RU2024621C1

RU2024621C1 - Device for introducing acoustic energy into converter

Info

Publication number: RU2024621C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Сизов; С.И. Жигач; Б.Н. Собколов; А.С. Шкраб
Original assignee: Ленинградский механический институт им.Маршала Советского Союза Устинова Д.Ф.
Priority date: 1988-05-04
Filing date: 1988-05-04
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: melting of steel. SUBSTANCE: device comprises tuyere, pipeline and resonator in the form of circular sleeve. Said sleeve is slipped coaxially on tuyere with its open end facing the tuyere head. Pipeline has the form of union disposed coaxially with tuyere and embracing the sleeve. Internal cavity of union communicates with internal cavity of converter. Open end of circular sleeve may have a slanting cut. The tuyere body before the entrance into circular sleeve may be provided with conical step. The flaring-out end of conical step faces the circular sleeve. Face end of conical step may be joined coaxially and tightly to second union. The face end of union facing the tuyere head may be made as a bell mouth. EFFECT: improved design. 6 cl, 4 dwg 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам для очистки газов, отходящих из сталеплавильного агрегата при выплавке стали. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to a device for the purification of gases exhausted from a steelmaking unit during steelmaking.

Известно устройство для ввода акустической энергии в сталеплавильный агрегат, которое содержит газоструйные излучатели с резонаторами. Резонаторы выполнены в виде водоохлаждаемого блока, соединенного с источником сжатого газа. Газоструйные излучатели расположены между осями их резонаторов на расстоянии, равном длине волны работы излучателей. A device for introducing acoustic energy into a steelmaking unit is known, which comprises gas-jet emitters with resonators. The resonators are made in the form of a water-cooled unit connected to a source of compressed gas. Gas-jet emitters are located between the axes of their resonators at a distance equal to the wavelength of the emitters.

Недостатком известного устройства для ввода акустической энергии в сталеплавильный агрегат является то, что из-за ограниченности размеров генератора в нем возбуждаются колебания f = (4...10) кГц. Эффективный радиус действия генератора составляет (0,03...0,10) м. Устройство приходится устанавливать непосредственно в горловине конвертера. Генератор быстро заметалливается и выходит из строя. Кроме того, генерируемая в устройстве высокая акустическая частота способствует осаждению в основном мелких частиц. A disadvantage of the known device for introducing acoustic energy into a steelmaking unit is that, due to the limited size of the generator, oscillations f = (4 ... 10) kHz are excited in it. The effective radius of the generator is (0.03 ... 0.10) m. The device must be installed directly in the neck of the converter. The generator quickly collapses and fails. In addition, the high acoustic frequency generated in the device promotes the deposition of mainly small particles.

Изобретение предназначено для уменьшения запыленности отходящих из конвертера газов путем осаждения пыли акустическими колебаниями. The invention is intended to reduce the dust content of the exhaust gases from the converter by dust deposition by acoustic vibrations.

Размещение резонатора в виде кольцевого стакана, надетого на фурму, над горловиной конвертера позволяет за счет увеличения объема резонатора генерировать акустические колебания низкой частоты. Не нарушается режим работы основных сопл фурмы. Placing the resonator in the form of an annular cup, worn on the lance, above the neck of the converter allows the generation of low-frequency acoustic vibrations by increasing the volume of the resonator. The operation mode of the main nozzles of the lance is not violated.

В рассматриваемом устройстве нет ограничений на размеры резонатора, поэтому частота колебаний может быть f = (40...10) Гц. Скорость звука а_тв устройстве, работающем на энергии отходящих из конвертера горячих газов, равна
а_т =

=

= 710 м/с, где Т ≈ 2000^оС - температура газа;
γ = 1.33 - показатель изоинтропы;
R = 19,3˙9,81 Дж/кг˙град - газовая постоянная.In this device there are no restrictions on the size of the resonator, therefore, the oscillation frequency can be f = (40 ... 10) Hz. The speed of sound a _t in a device operating on the energy of the hot gases leaving the converter is
and _t =

=

= 710 m / s, where T ≈ 2000 ^о С - gas temperature;
γ = 1.33 - isointropic index;
R = 19.3˙9.81 J / kg˙rad - gas constant.

Эффективный радиус действия генератора
R =

=

= 18 - 7 м.Effective range of the generator
R =

=

= 18 - 7 m.

Устройство позволяет осаждать взвешенные частицы практически во всем объеме конвертера. The device allows you to precipitate suspended particles in almost the entire volume of the Converter.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1, открытый торец кольцевого стакана которого выполнен кососрезанным; на фиг. 3 - то же, перед входом в кольцевой стакан которого установлен конический уступ; на фиг. 4 - то же, к торцовому концу конического уступа которого герметично и соосно пристыкован второй патрубок. In FIG. 1 shows the proposed device, a longitudinal section; in FIG. 2 - node I in FIG. 1, the open end of the annular glass which is made oblique; in FIG. 3 - the same, before entering the annular glass of which a conical ledge is installed; in FIG. 4 - the same, to the end end of the conical ledge of which the second pipe is sealed and coaxially joined.

Устройство для создания акустических колебаний в конвертере содержит фурму 1 с головкой 2, трубопровод и резонатор. Резонатор выполнен в виде кольцевого стакана 3, надетого на фурму 1 соосно и обращенного открытым торцом в сторону головки 2 фурмы 1. Трубопровод выполнен в виде патрубка 4, соосного фурме 1 и охватывающего стакан 3. Внутренняя полость a кольцевого стакана 3 и внутренняя полость b патрубка 4 сообщается с внутренней полостью конвертера. Открытый торец кольцевого стакана 3 может быть выполнен кососрезанным под углом 30...60^о к оси фурмы 1.A device for generating acoustic vibrations in the converter contains a lance 1 with a head 2, a pipeline and a resonator. The resonator is made in the form of an annular cup 3, worn on the lance 1 coaxially and facing an open end towards the head 2 of the lance 1. The pipe is made in the form of a pipe 4, a coaxial lance 1 and covering the cup 3. The internal cavity a of the annular glass 3 and the internal cavity b of the pipe 4 communicates with the internal cavity of the converter. The open end of the annular cup 3 can be made oblique at an angle of 30 ... 60 ^about to the axis of the lance 1.

На корпусе фурмы 1 пеpед входом в кольцевой стакан 3 может быть выполнен конический уступ 5, обращенный расширяющимся концом в сторону стакана 3. К торцовому концу уступа 5 может быть герметично и соосно пристыкован второй патрубок 6. Длина l второго патрубка 6 равна 3...10 зазорам Δ между наружной поверхностью фурмы 1 и внутренней поверхностью стакана 3. Обращенный к головке 2 фурмы 1 торцовой конец патрубка 4 может быть выполнен в виде раструба 7. On the tuyere body 1, a conical step 5 can be made before entering the annular glass 3, with the expanding end facing the glass 3. The second pipe 6 can be hermetically and coaxially joined to the end end of the ledge 6. The length l of the second pipe 6 is 3 ... 10 gaps Δ between the outer surface of the lance 1 and the inner surface of the glass 3. The end end of the pipe 4 facing the head 2 of the lance 1 can be made in the form of a socket 7.

Устройство для ввода акустической энергии в конвертер работает следующим образом. A device for inputting acoustic energy into the converter operates as follows.

Устройство опускают на конвертер таким образом, чтобы фурма 1 через горловину конвертера проходила во внутреннюю полость конвертера, а патрубок 4 или раструб 7 охватывал снаружи горловину конвертера. Тем самым сообщают внутреннюю полость конвертера с внутренними полостями a и b стакана 3 и патрубка 4. Набегающий поток газа из конвертера подходит к открытому концу стакана 3, имея неравномерный профиль скоростей с провалом у поверхности фурмы 1. Периферийные линии тока у кромки стакана 3 пережимают поток газа, втекающий в стакан 3. Во внутренней полости a стакана 3 накапливается газ. Давление в полости a повышается. Газ начинает истекать из стакана 3. В момент начала выхода газа образуются акустические волны. Процесс повторяется, так как является автоколебательным. The device is lowered onto the converter so that the lance 1 through the neck of the converter passes into the internal cavity of the converter, and the pipe 4 or socket 7 covers the neck of the converter from the outside. In this way, the internal cavity of the converter is informed with the internal cavities a and b of the cup 3 and pipe 4. The incoming gas flow from the converter approaches the open end of the cup 3, having an uneven velocity profile with a dip at the surface of the tuyere 1. The peripheral streamlines at the edge of the cup 3 compress the flow gas flowing into the glass 3. In the internal cavity a of the glass 3, gas accumulates. The pressure in cavity a rises. Gas begins to flow out of cup 3. At the moment the gas begins to flow, acoustic waves form. The process is repeated, as it is self-oscillating.

При кососрезанном торце стакана 3 расширяется диапазон скоростей истекающего из конвертера газа, при которых реализуется генерация акустических колебаний. With the oblique end of the glass 3, the range of velocities of the gas flowing out of the converter expands, at which the generation of acoustic vibrations is realized.

При установке перед входом в кольцевой стакан 3 конического уступа 5 поток газов отрывается от поверхности фурмы 1, теряя при этом устойчивость. Поверхность потока становится волнообразной. Поток хлопком замыкается на стенки стакана 3 и входит в полость a. Одновременно в полость a входит акустическая волна. Отражаясь от днища стакана 3, газ и акустическая волна выходят из полости a, отгибая в сторону патрубка 4 идущий навстречу поток газа. Давление у входа в стакан 3 падает, процесс повторяется. При этом возрастает амплитуда генерируемых акустических колебаний. When installing in front of the entrance to the annular glass 3 of the conical ledge 5, the gas flow breaks away from the surface of the lance 1, while losing stability. The surface of the flow becomes wavy. The flow closes with cotton on the walls of the glass 3 and enters the cavity a. At the same time, an acoustic wave enters cavity a. Reflecting from the bottom of the cup 3, the gas and the acoustic wave exit the cavity a, bending towards the pipe 4 the flow of gas going towards it. The pressure at the entrance to the glass 3 drops, the process repeats. In this case, the amplitude of the generated acoustic vibrations increases.

При установке на торце конического уступа 5 второго патрубка 6 при схлопывании потока газа на стенки стакана 3 часть газа и акустической волны распространяется во внутреннюю полость второго патрубка 6. При этом образуются акустические колебания двух частот, соотносящихся как длины стакана 3 и второго патрубка 6. Длина l второго патрубка 6 выбирается равной 3...10 зазорам Δ между наружной поверхностью фурмы 1 и внутренней поверхностью кольцевого стакана 3. When the second nozzle 6 is installed at the end of the conical step 5 when the gas flow collapses onto the walls of the nozzle 3, part of the gas and acoustic wave propagates into the internal cavity of the second nozzle 6. In this case, acoustic vibrations of two frequencies are generated, which are related as the length of the nozzle 3 and the second nozzle 6. Length l of the second pipe 6 is selected equal to 3 ... 10 gaps Δ between the outer surface of the lance 1 and the inner surface of the annular glass 3.

Испытания устройства для ввода акустической энергии в конвертер были проведены на двухфазном потоке газов, отходящих от 35-тонной мартеновской печи. В отходящих продуктах горения определялась концентрация пыли. Отбор продуктов горения осуществлялся с помощью водоохлаждаемой трубки с фильтром. Фильтр представляет собой трубку из молибденового стекла длиной 300 мм, заполненную стекловолокном. Концентрация пыли определялась без акустического воздействия на поток газа; с акустическим воздействием на поток газа с помощью акустического генератора, работающего от дополнительного источника сжатого воздуха; с помощью заявляемого устройства, отбирающего энергию отходящих газов для возбуждения акустических колебаний. Tests of the device for introducing acoustic energy into the converter were carried out on a two-phase flow of gases leaving the 35-ton open-hearth furnace. In the combustion exhaust products, dust concentration was determined. The selection of combustion products was carried out using a water-cooled tube with a filter. The filter is a 300 mm long molybdenum glass tube filled with fiberglass. The dust concentration was determined without acoustic impact on the gas flow; with an acoustic effect on the gas flow using an acoustic generator operating from an additional source of compressed air; using the inventive device that selects the energy of the exhaust gases to excite acoustic vibrations.

Расход воздуха на акустическое излучение составлял 550...600 м³/ч при расходе компрессорного воздуха на плавку 1650...1900 м³/ч.The air flow rate for acoustic radiation was 550 ... 600 m ³ / h while the compressor air consumption for melting was 1650 ... 1900 m ³ / h.

Частота предлагаемого и известного резонаторов были выбраны одинаковыми при озвучивании двухфазного потока для того, чтобы получить сопоставимые результаты по интенсивности получаемых акустических колебаний и концентрации пыли в отходящих газах. Изменение частоты акустических колебаний достигалось уменьшением диаметра кольцевого стакана 3. The frequencies of the proposed and known resonators were chosen the same when scoring a two-phase flow in order to obtain comparable results in terms of the intensity of the obtained acoustic vibrations and the concentration of dust in the exhaust gases. The change in the frequency of acoustic vibrations was achieved by reducing the diameter of the annular glass 3.

Проверялась эффективность устройства на отходящих газах при уменьшенных расходах газа по сравнению с известным устройством. При этом было достигнуто лучшее качество очистки отходящих газов при одновременном снижении акустического давления. Checked the efficiency of the device on the exhaust gases at reduced gas consumption in comparison with the known device. At the same time, the best quality of exhaust gas cleaning was achieved while reducing acoustic pressure.

Устройство выполнялось из композитных материалов на основе углепластов. The device was made of carbon-based composite materials.

Результаты испытаний приведены в таблице. The test results are shown in the table.

Применение заявляемого устройства для ввода акустической энергии в конвертер повышает КПД процесса выплавки стали путем интенсификации ряда процессов выплавки стали и шлакообразования за счет повышения мощности акустических колебаний, улучшения теплообмена от газов в расплаве в конвертере. За счет осаждения пыли в конвертере значительно возрастает чистота выходящих из конвертера газов, снижается угар металла. The use of the inventive device for introducing acoustic energy into the converter increases the efficiency of the steelmaking process by intensifying a number of steelmaking and slag formation processes by increasing the power of acoustic vibrations, improving heat transfer from gases in the melt in the converter. Due to dust deposition in the converter, the purity of the gases leaving the converter increases significantly, and metal waste decreases.

Claims

1. A DEVICE FOR INPUTING ACOUSTIC ENERGY TO A CONVERTER containing a lance, a pipeline and a resonator, characterized in that, in order to reduce the dust content of the exhaust gases from the converter by dust deposition by acoustic vibrations, the resonator is made in the form of an annular cup, worn coaxially on the lance and facing open end to the side of the lance head.

2. The device according to claim 1, characterized in that the pipeline is made in the form of a pipe coaxial with the lance and covering the glass, while the internal cavity of the pipeline communicates with the internal cavity of the converter.

3. The device according to claim 1, characterized in that the open end of the annular glass is made oblique to the axis of the lance.

4. The device according to claim 1, characterized in that on the tuyere body in front of the entrance to the annular glass a conical step is made, facing with an expanding end towards the annular glass.

5. The device according to paragraphs. 1 and 4, characterized in that to the end end of the conical ledge hermetically and coaxially joined the second pipe.

6. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the end end of the pipe facing the lance head is made in the form of a bell.