Сопловый блок дутьевой фурмы

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам для продувки металлического расплава газом, может быть использовано в кислородно-конвертерном процессе производства стали, а также в торкретирующих устройствах, горелках, распылителях и т.д. и предназначено для повышения стабильности газовых А-А струн и увеличения их дальнобойности. Цель - повышение стабильности газовых струй и увеличение их дальнобойности . В сопловом блоке дутьевой Фнтзмы, содержащем головку 4 с соплами Лаваля, соединенными через коллектор с источником газа, при этом каждое из сопл содержит конфузор 5 с критическим сечением d и диффузор 6, переходящий в осесимметричный цилиндрический канал 7, нл торце головки 4 выполнены прямоугольные канавки 8. Прямоугольные канав: и 8 соединяют сверхзвуковые части сопл Лаваля. Внутри прямоугольных канавок 8 размещены дополнительные сопла. Ширина прямоугольных канавок 8 составляет 0,2-0,5 диаметра цилиндрического канала 7. Глубина прямоугольных канавок 8 равна длине цилиндрических канавок 7 сопл Лаваля. Диаметр выходных сечений дополнительных сопл равен 0,9-1,0 ширины прямоугольной канавки 8. 3 ил. о $ (Л

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflYSËÈH (I9) (И) 4 А1 (51)5 С 21 С 5/48

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

tl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 44464 25/02 (22) 17.05.88 (46) 15.02.91. Бюл. 1(6 (71) Ленинградский механический институт им. Маршала Советского Союза Устинова Д.Ф. и Нижнетагильский металлургич еский комбинат им. В.И.Лени на (72) A.È. Сизов, С.И.Жигач, М.С.Кокорев, А.С.Шкраб, Б.Д,Червяков, М.А.Третьяков и С ° Б.Батуев (53) 669.184.142 (088.8) (54) COIIJIOBbIA БЛОК ДУТЬЕВОП ФУРМЫ (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам для продувки металлического расплава газом, может быть использовано в кислородно-конвертерном процессе производства стали, а также в торкретируюших устройствах, гор лках, распыпитепях и т.д . и предназначено для повышения стабильности газовых струй и увеличения их дальнобойности.

Цель — повьш ение стабильности газовых струй и увеличение пх дальнобойности ° В сопповом блоке дутьевой фурмы, содержащем головку 4 с соплами Лаваля, соединенными через коллектор с источником газа, при этом каждое из сопл содержит конфузор 5 с критическим сечением cl и диффузор 6, переходяций в осесимметричный цилиндрический канал 7, на торце головки

4 выпопнень. прямоугольные канавки 8.

Прямоугольные канав:си S соединяют сверхзвуковые части сопл Лаваля.

Внутри прямоугольных канавок 8 размещены дополнительные сопла. Ширина а прямоугольных канавок 8 составляет

О, 2-0, 5 диаметра цилиндрического канала 7. Глубин» прямоугольных канавок 8 равна длине цилиндрических канавок 7 сопл Лаваля. Диаметр выходных сечений дополнительных сопл ра- ф вен 0,9-1,0 ширины прямоугольной канавки 8. 3 ип.

162 7564

Изобретение отно<ятся к черной металлургии, в частности к устройствам для продувки металлического расплава газом, и может быть использовано в кислородно-коннертерном процессе произнодства стали, а также в торкретирующих устройствах, горелках, распылителях и т.п.

Целью изобретения янляется повьгшение стабильности газовых струй и увеличение их дальнобойности.

На фиг, 1 изображен сопловый блок, вид с торца; на фиг. 2 - то же, с другим расположением цилиндрических сопл; на фиг. 3 - то же, разрез по оси °

Ф

Сопловый блок дутьевой фурмы со/ держит три коаксиально расположенные трубы: наружную 1, разделительную 2 и внутреннюю 3. Торцовь»г концы наружной 1 и внутренней 3 труб герметично пристыкованы к головке фурмы 4, а торцовый конец разделительной трубы 2 не доходит до голонки фурмы 4, соединяя тем самым полость а для подвода охлаждающей воды, образованную наружной стенкой внутренней трубы 3 и внутренней стенкой разделительной трубы 2, с полостью b для 30 отвода охлаждающей воды. Полость b образована внутренней стенкой наружной трубы 1 и наружной стенкой разделительной трубы 2. Внутренняя полость внутренней трубы 3, завершающаяся предсопловым объемом С, служит для подвода кислорода. В головке фурмы 4 размещены сопла Лаваля, каждое из которых содержит конфуэор 5 с критическим сечением d и диффузор 40

6. Диффузор 6 переходит в осесимметричный цилиндрический какал 7. На торце головки фурмы 4 выполнены прямоугольные канавки 8, которые соединяют сверхзнуковые части сопл Лава- 45 ля. Внутри прямоугольных канавок 8 размещены дополнительные сопла 9.

Бири»»а прямоугольных канавок 8 составляет 0,2-0,5 диаметра цилиндрического канала 7 ° Глубина прямоуголь- 50 ных канавок 8 равна длине цилиндрических каналов 7 сопл Лаваля ° Диаметр выходных сечений дополнительных сопл

9 равен 0,9-1,0 ширины прямоугольной канавки 8.

Выполнение между соплами Лаваля прямоугольных канавок с допслнительными с.or »ами приводит к тому, что истекакнцие в канавку со срезов дополиитеяьнь»х сопл струи газа расширяются в канале, имеющем большее поперечное сечение. Расширение происходит до контакта с боковыми стенками канавок и с боковшми поверхностями соседних струй, Газовые струи обжимаются (деформируются) боковыми стен.—, ками прямоугольных канавок и соседними струями, образуя замкнутые донные области, единые для всех струй одной прямоугольной канавки. Давление н донной области резко падает до неличины порядка 0,1-0,01 Р причем по длине канавки оно выравнивается. Все струи каждой прямоугольной канавки имеют одинаковую степень нерасчетности. Взаимодействие этих струй создает правильную симметричную структуру струи эа срезом прямоугольной канавки. =)т»» плоские струи сливаются с цили ндрич ескими с тр уями, истекающими из сопл с»Н»линдрическим каналом, Образуются кназиплоские струи газа, волновая структура которых содержит конические скачки уплотнения, накладывающиеся на собственную волновую структуру кнгзиплоских струй.

Совокупность всех кнаэиплоских струй образует струи различной конфигурации, например кназисерповидные (фиг.1) квази-V-образные, кназикольценые и т.д., но все эти струи можно рассматривать как струи с односвязной боковой поверхностью. При этом давление на двух боковых поверхностях (за исключением кэазикольценых струй) одинаково. Амплитуда поперечных колебаний таких струй незначительна, но характер тече»»»»я по сечению струи неравномерный. Тонкие кназиплоские струи бь стро становятся дозвуковыми и расш»»ря»отся. F то жг время .и плоские перемычки синхронизируют спиралевидные вихри, которые образуются на цилиндрических струях газа. Часть спиралевидных в вихрей сходит на квазиплоские струи в виде протяженных подковообразных вихрей, Поперечный ма с штаб з тих вихрей определяется отношением диаметра цчли»»дрического канала к ширине прямоугольной канавки, Продольный масштаб вихрей определяется длиной полупериметра канавок. Устойчивость вихрей способствует увеличению дальнобойности струй, так как до разрушения вихрей характер течения цилиндрических струй сохраняется.

5 162

Для повышения интенсивности технологического процесса выплавки стали необходимо повысить кинетическую энергию кислорода у поверхности расплава и одновременно упорядочить процесс взаимодействия струй с расплавом. Неупорядоченность взаимодействия струй кислорода с расплавом вызывается изгибно-крутильными Korte баииями струй, сопровождающимися бс спорядочными перемещениями лунок по поверхности расплава, колебаниями ef глубины, схлопываниями каверн газа, приводящими к выбросу металла з направлении фурмы и горловины конвертера.

Повьппение кинетической энергии кислорода у поверхности расплава достигается повышением дальнобойности струй. Упорядочение взаимодействия струй кислорода с распланом достигается благодаря отсутствию разнобоя в пульсации струй, обрз-.онанию устойчивых одинаковых Jt "II(>K под цилиндрическими струями, накрьггием всей поверхности расплава дозвуковым потоком растекающихся квазип>1оских струй. При этом резко интенсифи1(ируется дожигание С0 в СО, а также значительно снижается энергия вылетающих из расплава н направлении горловины конвертера и Qyptfft капель металла .

Часть газа дозвуковых кназипло(— ких струй проникает в расплав. Вместе с глубоко проникак(313ими цилиндрическими струями эти струи образуют в расплаве щелевь1е дУгообразные струи. В полость этих струй эжектируется расплав, дробится и увлекается вниз. Тем самым упорядочивает=я гидродинамика расплава. Однонаправленность движения расплава н панне исключает беспорядочные пульсации, способствует хорошему перемсшинапию расплава. Проникающий в peart:, ав I(»c— лород дробится на мельчайшие пузырьки, что значительно ин генсифицирует выгорание углерода ° Повышается температура ванны.

Благодаря значительно большей уст ойчи в ос ти к и ер еп аду т емп ер ат р, незначительным деформациям по сравнению с фурмами со щелевыми и V-образными соплами процесс истечения газовых струй стабилен.

Сопловый блок дутьевой фурмы работает следу1яцим образом.

7564

Кислород по ннутренпей полости внутренней трубы 3 поступает в предсоплоньв1 объем С. Из предсоплового объема С кислород поступает в цозву5 ковую часть 5 со л Лаваля и дополнительных сопл 9. Со срезов дополнительньм сопл 9 газ в виде сверхзвуковой струи поступает в полость прямоугапьной кан(нки 8, Глубина прямоvl ольпых канавок 8 выбирается такой,, чтобы все ð lзрывы между струями находились внутри канавок 8. Со срезов цили>щрическ11х каналов 7 истекают ..нерхзвуковые цилиндрические сгруи, Все струи каждой прямоуговьной канав,(11 8 имеют одинаковую степень нераcче;.ьстп. Взаимодействие ., fttx струй с ц1ьпипдрич ее кими е гр уя а создает кназпщелевые дугообразпь(струи, представляющие собой кн; IIIII,a(>ct-1te струи, истекающие со срез 3п прямоуг(>JII»II

Ка ПаноК 8, СОС цИВС н(ПП>1пцдрПЧЕСКПг1, струями, tt: (t((I.((tltèëltt с.о срезов

11п> п(щср1; ч «с кпх ка валов 7 с о1(л Лаваля. Такие (труп устойчп13ь1 !3 поперечноь3 Its ftp(IIIJteftfftt, дап ьпоб(йньt. Квазипло скпе и ер емыч кп сипхр оьп(з пр уют

cHIf1 l1J(евпдпь. (вп::рп, (>бра зуtotttlfQся

30 па ц>(ппнцрпческпх отру.t-.-. г, .я. Сt:нхронпз(11>уют(>л пульcа(1>ш 1 « ог11>; струй, чт() 1:рll?(одп 1 3(упо1>Я;10 . () ному 13. 3(1и модс йс-. пию:,(новых струй с расплавом.

11а 11 Otf (p>()IO(тп p(1 CHJI(1íà П Ор, 1111JI H Hp, рпческпми струя.в(с>бразуются устойчпвье (>It tftt,ft;,Jtl»te Jty»t(tf. 1(назиплоские газопь(е стру t, ек(p(>ct ь 1 пза в кото1пм быстро сп1(жаетcp, у поверхпости ряс пвав 1 р(lcтекают(.я па (tclfJLðõíости, на1(рыв(3я 1 ерхппй с.1ой раси ана. Это пособствуе I.ttòåttctt(trt.l(àötø дожпгаи 1я СО в СО, . Экр а пир у1(3тся капли

Ра Г.(.1ава р ПЫП(.Та }OI IIC 13 C 1 0P 011 J(фУРМЫ и гор;1овипы копвсртер». Ц1ьпипдрические струи и 1асть газа ква1(плоских

45 струй проппк:1ют в р((сплап, об1>аз> я щелевые дугос:op sH(1е струи н расплаве. В полость этих =òðóé эжектируется расплав, дроби гся и увлекается в сторону днища. Расплав в ванне хо50 роно переме(ш(нает-я. Проникший н расплав кислород дробится на мелкие капли, Благодаря большой поверхности кап(=1ь кислорода резко возрастает скорость ньп орация ки лорода., Иовышае ся температура расплава.

Выбор глубины и шчр1(ны прямоуголь= ных канавок 8 обусловлен следующими соображениями.

1627564

30

При выборе ширины прямоугольной канавки 8 меньше О, 2 диаметра цилиндрического канала 7 возрастают потери полного давления, струя кислорода переходит на дозвуковой режим исте5 чения. Струя быстро вырождается. Изза утончения струи возможны разрывы в ней. Синхронизация схода подковообразных вихрей с цилиндрических струй нарушается. Падают проникаемость в расплав и дальнобойность струй. При увеличении ширины прямоугольной канавки 8 за 0,5 диаметра цилиндрического канала 7 значительно возрастает потребное давление кислорода в предсопловом объеме С. Квазиплоская струя становится доминирующей. Значительно возрастает расход кислорода. Проникаемость струи в расплав снижается. При глубине прямоугольной канавки 8 больше длины цили щрических каналов 7 сопл Лаваля возникает перекос профилей скорости газа вдоль струи. Большая часть газа цилиндрической струи перетекает в канавки. Дальнобойность струи газа падает, При глубине прямоугольной канавки 8 меньше длины цилиндрических каналов 7 возникает вдув газа через прорези в боковые стенки цилиндрических каналов 7 внутрь цилиндрической струи. Нарушается внутренняя структура цилиндрических струй.

Дальнобойность струи кислорода падает.

Диаметр вьмодных сечений дополнительных сопл 9 не может превосходить ширины прямоугольной канавки 8, так как иначе характер истечения газа из дополнительных сопл 9 резко нарушается, возникают поперечные колебания квазиплоских струй. Дальнобойность и проникаемость струй в расплав резко падают. При диаметре . выходных сечений дополнительных сопл

9 меньше ширины прямоугольной канавки 8 неоправданно возрастает давление в прецсогловом объеме С, необходимое для устойчивого слияния струй в прямоугольной канавке 8 и образования квазиплоской струи, Применение описанного соплового блока дутьевой фурмы позволяет при использовании его при выплавке стали в конвертере повысить интенсивность процесса плавки, снизить долю чугуна при загрузке конвертера (изменить состав шихты), повысить стойкость фурм, увеличить количество годного металла, выплавляемого конвертером.

Формула из обр етения

Сопловый блок дутьевой фурмы, содержащий водоохлаждаемые корпус н головку с соплами Лаваля, диффузор каждого из которых переходит в îñåсимметричный цилиндрический канал, и прямоугольными канавками, вну-.ри которых установлены дополнительные сопла, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности газовых струй и увеличения их дальнобойности, прямоугольные канавки связывают между собой цилиндрические каналы сопл Лаваля, при этом ширина прямоугольных канавок составляет

0,2-0,5 диаметра цилиндрического канала, глубина прямоугольных канавок равна длине цилиндрических каналов

Сопл Лаваля, а диаметр выходных сечений дополнитепьньм сопл равен

0,9-1,0 перины прямоугольной канавки.

1627564

Со ста ви тел ь В. Краси на

Редактор А.Маковская Те>ред Л.Сердюкова Корректор Н.Кучерявая

Заказ 3! 7 Тираж 392 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 10!