Кислородная фурма

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к конструкциям фурм для верхней продувки жидкого металла кислородом в конвертере или других сталеплавильных агрегатах. Фурма выполнена с оребренными внешней трубой 1 с ребрами 12 и наконечником 7 с ребрами 13. Ребра размещены на их внутренних поверхностях. Внутренняя труба 2 нижним концом контактирует с ребрами 13 наконечника 7 через фланец 2, нижним концом контактирует с ребрами 13 наконечника 7 через фланец 14, а верхним сопряжена со стенкой центральной трубы 3 через фланец 15 и скользящее уплотнение 16. Кроме того, на 1/3 ее длины от нижнего конца выполнена серия рассредоточенных сквозных отверстий-сопл 17, имеющих суммарную площадь, равную 1,8-2,0 площади кольцевого зазора 9 между кромкой фланца 14 и наконечником 7. Наконечник 7 выполнен из листовой углеродистой стали в виде однотарельчатой полутороидальной формы с радиальными ребрами 13 и со сменными соплами 8, при этом центральная его часть с соплами 8 защищена от высокотемпературного воздействия реакционной зоны огнеупорной массой 19, а периферийная /полутороидальная/ защищена от заметалливания слоем 20 из сплава с низкой адгезией к жидкому металлу. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкциям фурм для верхней продувки металла кислородом, и может быть использовано в сталеплавильном производстве при плавках стали в конвертерах и других сталеплавильных агрегатах.

На фиг. 1 изображена фурма, продольный разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1.

Фурма горячая (фиг.1) содержит внешнюю 1, внутреннюю 2 и центральную 3 трубы, образующие центральный канал 4, внутренний 5 и внешний 6 кольцевые каналы. Снизу все каналы ограничены наконечником 7 с соплами 8, а каналы 5 и 6 связаны между собой через кольцевой зазор 9. Сверху фурма заканчивается заглушкой 10 внешней трубы 1 и патрубком 11, предназначенным для подачи окислителя во внутренний кольцевой канал 5.

Фурма горячая снабжена оребренными внешней трубой 1 с ребрами 12 и наконечником 7 с ребрами 13 (фиг.1, 2 и 3), при этом ребра 12 и 13 размещены на их внутренних поверхностях и расположены вдоль (по длине) трубы 1 (фиг.1 и 2) и по радиусу наконечника 7 (фиг.1 и 3). Внутренняя труба 2 нижним концом контактирует с ребрами 13 наконечника через фланец 14, а верхним сопряжена со стенкой центральной трубы 3 через фланец 15 и скользящее уплотнение 16, причем в стенке внутренней трубы 2 на 1/3 ее длины от нижнего конца выполнена серия рассредоточенных сквозных отверстий сопл 17 (фиг.1 и 2), дополнительно связывающих внешний кольцевой канал 6 с внутренним кольцевым каналом 5, и имеющих суммарную площадь, равную 1,8-2,0 площади кольцевого зазора 9 между кромкой фланца 14 и наконечником 7, при этом внешний кольцевой канал 6 связан с центральным каналом 4 через пространство 18 под заглушкой 10, а межсопловое пространство наконечника 7 заполнено огнеупорной массой 19. Кроме того, сопла 8 выполнены сменными (на резьбе) из жаростойкого материала, например, из сплава меди с кобальтом (по 50% каждого элемента), а на внешнюю округленную поверхность наконечника 7 (который может быть выполнен в данном случае, как из стали, так и из меди) нанесен защитный слой 20 материала с высокой теплопроводностью и низкой адгезией к жидкому металлу, например, тот же сплав меди с кобальтом.

Для надежного обеспечения рабочего теплового режима (баланса тепла, поступающего на фурму из рабочего пространства конвертера и тепла, отбираемого от нее кислородом на его нагрев и возвращаемого этим же кислородом в металлическую ванну агрегата) фурмы горячей, она снабжена сквозными отверстиями соплами, выполненными на 1/3 длины внутренней (разделительной) ее трубы, т. е. на участке фурмы, наиболее теплонагруженном, и фланцем на нижнем конце этой же трубы, при этом внутренний размер фланца по кромке выполнен таким образом, чтобы через зазор, образованный между последней и наконечником, кислорода к охлаждению наконечника от всего объема, поданного во внутpенний канал, прошло около 1/3, а остальной объем кислорода из внутреннего канала проходит (вдувается) во внешний канал через отверстия-сопла и, встретившись с кислородом движущимся по внешнему каналу (от наконечника), будет нагреваться теперь совместно с этим кислородом, охлаждая при этом как последний, так и дополнительно оребренную внутреннюю поверхность внешней трубы. Именно этот дополнительный охлаждающий эффект кислорода и позволяет надежно предотвратить (исключить) прогар внешней трубы фурмы. Это обуславливается следующим. Вдуваемый через отверстия-сопла кислород во внешний канал в поток движущегося кислорода дополнительно турбулизирует последний и разрушает тонкий ламинарный пристаночный его слой, возникающий в результате "прилипания" газа (причинами этому, в данных условиях, могут быть давление и температура газа, а также температура контактируемой с ним внутренней оребренной поверхности внешней трубы). Разрушение этого слоя способствует увеличению коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы к газу. Кроме того, этому же способствует и непосредственный обдув внутренней поверхности стенки трубы и поверхности ее ребер более холодным кислородом, струи (получение их обеспечивается ввиду различного давления во внутреннем и внешнем каналах фурмы из-за разных скоростей потока кислорода в этих каналах) которого направлены во впадины между ребрами (фиг.2). Таким образом, суммарный охлаждающий эффект движущегося в каналах фурмы кислорода (по типовой технологической инструкции ТТИ-1.3-15-22-86, скорость его 50-80 м/с) надежно обеспечивает охлаждение внешней трубы фурмы до допустимой рабочей температуры (400-450^оС, т. е. внутренней оребренной ее стенки) и, одновременно нагреваясь в ней до 300-350^оС, возвращает тепло в металлическую ванну конвертера (или другого металлургического агрегата). Движение кислорода в фурме осуществлено особым образом, т. е. он из внутреннего канала попадает во внешний по двум взаимопересекающимся направлениям. Одна часть его объема (около 1/3 поданного во внутренний канал) направлена во внешний канал через кольцевой зазор, в первую очередь, для охлаждения наконечника, а 2/3 (1,8-2,0) частей его объема направлены через отверстия-сопла, и в первую очередь, для охлаждения ребер и интенсификации турбулентности всего объединенного потока кислорода во внешнем канале. Упрощенный (оценочный) расчет подтверждает, что суммарная площадь (проходное сечение) отверстий-сопл должна быть в 1,8-2,0 раз больше площади (проходного сечения) кольцевого зазора. При увеличении суммарной площади отверстий-сопл появляется опасность прогара наконечника, а при уменьшении ее возникает опасность прогара стенки внешней трубы фурмы.

Фурма работает следующим образом.

Для выплавки стали, например, в конвертере, с использованием фурмы горячей, последнюю опускают в него, и когда наконечник фурмы окажется ниже горловины подают в фурму через патрубок 11 газообразный кислород под давлением 1,2-1,5 МПа. Из патрубка кислород попадает во внутренний кольцевой канал 5, из которого двумя раздельными потоками проходит во внешний кольцевой канал 6 с ребрами 12. Один из потоков (первый), который составляет, пример, 1/3 от всего объема кислорода, поданного во внутренний канал 5, направлен через зазор 9 в пространство наконечника 7 с ребрами 13 и, отобрав тепло от наконечника, попадает во внешний канал 6. В этот же канал через отверстия-сопла 17 попадает и второй (остальной) поток кислорода, объем которого, примерно, в 2 раза больше объема первого потока. Образовавшийся общий поток кислорода приобретает во внешнем оребренном кольцевом канале 6 суммарно-максимальный охлаждающий эффект, ввиду выше рассмотренных факторов и, охладив внешнюю трубу 1 фурмы и нагревшись, попадает через пространство 18 (под заглушкой 10) в центральный канал 4 фурмы, из которого через сопла 8 вдувается в металлическую ванну конвертера.

В процессе работы фурмы обеспечивается: 1) подогрев вдуваемого кислорода; 2) значительно меньшее заметалливание фурмы, так как наружный слой настыли на горячей фурме будет оплавляться из-за отсутствия интенсивного отвода от нее тепла; 4) значительно меньшее поступление тепла на наконечник, так как он имеет округленную (тороидальную) торцевую поверхность при одновременной защите его межсопловой центральной части огнеупорной массой.

Формула изобретения

1. КИСЛОРОДНАЯ ФУРМА, содержащая торцевую головку с дутьевыми соплами, жестко соединенные с ней три концентрически расположенные трубы, средняя из которых образует верхней своей частью зазор с крышкой фурмы, оребрение, выполненное на внутренней стороне наружной трубы, при этом наружная поверхность торцевой головки выполнена в виде полуторов, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности производства стали за счет возврата тепла в металлургический агрегат, удешевления стоимости выплавляемой стали, оребрение выполнено на внутренней поверхности торцевой головки, а в стенках средней трубы на 1/3 ее длины от нижнего торца выполнены отверстия, на нижнем торце внутренней трубы выполнен фланец, размещенный с образованием зазора относительно оребрения торцевой головки, суммарная площадь отверстий составляет 1,8 - 2,0 площади кольцевого зазора между кромкой фланца и торцевой головкой, межсопловое пространство торцевой головки заполнено огнеупорной массой и средняя труба выполнена с патрубком для подачи кислорода.

2. Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что сопла наконечника выполнены сменными из жаростойкого материала, например из сплава меди с кобальтом.

3. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что на внешнюю округленную поверхность наконечника нанесен защитный слой материала с высокой теплопроводностью и низкой адгезией к жидкому металлу, например из сплава меди с кобальтом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3