Способ продувки расплавов металлов и фурма для его осуществления

 

Использование в области черной металлургии, конкретнее, в кислородно-конвертерном производстве при продувке расплава металла сверху через фурму. Сущность изобретения: по способу продувки расплавов металлов регулируют критическое сечение сопла за счет замены установленных в соплах сменных насадков с критическими сечениями, обеспечивающими требуемую газодинамическую характеристику продувочных струй. Фурма для осуществления способа содержит наконечник с соединенным с трактом подачи окислительного газа разъемным соплом. Разъемное сопло состоит из закрепленного в торцевой части наконечника диффузора (Д) и плавно сопряженного с внутренней поверхностью входного участка Д укороченного сменного сопла Лаваля (СЛ), диффузорная часть которого установлена в кольцевой проточке внутренней поверхности Д, а ее профиль идентичен профилю Д. В области кольцевой проточки на внутренней и наружной поверхности Д выполнены гофрообразующие канавки для компенсации продольных деформаций сопла. Внутренние гофрообразующие канавки перекрыты диффузорной частью укороченного СЛ. 2 с.п.ф, 2 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно: к кислородно-конвертерному производству и может быть использовано в продувочных фурмах для подачи газа сверху в конвертер.

Известны способы продувки расплавов металлов окислительным газом, включающие подачу в сверхзвуковые сопла фурмы окислительного газа и продувку через них расплава.

Способы реализуются устройствами, включающими продувочные фурмы, наконечник которых снабжен равномерно размещенными по окружности дутьевыми сверхзвуковыми соплами, корпуса которых жестко закреплены между верхней и нижней торцевой тарелками (см. например, авторское свидетельство СССР N 133о172, 1987; авторское свидетельство СССР N 1527280, 1989; авторское свидетельство СССР N 1587921, 1990; авторское свидетельство СССР N 1652351, 1991; авторское свидетельство СССР N 1675342, 1991; патент РФ N 2003697, 1993; патент РФ N 2025498, 1994).

Основным недостатком известных способов и реализующих их устройств является то, что применение этих способов и устройств не позволяет в процессе работы конвертера оперативно компенсировать постоянное увеличение его объема, происходящее из-за разгара футеровки, что приводит к несоответствию заданных газодинамических характеристик истекающих из фурмы струй окислительного газа и реальным объемом конвертера. Это приводит к нарушению расчетного баланса между объемом расплава и характеристиками продувки, что повышает энергоемкость процесса и снижает качество продукции. Кроме того, быстрый износ рабочей поверхности сопла в основном из-за разрушения (прогара) выходной кромки, приводит к изменению геометрических параметров сопла и ухудшению газодинамических характеристик фурмы во время продувки расплава. Неудовлетворительной является также стойкость сварных швов, соединяющих торцовую поверхность сопел с нижними тарелками фурмы, обусловленная значительными знакопеременными температурными напряжениями вдоль осей сопел.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип изобретения, является способ продувки расплавов металлов окислительным газом и устройство для его осуществления, включающий подачу в сверхзвуковые сопла фурмы окислительного газа и продувку через них расплава, который реализован в сопле продувочной фурмы, содержащим корпус с аэродинамическим каналом с дифяузором и с кольцевой выточкой (компенсатором деформаций) на наружной поверхности сопла (см. авторское свидетельство СССР N 1047963, 1979).

Данному способу присущи те же недостатки, что и аналогам, а именно, в процессе работы конвертера, невозможно оперативно менять параметры истекающих из фурмы струй окислительного газа и компенсировать постоянное увеличение объема конвертера, происходящее из-за разгара его футеровки, что приводит к несоответствию интенсивности продувки объему конвертера. Это снижает технологические возможности продувки.

Устройство, реализующее способ, также не позволяет корректировать параметры струи по ходу кампании конвертера и дополнительно имеет сравнительно низкую стойкость, поскольку кольцевая компенсирующая выточка, выполненная только на наружной поверхности сопла не обеспечивает достаточную разгрузку сварных швов от термомеханических нагрузок. Кроме того, вследствие необратимой деформации при работе части корпуса сопла, не обеспечивается устойчивость газодинамических характеристик кислородной струи.

Таким образом, общим недостатком, присущим как аналогам, так и прототипу является то, что критическое сечение их сопел является постоянной величиной, что определяет оптимальные расходные характеристики сопел, в то время как эти характеристики по ходу кампании конвертера необходимо менять из-за изменения его рабочего объема, обусловленного разгаром футеровки.

Целью изобретения является оптимизация газодинамических характеристик продувочной струи по ходу кампании конвертера и одновременно повышение надежности и долговечности сопла за счет разгрузки его монтажных сварных швов от напряжений, связанных с температурными и механическими деформациями корпуса сопла.

Это достигается тем, что в способе продувки расплавов металлов окислительным газом, включающем подачу в сверхзвуковые сопла фурмы окислительного газа и продувку через них расплава, при нарушении баланса между объемом конвертера и характеристиками продувки из-за увеличения объема конвертера по ходу кампании за счет разгара его футеровки, производят корректировку газодинамических характеристик продувочных струй, истекающих из сопел наконечника фурмы, повышая их дальнобойность путем замены сменных частей сопел на сменные части с большим критическим сечением.

Цель достигается также тем, что в устройстве для осуществления способа, содержащем корпус сопла с компенсатором его продольных деформаций и аэродинамическим каналом с диффузором на выходном участке сопла, сопло выполнено составным в виде закрепленного в наконечнике фурмы базового соплового корпуса и сменного насадка, установленного в кольцевой внутренней проточке на входном участке базового соплового корпуса, снабженного выходным диффузорным участком и компенсатором деформаций, выполненным в виде наружных и внутренних кольцевых гофрообразующих канавок в его стенке, при этом внутренние гофрообразующие канавки расположены в области кольцевой проточки базового соплового корпуса и перекрыты сменным сверхзвуковым насадком, снабженным проточным аэродинамическим каналом, состоящим из конфузора, критического сечения и короткого диффузора, профиль которого идентичен профилю диффузорного канала выходного участка базового соплового корпуса и плавно сопряжен с последним. Предпочтительно выполнение сменного сверхзвукового насадка с длиной, превышающей в 1,0-2,5 раза диаметр критического сечения.

Ряд сменных сверхзвуковых насадков с разным критическим сечением обеспечивает возможность оперативной корректировки параметров струй окислительного газа в соответствии с реальной емкостью конвертера. Кроме того, конструкция составных сопел обеспечивает сохранение при работе геометрической формы аэродинамического канала каждого сопла независимо от деформации его сборного корпуса, в том числе и при значительном износе выходной кромки сопла, которую также можно компенсировать и длиной сменного насадка. Соединение сменных насадков с одним и тем же базовым соплом корпусом позволяет иметь набор насадков с разными критическими сечениями и устанавливать их в зависимости от условий технологии. Это обеспечивает улучшение технико-экономических показателей процесса выплавки стали по ходу кампании конвертера, а выполнение в стенках базового соплового корпуса компенсатора деформаций в виде гофрообразующих канавок разгружает монтажные сварные швы сопла от температурных деформаций, что дополнительно обеспечивает не только снижение механических нагрузок на корпус, но и сохранение геометрических параметров проточного канала сопла, и особенно критического сечения насадка, а следовательно способствует повышению технико-экономических показателей продувки и долговечности работы фурмы в целом.

Изобретение иллюстрируется чертежами: где на фиг. 1 показан общий вид наконечника продувочной фурмы (продольный разрез) с базовым сопловым корпусом и сменным насадком; на фиг. 2 показан увеличенный фрагмент фиг. 1.

Способ продувки расплавов металлов окислительным газом реализуется при помощи следующего устройства.

Устройство для осуществления способа включает базовый сопловый корпус 1, в стенке которого на входном участке выполнены внутренние 2 и наружные 3 кольцевые гофрообразующие канавки, при этом на внутренней поверхности стенки корпуса 1 от торца до нижней (если их несколько) внутренней гофрообразующей канавки 2 выполнена кольцевая проточка 4, в которой установлен сменный сверхзвуковой насадок 5 с перекрытием внутренней гофрообразующей канавки 2. Проточный канал сопла образован конфузорным каналом 6 критическим сечением 7 и коротким диффузным каналом 8, которые выполнены в сменном сверхзвуковом насадке 5, и диффузорным каналом 9 выходного участка базового соплового корпуса 1, при этом профиль короткого диффузорного канала 8 идентичен профилю диффузорного канала 9 и плавно с ним сопряжен. Соединение базового соплового корпуса 1 со сменным сверхзвуковым насадком 5 осуществляется любым известным способом, например, посадкой с натягом в кольцевой проточке 4.

Способ продувки расплавов металлов окислительным газом осуществляется с помощью устройства, работающего следующим образом.

При продувке расплава окислительным газом, например, кислородом, подводимом к наконечнику через фурму, газовый поток под давлением поступает на вход сопла в конфузорный канал 6, расширяется в нем и ускоряется до скорости звука, проходит критическое сечение 7, разгоняется до сверхзвуковой скорости и истекает из сопла в виде жесткой дальнобойной струи.

При значительном износе (разгаре) футеровки конвертера и/или выходной кромки 10 корпуса 1 сопла, приводящим к ухудшению газодинамических характеристик продувочной струи по ходу кампании, производят корректировку газодинамических характеристик продувочных струй, истекающих из сопел наконечника 11 фурмы, повышая их дальнобойность путем замены только сверхзвукового насадка 5 на аналогичный, но с требуемым критическим сечением 7, что позволяет создать продувочную струю с необходимыми газодинамическими характеристиками, которая глубоко внедряется в расплав, интенсивно перемешивает его и рафинирует с высокой скоростью, способствуя повышению эффективности продувки и стабилизируя технико-экономические показатели процесса выплавки стали.

Формула изобретения

1. Способ продувки расплавов металлов, включающий подачу в расплав металла окислительного газа через сопла, корректировку газодинамических характеристик продувочных струй путем регулирования критического сечения сопла, отличающийся тем, что критическое сечение сопла регулируют путем замены установленных в соплах сменных насадков с критическими сечениями, обеспечивающими требуемую газодинамическую характеристику продувочных струй.

2. Фурма для продувки расплавов металлов, содержащая наконечник с соединенным с трактом подачи окислительного газа по меньшей мере одним разъемным соплом, состоящим из закрепленного в торцевой части наконечника диффузора с кольцевой проточкой на входном участке его внутренней поверхности, в которой установлен сменный насадок, выполненный в виде укороченного сопла Лаваля с конфузорной частью и сопряженной с внутренней поверхностью диффузора диффузорной частью, компенсатор продольных деформаций сопла, отличающаяся тем, что компенсатор продольных деформаций сопла выполнен в виде расположенных в области кольцевой проточки на внутренней и наружной поверхностях диффузора гофрообразующих канавок, при этом внутренние гофрообразующие канавки перекрыты диффузорной частью укороченного сопла Лаваля, профиль которой идентичен профилю входного участка диффузора и плавно сопряжен с ним.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2