RU2068001C1

RU2068001C1 - Method and oxygen lance for metals smelt blowing

Info

Publication number: RU2068001C1
Application number: RU95116601A
Authority: RU
Inventors: Александр Леонидович Кузьмин; Игорь Михайлович Шатохин
Original assignee: Александр Леонидович Кузьмин; Игорь Михайлович Шатохин
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1996-10-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, method is used in oxygen-conversion production during metal smelt blowing from top through oxygen lance in particular. SUBSTANCE: according to method of metal smelt blowing critical section of nozzle is adjusted by changing of mounted in nozzles separable fittings-on with critical sections, that provide required gas-dynamical characteristic of blowing through sprays. Oxygen lance used for method realization has tip with connected to path of oxidating gas feeding split nozzle. Split nozzle has fixed in butt part tip of diffuser and smoothly conjugated with inner surface of diffuser inlet area of shortened separable Laval nozzle, diffuser part of which is mounted in ring-type groove of diffuser inner surface, and its shape is identical to shape of diffuser. In ring-type groove area on inner and outer surface of diffuser there are corrugation forming canals to compensate longitudinal deformations of nozzle. Inner corrugation forming canals are overlapped by diffuser part of shortened Laval nozzle. EFFECT: improved process. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно: к кислородно-конвертерному производству и может быть использовано в продувочных фурмах для подачи газа сверху в конвертер. The invention relates to ferrous metallurgy, namely: to oxygen-converter production and can be used in purge lances for supplying gas from above to the converter.

Известны способы продувки расплавов металлов окислительным газом, включающие подачу в сверхзвуковые сопла фурмы окислительного газа и продувку через них расплава. Known methods for purging metal melts with oxidizing gas, including the supply of supersonic tuyeres of oxidizing gas to supersonic nozzles and purging the melt through them.

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). The methods are implemented by devices, including blowing tuyeres, the tip of which is equipped with supersonic blowing nozzles evenly spaced around the circumference, the bodies of which are rigidly fixed between the upper and lower end plates (see, for example, USSR copyright certificate N 133-1717, 1987; USSR copyright certificate N 1527280, 1989; USSR copyright certificate N 1587921, 1990; USSR copyright certificate N 1652351, 1991; USSR copyright certificate N 1675342, 1991; RF patent N 2003697, 1993; RF patent 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. The main disadvantage of the known methods and devices that implement them is that the use of these methods and devices does not allow the converter to quickly compensate for the constant increase in its volume due to the height of the lining, which leads to a mismatch of the specified gas-dynamic characteristics of the oxidizing gas streams flowing from the lance and the actual volume of the converter. This leads to a violation of the calculated balance between the volume of the melt and the characteristics of the purge, which increases the energy intensity of the process and reduces the quality of the products. In addition, the rapid wear of the working surface of the nozzle, mainly due to the destruction (burnout) of the output edge, leads to a change in the geometric parameters of the nozzle and the deterioration of the gas-dynamic characteristics of the tuyere during melt blowing. The resistance of the welds connecting the end surface of the nozzles with the lower plates of the lance is also unsatisfactory, due to significant alternating temperature stresses along the nozzle axes.

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). The closest analogue adopted for the prototype of the invention is a method of purging metal melts with oxidizing gas and a device for its implementation, comprising feeding supersonic nozzles of an oxidizing gas lance and blowing a melt through them, which is implemented in a nozzle of a purging tuyere containing a body with an aerodynamic channel with a diffuser and with an annular undercut (strain compensator) on the outer surface of the nozzle (see USSR author's certificate 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. This method has the same drawbacks as its counterparts, namely, during the operation of the converter, it is impossible to quickly change the parameters of the oxidizing gas streams flowing from the tuyere and compensate for the constant increase in the volume of the converter due to the height of its lining, which leads to a mismatch in the purge intensity converter volume. This reduces the technological possibilities of purging.

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. The device that implements the method also does not allow to adjust the parameters of the jet during the campaign of the converter and additionally has a relatively low resistance, since an annular compensating recess made only on the outer surface of the nozzle does not provide sufficient unloading of welds from thermomechanical loads. In addition, due to irreversible deformation during operation of the nozzle body part, the stability of the gas-dynamic characteristics of the oxygen stream is not ensured.

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. Thus, a common drawback inherent in both analogues and the prototype is that the critical cross section of their nozzles is constant, which determines the optimal flow characteristics of the nozzles, while these characteristics during the campaign of the converter must be changed due to changes in its working volume due to the height of the lining.

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. The aim of the invention is to optimize the gas-dynamic characteristics of the purge jet during the campaign of the converter and at the same time increase the reliability and durability of the nozzle by unloading its mounting welds from stresses associated with thermal and mechanical deformation of the nozzle body.

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. This is achieved by the fact that in the method of purging metal melts with oxidizing gas, which includes feeding tuyeres of oxidizing gas to supersonic nozzles and blowing melt through them, if the balance between the converter volume and the blowing characteristics is disturbed due to an increase in the converter volume during the campaign due to the height of its lining adjust the gas-dynamic characteristics of the purge jets flowing from the nozzles of the lance tip, increasing their range by replacing the replaceable parts of the nozzles with replaceable parts with a large m the throat.

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. The goal is also achieved by the fact that in the device for implementing the method, comprising a nozzle body with a compensator for its longitudinal deformations and an aerodynamic channel with a diffuser at the output section of the nozzle, the nozzle is made integral in the form of a base nozzle body fixed in the lance tip and a replaceable nozzle installed in the annular inner a groove in the inlet section of the base nozzle body provided with an outlet diffuser section and a strain compensator made in the form of outer and inner annular rings forming grooves in its wall, while the internal corrugating grooves are located in the region of the annular groove of the base nozzle body and are blocked by a replaceable supersonic nozzle equipped with a flowing aerodynamic channel consisting of a confuser, a critical section and a short diffuser, the profile of which is identical to the profile of the diffuser channel of the outlet section of the base nozzle housing and seamlessly interfaced with the latter. It is preferable to make a replaceable supersonic nozzle with a length exceeding 1.0-2.5 times the diameter of the critical section.

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. A number of interchangeable supersonic nozzles with different critical cross-sections provide the ability to quickly adjust the parameters of the oxidizing gas jets in accordance with the actual converter capacity. In addition, the design of the composite nozzles ensures that the geometrical shape of the aerodynamic channel of each nozzle is maintained regardless of the deformation of its assembled body, including with significant wear on the nozzle exit edge, which can also be compensated by the length of the replaceable nozzle. The connection of interchangeable nozzles with the same basic nozzle body allows you to have a set of nozzles with different critical sections and set them depending on the conditions of the technology. This ensures the improvement of technical and economic indicators of the steelmaking process during the campaign of the converter, and the implementation of the deformation compensator in the form of corrugating grooves in the walls of the base nozzle body unloads the weld joints of the nozzle from temperature deformations, which additionally provides not only a reduction in mechanical loads on the body, but also preservation of the geometric parameters of the flow channel of the nozzle, and especially the critical section of the nozzle, and therefore helps to increase the technical and economic Sgiach performance and durability of blowing lance as a whole.

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. The invention is illustrated by drawings: where in FIG. 1 shows a general view of a purge lance tip (longitudinal section) with a base nozzle body and interchangeable nozzle; in FIG. 2 shows an enlarged fragment of FIG. 1.

Способ продувки расплавов металлов окислительным газом реализуется при помощи следующего устройства. The method of purging metal melts with oxidizing gas is implemented using the following device.

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. A device for implementing the method includes a base nozzle body 1, in the wall of which at the inlet section there are internal 2 and external 3 annular corrugating grooves, while an annular groove is made on the inner surface of the wall of the housing 1 from the end to the bottom (if there are several of them) of the internal corrugating groove 2 4, in which a replaceable supersonic nozzle 5 is installed with overlapping of the internal corrugating groove 2. The nozzle flow channel is formed by a confuser channel 6 with a critical section 7 and a short diffuse anal 8 which are formed in the interchangeable supersonic nozzle 5 and the diffuser duct outlet 9 of the base portion of the nozzle body 1, the short profile of the diffuser channel 8 is identical to the profile of the diffuser channel 9 and smoothly interfaced with it. The connection of the base nozzle body 1 with a replaceable supersonic nozzle 5 is carried out in any known manner, for example, by interference fit in the annular groove 4.

Способ продувки расплавов металлов окислительным газом осуществляется с помощью устройства, работающего следующим образом. The method of purging metal melts with oxidizing gas is carried out using a device that operates as follows.

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. When the melt is purged with oxidizing gas, for example, oxygen supplied to the tip through a lance, the gas stream under pressure enters the nozzle inlet into the confuser channel 6, expands in it and accelerates to the speed of sound, passes a critical section 7, accelerates to supersonic speed and expires from nozzles in the form of a hard long-range jet.

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. If the linings of the converter and / or the outlet edge 10 of the nozzle body 1 are significantly worn out (leading to a deterioration in the gas-dynamic characteristics of the purge jet during the campaign, the gas-dynamic characteristics of the purge jets flowing from the nozzles of the lance tip 11 are adjusted, increasing their range by replacing only supersonic nozzle 5 on a similar, but with the required critical section 7, which allows you to create a purge jet with the necessary gas-dynamic characteristics, which is deep outside flakes into the melt, intensively mixes it and refines at a high speed, contributing to an increase in purge efficiency and stabilizing the technical and economic indicators of the steelmaking process.

Claims

1. The method of purging metal melts, including the supply of oxidizing gas to the metal melt through nozzles, adjusting the gas-dynamic characteristics of the purging jets by adjusting the critical section of the nozzle, characterized in that the critical section of the nozzle is controlled by replacing the replaceable nozzles installed in the nozzles with critical sections providing the required gas-dynamic characteristic of purge jets.

2. A lance for purging metal melts, comprising a tip with at least one detachable nozzle connected to the oxidizing gas supply path, consisting of a diffuser fixed to the end of the tip with an annular groove at the inlet portion of its inner surface, in which a replaceable nozzle is installed, made in in the form of a shortened Laval nozzle with a confuser part and a diffuser part conjugated to the inner surface of the diffuser, a nozzle longitudinal strain compensator, characterized in that the compensator The longitudinal deformation of the nozzle is made in the form of corrugating grooves located in the annular groove region on the inner and outer surfaces of the diffuser, while the internal corrugating grooves are overlapped by the diffuser part of the shortened Laval nozzle, the profile of which is identical to the profile of the diffuser inlet section and smoothly interfaced with it.