Фурма для продувки металла

Авторы патента:

Токовой Олег Кириллович (RU)

Антонов Виталий Иванович (RU)

Ахметов Денис Владимирович (RU)

Хисамутдинов Николай Егорович (RU)

C21C5/48 - фурмы и днища

Владельцы патента RU 2533074:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к кислородно-конвертерному процессу. Фурма для продувки металла содержит три концентрично расположенные трубы, образующие тракт для подвода и отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник с соплами Лаваля. В промежутке между соплами Лаваля наконечника под разными углами выполнены по два отверстия, сходящиеся в точке, расположенной на оси фурмы и сообщающиеся между собой, образуя тракт для подвода и отвода воды в торец наконечника. Верхнее отверстие соединено с трактом для подвода воды, а нижнее - с трактом для отвода воды. Торец центральной трубы тракта для подвода воды в фурму расположен ниже верхнего входного отверстия на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды из наконечника фурмы. Отверстие для подвода воды выполнено под углом β=39…45°, входная часть отверстия имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра этого отверстия на длине 15…30 мм. Отверстие для отвода воды - под углом γ=15…22°. Толщина стенки в торце наконечника составляет h₂=10…14 мм. Использование изобретения обеспечивает уменьшение износа и повышенную стойкость фурмы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к производству стали, в частности к кислородно-конвертерному процессу.

Известна фурма, содержащая медную головку, трубу подвода кислорода, наружную и разделительные трубы системы охлаждения, в которой для увеличения стойкости фурмы, торец выполнен трапециевидным с рифлением по наружной поверхности, на верхней торцевой поверхности медной головки выполнен кольцевой трапециевидный паз, в которую завальцован рифленый торец наружной трубы [Фурма. Авторское свидетельство №1371978, C21С 5/48. Опубл. 07.02.88, Бюлл. №5].

Недостатком такой фурмы является плохое охлаждение торцевой части, вызывающее прогары и преждевременный выход фурмы из строя.

Наиболее близкой по своей технической сущности является фурма для продувки металлургических расплавов, содержащая головку с соплами из коаксиальных труб с зазором между ними, которая для увеличения срока службы снабжена вкладышем толщиной 0,8-0,9 величины кольцевого зазора и длиной дуги 160-200°, размещенным в зазоре между трубами на расстоянии 4-10 приведенных калибров от среза сопла, со стороны центральной оси фурмы, симметрично вертикальной плоскости, проходящей через оси фурмы и сопла, где приведенный калибр - отношение между нижним срезом вкладыша и срезом сопла к величине кольцевого зазора между трубами [Фурма. Авторское свидетельство №1361177, C21С 5/48. Опубл. 23.12.87, Бюлл. №47].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, дороговизна изготовления головки фурмы с соплами из коаксиальных труб и недостаточная степень охлаждения торца фурмы потоком кислорода.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является охлаждение торца наконечника (головки) фурмы с соплами посредством направленной циркуляции воды через наконечник фурмы в промежутке между соплами.

Поставленная задача достигается тем, что фурма для продувки металла, содержащая три концентрично расположенные трубы, образующие тракт для подвода и отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник с соплами Лаваля, согласно изобретению в промежутке между соплами наконечника под разными углами выполнены по два отверстия таким образом, что все отверстия сходятся в точке, расположенной на оси фурмы и сообщаются между собой, образуя тракт для подвода и отвода воды в торец наконечника, при этом верхнее отверстие соединяется с трактом для подвода воды, а нижнее - с трактом для отвода воды, причем торец центральной трубы тракта для подвода воды в фурму располагается ниже верхнего входного отверстия на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды из наконечника фурмы, а отверстие для подвода воды выполнено под углом β=39…45° и входная часть отверстия имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра самого отверстия на длине 15…30 мм, отверстие для отвода воды выполнено под углом γ=15…22°, при этом толщина стенки в торце наконечника составляет h₂=10…14 мм.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема наконечника фурмы, на фиг.2 вид А на фиг.1.

Технический результат от использования изобретения достигается тем, что в наконечнике фурмы создается направленная циркуляция охлаждающей воды, что позволяет эффективно охладить торец наконечника и область сопел Лаваля - самые уязвимые части наконечника фурмы, контактирующие с высокотемпературной реакционной зоной в месте внедрения кислородной струи в жидкий металл.

Фурма для продувки металла (фиг.1), содержащая три концентрично расположенные трубы 1, 2, 3, образующие тракт для подвода, отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник 4 с соплами Лаваля 10. В промежутке между соплами 10 наконечника 4 (фиг.2) под разными углами выполнены (фиг.1) по два отверстия 6, 7 таким образом, что все отверстия сходятся в точке, расположенной на оси фурмы и сообщаются между собой, образуя тракт для подвода и отвода воды в торец 9 наконечника 4. Верхнее отверстие 6 соединяется с трактом для подвода воды, а нижнее 7 - с трактом для отвода воды, причем торец центральной трубы 8 тракта для подвода воды в фурму располагается ниже верхнего входного отверстия 6 на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды 7 из наконечника фурмы 4. Отверстие 6 для подвода воды выполнено под углом β=39…45°, а диаметр входной части отверстия в 1,3…1,4 раза больше диаметра самого отверстия на длине 15…30 мм, отверстие 7 для отвода воды выполнено под углом γ=15…22°, при этом толщина стенки в торце 8 наконечника 4 составляет h₂=10…14 мм.

Фурма для продувки металла работает следующим образом (фиг.1). Подача кислорода к соплам Лаваля 10 осуществляется по внутренней трубе 1. Охлаждающая вода по кольцевому зазору между трубами 1 и 2 подводится к наконечнику фурмы 4 и через верхнее отверстие 6 поступает в наконечник фурмы 4, омывает и охлаждает сопла Лаваля 10, торец 9 наконечника 4 и по каналу 7 отводится из наконечника 4 фурмы в тракт для отвода воды из фурмы, расположенный между трубами 2 и 3. Для лучшего подвода воды в торец наконечника, посредством уменьшения сопротивления в канале, входная часть 5 отверстия 6 для подвода воды имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра самого отверстия на длине 15…30 мм. Отверстия для подвода 6 и отвода 7 воды в наконечник фурмы 4 располагаются (фиг.2) между соплами Лаваля 10.

Торец 8 центральной трубы 3 тракта для подвода воды в фурму располагается ниже верхнего входного отверстия 6 на уровне h верхнего края нижнего отверстия 7 для отвода воды из наконечника 4 фурмы. Это позволяет направить часть потока охлаждающей воды через верхнее отверстие 6 в наконечнике 4 фурмы для охлаждения сопел Лаваля 10 и ее торца 9. Вместе с тем торец центральной трубы 2 фурмы не должен быть ниже h верхнего края отверстия 7, служащего для отвода воды из наконечника 4 фурмы, чтобы не препятствовать отводу воды из наконечника фурмы и придать ей циркуляционное движение через наконечник 4.

Отверстие для подвода воды 6 выполнено под углом β=39…45° в связи с тем, что при угле менее 39° подвод воды в наконечник приближается к отверстию для отвода воды 7 и теряется эффект направленного циркуляционного движения охладителя через наконечник 4 фурмы. Величина угла более 45° ограничивается высотой наконечника фурмы 4, которая в свою очередь определяется (фиг.1) длиной l сопла Лаваля 10.

Входная часть 5 отверстия 6 для подвода воды имеет диаметр больше диаметра самого отверстия. Это уменьшает сопротивление канала и улучшает подвод воды в торец наконечника 9, так как сопротивление любого трубопровода для подвода воды, при прочих равных условиях, зависит от его диаметра, и с увеличением диаметра сопротивление проходу воды уменьшается. Увеличение диаметра канала для подвода воды 6 в 1,3…1,4 раза ограничивается с большей стороны приближением к трубе 1 для подвода кислорода. В меньшую сторону ограничения нет, так как теряется эффект снижения сопротивления канала проходу воды. Длина входной части 5 отверстия 6 для подвода воды 15…30 мм ограничивается с большей стороны приближением к отверстию 7 для отвода воды, а с меньшей - эффектом уменьшения сопротивления канала для подвода воды в торец наконечника 9.

Величина угла γ наклона отверстия 7 для отвода воды ограничивается с большей стороны (22°) приближением к отверстию 6 для подвода воды и снижением эффекта направленного циркуляционного движения охладителя через наконечник 4 фурмы, а с меньшей стороны (менее 15°) - конструкцией наконечника фурмы, обусловленной углом раскрытия сопел (α), который обычно лежит в пределах α=15…22°. Толщина стенки в торце наконечника (фиг.1) составляет h₂=10…14 мм, так как при меньшей толщине увеличивается вероятность прогара в этом участке наконечника. Большая толщина стенки не позволяет отвести необходимое количество тепла от участка наконечника, контактирующего с высокотемпературной реакционной зоной.

Использование предложенной фурмы данной конструкции обеспечивает интенсивную циркуляцию воды через наконечник фурмы, эффективное охлаждение сопел и торца наконечника, меньший износ и повышенную стойкость кислородной фурмы.

1. Фурма для продувки металла, содержащая три концентрично расположенные трубы, образующие тракт для подвода и отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник с соплами Лаваля, отличающаяся тем, что в наконечнике в промежутке между соплами под разными углами выполнены по два отверстия, при этом все отверстия выполнены сходящимися в точке, расположенной на оси фурмы, и сообщающимися между собой, причем верхнее отверстие соединено с трактом для подвода воды, а нижнее - с трактом для отвода воды из фурмы.

2. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что торец центральной трубы тракта для подвода воды расположен ниже верхнего входного отверстия на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды из наконечника фурмы.

3. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что отверстия для подвода воды выполнены под углом 39…45°, а для отвода воды - под углом 15…22°, при этом толщина стенки в торце наконечника составляет 10…14 мм.

4. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что входная часть отверстия для подвода воды в наконечник имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра отверстия для подвода воды на длине 15…30 мм.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу комплексной внепечной обработки жидкой стали в ковше инертными газами. Осуществляют электродуговой подогрев металла со шлаком тремя полыми электродами, установленными по центру свода агрегата ковш-печь, продувку и перемешивание металла у его поверхности и внизу у поверхности днища инертными газами, подаваемыми через отверстия в полых электродах, и через устройство в днище ковша, соответственно.

Фурма для донной продувки металла газами в ковше и способ ее изготовления // 2479635

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при внепечной обработке стали и сплавов в ковшах. .

Многофункциональная фурма для металлургического вакууматора // 2448166

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к сталеплавильному производству. .

Фурма для донной продувки металла в ковше // 2443784

Изобретение относится к области металлургии, в частности к внепечной обработке стали в ковше. .

Вихревая фурма для продувки расплава металла // 2419656

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к сталеплавильному производству. .

Концевая часть направляющей трубы, узел и способ // 2415181

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам и способу, связанным с введением добавок в расплавленный металл. .

Устройство для рафинирования расплава металлов или сплавов // 2400546

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для рафинирования расплава алюминия или его сплавов. .

Фурма для продувки металла // 2398026

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструкции фурм для продувки жидкого металла кислородом в конвертере. .

Устройство для инжекции твердого сыпучего материала в емкость // 2395772

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройству для инжекции твердого сыпучего материала в емкость. .

Дуговая печь для выплавки стали с использованием металлизованных окатышей // 2374582

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при электроплавке металлизованных окатышей в дуговых сталеплавильных печах. .

Наконечник кислородно-конвертерной фурмы // 2543628

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции наконечника кислородно-конвертерной фурмы. Наконечник содержит нижнюю тарелку с перегородками на ее внутренней нерабочей водоохлаждаемой поверхности, разделительную тарелку, верхнюю тарелку и сопла. Каждая перегородка выполнена примыкающей одной стороной к наружной поверхности сопла с образованием при пересечении наружной и внутренней поверхности перегородки угла, направленного в одну сторону по окружности. Длина примыкающей части каждой перегородки (lд) составляет 0,1-0,6 от длины окружности наружной поверхности сопла. Высота перегородки (h) составляет 0,1-1,0 от Н, где Η - расстояние между внутренней поверхностью нижней тарелки и ближайшей к ней поверхностью разделительной тарелки вдоль высоты перегородки. Использование изобретения обеспечивает повышение стойкости наконечника кислородно-конвертерной фурмы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ пирометаллургической обработки металлов, металлических расплавов и/или шлаков // 2550438

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу пирометаллургической обработки металлов, металлических расплавов и/или шлаков в металлургическом агрегате. Способ включает загрузку скрапа в металлургический агрегат, его расплавление и продувку газами с помощью инжекционного устройства. В начале расплавления скрапа эксплуатируют инжекционное устройство в режиме горелки, в котором осуществляют подачу в инжекционное устройство природного газа и кислорода. Затем инжекционное устройство переключают в режим инжектора, в котором осуществляют подачу в него кислорода, природного газа и горячего воздуха и формируют из них высокоскоростную струю с полностью окружающей ее газообразной оболочкой. Использование изобретения обеспечивает расширение функциональных возможностей инжекционного устройства. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Продувочная фурма с непосредственным розжигом посредством убирающейся запальной пики // 2607072

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для вакуумной обработки металлических расплавов с помощью продувочной фурмы. Продувочная фурма имеет наружную боковую поверхность, которая расположена вдоль продольной оси продувочной фурмы и внутри которой проходит кислородный канал, имеющий на конце выпуск для выхода кислорода. Внутри наружной боковой поверхности проходит канал для горючего газа, который на конце имеет выпуски для выхода горючего газа. В фурме установлено запальное устройство с запальным наконечником для воспламенения горючей газовой смеси. Запальное устройство выполнено с возможностью перемещения между выдвинутым положением и убранным положением. В выдвинутом положении запальный наконечник воздействует на область смешивания, в которой подаваемый к выпуску для кислорода кислород и выходящий через выпуски для горючего газа горючий газ смешиваются с получением воспламеняющейся газовой смеси. В убранном положении запальное устройство убрано в защитную область для защиты от брызг металлического расплава. Изобретение обеспечивает возможность надежным образом осуществлять воспламенение горючей смеси, образующейся на конце для выхода продувочного газа. 12 з.п. ф-лы, 16 ил.

Наконечник газокислородной фурмы для продувки расплава окислительным газом в кислородном конвертере // 2630730

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано в сталеплавильных агрегатах, преимущественно в кислородных конвертерах. Наконечник газокислородной фурмы содержит центральное сопло и периферийные сопла Лаваля. Центральное сопло включает нижний цилиндрический и верхний конический участки, а также дополнительно вверху может включать входной цилиндрический участок. В центральном сопле и по крайней мере в одном из периферийных сопел Лаваля посредством однозаходной спиралеобразной нарезки выполнена канавка, глубина и ширина которой составляют 0,03-0,06 диаметра критического сечения сопла Лаваля, а угол раскрытия - 20-50°. Канавка в центральном сопле образована на внутренней поверхности нижнего цилиндрического участка с шагом нарезки от 1/3 до 1/2 его длины. Канавка в соплах Лаваля образована на внутренней поверхности расширяющегося участка с шагом нарезки, равным его длине. Могут быть использованы как расчетные, так и нерасчетные сопла Лаваля. В результате обеспечивается повышение интенсивности продувки, сокращение ее длительность при одновременном снижении брызгообразования, повышении поверхностного окисления металла, снижении заметалливания газоотводящего тракта, увеличении стойкости наконечника газокислородной фурмы. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Устройство и способ для введения кислорода в процесс газификации в псевдоожиженом слое под давлением // 2635631

Изобретение относится к введению кислорода в процессе газификации и может быть использовано в химической промышленности и энергетике. Кислородная фурма содержит три трубы, расположенные соосно по отношению друг к другу. Внешняя труба 6 выполнена с возможностью пропускания перегретого пара 7. Внутренняя труба 2 выходит в среднюю трубу 4, сходит на конус по типу сопла перед ее устьем и выполнена с возможностью пропускания кислорода 1 с температурой, не превышающей 180°C. Во внутренней части внутренней трубы 2 установлен датчик температуры 3, который почти достигает устья внутренней трубы 2. Устье средней трубы 4 дополнительно выступает по отношению к устью 8 внешней трубы 6. Способ введения кислорода в реактор газификации с псевдоожиженным слоем, эксплуатируемый согласно способу Винклера, посредством кислородной фурмы включает подачу влажного газа во внешнюю трубу под давлением, превышающим давление в реакторе газификации с псевдоожиженным слоем. Кислород 1 пропускают через внутреннюю трубу 2 под давлением, превышающим давление в реакторе газификации с псевдоожиженным слоем. Осуществляют выход влажного газа из устья 8 внешней трубы 6 в виде наружного потока вокруг устья средней трубы 4 и выход свободной струи 10. Скорость потока выходящего влажного газа устанавливают выше скорости выходящего газа из внутренней трубы 2. Изобретение позволяет обеспечить эффективное, безопасное и доступное введение кислорода в процесс газификации в псевдоожиженном слое под давлением также свыше 10 бар. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.