Фурма для продувки расплава металла

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструкции фурм для продувки жидкого расплава кислородом в конвертерах. Фурма для продувки расплава металла содержит концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи продувочного агента, подвода и отвода охлаждающей воды, и закрепленный на трубах посредством переходников наконечник с дутьевыми наклонными соплами и циркуляционной охлаждающей камерой, образованной внутренней и наружной тарелками, снабженными стержневой стяжкой и размещенным между ними разделителем. В зоне расположения дутьевых сопел наконечник выполнен двустенным с внешней стенкой в виде наружной тарелки и внутренней - в виде разделителя. Тракт подвода охлаждающей воды сообщен с циркуляционной камерой посредством патрубков, входные участки которых закреплены в глухом переходнике тракта для подвода охлаждающей воды, а выходные - во внутренней тарелке. Дутьевые сопла установлены с минимальным зазором относительно вертикального участка внутренней стенки. Тракт подвода охлаждающей воды может быть сообщен с циркуляционной камерой посредством радиальных патрубков, входные участки которых закреплены в глухом переходнике тракта подвода охлаждающей воды, а выходные - в коллекторе, выполненном в виде кольцевого цилиндра с выходными отверстиями. Внутренняя тарелка закреплена в центральной части на коллекторе, установленном на стержневой стяжке, закрепленной посредством крестовины в концевой части трубы тракта подачи продувочного агента. Фурма может быть дополнительно снабжена трактом подачи порошкового материала, выполненным в виде центральной трубы, а стержневая стяжка закреплена в центральной трубе и выполнена с осевым каналом, сообщенным с трактом подачи порошкового материала. Патрубки для сообщения циркуляционной охлаждающей камеры с трактом подвода охлаждающей воды могут быть выполнены изогнутыми или ломаными с ориентацией их выходов, направленных в периферийную зону циркуляционной охлаждающей камеры, которая может быть дополнительно снабжена отбойником струй охлаждающей воды, установленным на стержневой стяжке. В зазоре между вертикальным участком внутренней стенки и дутьевыми соплами могут быть дополнительно установлены средства для обеспечения принудительной циркуляции охлаждающей воды, выполненные в виде эжекторных трубок, соединяющих полость циркуляционной охлаждающей камеры с трактом отвода охлаждающей воды. Стержневая стяжка может быть выполнена с осевым каналом, сообщенным с трактом подачи продувочного агента. Выходной участок осевого канала стержневой стяжки может быть выполнен в виде сопла. Технический результат - упрощение конструкции фурмы, обеспечение равномерного износа, повышение стойкости футеровки конвертера и снижение вибрации конвертера. 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструкции фурм для продувки жидкого расплава кислородом в конвертерах.

Из предшествующего уровня техники известны фурмы, предназначенные для верхней продувки расплава металла в конвертере, см., например, В.П. Григорьев и др. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства, М.: МИСИС, 1995 г., с. 54-61.

Однако продувка расплава через эти фурмы сопровождается вибрацией конвертера из-за неравномерного выхода газовых пузырей на поверхность расплава, а также разбрызгиванием металла и шлака на поверхность футеровки, что снижает время безаварийной работы конвертера.

Для обеспечения высокой степени перемешивания металла в конвертере и повышения стойкости футеровки используются фурмы с тангенциально-наклонными дутьевыми соплами, см., например, патенты России 2111262, С 21 С 5/28, 1997 г. и 2103378, С 21 С 5/28-5/35, 1997 г.

Особенностью таких фурм является пространственная ориентация дутьевых сопел, под действием струй которых в верхнем слое расплава формируется вращающийся стационарный вихревой слой.

В одном из вариантов осуществления изобретения по патенту 2111262 приведена конструкция фурмы с центральным продувочным каналом и продувочными соплами, ориентированными тангенциально-наклонно к оси фурмы.

В подобных фурмах-аналогах тангенциально-наклонное положение продувочных сопел определяется центральным расположением продувочного тракта (соответственно тракты подвода и отвода охлаждающей воды расположены в периферийных кольцевых концентричных каналах). Это определяет максимально возможное расстояние, на котором могут быть расположены продувочные сопла от центра фурмы и между собой. В свою очередь положение сопел и расстояние между двумя противоположно расположенными дутьевыми соплами определяет плечо пары сил, вращающий момент от которых передается при продувке на расплав металла.

Однако в указанных фурмах внутреннее устройство наконечников (подключение дутьевых сопел к тракту подачи дутьевого агента расположено за трактами подачи и отвода охлаждающей воды) ограничивает возможность ориентации сопел, например ориентировка сопел в плоскостях, параллельных оси фурмы, приводит (из-за малого расстояния между выходными срезами сопел) к локализации зоны перемешивания расплава и снижению качества расплава, при этом диаметр вращающегося стационарного вихревого слоя будет недостаточным.

Прототипом изобретения является фурма, содержащая многосопловую головку с наклонными соплами, наружную и внутреннюю тарелки с разделителем и центральной стержневой стяжкой. Головка фурмы посредством соответствующих переходников подсоединена к трактам подачи охлаждающего агента подвода и отвода охлаждающей воды, см. патент России 2058398, С 21 С 5/48, 1993 г.

Недостатком прототипа, также как и аналогов, является сложность изготовления, поскольку подключение продувочных сопел к тракту подачи продувочного агента через тракт подачи охлаждающей жидкости приводит к необходимости обеспечения высоконадежной и точной сварки сопел с нижней и верхней тарелками, а также с разделителем. Кроме того, такая схема подключения сопел ограничивает возможность варьирования их положением, например исключено наклонное расположение сопел в плоскости, параллельной оси фурмы.

Технической задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является создание простой и эффективной конструкции фурмы, с обеспечением возможности наклонной установки дутьевых сопел в плоскостях параллельных оси фурмы.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в фурме для продувки расплава металла, содержащей концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи продувочного агента, подвода и отвода охлаждающей воды, и закрепленный на трубах посредством переходников наконечник с дутьевыми наклонными соплами и циркуляционной охлаждающей камерой, образованной внутренней и наружной тарелками, снабженными стержневой стяжкой и размещенным между ними разделителем, согласно изобретению, в зоне расположения дутьевых сопел, наконечник выполнен двустенным с внешней стенкой в виде наружной тарелки и внутренней - в виде разделителя, при этом тракт подвода охлаждающей воды сообщен с циркуляционной камерой посредством патрубков, входные участки которых закреплены в глухом переходнике тракта для подвода охлаждающей воды, а выходные - во внутренней тарелке, причем дутьевые сопла установлены с минимально необходимым для их охлаждения зазором относительно вертикального участка внутренней стенки.

В предпочтительных вариантах выполнения тракт подвода охлаждающей воды может быть сообщен с циркуляционной камерой посредством радиальных патрубков, входные участки которых закреплены в глухом переходнике тракта подвода охлаждающей воды, а выходные - в коллекторе, выполненном в виде кольцевого цилиндра с выходными отверстиями, при этом внутренняя тарелка закреплена в центральной части на коллекторе, установленном на стержневой стяжке, закрепленной посредством крестовины в концевой части трубы тракта подачи продувочного агента.

Кроме того, фурма может быть дополнительно снабжена трактом подачи порошкового материала, выполненным в виде центральной трубы, при этом стержневая стяжка закреплена в центральной трубе и выполнена с осевым каналом, сообщенным с трактом подачи порошкового материала; патрубки для сообщения циркуляционной охлаждающей камеры с трактом подвода охлаждающей воды могут быть выполнены изогнутыми или ломаными с ориентацией их выходов, направленных в периферийную зону циркуляционной охлаждающей камеры; циркуляционная охлаждающая камера может быть дополнительно снабжена отбойником струй охлаждающей воды, установленным на стержневой стяжке; в зазоре между вертикальным участком внутренней стенки и дутьевыми соплами могут быть дополнительно установлены средства для обеспечения принудительной циркуляции охлаждающей воды, выполненные в виде эжекторных трубок, соединяющих полость циркуляционной охлаждающей камеры с трактом отвода охлаждающей воды; стержневая стяжка может быть выполнена с осевым каналом, сообщенным с трактом подачи продувочного агента; выходной участок осевого канала стержневой стяжки может быть выполнен в виде сопла.

Техническим результатом от использования изобретения является упрощение конструкции фурмы. Дополнительно при продувке снижаются вибрации конвертера, поскольку в поверхностном слое расплава металла образуется циркуляционный вихревой поток с возникновением поля центробежных сил, в котором происходит вытеснение газовых пузырей к центру конвертера. Кроме этого, образующееся стационарное течение в пристеночной зоне конвертера, расположенной в поверхностном слое расплава, равномерно омывает футеровку, обеспечивая этим равномерный износ футеровки, а также оптимальные условия шлакообразования, дожигания СО над поверхностью расплава в конвертере и рециркуляционное осаждение брызг в расплав.

На фиг.1 показан общий вид фурмы (продольный разрез); на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг.3 - вид В продольный разрез (увеличено); на фиг.4, 5, 6 - варианты выполнения; на фиг.7 - вариант выполнения, общий вид (продольный разрез); на фиг.8 - сечение С-С фиг.7; на фиг.9 - вариант выполнения, общий вид (продольный разрез).

Фурма для продувки расплава металла содержит концентрично расположенные трубы 1, 2, 3, образующие тракты для подачи продувочного агента, подвода и отвода охлаждающей воды, и закрепленный на трубах посредством переходников 4, 5, 6 наконечник с дутьевыми наклонными соплами 7 и циркуляционной охлаждающей камерой, образованной внутренней 8 и наружной 9 тарелками, соединенными стержневой стяжкой 10 и размещенным между ними разделителем 11. Переходник 4 выполнен глухим. Наконечник в зоне расположения дутьевых сопел выполнен двустенным с внешней стенкой в виде наружной тарелки 9 и внутренней - в виде разделителя 11, при этом тракт подвода охлаждающей воды сообщен с циркуляционной камерой посредством патрубков 12, входные участки которых закреплены в переходнике 4, а выходные - во внутренней тарелке 8, причем дутьевые сопла 7 установлены с минимально необходимым для их охлаждения зазором τ относительно вертикального участка внутренней стенки (разделителя 11).

В вариантах выполнения патрубки 12 могут быть выполнены изогнутыми (см. фиг. 4) или ломаными (см. фиг.6), при этом их выход сориентирован в направлении периферийной зоны циркуляционной охлаждающей камеры.

В варианте выполнения (см. фиг.5) на стержневой стяжке 10 напротив патрубков 12 установлен отбойник 13 струй охлаждающей воды.

Для улучшения охлаждения дутьевых сопел 7 в области зазора τ между вертикальным участком внутренней стенки и дутьевыми соплами дополнительно установлены средства для принудительной циркуляции охлаждающей воды, выполненные в виде эжекторных трубок 14, соединяющих полость циркуляционной охлаждающей камеры с трактом отвода охлаждающей воды.

Во всех вышеуказанных вариантах выполнения стержневая стяжка 10 может быть выполнена как без канала (не показано), так и с осевым каналом 15, сообщенным с трактом подачи продувочного агента (на выходном участке канал 15 может быть снабжен соплом 16). При необходимости канал 15 может быть заглушен, например, с помощью пробки (не показана).

В варианте выполнения (см. фиг. 7, 8) тракт подвода охлаждающей воды сообщен с циркуляционной камерой посредством патрубков 12, расположенных радиально. Входные участки этих патрубков закреплены в глухом переходнике 4 тракта подвода охлаждающей воды, а выходные - в коллекторе 17, выполненном в виде кольцевого цилиндра с выходными отверстиями 18, при этом центральная часть внутренней тарелки 8 закреплена на коллекторе 17, который установлен на стержневой стяжке 10, закрепленной посредством крестовины 19 в концевой части трубы 1 тракта подачи продувочного агента.

Вариант выполнения, показанный на фиг.9, отличается от предыдущего тем, что фурма дополнительно снабжена трактом подачи порошкового материала, выполненным в виде центральной трубы 20, в концевой части которой посредством муфты 21 закреплена стержневая стяжка 10.

Во всех вариантах выполнения монтаж наконечника на трубы 1, 2, 3, 20 производится посредством сварки в последовательности от центра к периферии, соответственно с этим выбирается длина переходников 4, 5, 6.

Предложенная фурма работает следующим образом.

Подача продувочного агента к соплам 7 осуществляется по внутренней трубе 1. Охлаждающая вода по кольцевому пространству между трубами 1 и 2 и патрубками 12 поступает в циркуляционную камеру наконечника, омывает сопла 7 и отводится по кольцевому пространству между трубами 2 и 3.

В варианте изобретения (см. фиг.1) за счет эффекта эжекции, возникающем на срезе трубки 14, расположенном в водяном потоке, осуществляется постоянное поступление воды в зазор τ. Это обеспечивает дополнительное охлаждение сопел 7.

В вариантах изобретения (см. фиг.4, 5, 6) интенсификация теплообмена в циркуляционной камере наконечника и исключение возможности возникновения в ней застойных зон достигается за счет направления струй охлаждающей воды на ее периферию. При этом в варианте, показанном на фиг.4, 6, струи охлаждающей воды направляются на периферию камеры посредством изогнутых или ломаных патрубков 12, а в варианте, см. фиг.5, это осуществлено за счет прямого патрубка и отбойника 13.

При необходимости канал 15 стержневой стяжки 10 можно использовать как дутьевое сопло, так и для подачи в расплав (через трубу 20) псевдоожиженного порошкового материала. Это расширяет технологические возможности использования предложенной фурмы.

В фурме, см. вариант выполнения, показанный на фиг.7, 8, охлаждающая вода поступает в циркуляционную камеру из выходных отверстий 18 коллектора 17, соединенного с радиальными патрубками 12. Этот вариант выполнения (наряду с основной целью изобретения) позволяет значительно снизить нагрузки на сварные швы наконечника, поскольку основные нагрузки воспринимаются трубой 1 через крестовину 19 стержневой стяжки 10.

В варианте выполнения, см. фиг.9, через дополнительный тракт 20 в процессе продувки можно осуществлять подачу в расплав порошкового материала. В этом варианте стержневая стяжка 10 закреплена в концевой части центральной трубы 20, что также как и в предыдущем варианте дополнительно позволяет разгрузить сварные швы наконечника и повысить надежность фурмы.

По сравнению с существующими предложенная фурма имеет более технологичную конструкцию, при этом не возникает затруднений при установке дутьевых сопел 7 практически под любым углом γ, см. фиг.3.

Использование предложенной фурмы позволяет при тех же давлениях продувочного агента создавать более интенсивную круговую циркуляцию поверхностного слоя расплава в конвертере, за счет чего снижаются вибрации конвертера и повышается стойкость его футеровки.

Формула изобретения

1. Фурма для продувки расплава металла, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи продувочного агента, подвода и отвода охлаждающей воды, и закрепленный на трубах посредством переходников наконечник с дутьевыми наклонными соплами и циркуляционной охлаждающей камерой, образованной внутренней и наружной тарелками, снабженными стержневой стяжкой и размещенным между ними разделителем, отличающаяся тем, что в зоне расположения дутьевых сопел наконечник выполнен двустенным с внешней стенкой в виде наружной тарелки и внутренней в виде разделителя, при этом тракт подвода охлаждающей воды сообщен с циркуляционной камерой посредством патрубков, входные участки которых закреплены в глухом переходнике тракта для подвода охлаждающей воды, а выходные - во внутренней тарелке, причем дутьевые сопла установлены с минимальным зазором относительно вертикального участка внутренней стенки.

2. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что тракт подвода охлаждающей воды сообщен с циркуляционной камерой посредством радиальных патрубков, входные участки которых закреплены в глухом переходнике тракта подвода охлаждающей воды, а выходные - в коллекторе, выполненном в виде кольцевого цилиндра с выходными отверстиями, при этом внутренняя тарелка закреплена в центральной части на коллекторе, установленном на стержневой стяжке, закрепленной посредством крестовины в концевой части трубы тракта подачи продувочного агента.

3. Фурма по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена трактом подачи порошкового материала, выполненным в виде центральной трубы, при этом стержневая стяжка закреплена в центральной трубе и выполнена с осевым каналом, сообщенным с трактом подачи порошкового материала.

4. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что патрубки для сообщения циркуляционной охлаждающей камеры с трактом подвода охлаждающей воды выполнены изогнутыми или ломаными с ориентацией их выходов, направленных в периферийную зону циркуляционной охлаждающей камеры.

5. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что циркуляционная охлаждающая камера дополнительно снабжена отбойником струй охлаждающей воды, установленным на стержневой стяжке.

6. Фурма по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что в зазоре между вертикальным участком внутренней стенки и дутьевыми соплами дополнительно установлены средства для обеспечения принудительной циркуляции охлаждающей воды, выполненные в виде эжекторных трубок, соединяющих полость циркуляционной охлаждающей камеры с трактом отвода охлаждающей воды.

7. Фурма по любому из пп.1, 2, 4, 5, 6, отличающаяся тем, что стержневая стяжка выполнена с осевым каналом, сообщенным с трактом подачи продувочного агента.

8. Фурма по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что выходной участок осевого канала стержневой стяжки выполнен в виде сопла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9