Погружная фурма для продувки расплава
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТРЧЕСНИ Х
РЕСПУБЛИК (19) (И I (с )С С 21 С 5/48
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ П(НТ СССР (21) 4609200/О - (22) 26.09.88 (46) 15.02.9 1. Бк»! ° 4" 6 (72) В.П. I>bfc Tpc;F . 1>,!!. Влгюкезш», А, Ã . L>II óá ñ êè é, П . Л . Ми к: ш и, А.А.Комков, М.(0.рлджиблев, В, В . Клл ютл, В . Л .,!!»Ip.> е в, !
3.Г!.Токарев, Л. I! . Ка з,<нц< в, 3!.И.,П(ггя Ов кий и P>. H. Гр у.>к (53) 669. 184. 14 (088,8) (56) Пл ецг С((й Х 3310 ".8, кл. 239/13, 3, О»!Уб:1:1к. 1 "<:
Зля вкл <,>PI Y, 211 771-, x:f. С 21 С 5/36, nil ó(:!1;г. 19 /6.
Ав горек<>< сь>1;!стел ьетво СССР
li 994566, к: . С 2 С 5/48, 1982. (54) ПОГ»>У>((3Л>1 <(>У1>((Л;((Ч ПР0ПУ!>КИ
РАС?ЛАВА
Изобрете>:иг отногится к I.>v is>I.>fypruu и можст бbcf l использовано при обработке металлургi
Целью изобретения является сокращение энергетических затрат при барботлжной обработке рлсплавов.
Уменьшение шага спиральной лаправляющей по длине фурмы в направлении к выходному концу обеспечивает более интенсивный теплосъем с части фурмы, псгруженной в расплав, т.е. находящейся в наиболее напряженных в тепловом отношении условиях, так как при этом удлиняется путь, проходимый хллдагентом по охлаждаемому каналу фурмы, что обеспечивает возможность снижения расхода хладагента. (57) зОбретгн«с с гчос>»тся к метал:! У(3Г»ill И МОЖ< 1 1>Ы! Ь IICII<:.>! !ъЗОВЛI»O пр»! uf3(>;11><> I ке рлг»>лл>«13 газ<»ла». ((е.>ь — гок.»3»>cffl е .>пер: е» ческих затрат. (((лг .-!>вральlf 1»лпрлвз!яющей измс няетcs! по длине и составляет
1,0-2, 5 д> :<метров внешней трубы у
I3b n, (н го к< >»цл фурми и 3,0-6,0 дил"»етр<>в 11, I
111»и;, 5-2, 5 1<1;>.1, тр<;в вв пней трубы
<>ò <.реза фурмы,;1 в гор;>ч — нл р лсг то ч»и Z 0 — - >, (> пи;> ., !зн<.швей р f>! I От >11»» > 1, ((сп;.1,. < вл>н»е 1.3< >Р». еfi,isl пс»«3л Яе « < .;.I IC:;: Р;1<".<ОД
>1< кт><»1; ("!» н> .3ß 8— 57.. I з и.
iI» —
> .р< ме того, пр»1 испо.-l ь 3oвлfllflf в кл:. с стве х;»лдлre»тл в;>дно-во »пушной эмульсии возможна реализл !в»11 смешанпог о режима ох!»ажде>11! ч: жидкостного в непагруженной час ги фурмы и испарител>,ного — н гогруженной. Как
c »едствие, вола попадает в расплав
H(1 B виде ж11> кост»»>,< н виде газа, что способствует сн»ж<.i.»»ю взрывоопасности использования длш .ого устройства. Применение двух термопар, расположен»!ых па разных уровнях, позволяет, к»зоме прямого контроля температуры, контролировать температурный градиент 11о длине фурмы и экстраполяцией определять температуру на срезе фурмы. Это обеспечивает возможность поддержания расхода хладагента на минимальном необходимом
1627565 для "òàáèëüíîé работы фурмы уровне.
Возникающий при этом положительный эффект обеспечивается, so-первых, прямой экономией хладагента и во5 вторых, сокращением энергозатрат на поддержание необходимой температуры оасплава., связанных с излишними теплопотерями при попадании в расплав избьпочного по сравнению с необходимым количества хладагента.
Шаг спиральной направляющей в месте подачи хладагента в фурму больший
6„0 диаметров внешней трубы не обеспечивает придания потоку хладагента достаточной центробежной силы для движения потока по внешней охлаждаемой поверхности. Шаг меньший 3,0 дчаметров внешней трубы ведет к излишнему увеличению гидродинамического сопротивления потоку хладагента, что заставляет поддерживать более высокое давление хладагента на входе в фурму и повышать энергозатраты.
Верхний предел шага спиральной направляющей на выходном конце фурмы, составляющий 2,5 диаметра внешней трубы, обусловлен необходимостью создания длинного пути потока хлад«гента по фурме для использования 30 в полной иере его теплосъемной способносrn. Уменьшение шага спиральной направляющей менее 1,0 диаметра внешней трубы, как установлено экспериментально, не обеспечивает увеличения 35 теплосъема с охлажцаемой поверхности, но увеличивает потери давления на фурме. Расстояние термопары, находящейся к срезу фурмы ближе чем 1,5 диаметра внешней трубы, как уставов- 40 лена экспериментально, не обеспечивает стабиль.-.ых условий работы термопар -i, так как возможно проникновение расплава в канал фурмы при пульсации .давления в системе подачи хладагента. 45
Увеличение расстояния термопары от среза фурмы более чем на 2,5 диаметра внешней трубы ведет к снижению точности экстраполяции температуры на рабочем конце фурмы. Этой же причинои обусловлено расположение второй термопары относительно первой на расстоянии 2,0-4,0 диаметров внешней трубы. Под "выходным концом фурмы" понимается часть фурмы, прилегающая к месту истечения реагентов в расплав и составляющая 0,2—
0,5 ее общей длины под входным концом фуриы - ее часть, прилегающая к месту введения реагентов в фурму и составляющей 0,2-0,5 ее общей длины.
Пример. Для обработки расплава использовали фурму, имеющую следующие параметры: общая длина—
5000 мм, внешний диаметр внутренней трубы - 51 мм, толщина стенок — 3 мм, внешний диаметр внешней трубы—
100 мм, толщина стенок — 4 мм. Использовали трубы из нержавеющей сТВ ли. Спиральную направляющую и=-готавливали навивкой на внутреннюю трубу железного прутка диаметром 20 мм, На внутренней стенке внешней трубы укрепляли спаи медьконсантановых термопар, концы которых были выведены наружу по внутреннему каналу фурмы.
Фурму описанной конструкции использовали при испытаниях процесса десульфурации чугуна, полученного при цементационном восстановлении железосиликатного шлака медной плавки, Чугун заливали в электропечь, наводили на его поверхности синтетический шлак и погружали в слой этого шлака фурму. По центральному каналу фурмы подавали кислород, з по внешнему кольцевому каналу со спиральной направляющей — водно-воздушную эмульсию, используемую в качестве хладагента.
При насыщении шпака кислородом происходит взаимодействие растворенного в шлаке кислорода с серой, растворенной в чугуне, в результате чего сера экстрагируется из чугуна и удаляется в газовую фазу.
Температуру процесса поддерживали на уровне 1500 С за счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через шлак между погруженными в него электродами.
Расход кислорода был постоянным и состаи;ял 150 нмз /ч. Расход воздуха на образование водно-воздушной эмульсии также бып постоянным и составлял 300 нм /ч, расход воды варьировали в пределах 30-70 л/ч. Уровень заглубления фурмы в шпак составлял
400 мм при общей глубине шлаковой ванны 500 мм.
Оптимальное расположение термопар в фурме было определено экспериментально, и в процессе испытаний ближняя к месту истечения хладагента в расплав терм элар а находил а с ь на р асстоянии 150 мм от среза фурмы, а вторая — на расстоянии 250 мм от
7565 данные испытаний ажурны с изменяющимся шагом спиралъной направляющей для. подачи хладагента
Шаг спирали во вход- Шаг спирали в выном конде фурмы одном конде Аур
Примечание
С умма р расход электр энергии кВт ч
Расход э д электроии иа подна подле температ плана, к ние постомм »к вн.тр мм»р в н . тр о расхода уха, хВт.ч
9,6
11,2.
14,4
24
30,4
»9,2
11,2
9,6
9 6
11,2
128
114,6
108, 2
109,4
118
124,8
113, 2
108, 2
102,6
124,6
181, 2
»20
97
94
94
94
97
f 04
170
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
0,75
1,0
2,О
2,5
2,75
6,5
» 50
»оо
650
6,5
6,0
4,5
3,0
2,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
6,5
За заявл.пред.
В заявп.вред.
450, 450
650 н н
За AAANI пред, и
В заявл.пред. н
За зачел.пред.
По прототипу
5 162 первой (что составило 1,5 и 2,5 диаметра внешне; » трубы, ссответстненнс1. Рагход воды устанавливали таким, чтобы температура на срезе фурмы, определенная эксграполяцией гока-,аний имеющихся термопар, не превышала
120еГ. При превышении этого значения наблюдался разгар устья фурмы.
Результаты опытов, иллюстрирующих зависимость показателей расходов реагентов и энергии от шага спиральной направляющей во входном и выходном концах фурмь», приведены в таблице.
Как видно из приведенных данных, увеличение шага спиральной направляющей выше заявленных значений как во входном, гак и в выходном конце фурмы ведет к ун1л»»чению расхода воды, так как она не уc»евает полнoстью перейти в парообразнос состоя»1не при движении по охлаждаемому каналу.
С другой стороны, ум" 1»ьшение 11»ага ведет к увеличению давления на фурме и, следоватcльнn, к увеличе;»ию расхода энергии на подачу компрессорного воздуха. Ыи ними зация расхода воды, как видно из таблицы, ведет к пропорциî»»:ü»»o»! минимизации расход0 электроз» ерги»1 на поддержа»:,ие темпер атуры расплава í 1 заданном уровне .
Использование фурмы предлагаемой конструкции позволяет сократить расход воды на охлаждение на 50-56 от»».% а расход электроэнергии — на 38-45% по сравнению с прототипом.
Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я
1, Погружная фурма для продувки
5 расплава содержащая внутреннюю трубу
Э для подачи барботируюшего агента и внешнюю трубу, расположенную коаксиально внутренней с зазором между внутренней и внешней трубами для подачи в расплав хладагента, спираль— ную нат»равляющую для закручивания потока хладагента в зазоре между внутренней и внешней трубами, о т л и— ч а ю v» а я с я тем, что, с целью сок»эашения энергетических затрат при барботажной обработке расплавов, спиральная направляющая выполнена с перемени»м по длине фурмы шагом, шаг спирали в выходном участке фурмы, 20 с оста»»ляющем О, 2-0, 5 от ее общей длины, равен 1,0-2,5 диаметрам внешней трубы и 3,0-6,0 диаметрам внешней трубы во входном участке фурмы, составляющем 0,2-0, 5 от ее общей
25 д »ины
2. Фурма поп.1, о тл ич аю— щ а я с я тем, что, с целью повышения точности измере»п»я температуры на срезе фурмы для обеспечения ее дли30 тельной безаварийной эксплуатации, 1»а внутренней поверхности внешней трубы установлены две термопары, первая — на расстоянии 1,2-2,5 диаметра внешней трубы от среза фурмы, вторая — на расстоянии 2,0-4,0 диаметров внешней трубы от первой.
Сост а ви тель В. Кра сина
Редактор А.Маковская Техред Л. Сердюкова Коррекrор М.Кучерявая
Заказ 317 Тираж 397 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. ч/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101
