Фурма для продувки металла

 

Изобретение относится к области черной металлургии , конкретно, к оборудованию конвертерных цехов. Сущность изобретения заключается в том. что фурма содержит газораспределительное сопло, цилиндрический водоохлаждаемый корпус с конусностью в направлении сопла и концентрически расположенные трубы внутри корпуса для подвода охладителя и газа причем конусность выполнена переменной с образованием гофр на конической поверхности , а фурма дополнительно содержит механизм предварительного натяжения корпуса. 1 злф-пы. 5 ил.

(19) RU (11) (51)5 СИС5 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5042086/02 (22) 14.05.92 (46) 15.10.93 Бюл. Мя 37 — 38 (71) Мариупольский металлургический институт (72) Волошин В.С„Немцов Н.С. (73) Немцов Николай Степанович (54) ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА (57) Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно, к оборудованию конвертерных цехов. Сущность изобретения заключается в том, что фурма содержит газораспределительное сопло, цилиндрический водоохлаждаемый корпус с конусностью в направлении сопла и концентрически расположенные трубы внутри корпуса для подвода охладителя и газа, причем конусность выполнена переменной с образованием гофр на конической поверхности, а фурма дополнительно содержит механизм предварительного натяжения корпуса. 1 з.п.ф-пы. 5 ил.

2001119

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно, к оборудованию конвертерных цехов.

Известна фурма для продувки металла, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие центральный газовый тракт, тракты для подвода и отвода охладителя и головку с соплами, снабженную расположенным вокруг ее с зазором защитным кожухом, имеющим замковое соединение с наружной трубой. К недостаткам такой конструкции относятся крайне низкая стойкость кожуха и быстрое его сгорание, связанные с неудовлетворительным режимом его охлаждения, т.е. в конечном результате, поставленная цель — защита фурмы от образования настыли не достигается. Кроме того недостатком является усложнение конструкции фурмы, снижение ее надежности.

Известна фурма для продувки металла. 20 содержащая корпус в виде концентрично расположенных труб, головку с соплом, при этом по внешней стороне корпуса имеются отверстия для подачи воды, причем сечения отверстий увеличиваются по длине сверху 25 вниз. К недостаткам такой конструкции относится низкая эффективность при защите поверхности корпуса от брызг металла и шлака, необходимость дополнительного расхода воды, ее разложение в зоне высо- З0 кой температуры конвертера. опасность насыщения продуваемого жидкого металла водородом и снижение качества конечного продукта плавки.

Известна топливокислородная фурма З5 для про увки металла, содержащая концентрично расположенные трубы для подачи газов и охладителя, головку с соплами, отличающаяся тем, что примыкающая к головке часть фурмы длиной 15-20 приведенных ка- 40 либров выполнена в виде усеченного конуса, прилегающего своим меньшим основанием к головке, с углом наклона его образующей к оси фурмы 5-10, К недостаткам такого устройства атно- 45 сится невозможность обеспечить достаточный угол конусности для самопроизвольного обрушения настыли без ухудшения конструктивных и эксплуатационных характеристик фурмы. Поэтому тре- 50 буется изначально большая критическая масса (а значит и объем) налипшей настыли, которая может самопроизвольно обрушиться. А это затрудняет эксплуатацию фурмы, в частности извлечение ее через горловину 55 конвертера, усложняет условия ее охлаждения, Основная задача, решаемая в данном изобретении заключается в повышении стойкости фурмы, снижении трудозатрат на ее обслуживание и ремонт, достигаемые за счет снижения настылеобразования на корпусе фурмы благодаря созданию условий для самообрушения настыли при относительно небольшой ее критической массе, Для этого в фурме для продувки металла, содержащей газораспределительное сопло, цилиндрический водоохлаждаемый корпус с конусностью в направлении сопла и концентрически расположенные трубы внутри корпуса для подвода охладителя и газа, конусность выполнена переменной с образованием гофр на конической поверхности, а фурма содержит механизм предварительного натяжения корпуса, Наличие переменной конусности с образованием гофр на конической поверхности позволяет существенно снизить величину критической массы образовавшейся настыли (а значит уменьшить и ее объем), способной к самообрушению с поверхности фурмы за счет уменьшения сил механического сцепления между ними.

Действительно, если настыль общим весом (P) расположена на вертикальной поверхности с обратным наклоном, например, на корпусе фурмы с конусностью в направлении сопла (см. прототип), то в этом случае настыль удерживается в основном за счет сил механического зацепления микровкраплений настыли в микронеровности корпуса фурмы (F<) и сил адгезии (F>), которые на 7 — 8 порядков меньше, чем силы механического зацепления. И усилие, необходимое для обрушения настыли определяется как

Foe = P Fa Fc (1)

Под действием силы тяжести настыли микровкрапления последней работают на срез, поэтому определяющим для удержания настыли на конической поверхности является суммарная площадь вертикальных сечений микровкраплений настыли, работающих на срез. Очевидно, чем меньше эта площадь, тем меньше может быть критическая масса самообрушающейся настыли, Микронеровности катаной металлической поверхности (например, для сварных труб) или поверхности цельнотянутых труб имеют форму неглубоких обширных каверн, для которых Ь = (6 — 7) д, где Ь вЂ” поверхностный размер микронеровности, а д — глубина микронеровности, Значит, минимальный угол, при котором микровкрапления настыли могут иметь вертикальные сечения, работающие на срез составляет 15-18 . Т.е. для эффективного саммообрушения критической массы с конической поверхности фурмы, ее конусность должна быть больше, чем предложенная в прототипе в пределах 5(5) 10". Однако. большая конусность невозможна из конструктивных соображений, т.к. в этом случае диаметр цилиндрической части корпуса фурмы на высоте до 2 метров увеличивается в 4,5-5,3 раза, что недопустимо по условиям ее эксплуатации, затруднит ее охлаждение, извлечение из контейнера и т.д.

Предусматривая переменную конусность по высоте фурмы мы можем на отдельных ее участках обеспечить величину конусности до 15 — 18, исключив тем самым действие на этих участках сил механического зацепления настыли за микронеровности и сопротивления на срез по сечению микровкрапления, заменив их на силы трения (Етр) или силы адгезии (Fa) в зоне микровкраплений

Роб = P Fa Fxp (2)

ИЛИ FoII = Р— Fa Fa (3) т.к. суммарная площадь сечений микровкраплений, работающих на срез в этом случае будет стремиться к нулю.

Учитывая произвольную форму зацепления настыли в микронеровностях, невозможно строго определить оптимальную конусность. Однако, общее качественное изменение очевидно. Необходимая сила обрушения настыли по формулам (1) — (3) при минимальной ее критической массе может быть достигнута в результате увеличения конусности путем ликвидации сил, действующих на срез или смятие микровкраплений (или уменьшения действия этих сил) и замены их на силы адгезионного сцепления (которые на 7 — 8 порядков меньше, чем необходимые усилия на срез) или на силы трения.

Для реальной фурмы конического профиля уменьшение действия сил сопротивления микровкраплений на срез возможно эа счет увеличения конусности на отдельных участках по длине фурмы (с учетом конструктивных ограничений по диаметру). Тогда на этих участках, согласно формул (2) и (3) указанные силы сопротивления действовать не будут, а силами адгезии, как показано выше, можно пренебречь, При этом суммарная площадь сечений микровкраплений настыли на оставшихся участках настылеобразования существенно уменьшится, а на их срез будет действовать по- прежнему общая сила тяжести всей настыли. Критическая масса настыли. обеспечивающая ее самообрушение, при этом будет меньше, чем для прототипа, Соответственно, будут улучшены условия эксплуатации фурмы, т.е, обеспечивается решение поставленной задачи.

Наличие механизма предварительного натяжения гофрированного корпуса фурмы

55 позволяет создать продольную нагрузку на сжатие корпуса фурмы для получения продол ьн ых ми кродеформаций на границе Ilo верхности напряженного корпуса и настыли. Образующиеся, таким образом, микротрещины, микросколы или микросмятия на границе корпус-настыль способствуют уменьшению сопротивления микровкраплений настыли на срез и смятие, уменьшению сил адгеэионного сцепления между корпусом и настылью.

Величина деформации подлежит расчету. Для конической трубы продольная деформация на участке dx составляет

dЛ= d (4)

5х где Š— модуль упругости;

Sx — площадь сечения трубы;

Р— усилие деформаций.

Интегрируя по длине конического участка получим где О и d — соответственно диаметры конической части фурмы, Так, например, для гофрированного корпуса фурмы промышленных размеров с конусностью частей составляющих гофр соответственно 5 и 15 на каждые 0,5-0,7 приведенных калибра фурмы расчетная величина относительной деформации при усилии натяжения на корпус фурмы 800 кг составляет 6,5 10 е мм на 1 мм длины фур-4 мы. Сопоставление этой величины с размерами микронеровностей на поверхности фурмы (01 — 1,0 мм) свидетельствует о том, что такие микродеформации на поверхности фурмы могут способствовать уменьшению сил механического зацепления, трения и адгеэии между поверхностью фурмы и образованной на ней настылью, а значит— способствовать уменьшению критической массы настыли, обеспечивающей ее самообрушение. В конечном результате, это способствует решению поставленной задачи, облегчению самообрушения настыли, На фиг. 1 изображен общий вид фурмы для продувки металла с гофрированной конусностью на конце. на фи . 2 — схема действия сил, удерживающих настыль на конической поверхности с механическим зацеплением и работой микровкраплений на срез; на фиг. 3 — то же с удержанием микровкраплений за счет сил трения; на фиг. 4— то же, с удержанием микровкраплений настыли за счет адгезионных сил; на фиг. 5— форма профиля гофрированной конической поверхности фурмы, 20011!9

Фурма (см, фиг, 1) содеожит газорэспределительное сопло 1. цилиндрический водоохлаждаемый корпус 2, в ни>кней части На высоте 2 — 2,5 метра выполненный в фореле конусности переменного угла в направлении сопла 1 с образованием гофр 3. Внутри фурма снабжена концентрически рзсположенными трубами для подвода газа 4 и охладителя 5.

Конкретный вариант фурмы может иметь следующие конструктивные параметры: диаметр сопла 1 — 280 мм; конусность корпуса в направлении сопла на каждом отрезке высоты в 1,2 приведенного калибра фурмы и в 0,5 приведенного калибра попеременно составляет 4 и 15 соответственно: диаметр в уширенной части фурмы на высоте 1600 мм от сопла составляет 480 мм; диаметр остальной части фур лы 2 составляет 340 мм.

В верхней части труба 4 дл11 подвода кислорода имеет фланец 6 который тягой 7 связан с механизмом предварительного натяжения, включающим секторный барабан

8, электродвигагель 9 и редуктор 10.

Работает фурма следующим образом, В период продувки на боковую коническую поверхность 3 фур лы налипают мелкие капельки чугуна, кисло о шлака (в начальный ломент продувки), затем капельки стали имея незначительную массу и обладая низкой тепловой инерцией при соприкосновении с водоохлаждаемой поверхностью фурмы кристалпизу1отся на ней и аа счет сил механиче-кого зацепления за чикронероь.— ности на поверх11ости фурмы, cl л эдгpalll1 закрепляются на этои поверхности, coздавая условия дпя Haлипания на себя другl1x капелек и пэров. Таким образом, г> нижней части фурмы происходит образоьани» вредного нароста — 1астыпи 11. По дости>ксни1о некоторой критической массы, определяемой, в конечном результате, только степенью шероховатости поверхности, урмы l1 условиями зацепления микровкрэплений настыли в микронеоовности фурм:,i, роисходит высвобождение фурмы от!гз с1ь.ли зэ счет самообрушения последней г>од дои твием собственно о веса, УСЛОВИЯ УДЕР>КЭНИЯ НаетЫЛИ На УчЭСтх; Х поверхности фурмы с различной конусностью существенно отличаются. Дпя,цветков с большой конусностью (15"-18 сII. фиг.

3,4) поуказанньил выше причинам прэк1ичеФормула изобретения

1. IT>YplvlA для продувки IY!r TAплл. содер.кащая газораспределительное сопло, цилиндрический водоохлаждаемыи корпус с ски искл1очэется удержание насть1певой массы зэ с <ет с«л леханического зацепления и сопротивления микровкраплсний насть:ли на срез или смятие. Здесь удержание

5 настыли осуществляется только за счет сил адгезии ипи сил трения в ликронеровнос1ях, которьia пренебрежительно малы по сравнению с усилиями на срез, Поэтому CTносительно небольшая по величине крити10 ческая гласса обеспечивает возможность отрыва части 13 (см. фиг. 1 и фиг, 5) закрислгаллизованной настыли от поверхности фурмы на этих участках.

В данном случае реальное удержание

15 настыли воз ложно лишь за счет действия сил сопротивления на срез в микронеровностях и микровкрэппениях 12 части настыли

14, расположенной на участках фурмы с конусностыо меньшей, чем 15-18 (фиг. 2). Од20 нако, суммарная площадь сечений

Mикровкраппе»ий настыли работающих Hà срез по всей поверхности фурмы при это л будет значительно меньше за счет уменьшения площади боковой поверхности фурмы с

25 малой конусностью, что способствует самообрушению настыли при относительно не>лысой ее общей критической массе.

Для срочного обрушения насгыли, имеющей докритическую массу, используют Мо

30 ханизм предварительного натяжения корпуса фурмы, Тяга 7 соединена с газоподводящей трубой 4, которая, в свою очередь жестко caa;:.ана с соплом 1. Через такую систему усилие нэтя>кения передается от

35 пг;и 1одэ!1!i гофрированный корпус 3, с>киМая Е1О D рпдОЛЬНОМ,1ЭПраВПЕНИИ. Прй агом возни... 1 микродеформэьц1и корпуса, способс>п ji >: Iие возникновению микротреi .:,ii ; и 1р. р::зг>ушений в настыли, способст40 .-: . Iol I!iö ег сэ "of ру IIeHu!o

Сущее гвует во -1.1oæíocòü передачи усилия продопьl ого сжатия корпуса фур1лы не зэ счет труб 4, а за счет специально прону45 !; н Ioro в;1утри ее силового троса (HB покэ. „., ъ). кастv, связанного с соплîь . которое

:,:.»о,о o« .ID.äü упирается в торец корпус;.

ЭКОН; 1, ЧЕСКаЯ ЭффЕКгн1ВНОСтЬ 07 ИС 1пль;овэнпя 11зобретения вкл1очэет сHII:Iaa50: цс прост;.. =D конвертера, cD:: aHHûõ с периодичес::им извлечением фурмы из конртерэ, ".,-a; Ià«ой Фурм в среднем в 2 раза. (56) ADTopci oe свидетельство СССР (Ф 100447о, I n. С 21 С 5/48, 1980.

55 конусностью в направлении сопла и концентрически расположенные 1рубы внутри корпуса для подвода охладитгля l1 газа, от2001119

Риг 4

Vuг

Составитель В. Волошин

Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Редактор

Заказ 3112

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 личающаяся тем, что конусность выполнена переменной с образованием гофр на конической поверхности.

2. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что она содержит механизм предварительного натяжения корпуса.