Фурма для подачи кислорода в конвертер

 

Изобретение относится к черной металлургии, преимущественно к кислородно-конвертерному производству стали. Цель изобретения - снижение расхода чугуна на плавку за счет повышения эффективности дожигания окиси углерода и улучшение шлакообразования . Фурма состоит из четырех концентрично расположенных труб 1, которые образуют основной тракт 2 подвода кислорода, тракты 3 охладителя и дополнительный индивидуально регу-

(д1) С 21 С 5/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н *ВТОРСЗЮМУ СВИДВТОЪСТВУ

/ ислодосУ

90да

3 ф

)б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ lHHT СССР (2 )) 4686433/02 (22) 03в05 ° 89 (46) 23 04 91 ° Бюп )) 15 (71) Мариупольский металлургический институт (72).А,И,Багрий,.А,Д Зражевский, М,А„Поживанов, Л,М Учитель, Р„Д„Куземко, А,В,Сущенко и А,М,Поживанов (53) 669 ° 244 ° 184(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 )168608, кл, С 21 С 5/48, 1983

Авторское свидетельство СССР

)1 1439129, клв С 21 С 5/48, 1987 °,.Я0„„1643617 А 1

2 (54) ФУРМА ДЛЯ ПОДАЧИ КИСЛОРОДА В

КОНВЕРТЕР (57) Изобретение относится к черной металлургии, преимущественно к кислородно»конвертер ному произ водству стали Цель изобретения снижение расхода чугуна на плавку за счет повышения эффективности дожигания окиси углерода и улучшение шлакообраэования, Фурма состоит из четырех концентрично рАсположенных труб I, которые образуют основной тракт 2 под вода кислорода, тракты 3 охладителя и дополнительный индивидуапьно регу

1643617 лируемый кислородный тракт 4 (в общем случае фурма может не иметь центральной трубы, т е, дополнительного тракта), а также головки 5, которая имеет периферийные сопла Лава ля 6 для ввода в ванну "жестких" струй продувочного кислорода и дополнительное центральное сопло 8, состоящее из цилиндрической части 9, 1О выходной конической части 10, соеди ненных между собой участком сопла с многозаходной винтовой нарезкой 11 на его внутренней поверхности Кислород из центрального сопла 8 с эаяв- 15 нии фурмы дожигание СО центральной струей происходит в шлакометаллической эмульсии

Использование вместе с периферий

25 ными дальнобойными струями центрапь ной вихревой мягко-жесткой кислород ной струи с развитым слоем смешения позволяет эффективно дожигать СО в устойчивой вихревой зоне, расположен

30 ной на достаточном с точки зрения стойкости фурмы, удалении от ее голов ки фурмы и вблизи расплава, Благо даря этому, выделяемая при дожигании

СО теплота в меньшей степени негативно воздействует на фурму и футеровку и более эффективно усваивается расплавом, Этому также способствует интенсивное перемешивание шлакометал личе ской эмульсии централь;ой струей

4О в подфурменной зоне улучшаются про цессы усвоения извести и шлакообразо: вания При использовании предлагае мой конструкции фурмы облегчаются про цессы управления струями (по сравне нию с известным устройством), так как с увеличением давления кислорода перед центральным соплом предлагае мой конструкции. жесткость централь ной струи увеличивается, 50 На чертеже представлена предлагае мая фуриа, Фурма состоит из четырех кон центрично расположенных труб 1, ко

55 торые образуют основной тракт 2 под вода кислорода, тракты 3 подвода и отвода охлаждающей воды, а также дополнительный тракт 4 подачи кислороИзобретение относится к черной ме таплургии и может быть использовано в кислородно-, конвертерном производ стве стали, Целью изобретения является сииже ние расхода чугуна на плавку за счет повышения эффективности дожигания окиси углерода, а также улучшение шлакообр азования, Выполнение центрального сопла с входной цилиндрической частью, вы ходной конической частью и участком сопла между ними с многозаходной винтовой нарезкой на внутренней поверхности сопла с приведенными пара метрами позволяет подать ноток вторичного кислорода из фурмы в виде центральной мягко-жесткой струи с развитым вихревым слоем смешения в полость конвертера, При этом в слое смешения центральной струи образуется устойчивая область горения СО, расположенная в подфурменной зоне на достаточном удапении от торца голов ки, чтобы избежать перегрева послед ней Область дожигания располагается вблизи расплава, что повышает эффек тивность усвоения последним получен ного за счет дожигания тепла, Ядро центральной струи при этом обладает достаточной жесткостью, чтобы про никнуть в шлакометаллическую эмуль сию, эффективно перемешивать ее, спо собствуя улучшению шлакообразования, При высоком положении фурмы над уров нем ванны дожигание СО центральной струей происходит в газовой фазе вблизи расплава, при низком положеляемлми параметрами истекает в виде мягко-жесткой струи с развитым вих ревым слоем смешения, где происходит эффективное дожигание СО, Область дожигания находится на достаточном (с точки зрения стойкости фурмы) уда ленни от торца головки и приближена ,к расплаву, благодаря чему происходит интенсивное перемешивание шпакометап лической эмульсии, в подфурменной зоне, улучшаются процессы шлакообразования и усвоения полученного за счет дожигания тепла, 1 ил °, 3 табл

16436 да с индивидуальным регулированием расхода, В общем случае фурма может и не

° иметь центральной кислородной трубы, т,е, не иметь дополнительного кис5 лородного тракта. 4 ° Фурма заканчивается головкой 5, имеющей периферий ные сопла Лаваля 6 для ввода в полость конвертера сверхзвуковых кислородных струй 7, используемых пля продувки расплава, и дополнительное центральное сопло 8, которое состоит из цилиндрической 9 и выходной 10 конической частей и расположенной между ними многозаходной винтовой нарезки 11 ° При этом отношение пло щади проходного сечения F цилиндрической части 9 центрального сопла 8 к площади проходного сечения F> ñîï- 20 ла на участке с нарезкой 11 составляет 2 10, длина 1х конической части

1О сопла 8 составляет 0,6»2,0 диаметра Й начального сечения конической части, а угол раскрытия конической 25 ,части ф.равен 10-25 °

Фурма работает следующим образом»

Основной поток 12 кислорода посту пает к расширяющимся соплам 6, ускоряется в них до сверхзвуковой скорости и используется для рафинирования расплава„Дополнительный поток 13 кислорода поступает к центральному соп лу 8, где часть кислорода 14 проходит через свободное от нарезки 11 проход

35 ное сечение (в виде цилиндрического отверстия) сопла 8, а другая часть кислорода 15 внедряется в многозаход ную винтовую нарезку 11, закручиваясь в ней.и в виде вихревого потока, Эти 40 два потока после выхода из участка сопла с нарезкой, расширяясь далее и, взаимодействуя мвкду собой в выходной конической части 10 центрального соп ла, образуют н,а выходе и з нее мягко жесткую сильно закрученную струю 1б с развитым вихревым слоем 1? смешения, куда эжектируется и где эффективно дожигается окись углерода, внделякг щаяся в подфурменной зоне при взаимо;5а действии периферийных кислородныхструй с расплавом, При этом зона до жигания несколько удалена оТ торца ro» ловки фурмы и приближена к, расплаву, что способствует повышению стойкости - 55 фуроры, усилению перемешивания шлако металлической эмульсии в подфурменной зоне и, как следствие, улучшению про», цессов шлакообразования и усвоению

7 6 расплавом полученной за счет дожигания СО теплоты, Для определения оптимальных кон структивных параметров фурмы и изучения механизма взаимодействия пото ков кислорода в центральном сопле фурмы, а также с периферийными струями, на газодинамическом стенде проведена серия экспериментов с исполь зованием стробоскопа и теневой фото сьемки Эксперименты проводили на натурных центральных соплах, рассчитанных для фурм 200 и 350-тонных конвертеров, имеющих по пять {обычно используемый на практике вариант ко личества сопел) периферийных сопел с критическими диаметрами, соответственно, равными 37,2 и 42 мм, а та зке на моделях указанных фурм, выполнен ных в масштабе 1:5, B качестве продувочного газ а и спользуют компре с со р ный воздух с давлением до 2,0 MIa»

В табл,1 приведены результаты исследования влияния отношения F+/F> на коэффициент восстановления полно го давления в сопле (коэффициент, характеризующий потери потенциальной энергии давления в сопле) () и кали чие отрыва потока (напичие локальных зон с пониженным давлением) в цент ральном сопле при 1 Й „,; 06 = 12

180

Как видно из табл.1, при отношении площади проходного сечения цилиндрической. части сопла Р к площа рч проходного сечения сопла на участ ке с нарезкой Г1, равном 2 10, обес печивается оптимальная, с точки зре ния эффективного дожигания и шлакообразования, структура центральной струи, необходимая стойкость центрального сопла и минимальные потери потенциальной энергии давления вто ричного кислорода» При Р1 /Г11 (2 ци линдрическая часть центрального сопла "работает" как ускоритель потока и при подходе к участку с нарезкой мйслород имеет околозвуковую czo» рость.(около 300 м/с), При этом воз никают большие сопротивления входа потока в нарезку и течения в ней, появляется опасность нарушения сплош ности течения, неполного заполнения потоком канала и отрыва потока от стенок выходной части сопла» В ре зультате ужудшается стойкость сопла и поток вторичного кислорода не име

1643617 ет оптимальной с точки зрения дожи гания и шлакообразования структуры, При Р /Fн ) 10 не обеспечивается . плавный ввод кислорода в многоза ходную винтовую нарезку, чго вызы вает дополнительные сопротивления на разворот потока и на удар нри входе в нарезку» Кроме того, дна метр входной цилиндрической части соппа увеличивается настолько, что заметно снижается проходное сечение для подачи охлаждающей воды в голов ке фурмы, снижается ее стойкость, необоснованно увеличиваются размеры 15 тракта для подачи вторичного кислорода, При обычно применяемых на прак» тике конструктивных размерах головок фурм выполнение центрального сопла с

F>/Р,у 10 невозможно, технически из за 20 ограниченности межсоплового расстоя ния в центральной части верхней тарелки головки фуриы»

В табл,2 приведены результаты исследований влияния длины выходной конической части центрального сопла на структуру истекающих потоков кис порода при Рц/Рк 3-5, р(. = 12- 18»

При длине конической части 1к центрального сопла менее 0,6 диамет 30 ра начального сечения конической час ти d и кислород истекает из вихре1 вого аппарата не в виде сплошного по тока, а в виде отдельных струек При этом не обеспечивается полное запол нение кислородом выходного участка конической части центрального сопла, возникают области разрежения, куда может эжектироваться горящее 00 из полости конвертера, Это приводит к 40 быстрому разрушению сопла и торцовой части фурми, Кроме того, при lk(0, 6d„„

Ф не обеспечивается защита торцовой части участка многозаходной винтовой нарезки от разрушающего теплового: 45 излучения реакционной зоны, нижние витки нарезки при этом должны быст" ро оплавиться, Это приведет к нару шению структуры истекающего кислород ного потока и невозможности достиже 5Q ния поставленной цели» При 1кс0,64к g центральный кислородный поток, исте какщий из фурмы, не обладает доста точной жесткостью, что приводит к снижению стойкости фурмы и к уменьшению стЬпени использования полученного за счет дожигания СО тепла, так как область дожигания удаляется от расплава и приближается к голов ке фурмы, При 1, > 2,0йк, истекакщая из центрального сопла кйслородная струя является слишком жесткой, Вих ревой слой смешения на поверхности центральной струи не получает замет»: ного развития (на длинном выходном участке сопла за счет трения отдель ных микропотоков кислорода друг о друга и о стенки сопла теряется тан генциальная составлякнцая скорости потока, сообщенная ему посредством многоэаходной нарезки - вихревого аппарата), Это приводит к тому, что центральная струя работает практнчес ки так же, как и перифернйные,:т е в режиме глубокого проникновения в расплав (в режиме рафинирования), эффективность дожигания СО резко снижается

В .табл 3 приведены результаты исследований влияния величины угла на структуру истекающих потоков кис лорода из центрального сопла при

Рц/Рм 3 5>3 1к (0»6-1 5) 1к,ц . Как видно из табл»3, если угол раскрытия выходной конической час ти ф. меньше 10, то даже при значениях 1к, близких к нижнему гранично. му значению,: т»е, при 1кй О,бй, на выходе из центрального сопла нель- зя получить струю с развитым вихре вым погранслоем, струя является слишком жесткой ° Это приводит к снижению эффективности процессов дожи гания СО и шлакообраэования Если угол ф„ больше 25, наблюдается непол» ное заполнение кислородом конической части сопла {так называемый от" рыв патока), образуются области по нижеиного давления, куда эжектирует ся конвертерный газ ° Образовавшиеся внутри конусной части сопла очаги локального горения горячего СО при ведут к интенсивному износу сопла и фурми в целом, что сделает иевозмож ным достижение поставленной цели».

Формула изобретения

Фурма для подачи кислорода в кон вертер, содержащая головку с расположенными в ней периферийными соплами и центральным соплом с входной ци линдрической и выходной конической частями, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода чугуна на плавку за счет повышения

Т аблица 1 нт Нарушение сплошности течения в сопле оше

0,5 и менее Наличие нескольких областей отрыва (понижен ного давления) вблизи стенок сопла

Области отрыва практически orсутствуют

Области отрыва отсутствуют

0,72

°"

° 1

° 11

8

0,75

0,71

0,69

0,62

5

Т аблица 2 труктура истекакщих потоков кислорода их центрального сопла

0,3

Кислород истекает из центрального сопла в виде нескольких (по числу заходов нарезки) отдельных отклоненных от вертикальной оси под большим углом струек и центральной отдельной струи; создается мягкий кислородный поток и область дожигания приближается к головке фурмы; в конической части центрального сопла существуют зоны отрыва потока

То же

Зон отрыва потока не наблюдается; кислород истекает из центрального сопла в виде мягко-жесткой струи с развитым вихревым слоем смешения; область дожигания находится на достаточном удалении от торца фурмы и приближена к ванне

То же

0,5

0,6

0,7.

1,0

1,5

2,0

2,5.

5

7

«11»

»11» 1

Кислород истекает из.центрального сопла в виде жесткой струи, не имеющей раз« витого вихревого слоя смешения и глубо ко внедряющейся в ванну

9 16436 эффективности дожигания окиси углерода, а также улучшения шлакообразования, центральное сопло с входной цилиндрйческой и выходной конической частями выполнено с промежуточным участком с многозаходной бинтовой нарезкой на его внутренней поверхности, соединяющим. входную цилиндрическую и несходную коническую части, причем от17

10 ношение площади проходного сечения цилиндрической части центрального сбпла к площади проходного сечения сопл

В на участке с нарезкой составляет

2-10, длина конической части составля ет О, 6-2, О диаметра начального. сечения конической части, а угол раскрытия последней равен 10-25 *

12! 643617

Таблица 3 руктура истек токов кнслоро нтрально го со

Отн ош ение

1ц/1„,и ие личина гла, рад

0,6

Нет

°"

«вс

Есть

Составитель В, Красина

Техред М Моргентал Редактор Н.Рогулич

Корректор О.Кравцова

Тираж 400 Подл и с но е комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1221

ВНИИПИ Государственного

113035, I

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

3

6

8, 9

8

lO

1,0

1,5

0,6

1,5

0,6

0,6

1,5

0,6

1,5

Кислород из центрального сопла истекает в виде жесткой струи, ие имеющей развитого вихревого слоя смешения

То же

Кислород истекает в виде мягко-жесткой струи с развитым слоем смешения

То же

° « »

wtIÔ

°"

°"