Фурма для продувки металла в конвертере

 

Использование: черная металлургия при производстве стали в кислородных конвертерах . Сущность; фурма состоит из концентрично расположенных труб, образующих тракты 1, 2,3 подвода кислорода , подвода и отвода охлаждающей воды соответственно, головку 4 с основными соплами 4 Лаваля и вспомогательными соплами 7. Вспомогательные сопла 7 выполнены суммарным сечением 0,2-0,5 площади критического сечения сопла 5 и исходят из диффузоров 6 сопла 7. Вспомогательные сопла 7 образуют радиальные проекции на плоскость , перпендикулярную оси фурмы, и распотожены под углом 60-80° к ее оси. Верхние срезы вспомогательных сопел 7 распо: ложены на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла Лаваля от начала дифузора 6. 2 ил. 2 табл. сл С ч о 00 о 4Ь 00 6

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 21 С 5/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4838896/02 (22) 12.06.90 (46) 15.10.92.Бюл.¹ 38 (71) Уральский научно-исследовательскйй институт черных металлов и Нижнета.гильский металлургический комбинат им. В. И. Ленина (72) Г. И. Фугман, М. А. Третья к о в., H. Н. Селиванова, В, Н. Жириков, В. А. Самсонов, В. П. Яшина, В. Я. Литовский, А. В. Чернушевич. O. А, Чарушников и

Ю. Д. Исупов (56) Авторское свидетельство СССР

N .1330171, кл; С 21 С 5/48, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Q.1423602, кл. С 21 С 5/48, 1986. (54) ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА В

КОНВЕРТЕРЕ а 1 ",Ж<щ 1 768648 A l (57) Использование: черная металлургия при производстве стали в кислородных конвертерах. Сущность; фурма состоит из концентрично расположенных труб, образующих тракты 1, 2, 3 подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды соответственно, головку 4 с основными соплами 4 Лаваля и вспомогательными соплами 7. Вспомогательные сопла 7 выполнены суммарным сечением 0,2-0,5 площади критического сечения сопла 5 и исходят из диффузоров 6 сопла 7. Вспомогательные сопла

7 образуют радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы, и расположены подуглом 60-80 к ее оси. Верхние срезы вспомогательных сопел 7 распо; ложены на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла Лаваля от начала дифузора 6. 2 ил. 2 табл.

1768648

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретйее к устройствам для продувки металла в кислородных конверторах.

Известна конструкция фурмы, в которой дпя дожигания окиси углерода отходящих газов выполнены дополнительные сопла, расположенные во втором ярусе на значительном расстоянии от среза основных сопел, а именно, на расстоянии /3238/д V Ã, где d u n — критический диаметр дутьевого сопла и количество дутьевых сопел. Применение этой фурмы обеспечивает снижение расхода жидкого чугуна в металпошихте на 30-50 кг/тя стали.

Недостатком известной конструкции является неоптимально выбранная область зажигания окиси углерода, что снижает эффективность усвоения тепла металлом в конвертере.

Наиболее близкой по технической-сущности и достигаемому результату к изобретению является фурма для продувка металла в конвертере, содержащая концентрично расположенные трубы для подвода кислорода подвода и отвода охлаждающей воды и головку с основными соплами типа сопла Лаваля, каждое из которых имеет вспомогательные сопла с-суммарным проходным сечением, равным 0,2-0,5 площади критического сечения сопла Лаваля, соединенные с кислородйадвадящим трактом.

Недостатком фурмы является низкая тепловая эффективность процесса, поскольку при параллельном расположении осей сопла Лаваля и окружающих его отверстий вторичный поток кислорода из отверстий эжектируется основным потоком и взаимодействует, главным образом, с металлом, не образуя достаточно распространенной в объеме конвертера зоны дожигания СО и СО2 и соответственно„не влияя существенно на тепловую эффективность кислородко-конвертерного процесса.

Кроме того, фурмэ сложка в изготовлении: требует высокой точности исполнения составляющих ее деталей, наличие дополнительных сварных и резьбовых соединений в головке фуры затрудняет обеспечение ее герметичности.

Общими признаками известной фурмы, принятой за прототип, наличие осковных сопел и вспомогательных, расположенных вблизи основных, Целью изобретения является повышение тепловой эффективности кислородкоконвертерного процесса и снижение трудоемкости изготовления фурми.

Поставленная цепь достигается тем, что в известной фурме для продувки металла в конвертере, содержащей концентрично расположенные трубы для подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды и головку с основными соплами и типа сопла

Лаваля, каждое из которых имеет вспомогательные сопла с суммарным проходным сечением равным 0,2-0,5 площади критического сечения сопла Лаваля, вспомогательные сопла выполнены исходящими иэ диффузоров сопел типа сопла Лаваля, образующими радиальные проекции на йлоскость, перпендикуляркую оси фурмы под углом 60-80 к оси фурмы, причем верхние срезь вспомогательных сопел расположены на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла типа сопла Лаваля от начала диффузора.

Применение данной фурмы улучшает шлакообразование в конвертере, уменьшает выбросы и угар металла за счет более мягкой продувки, что позволяет повысить выход годного металла.

Сущность изобретения состоит в том, что под воздействием проникающих в расплав метала кислородных струй, истекающих из основных сопел типа сопла Лаваля, поднимаются потоки СО, которые пересекают кислородную завесу, создаваемую расходящимися струями, истекающими NS вспомогательных сопел, выполненных в диффуэорах сопел Лаваля, площадь вспомогательных сопел, как и в прототипе, равна

0,2-0,5.

Расположение вспомогательных сопел в закритической части сопел Лаваля улучшает перемешивание взаимодействующих потоков СО.и Oz в зоне дожигания, за счет нестационарного режима истечения кислорода из вспомогательных сопел, и одновременно максимально приближает зону дожигания к расппаву. Улучшение перемешивания повышает степень дожигания CO до C0z, а приближение зоны дожигания к расппаву — степень усвоекия ванной тепла, выделяющегося при дожигании.

Выполнение вспомогательных сопел расходящимися, образующими радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы, позволяет равномерно распределить вспомогательные потоки кислорода, а следовательно и зону дожигания, над расплавом.

Выполнение вспомогательных сопел ка расстоянии их верхнего среза /0,1-0,5/Охи от критического сечения под углом 60-80 к вертикальной оси фурмы позволяет получить макстималькую тепловую эффективность кислородно-конвертерного процесса, что выражается в получении наибольшей температуры ванны после продувхи.

17GBG48

При выходе за заявляемые пределы параметров фурмы, т.е. при удалении вспомогательных сопел на расстояние более 0,5

Икр и приближении их менее 0,1 d p от критического сечения, а также при расположении сопел под углом менее 60 и более 80 к вертикальной оси тепловая эффективность процесса снижается за счет ухудшения процессов дожигания СО и СО2 и усвоения ванной тепла от дожигания, Фурма проста в изготовлении, поскольку головка ее состоит всего из одной детали и не содержит сварных и резьбовых соединений, что облегчает сборку и гарантирует герметичность фурмы. Резьба и сварка применяются только в местах соединений головки с трубами для подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды.

Новым в изобретении является область размещения сопел для дожиганя СО..Выполнение их исходящими из диффузора, т,е, в закритической области сопел Лаваля, является новым, ранее не использовавшимися ни в каких областях техники, признаком.

В совокупности с известными признаками изобретение позволяет получить более высокий результат по сравнению с прототипом — увеличить количество и степень усвоения тепла ванной за счет создания условий для равномерного и эффективного смешивания взаимодействующих потоков СО и СО в результате нестационарного истечения вторичных потоков кислорода в сочетании с рассредоточением из вблизи расплава, что позволяет повысить температуру металла после продувки, или . снизить расход теплоносителя /чугуна/ на плавку, Кроме того, данная конструкция фурмы менее трудоемка в изготовлении.

На фиг. 1 изображена фурма, продольный разрез; на фиг. 2 — вид фурмы с торца.

Фурма включает в себя концентрично расположенные трубы, образующие кислородподводя щий тракт 1, тракты 2, 3 подвода и отвода 3 охлаждающей воды, головку 4 с соплами 5 Лаваля, в диффузоре 6 которых выполнены вспомогательные отверстия 7.

Фурма работает следующим образом.

В начальный момент при опускании в конвертер в фурму подается охладитель

/например, вода/. При подходе фурмы к расплаву по центральной трубе подается кислород, который проходя через сопла Лаваля, достигает саерхвуковой скорости.

Сверхзвуковые струи кислорода, проникая в металл, взаимодействуют с углеродом с образованием СО.

Иэ вспомогательных отверстий 7, расположенных в непосредственной близости от критического сечения на наружной по10

35 отверстия были выполнены в форме цилиндра, 20

50 верхности диффузоров под углом 60-80 к оси фурмы, истекают нестационарные вспомогательные струи кислорода для дожигания СО. Нестационарность их обусловлена сверхзвуковой скоростью основного недорасширенного потока, наличием перепада давления кислорода между верхним и нижним срезом вспомогательных со ел, а также изменение структуры и торможением части основного потока при входе его во вспомогательное сопло.

Поднимающиеся потоки СО перемешиваются со вспомогательными струями кислорода за счет их нестационарности равномерного рассредоточения над всей поверхностью расплава, что позволяет получить высокую степень дожигания CO до

СО2. В результате дожигания СО до COz вблизи расплава достигается высокая степень усвоения тепла ванной. Зто позволяет получить высокую тепловую эффек;ивность конвертерного процесса.

Конструктивные параметры фурмы отрабатывались экспериментально, На опытном заводе УралНИИчермета было изготовлено несколько вариантов 2-х сопловых фурм согласно иэобретени1о с dKp6 мм и диаметром вспомогательных сопле

1,9-3 мм и одна фурма известной конструкции и опробованы на полупромышленном кислородном конвертере.

Площадь сечения 2-х вспомогательных сопел к каждому основному соплу, по аналогии с прототипом, составляла 0,2-0,5 площади критического сечения. Вспомогательные

Отверстия на диффуэоре сопла Лаваля были размещены на различных расстояниям от критического сечения и под разными углами к оси фурмы.

В конвертер заливали 300 кг углеродистого полупродукта с температурой 1370" С, содержащего 3.0% углрода, Плавки проводили без использования лома. Ванну продували кислородом с суммарным расходом через основные и вспомогательные сопла

0,65 м /мин. По ходу продувки в конвертер з присаживали 25 кг извести для формирования шлака. Продувку заканчивали по израсходовании 10 м кислорода на плавку.

Тепловую эффективность кислородно-конвертерного процесса определяли по температуре металла после продувки, Результаты исследований представлены s табл. 1. Из табл. 1 видно, что при продувке ванны новой фурмой /опыты 2-7/ по сравнению с известной /опыт 1/ при разных условиях /параметры продувки, условия работы с расплавом/ получена более

1768648

Таблица l

Основное сопло

Тип фурми

Опыт

Расстояние от критического сечения до верхнего среза вспомогательно»

ra сопла, доля с1 gp

Угол наклона вспо" могатель" ного сопла и оси фурмы,градус

Температура ме.талла пос" ле продув" ки, С

Известная фурма (2) Типа сопла

Лаваля

7о

7о

169о

" 1640

1640

Предлагае" иая фурма оптимальный вариант

То же

3

5

7

9

0 1

0,3

0,5

0,35

0,4

ОВЗ

0,05

0,55

0,3

0,35

То же

Предлагаемая фурма .. оптимальный вариант высокая температура металла после продувки (1675-1695 С против 1570 С при продувке известной фурмой), что свидетельствует о повышении тепловой эффективности плавки.

При выходе за заявляемые пределы параметров фурмы /опыты 8-11/ набл1одается резкое снижение температуры металла до

1625-1640оС. Кроме того, при угле наклона вспомогательных сопел к оси фурми 90

/опыт 11/ наблюдался разгар футеровки на уровне расположения в конвертере вспомогательных сопел.

Проведено опытно-промышленное испытание фурмы новой конструкции в кислородно-конвертерном цехе

Нижнетагильского меткомбината, Была использована 4- сопловая фурма с основными соплами типа сопла Лаваля с критическим диаметром 32 мм, На расстоянии 10 мм от критического сечения было просверлено по 2 отверстия диаметром 12 мм, направленных редиально, под углом 70 к оси фурмы.

Перерабатываемый углеродистый полу.продукт с температурой 1380-1390 С содержал 2,8-3,0 углерода. Для получения, заданной температуры металла после продувки /1600-1615 С/ в качестве охладителя использовали металлолом, Продувки кислородом проводили при одинаковом положении фурм предлагаемой и известной кострукции над уровнем ванны, Давление кислорода составляло 1,5 МПа. Расход кислорода на продувку и дожигание СО составлял 300м /мин, Продувку заканчивали при содержании углерода около 0,107. По ходу продувки в ванну вводили шлакообраэу1ощие материалы /известь, руду/.

Технологические данные опытно-промышленной компании приведены в табл. 2, из которой видно, что использование новой фурмы позволяет дополнительно перерабо5 тать в среднем 67 кг лома на 1 т стали и снизить трудозатраты на изготовление фурмы на 32 чел./ч, Таким образом, предлагаемая фурма для продувки металла в конвертере по срав10 нению с фурмой, принятой за прототип, позволяет дополнительно переработать 60-74 кг лома на 1 т стали за c«el. повышения тепловой эффективности кислородно-конвертерного процесса а также снизить трудо-!

5 емкость изготовления фурмы в 2,3 раза.

Формула изобретения

Фурма для продувки металла в конвертере, содержащая концентрично располженные трубы для подвода кислорода, 20 подвода и отвода охлаждающей воды и го= ловку с основными соплами Лаваля, каждое из которых имеет вспомогательные сопла с суммарным проходным Сечением, равным

0,2-0,5 площади критического сечения со25 пла Лаваля, отличающаяся тем, что, с целью повышения тепловой эффективности кислородно-конверторного процесса и снижения трудоемкости изготовления фурмы, вспомгательные сопла выполнены исхо30 дящими иэ диффузоров сопл Лаваля, образующих радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы под углом 60-80 K оси фурмы, причем верхние срезы вспомогательных сопел расположены

35 на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла Лаваля от начала диффузора, 1768648

Таблица 2

Примечание, * Числитель — пределы колебаний, знаменатель — средее, Составитель А. Каханов

Техред M,Moðãeíòàë Корректор А. Каханов

Редактор

Производственно-издатеоьский комбинат "Патент", г. ужгород, уа,гагарина, 101

Заказ 3622 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС

Т ССP

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/б