RU2058398C1 - Multinozzle tuyere top - Google Patents
Multinozzle tuyere top Download PDFInfo
- Publication number
- RU2058398C1 RU2058398C1 RU93048536A RU93048536A RU2058398C1 RU 2058398 C1 RU2058398 C1 RU 2058398C1 RU 93048536 A RU93048536 A RU 93048536A RU 93048536 A RU93048536 A RU 93048536A RU 2058398 C1 RU2058398 C1 RU 2058398C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzles
- separator
- head
- copper
- lance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструкциям устройств для продувки жидкого металла кислородом, преимущественно в кислородных конвертерах. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the design of devices for purging liquid metal with oxygen, mainly in oxygen converters.
Известны фурмы для продувки металлсодержащие концентрично расположенные трубы, образующие тракты подвода и отвода охладителя и подачи окислителя и многосопловую головку с направляющим вкладышем, имеющим форму тела вращения с центральным отверстием. Вкладыш образует в полости головки с ее торцами и внутренней трубой подводящий и отводящий охлаждающую воду каналы заданной конфигурации и размеров, при этом сечение центрального отверстия составляет 0,5-0,7 сечения отводящего тракта. Known tuyeres for purging metal-containing concentrically arranged pipes forming ducts for supplying and removing cooler and oxidizing agent and a multi-nozzle head with a guide insert having the form of a body of revolution with a central hole. The liner forms in the cavity of the head with its ends and the inner pipe inlet and outlet cooling water channels of a given configuration and size, while the cross section of the Central hole is 0.5-0.7 section of the discharge path.
Недостатком этой головки является то, что ее можно изготовить только методом литья. Вследствие низких литейных качеств меди для этого требуется дорогостоящее оборудование и больший расход меди. Другим недостатком данной головки фурмы является недостаточная жесткость центральной зоны днища. The disadvantage of this head is that it can only be made by casting. Due to the low casting qualities of copper, this requires expensive equipment and higher copper consumption. Another disadvantage of this lance head is the insufficient rigidity of the central zone of the bottom.
Известен сварной многосопловый наконечник фурмы, содержащий корпус, внутренний стакан и расположенный между ними разделитель с центральным отверстием и сопла. Разделитель снабжен патрубком, направляющим поток охладителя в центр днища головки и дросселирующим давление охладителя в теплообменном канале. Known welded multi-nozzle lance tip containing a housing, an inner glass and a separator located between them with a Central hole and nozzles. The separator is equipped with a pipe directing the flow of the cooler to the center of the bottom of the head and throttling the pressure of the cooler in the heat exchange channel.
Недостатки наконечников такого типа недостаточная жесткость центральной зоны днища, низкая стойкость сварных швов между соплами и днищем и слабое охлаждение сопел и днища, обусловленное обтеканием их только половинным потоком охладителя. Disadvantages of tips of this type are insufficient rigidity of the central zone of the bottom, low resistance of welds between the nozzles and the bottom, and poor cooling of the nozzles and the bottom due to the flow of only half of the cooler around them.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является многосопловая головка фурмы, содержащая сопла, расходящиеся от оси головки, медное днище и стальную муфту, соединенные составной стяжкой, выполненной из верхнего и нижнего элемента, переходной патрубок, состыкованный с днищем, и разделитель потока охладителя. The closest in technical essence to the claimed object is a multi-nozzle lance head containing nozzles diverging from the axis of the head, a copper bottom and a steel sleeve connected by a composite coupler made of upper and lower elements, an adapter pipe docked with the bottom, and a cooler flow separator.
Недостаток головки фурмы-прототипа низкая стойкость из-за плохой организации режима охлаждения межсопельной центральной зоны днища, обусловленная низкой скоростью течения охлаждающей воды при сохранении высокого ее статического давления. В таком режиме охлаждения медная стенка днища имеет повышенную температуру и склонность к прогарам как следствие кризиса теплопередачи при пиковых тепловых нагрузках, так и из-за вредных структурных изменений в кристаллической решетке меди при перегреве ее выше определенных пределов (200-250оС). Головка-прототип недостаточно технологична при сборе и имеет пониженную надежность вследствие большой механической нагрузки на кольцевые швы между наружной трубой, переходным патрубком и днищем. Эти швы воспринимают полную нагрузку от гидравлического давления охладителя и кислорода, поскольку на внутренней и промежуточной трубе в кислородных конвертерных фурмах обязательно устанавливают компенсаторы.The disadvantage of the head of the lance of the prototype is low resistance due to poor organization of the cooling mode of the inter-nozzle central zone of the bottom, due to the low flow rate of the cooling water while maintaining its high static pressure. This cooling of the bottom wall of copper has a high temperature and tendency to burn-out as a result of heat transfer crisis under peak load conditions, and due to adverse structural changes in the lattice of copper when it is overheated above a certain limit (about 200-250 C). The prototype head is not technologically advanced during assembly and has reduced reliability due to the large mechanical load on the annular seams between the outer pipe, adapter pipe and bottom. These joints absorb the full load from the hydraulic pressure of the cooler and oxygen, since expansion joints must be installed on the inner and intermediate pipes in the oxygen converter tuyeres.
Цель изобретения повышение стойкости и надежности фурмы и улучшение технологичности сборки головки. The purpose of the invention is to increase the durability and reliability of the tuyeres and improve the manufacturability of the head assembly.
Цель достигается тем, что в многосопловой головке фурмы, содержащей сопла, расходящиеся от оси головки, медное днище и стальную муфту, соединенные составной стяжкой, выполненные из верхнего и нижнего элемента, переходной патрубок, состыкованный с днищем и разделитель потока охладителя, разделитель выполнен составным из периферийной и центральной части. Центральная часть разделителя, сопряженная с соплами, выполнена составной из секторных элементов, образующих вокруг нижнего элемента стяжки кольцеобразное отверстие с площадью проходного сечения, составляющей 0,15-0,45 от площади сечения кольцевого зазора между периферийной частью разделителя и переходным патрубком. Секторные элементы посажены на кольцевые упорные площадки, выполненные на наружной поверхности сопел. Нижний элемент составной стяжки выполнен в виде медной глуходонной пробки, установленной в центральном отверстии днища и снабженной резьбовым гнездом. Верхний элемент стяжки выполнен в виде стальной шпильки, завинченной в это гнездо. The goal is achieved in that in a multi-nozzle lance head containing nozzles diverging from the axis of the head, a copper bottom and a steel coupling connected by a composite coupler made of upper and lower elements, a transition pipe connected to the bottom and a cooler flow separator, the separator is made integral from peripheral and central parts. The central part of the separator, coupled with the nozzles, is made up of sector elements that form an annular hole around the bottom element of the screed with a passage area of 0.15-0.45 of the cross-sectional area of the annular gap between the peripheral part of the separator and the transition pipe. Sector elements are mounted on annular thrust pads made on the outer surface of the nozzles. The lower element of the composite coupler is made in the form of a copper deaf plug installed in the central hole of the bottom and equipped with a threaded socket. The upper element of the coupler is made in the form of a steel stud screwed into this socket.
Выполнение центральной части разделителя составным из секторных элементов обеспечивает удобную сборку головки фурмы и дает возможность осуществить последовательность сборки таким образом, чтобы производить двустороннюю сварку сопел с днищем, увеличивая стойкость фурмы за счет повышения долговечности сварных швов вокруг сопел. Секторные элементы, образующие вокруг стяжки кольцеобразное отверстие с площадью сечения, составляющей 0,15-0,45 от площади сечения кольцевого зазора между разделителем и переходным патрубком, обеспечивают дросселирование потока охладителя в теплообменном канале, образованном между частями разделителя и днищем. Поток охладителя, направленный на центральную часть днища, многократно ускоряется. Сочетание высокой скорости потока охладителя (воды) с низким ее статическим давлением обеспечивает рабочий температурный режим наружной поверхности медной стенки днища в условиях конвертерной плавки на уровне не более 150-200оС, что резко уменьшает термическое напряжение в сварных швах между соплами и днищем и повышает стойкость фурмы. Снижение статического давления в теплообменном канале понижает также механические напряжения в сварном шве между днищем и переходным патрубком, что увеличивает надежность фурмы, связанную с возможностью отрыва головки от наружной трубы.The implementation of the Central part of the separator composite of sector elements provides a convenient assembly of the lance head and makes it possible to carry out the assembly sequence in such a way as to make two-sided welding of nozzles with the bottom, increasing the lance resistance by increasing the durability of the welds around the nozzles. Sector elements forming an annular hole around the screed with a cross-sectional area of 0.15-0.45 of the cross-sectional area of the annular gap between the separator and the adapter pipe provide throttling of the coolant flow in the heat exchange channel formed between the parts of the separator and the bottom. The flow of cooler directed to the central part of the bottom is accelerated many times. The combination of high flow rate of the coolant (water) with a low static pressure provides its working temperature regime of the outer surface of the copper bottom walls in converter melting at no greater than 150-200 ° C, which drastically reduces the thermal stresses in the welds between the nozzles and the bottom and increases lance resistance. The reduction of static pressure in the heat transfer channel also reduces mechanical stresses in the weld between the bottom and the transition pipe, which increases the reliability of the lance associated with the possibility of separation of the head from the outer pipe.
Выполнение нижнего элемента составной стяжки в виде медной глуходонной пробки, установленной в центральном отверстии днища, а верхнего элемента стяжки в виде стальной шпильки, завинченной в резьбовое гнездо, имеющееся в пробке, обеспечивает жесткость центральной части днища и улучшает теплоотвод от этой зоны, так как пробка работает в качестве высокотеплопроводного шипа, обтекаемого охладителем. Разъемность верхнего и нижнего элементов стяжки в процессе сборки улучшает доступ к внутренним сварным швам между соплами и днищем, что позволяет повысить качество сварки и надежность фурмы. The implementation of the lower element of the composite coupler in the form of a copper deaf plug located in the central hole of the bottom, and the upper element of the coupler in the form of a steel stud screwed into the threaded socket in the plug, provides rigidity to the central part of the bottom and improves heat dissipation from this zone, since the plug It works as a highly conductive spike streamlined by a cooler. The detachability of the upper and lower screed elements during the assembly process improves access to the internal welds between the nozzles and the bottom, which improves the quality of welding and the reliability of the lance.
Предложенное решение не вытекает явным образом из соответствующего уровня техники. Следовательно оно соответствует критерию "изобретательский уровень". The proposed solution does not follow explicitly from the relevant prior art. Therefore, it meets the criterion of "inventive step".
На фиг. 1 изображена головка фурмы, продольный осевой разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows a lance head, a longitudinal axial section; figure 2 section aa in figure 1.
Головка фурмы включает сопла 1, медное днище 2, стальную муфту 3, периферийную часть разделителя 4, центральную часть разделителя, сопряженную с соплами 1 и выполненную составной из секторных элементов 5, верхнюю часть составной стяжки стальную шпильку 6, нижнюю часть составной стяжки медную пробку 7. Секторные элементы 5 посажены на упорные кольцевые площадки 8, выполненные из наружной поверхности сопел 1. Кольцевая щель между секторами элементами 5 герметизированы, сварными швами 9 и 10. Сопла приварены к днищу двумя швами 11 и 12. Секторные элементы 5 формируют совместно с медной пробкой 7 кольцеобразное отверстие 13. Днище 2 снабжено переходным патрубком 14. Площадь отверстия 13 выбирается в пределах 0,15-0,45 от площади сечения кольцевого зазора 15. The lance head includes
Сборка головки фурмы осуществляется в следующей последовательности. К медному днищу 2 приваривают переходной стальной патрубок 14 и медную трубку 7. Затем в резьбовое гнездо пробки 7 завинчивают шпильку 6, имеющую резьбу на концах, и в отверстие днища 2 вставляют сопло 1. Углы установки сопел 1 фиксируются опорными буртиками или уступами, выполненными на концах сопел 1. На верхние концы сопел 1 одевают муфту 3, притягивают ее к опорным уступам на соплах 1 с помощью гайки, навинченной на верхний резьбовой конец шпильки 6, и производят приварку сопел 1 к днищу 2 с наружной стороны (шов 11). После окончания наружной сварки отвинчивают гайку, снимают муфту 3, вывинчивают шпильку 6 из пробки 7, получая открытый доступ к внутренним стыкам сопел 1 и днища 2, производят их сварку (швы 12). Заданные углы установки сопел 1 при таком методе сварки сохраняются с удовлетворительной точностью. На следующем этапе сборки в образованную конструкцию вставляется периферийная часть разделителя 4, затем последовательно на каждое сопло индивидуально устанавливают секторные элементы 5, сажая их на кольцевые упорные площадки 8. После установки всех секторных элементов 5 заваривают кольцевой и радикальный стыки между деталями 4 и 5. На последнем этапе сборки головки фурмы снова завинчивают шпильку 6 в пробку 7, обваривают резьбовой стык между ними, надевают на шпильку 6 и сопло 1 муфту 3 и производят остальные сварочные работы. The lance head assembly is carried out in the following sequence. A
За счет предлагаемой конструкции составной стяжки в фурме обеспечивается сборка головки без специального кондуктора, который обычно применяют для сварных головок фурм. Due to the proposed design of the composite screed in the tuyere, the head assembly is provided without a special conductor, which is usually used for welded tuyere heads.
Многосопловая головка фурмы работает следующим образом. A multi-nozzle lance head works as follows.
При продувке кислород истекает в ванну металла через сопло 1. На наружную поверхность головки воздействует высокотемпературная среда из раскаленных газов, металла и шлака. В верхнюю камеру головки, образованную частями разделителя 4 и муфты 3, нагнетается вода под давлением 1-1,2 МПа. В отверстии 13 поток охладителя дросселируется с увеличением скорости и течением до 15-30 м/с в зависимости от выбранного диаметра отверстия и направляется на центральную зону днища 2. Затем поток охладителя протекает между соплами 1 и направляется по кольцевому зазору 15 в отводящий тракт. Поскольку нижняя камера головки, образованная между деталями разделителя 4, 5 и днищем 2, сообщается с верхней камерой через отверстие 13, которое дросселирует поток, то статическое давление воды в ней падает. При высокой плотности теплового потока, воздействующего на днище 2 головки в какие-то экспериментальные моменты плавки, снижение статического давления воды приводит к тому, что начало образования режима пузырькового кипения охладителя на горячей медной стенке днища 2 наступает при более низкой температуре стенки. Режим локального пузырькового кипения воды на стенке днища 2 в сочетании с высокой скоростью ее течения приводит к резкому повышению коэффициента теплоотдачи от стенки к воде при пониженной температуре стенки. Вследствие этого уменьшаются термические напряжения в днище 2 и сварных швах 11 и 12, замедляются структурные превращения в материале стенки, понижающие механическую прочность меди, и увеличивается срок службы фурмы. Кроме улучшения режима охлаждение днища 2 за счет резкого дросселирования потока охладителя в отверстии 13, падение статического давления потока охладителя за этим отверстием повышает также надежность работы сварных швов на патрубке 14, так как результирующая сила растяжения, действующая на швы и обусловленная гидравлическим давлением охладителя полости фурмы, снижается при заявленных пределах соотношения площадей в проходных отверстий для охладителя на 10-20 процентов. When purging, oxygen flows into the metal bath through
Нижний предел отношения площади кольцевого отверстия 13 в разделителе 4 к площади сечения кольцевого зазора 15, равной 0,15, ограничивается общей пропускной способностью гидравлического тракта фурмы. При меньшем соотношении из-за недостаточного расхода воды она нагревается в отводящем тракте до предельной температуры, приводящей к снижению стойкости фурмы из-за возможных прогаров наружной трубы ниже верхней головки. Верхний предел площадей отверстий, равный 0,45, обусловлен низкой эффективностью проявляемых положительных технических результатов при повышении отношения более 0,45. Исследования показали, что при этом статическом давлении воды над и под разделителем отличается на малоощутимую величину, что не дает эффекта повышения стойкости. The lower limit of the ratio of the area of the
В предлагаемой конструкции головки фурмы на составные части разделителя, собранного из деталей 4 и 5, действует значительная механическая нагрузка, обусловленная большим перепадом давления воды. Поэтому на боковой поверхности сопел имеются кольцевые упорные площадки 8 для восприятия гидравлической силы, действующей на составной разделитель. Стойкость центральной части днища повышается также за счет составной конструкции стяжки, в которой медная трубка играет роль теплоотводящегоо шипа. In the proposed design of the lance head, a significant mechanical load acts on the components of the separator assembled from
Патентуемая головка фурмы по сравнению с известными аналогами имеет преимущества, заключающиеся в более высокой стойкости, технологичности изготовления и надежности эксплуатации, допускающей приближение фурмы к зеркалу ванны металла. Patented tuyere head in comparison with the known analogues has the advantages of higher durability, manufacturability and reliable operation, allowing the tuyere to be closer to the metal bath mirror.
Примером конкретного выполнения является наконечник фурмы, состоящий из медного штампованного днища толщиной 8 мм с шестью отверстиями под сопла и выштампованной вогнутостью под центру с расточенным отверстием под пробку. К днищу приварен стальной переходной патрубок высотой 60 мм для обеспечения качественной приварки наконечника к фурме на монтаже. Наружный диаметр головки фурмы составляет 426 мм. Сопла выточены из меди марки МП с формой сопла Лаваля и рассчитаны на расход кислорода до 1500 м3/мин при критическом диаметре сопла 42 мм. Диаметр центрального отверстия, образованного секторными элементами 5, составляет 95 мм, наружный диаметр медной пробки 7-34 мм. Внутренний диаметр переходного патрубка 14 равен 410 мм, а наружный диаметр периферийной части разделителя 4-377 мм. При этих параметрах площадь кольцеобразного отверстия 13 составляет 0,3 от площади кольцевого зазора 15. Расход воды на фурму составлял 500 м3/ч, что обеспечивало скорость струи, направленную на центральную часть днища, порядка 20 м/с. Данные по стойкости фурм, выполненных в различных вариантах, приведены в нижеследующей таблице.An example of a specific implementation is the lance tip, consisting of a stamped copper bottom with a thickness of 8 mm with six holes for the nozzle and stamped concavity under the center with a bored hole for the cork. A steel adapter pipe 60 mm high is welded to the bottom to ensure high-quality welding of the tip to the lance at the installation. The outer diameter of the lance head is 426 mm. The nozzles are machined from MP grade copper with the shape of a Laval nozzle and are designed for oxygen consumption up to 1500 m 3 / min with a critical nozzle diameter of 42 mm. The diameter of the Central hole formed by
Кислородную фурму с патентуемой головкой рекомендуется применять на 300-тонных конвертерах, работающих на с высокой интенсивностью продувки (более 180 м3/мин на одно сопло). Испытания, проведенные в условиях конвертерного цеха Магнитогорского металлургического комбината, работающего с такой интенсивности продувки, показали повышение стойкости патентуемой головки фурмы по сравнению с прототипом в 5-6 раз.An oxygen lance with a patented head is recommended for use on 300-ton converters operating at high purge intensities (more than 180 m 3 / min per nozzle). Tests conducted in the conditions of the converter shop of the Magnitogorsk Iron and Steel Works, operating with such a purge intensity, showed an increase in the resistance of the patented tuyere head by 5-6 times in comparison with the prototype.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93048536A RU2058398C1 (en) | 1993-10-19 | 1993-10-19 | Multinozzle tuyere top |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93048536A RU2058398C1 (en) | 1993-10-19 | 1993-10-19 | Multinozzle tuyere top |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2058398C1 true RU2058398C1 (en) | 1996-04-20 |
RU93048536A RU93048536A (en) | 1996-11-20 |
Family
ID=20148390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93048536A RU2058398C1 (en) | 1993-10-19 | 1993-10-19 | Multinozzle tuyere top |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2058398C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2792000C1 (en) * | 2022-09-26 | 2023-03-15 | Дмитрий Александрович Игонин | Oxygen converter lance tip |
-
1993
- 1993-10-19 RU RU93048536A patent/RU2058398C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1652358, кл. C 21C 5/48, 1991. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2792000C1 (en) * | 2022-09-26 | 2023-03-15 | Дмитрий Александрович Игонин | Oxygen converter lance tip |
RU224028U1 (en) * | 2023-11-27 | 2024-03-13 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Tip of oxygen converter lance |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101690393B1 (en) | Fluid cooled lances for top submerged injection | |
JP2895734B2 (en) | Blow assembly for steelmaking | |
US20070246869A1 (en) | Metal making lance tip assembly | |
JPH08224506A (en) | Nozzle for burner head of plasma spraying apparatus | |
JP5782559B2 (en) | High performance cutting nozzle for cutting steel workpieces | |
US6217824B1 (en) | Combined forged and cast lance tip assembly | |
JPS6086319A (en) | Cooling system for after-mixing type burner | |
RU2058398C1 (en) | Multinozzle tuyere top | |
US6599464B1 (en) | Steelmaking lance with integral temperature probe | |
US6090342A (en) | Stave for metallurgical furnace | |
US3020035A (en) | Oxygen roof jet device | |
EP1315841B1 (en) | Process for the metallurgical treatment of molten steel in a converter with oxygen top blown | |
CN212179589U (en) | Multifunctional furnace wall epoxy ceramic carbon gun | |
CN2913381Y (en) | Combined forging and pressing oxygen lance nozzle | |
KR20030046454A (en) | Blowing lance nozzle | |
CN113390266A (en) | Cooling device for transition zone of smelting reduction furnace | |
US20010052311A1 (en) | Blast tuyere for shaft furnaces, in particular blast furnaces or hot-blast cupola furnaces | |
CN111322876A (en) | Multifunctional furnace wall epoxy ceramic carbon gun | |
KR200222980Y1 (en) | The structure of tuyere in corex melting furnace | |
KR100368274B1 (en) | Nozzles for Korex Melting Furnaces | |
CN212293642U (en) | Oxygen lance nozzle for converter | |
CN218290981U (en) | Making slag runner spout by using replaced old two sleeves | |
CN217499318U (en) | High-efficient water-cooling and difficult oxygen rifle shower nozzle of installing fast of gluing sediment in shower nozzle top | |
RU2181384C1 (en) | Tuyere for blowing melt metal | |
EP0827365A2 (en) | Method for cooling graphite electrodes used for metal melting and refining in an electric arc furnace and a ladle |