-02 (22) 03..07.81 (46) 23.03.83 Вюл. Р 11 (72) В.В.Яковлев, И.В.Семакин, M.P.Меньшиков, Г.В.Рыбалов, В.И.Га,ношенко и С.Г.Мельник ((71) Московский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красно;го Знамени институт стали и сплавов (53) 669.184.142(088.8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР .Р 337407, кл. С 21 С 5/48, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 348613, кл. С 21 С 5/48, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 208735, кл. С. 21 С 5/48, 1966.

4. Авторское свидетельство СССР Р 250184, кл. С 21 С 5/48, 1968.

5. Патент Великобритании Р1318486, . кл. F 4В, опублик, 1973. б. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2312786,кл.С 21 С 5/48, .1976.

„„SU„„1006501 А (54)(57) ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА, содержащая концентрично расположен-, ные трубы, образующие тракты подвода и отвода охладителя, и продувочные трубки, навитые вплотную по спирали на центральную трубу, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью интенсификации процесса рафинирования и повышения выхода годного, продувочные трубки расположены с переменным шагом по закону убывающей геометрической прогрессии с коэффициентом

a = 1,03-6,62.

1 0065 0.1

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к продувочным устройствам, используемым в кислородных конвертерах.

Известны многосопловые фурмы с центральной подачей охладителя, состоящие из концентрично расположенных труб, наконечника и торцовой головки, в которых для увелйчения степени использования окислителя предусматривается либо расположение продувочных сопел с последовательным чередованием их осей под разными углами к вертикали от 10-30 до 25-75 (1j 2), либо продувочные сопла располагают в два ряда: нижний — под углом 3050, верхний под углом 10-30 к горизонтали (3) .

Недостатками этих фурм являются воэможность контакта газовых струй с футеровкой сталеплавильного агрегата и невысокая стойкость головки.

Известна также фурма, в которой с целью повьыения стойкости головки сопла выполнены в виде изогнутых труб $4(.

Недостатком такой фурмы является малоэффективное использование окисI лителя и периферийная подача.охлади теля, что снижает равномерность тепl лоотвода от частей фурмы, наиболее подверженных термическому воздействию.

Известно также устройство для проду ки металла заглубленной струей, которое состоит из корпуса, заключенного в оболочку из огнеупорного материала. Внутри корпуса расположены одна или несколько продувочных трубок, размещенных таким образом, что их оси находятся под заданными острыми углами. к оси фурмы. Продувочные трубки расположены спирально с постоянным шагом или загэагообраэно, образуя Х-фигурыЯ .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является фурма для продувки металла, содержащая концентрич. но расположенные трубы, образующие тракты подвода и отвода охладителя, и продувочные трубки, навитые вплотную по спирали на центральную трубу (6(.

Недостатком известного устройства является невысдкая степень исполь. зования окислителя в случае применения его для продувки сверху, что в свою очередь ведет к снижению интенсивности процессов рафинирования и выхода годного металла.

Целью изобретения является интенсификация процесса рафинирования и повышения выхода годного металла эа счет увеличения степени использования окислителя, что достигается созданием многоструйного окислительно го потока, закрученного по спирале,образующей траектории, с регулированием степени закрученности истекающих газовых струй.

Поставленная цель достигается тем, что в фурме, содержащей концентрично расположенные трубы, образующие тракты подвода и отвода охладителя, и продувочные трубки, навитые вплотную по спирали на центральную трубу,, продувочные трубки расположены с пере10 менным шагом по закону убывающей геометрической прогрессии с коэффициентом Q = 1,03-6,62.

Шаг спирали изменяется по закону убывающей, геометрической прогрессии

)5 Й = К,д- (где j= 0 1,2) с коэффициентом Q = 1,.03-6,62.

На фиг.1 изображена предлагаемая фурма; на фиг.2 — график зависимости соотношения СО/СО в отходящих газах от параметра а .Устройство состоит из концентрично расположенных труб 1 и 2, образующих тракты подвода и отвода охлаждающей воды и продувочных трубок 3. 5 В кислородоподводящем канале находится распределитель окислительного потока, проходя который, гаэ поступает в продувочные трубки 3, жестко связанные с трубами 1 и 2. Для соединения центральной трубы, по которой

3О подводится вода, с периферийной трубой, через которую осуществляется отвод охлаждающей воды, предусмотрены перемычки.

Устройство работает следующим об- .

35 ра зом.

Газ из кислородоподводящего тракта через газовый распределитель попадает в продувочные трубки, на выходе из которых образуется эакручен4О ный по спиралеобразующей траектории окислительный многоструйный поток.

Степень закрученности истекающих струй определяется из формулы

g = М/Kg, (1)

45. где М вЂ” момент количества движения струи, постоянный вдоль оси потока, К вЂ” количество движения струи осевой импульс струи, R — радиус сопла (для многосопловой фурмы берется эк,вивалентный радиус, определяемый из равенства площадей выходных отверстий

55 одно- и многосопловой фурм;

Значения М и К находятся интегри.рованием с использованием аксийльных и тангенциальных скоростей в каком-либо сечении струи из выражений

М =2к pI r "«(/ " =<5ip0õò "срщ R; (2) о

2 «P jr(PU>+Pjgr= l PО«,п, 65 . о

1006501

Q — коэффициент, задающий изме. нение шага спирали

0 — диаметр центрального трубопровода

ll — номер витка.

5 Шаг последнего витка определяют из выражения — h,=2D/6ôàL. (7)

Подставляя выражение (7) в выраже10 ние {6) получаем

Q=(0,32-+ ке )g х, т

1p„

20 где Ь вЂ” присоединенная масса, K — константа, зависящая от эффективности крутки .и определяемая экспериментально, 25

Х/8 — расстояние наконечника фурмы от зеркала ванны для х/а о 10к = 4,4

6 — эффективная крутка, g = 0,5 Е

Из выражения (5) следует, что с увеличением и р повышается эжектирующая способность струи, а следовательно и эффективность использования окис. лителя, Ор пропорционально тангенциальной составляющей вектора скорос- Ç5 ти, которая увеличивается со степенью закрученности .струи. Степень aafcpyченности струи растет, в свою очередь, по мере увеличения изменения, шага и числа витков спирали.

Закон изменения спирали и число витков выбирают следующим образом.

Задают угол подачи газа р6 и угол наклона первого полувитка спирали, к оси фурмы. Угол oG выбирают. в. 45 соответствии со спецификой технологических требований в диапазоне от

8 до. 30 . Для ос > 30 существует опасо а ность контактирования газового потока со стенками сталеплавильного агрегата, что ведет к повышенному износу футеровки. Для создания максимально закрученной струи р необходимо выбирать как можно маньше.

Основным требованием, предъявляемым к Р, служит неравенство о / P > 1, 55 чем g > P тем сильнее закручивается струя. Изменение шага спирали и число витков определяют из выражения

Q,D

arctic = а." "Ь, (6) 60 где И„ шаг последнего витка спирали (нумерация осуществляется для удобства в обрат ном порядке); . - 65 где р — плотность струи, текущее значение радиуса, 0„,0 - аксиальная и тангенциальная составляющие вектора скорости; и -U /0 — отношение максимальных значений тангенциальной и аксиальной компонент скорости на выходе из сопла.

Подставляя выражения(2) и (3) в фбрмулу (1) получаем ( — llP

e= — И)

1--пр

Ф

Эжектирующую способность закрученной струи определяют из выражения и г (и

В зависимости от выбранного сК однозначно определяют g и И . Зная а и И, можно определить длину трубопровода(4

Причем требованием, предъявляемым к длине трубопровода, служит неравенство L L р,где L 0 — максимально возможная длййа центрального трубопровода, которая выбирается в зависимости от технологических воэможностей каждого сталеплавильного агрегата.

Величина L о накладывает ограничение на число витков, что упрощает выбор конструктивных параметров предлагаемого устройства. Так, для о = ЗОО и p = 5 при Д = 30 мм и Il<.= 104,53 мм минимально возможную длину трубопровода получаем для

h = 2L = 796,52 мм, если же Lz=

500 мм, необходимо либо уменьшить с6 либо увеличить p . Приближение оС к Р приводит к снижению степени

"закрученности газового. потока. Для . ° данного примера подходит дс = 18 (p= 5),ll= 2, a = 3726, либо — 3, Q = 1,561,а = 12.

На основании изложенного оптимальное изменение шага-спирали характеризуется коэффицйентом а = ю= 1к03 6с.62 °

На фиг.2 показаны экспериментальные данные, характеризующие зависимость соотношения СО/СОд в отхо-., дящих газах от параметра а

Как видно из фиг.2 с увеличением коэффициента ц значительно повышается степень использования окислителя, особенно в начале и конце продувки. При g > 6,62 не наблюдается дальнейшей интенсификации процесса

-рафинирования, что свидительствует о практически полном использовании окислителя, т .е. $0 = 100%, где, Ва1 — коэффициент использования окислителя..

При g с 1,03 не наблюдается увеличения использования окислителя.

При постоянной величине числа витков спирали увеличение коэффициен10

Вреяя лроду3ки, мин

ВНИИПИ Заказ 2054/42 Тираж 566 Подписное

Филиал ППП "Патент",r.ужгород,ул.Проектная,4 та Q приводит к росту закрученности газового потока, что в свою очередь способствует увеличению и повышению эффективности использования окислителя.

При a > 6,62 8 = „а и g0 = 100%", при a (1,03 8 = 8><> = gg 1 qg 11

--.. aI где 0 - коэффициент использования

06501

Ф окислителя в предлагаемом устройстве; о 1 коэффициент использования окислителя в известном устройстве.

Выход годной стали в плавках с использованием предлагаемой фурмы

5 составляет 94-95%.

Экономический эффект составля,ет 300 тыс. руб. в год.