RU2101363C1

RU2101363C1 - Metal smelting assembly

Info

Publication number: RU2101363C1
Application number: RU96107323/02A
Authority: RU
Inventors: А.Я. Стомахин; В.Н. Макушин; Г.И. Васильев; Г.В. Дюбанов; В.И. Лебедев; Б.А. Чумарин; М.Г. Королев; В.И. Савченко; А.В. Ярошенко; И.В. Сафонов; Н.М. Караваев; О.И. Жаркова
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 1998-01-10

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: invention, in particular, relates to structure of converters of electric furnace and other smelting assemblies with neutral gas blasting from below to increase stability of lances for bottom blasting of neutral gas through metal. Assembly includes casing, reinforcement and working layers of refractory linen, bottom blast lances installed in the bottom of assembly and consisting of two coaxially arranged tubes forming annulus where strengthening ribs are disposed, the latter being made in the form of multithread screw guides confining channels. Between ribs and inside surface of external tube, there is a slot 0.1- 0.3 the size of annulus. Length of screw guides along height of lance constitutes 0.4-0.7 thickness of working layer of linen on the bottom of assembly. On the surface of ribs, lengthwise, discrete arresters are available to center internal tube of lance with respect to external one. Size of slot between ribs is variable along length of lance and increases toward its end by 10-50% as compared to its initial size. Slots are also made on the side of external and internal tubes. EFFECT: increased durability of lances and reduced gas consumption. 4 cl, 4 dwg , 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к конвертерам, электропечам и другим плавильным агрегатам с продувкой нейтральным газом снизу. The invention relates to metallurgy, namely to converters, electric furnaces and other melting units with a neutral gas purge from below.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является конвертер для выплавки стали, включающий корпус конвертера, арматурный и рабочий слои огнеупорной футеровки, а также фурмы для донной продувки, установленные в днище конвертера. Фурма состоит из двух коаксиально расположенных металлических труб. В кольцевом зазоре между трубами расположены ребра, выполненные в виде многозаходных винтовых направляющих и образующие каналы для прохода инертного газа. Внутренняя труба заполнена огнеупорным материалом. Зазоры между ребрами и поверхностями труб отсутствуют [1]
Недостатком известного конвертера является низкая стойкость фурм для продувки металла инертным газом. Это объясняется проникновением жидкого металла или шлака в зазоры между трубами и происходит вследствие уменьшения скорости потока газа на границе с ребрами на его выходе из торца фурмы. В результате уменьшения скорости потока газа снижается его динамический напор по краям винтовых продольных каналов на выходе из фурмы. При затекании жидкого металла или шлака в зазоры между трубами фурма выходит из строя и донная продувка металла прекращается до замены фурмы. При этом не обеспечивается необходимая по технологии кратность регулирования расхода газа через фурму, достигающая значений лишь в пределах 5-7, что недостаточно для продувки металла в оптимальных пределах. Для устранения затекания металла и выхода из строя фурмы в известном конвертере требуется повышенный расход инертного газа.The closest in technical essence to the proposed one is a converter for steel smelting, including a converter housing, reinforcing and working layers of a refractory lining, as well as tuyeres for bottom blowing, installed in the bottom of the converter. The lance consists of two coaxially arranged metal pipes. In the annular gap between the pipes are ribs made in the form of multi-helical guides and forming channels for the passage of inert gas. The inner pipe is filled with refractory material. There are no gaps between the ribs and pipe surfaces [1]
A disadvantage of the known converter is the low resistance of tuyeres for purging metal with an inert gas. This is due to the penetration of liquid metal or slag into the gaps between the pipes and occurs due to a decrease in the gas flow rate at the boundary with the ribs at its exit from the end of the lance. As a result of a decrease in the gas flow rate, its dynamic pressure at the edges of the helical longitudinal channels at the exit of the lance decreases. When liquid metal or slag flows into the gaps between the pipes, the tuyere fails and the bottom metal blow-off stops until the tuyere is replaced. At the same time, the required multiplicity of technology for regulating the gas flow through the lance, which reaches values only in the range of 5–7, is insufficient, which is not enough to purge the metal in the optimal range. To eliminate the flow of metal and failure of the tuyeres in the known Converter requires an increased consumption of inert gas.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении стойкости фурм для донной продувки металла в агрегате для его выплавки нейтральным газом и в сокращении расхода газа через фурму. The technical effect when using the invention is to increase the resistance of the tuyeres for bottom purging of metal in the unit for its smelting with neutral gas and to reduce the gas flow through the tuyere.

Указанный технический эффект достигается тем, что агрегат для выплавки металла включает корпус, арматурный и рабочий слои огнеупорной футеровки, а также фурмы для донной продувки, установленные в днище агрегата, состоящие из двух коаксиально расположенных труб, в кольцевом зазоре между которыми расположены ребра, выполненные в виде многозаходных винтовых направляющих, образующих каналы. The specified technical effect is achieved by the fact that the unit for smelting metal includes a body, reinforcing and working layers of the refractory lining, as well as tuyeres for bottom purging, installed in the bottom of the unit, consisting of two coaxially arranged pipes, in the annular gap between which there are ribs made in in the form of multi-helical screw guides forming channels.

Между ребрами и внутренней поверхностью внешней трубы образована щель, равная 0,1-0,3 величины зазора между трубами, а длина винтовых направляющих по высоте фурмы составляет 0,4-0,7 толщины рабочего слоя футеровки днища агрегата. На поверхности ребер по их длине выполнены дискретные упоры, центрирующие внутреннюю трубу фурмы относительно внешней. Величина щели между ребрами и внутренней поверхностью внешней трубы выполнена переменной по длине фурмы и увеличивается к ее выходному торцу на 10-50 от начальной величины. Кроме того, щели образованы со стороны внешней и внутренней труб. Between the ribs and the inner surface of the outer pipe a gap is formed equal to 0.1-0.3 of the gap between the pipes, and the length of the screw guides along the height of the tuyere is 0.4-0.7 of the thickness of the working layer of the lining of the bottom of the unit. Discrete stops are made on the surface of the ribs along their length, centering the inner tube of the lance with respect to the outer one. The gap between the ribs and the inner surface of the outer pipe is made variable along the length of the tuyere and increases to its output end by 10-50 from the initial value. In addition, gaps are formed from the side of the outer and inner pipes.

Повышение стойкости фурм для донной продувки металла в агрегате будет происходить вследствие перераспределения скоростей потоков нейтрального газа на выходе его из фурмы и увеличения скоростей газа на границах с ребрами и поверхностями труб. В этих условиях устраняется затекание жидкого металла в каналы фурм, происходит выравнивание скоростей потоков газа по периметру труб и в каждом канале. При этом газ проходит во всей внутренней поверхности внешней трубы. В этом случае сокращается расход газа через фурму при одновременном повышении кратности регулирования расхода газа через нее до 15. An increase in the resistance of tuyeres for bottom purging of metal in an aggregate will occur as a result of the redistribution of the flow rates of neutral gas at the outlet of the tuyere and an increase in gas velocities at the boundaries with ribs and pipe surfaces. Under these conditions, liquid metal leakage into the tuyere channels is eliminated, gas flow rates are aligned along the perimeter of the pipes and in each channel. In this case, gas passes through the entire inner surface of the outer pipe. In this case, the gas flow through the lance is reduced while increasing the multiplicity of regulation of the gas flow through it to 15.

Диапазон значений величины щели между ребрами и внутренней поверхностью внешней трубы в пределах 0,1-0,3 величины зазора между трубами объясняется газодинамическими закономерностями течения потоков газа в каналах фурмы. При меньших значениях не будут обеспечиваться необходимые величины и распределение скоростей потоков газа при его выходе из каналов фурмы. При больших значениях не будет обеспечиваться необходимая интенсивность завихрения потоков газа в каналах. The range of values of the gap between the ribs and the inner surface of the outer pipe within 0.1-0.3 of the gap between the pipes is explained by the gas-dynamic laws of the flow of gas flows in the tuyere channels. At lower values, the necessary values and distribution of the gas flow velocities upon its exit from the tuyere channels will not be provided. At large values, the necessary intensity of the turbulence of the gas flows in the channels will not be provided.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от величины зазора между трубами. The specified range is set in direct proportion to the size of the gap between the pipes.

Диапазон значений винтовых направляющих по высоте фурмы в пределах 0,4-0,7 толщины рабочего слоя футеровки днища агрегата объясняется теплотехническими закономерностями износа и сгорания футеровки днища агрегата. При меньших значениях будет происходить сгорание и разрушение винтовой части труб вместе с футеровкой рабочего слоя днища агрегата. При больших значениях длина винтового участка труб фурмы будет излишней. The range of values of screw guides along the height of the lance within 0.4-0.7 of the thickness of the working layer of the lining of the bottom of the unit is explained by the thermotechnical laws of wear and combustion of the lining of the bottom of the unit. At lower values, the screw part of the pipes will be burned and destroyed along with the lining of the working layer of the bottom of the unit. At large values, the length of the screw section of the tuyere pipes will be excessive.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от толщины рабочего слоя футеровки днища агрегата или его емкости. The specified range is set in direct proportion to the thickness of the working layer of the lining of the bottom of the unit or its capacity.

Диапазон значений увеличения величины щели по высоте фурмы в пределах 10-50 от начальной величины объясняется газодинамическими закономерностями течения потоков газа в каналах фурмы. При меньших значениях будет возрастать сопротивление движению потоков газа сверх допустимых значений. При больших значениях не будет обеспечиваться необходимая интенсивность завихрения потоков газа на выходе из торца фурмы. The range of values for increasing the gap along the height of the lance within 10-50 of the initial value is explained by the gas-dynamic laws of the flow of gas flows in the channels of the lance. At lower values, the resistance to the movement of gas flows above the permissible values will increase. At large values, the necessary intensity of the turbulence of the gas flows at the exit from the end of the lance will not be provided.

Указанный диапазон устанавливается в обратной зависимости от величины зазора между трубами. The specified range is set in inverse proportion to the gap between the pipes.

В общем случае изобретение применимо при выплавке металла в электропечах и в других плавильных агрегатах. In general, the invention is applicable to metal smelting in electric furnaces and other melting units.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков предлагаемого агрегата с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод с соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень". Analysis of scientific, technical and patent literature shows the lack of coincidence of the distinguishing features of the proposed unit with the signs of known technical solutions. Based on this, a conclusion is made in accordance with the proposed technical solution to the criterion of "inventive step".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения. Below is an embodiment of the invention that does not exclude other options within the scope of the claims.

На фиг. 1 показана схема нижней части конвертера, продольный разрез; на фиг. 2 -то же, разрез А-А в увеличенном масштабе; на фиг. 3 то же, разрез Б-Б в увеличенном масштабе с одной щелью со стороны внешней трубы; на фиг. 4
то же, разрез Б-Б в увеличенном масштабе с двумя щелями со стороны внешней и внутренней труб.In FIG. 1 shows a diagram of the bottom of the converter, a longitudinal section; in FIG. 2 - the same, section aa on an enlarged scale; in FIG. 3 the same, section BB on an enlarged scale with one slit from the side of the outer pipe; in FIG. 4
the same, section BB on an enlarged scale with two slots from the side of the outer and inner pipes.

Агрегат для выплавки металла в виде конвертера состоит из металлического корпуса 1, рабочего 2 и арматурного 3 слоев огнеупорной футеровки днища конвертера, коаксиально расположенных труб 4 и 5, ребер 6, упоров 7, отверстий 8, огнеупорной массы 9, зазора 10, щелей 11. Позицией 12 обозначен жидкий металл, L толщина рабочего слоя футеровки днища конвертера, l длина винтовых направляющих по высоте фурмы, n величина щели, D диаметр внутренней поверхности внешней трубы, d диаметр внешней поверхности внутренней трубы, m величина зазора. The metal smelting unit in the form of a converter consists of a metal body 1, a working 2 and reinforcing 3 layers of the refractory lining of the bottom of the converter, coaxially arranged pipes 4 and 5, ribs 6, stops 7, holes 8, refractory mass 9, gap 10, slots 11. Position 12 indicates liquid metal, L is the thickness of the working layer of the lining of the bottom of the converter, l is the length of the screw guides along the height of the lance, n is the size of the gap, D is the diameter of the inner surface of the outer pipe, d is the diameter of the outer surface of the inner pipe, m is the gap.

Конвертер работает следующим образом. The converter works as follows.

Пример. В процессе выплавки стали 12 марки ст.3 в конвертер сверху через соответствующую фурму подается кислород с расходом 2,5-5,0 м³/т•мин, а через днище инертный газ аргон с расходом 1-10 м³/мин на каждую фурму при давлении 8-30 кг/см² через соответствующие донные фурмы, установленные в днище конвертера. Конвертер состоит из стального корпуса 1, рабочего 2 и арматурного 3 слоев огнеупорной футеровки. Рабочий слой 2 толщиной L днища конвертера выложен из безобжиговых огнеупорных блоков. Арматурный слой 3 днища конвертера выложен из периклазовых кирпичей. В огнеупорной футеровке днища конвертера высверлены и образованы отверстия, в которые установлены донные фурмы для подачи в конвертер инертного газа. Число фурм составляет 3-15.Example. In the process of smelting steel of grade 12, article 3, oxygen is supplied to the converter from above through an appropriate lance with a flow rate of 2.5-5.0 m ³ / t • min, and through the bottom an inert gas is argon with a flow rate of 1-10 m ³ / min for each lance at a pressure of 8-30 kg / cm ² through the corresponding bottom tuyeres installed in the bottom of the converter. The converter consists of a steel casing 1, a working 2 and reinforcing 3 layers of refractory lining. The working layer 2 with a thickness L of the bottom of the converter is laid out from non-fired refractory blocks. The reinforcing layer 3 of the converter bottom is laid out of periclase bricks. In the refractory lining of the converter bottom, holes are drilled and formed into which bottom tuyeres are installed for supplying inert gas to the converter. The number of tuyeres is 3-15.

Донная фурма состоит из двух коаксиально расположенных труб 4 и 5, в кольцевом зазоре 10 между которыми расположены ребра 6, выполненные в виде многозаходных винтовых направляющих, образующих каналы. Внутренняя полость внутренней трубы 5 заполнена массой 9 на основе магнезитного порошка. В нижней части внутренней трубы 5 выполнены по ее периметру отверстия 8 для прохода инертного газа из внутренней полости трубы 5 в зазоры 10. The bottom tuyere consists of two coaxially arranged pipes 4 and 5, in the annular gap 10 between which there are ribs 6, made in the form of multi-helical screw guides that form the channels. The inner cavity of the inner pipe 5 is filled with a mass 9 based on magnesite powder. In the lower part of the inner pipe 5, holes 8 are made along its perimeter for the passage of inert gas from the inner cavity of the pipe 5 to the gaps 10.

Между ребрами 6 и внутренней поверхностью внешней трубы 4 образована щель 11, равная n 0,1- 0,3 величины m зазора 10 между трубами 4 и 5 (фиг. 3). Длина l винтовых направляющих или ребер 6 по высоте фурмы составляет 0,4-0,7 толщины L рабочего слоя 2 футеровки днища конвертера. На поверхности ребер 6 выполнены дискретные упоры 7, центрирующие внутреннюю трубу 5 относительно внешней трубы 4. Величина n щели 11 выполнена переменной на длине l и увеличивается к выходному торцу фурмы на 10-50 от начальной величины. Кроме того, могут быть образованы две щели 11 со стороны внешней 4 и внутренней 5 труб толщиной n каждая. При этом дискретные упоры 7 выполнены с обеих сторон ребер 6 (фиг. 4). Between the ribs 6 and the inner surface of the outer pipe 4, a gap 11 is formed equal to n 0.1-0.3 of the value m of the gap 10 between the pipes 4 and 5 (Fig. 3). The length l of the screw guides or ribs 6 along the height of the lance is 0.4-0.7 thickness L of the working layer 2 of the lining of the bottom of the Converter. Discrete stops 7 are made on the surface of the ribs 6, centering the inner tube 5 with respect to the outer tube 4. The value n of the gap 11 is made variable along the length l and increases to the output end of the lance by 10-50 from the initial value. In addition, two slots 11 can be formed on the side of the outer 4 and inner 5 pipes of thickness n each. When this discrete stops 7 are made on both sides of the ribs 6 (Fig. 4).

Ребра 6 могут быть выполнены из ленты или проволоки соответствующей толщины или диаметра и приварены на локальных участках к поверхности трубы 5. В общем случае щели 11 могут быть образованы как со стороны трубы 4, так и со стороны трубы 5 той же ширины n. Упоры 7 могут быть выполнены методом наплавки на ребра 6 накладок соответствующей толщины или изгибом проволоки на отдельных участках по ее длине. Изменение ширины n щели 11 может быть осуществлено посредством соответствующего изменения толщины или диаметра ребер 6 на отдельных участках по длине труб 4 и 5. Число ребер 6 составляет 4-8, равномерно расположенных по периметру труб 4 и 5. Шаг винтовых ребер 6 по длине труб 4 и 5 составляет 100-600 мм. Значения D, d и m выбираются в прямой зависимости от расхода газа через фурму. В процессе выпуска стали из конвертера в трубу 5 подается сжатый воздух. The ribs 6 can be made of tape or wire of appropriate thickness or diameter and welded in local areas to the surface of the pipe 5. In the General case, the slots 11 can be formed both from the pipe 4 and from the pipe 5 of the same width n. The stops 7 can be made by surfacing on the ribs 6 of the overlays of the corresponding thickness or by bending the wire in separate sections along its length. Changing the width n of the slit 11 can be carried out by correspondingly changing the thickness or diameter of the ribs 6 in individual sections along the length of the pipes 4 and 5. The number of ribs 6 is 4-8, evenly spaced around the perimeter of the pipes 4 and 5. The pitch of the screw ribs 6 along the length of the pipes 4 and 5 is 100-600 mm. The values of D, d and m are selected in direct proportion to the gas flow through the lance. In the process of releasing steel from the converter, compressed air is supplied to the pipe 5.

В таблице приведены примеры конструкции конвертера с различными параметрами. The table shows examples of the design of the converter with various parameters.

В первом примере вследствие малых значений n не обеспечивается необходимое распределение скоростей потоков газа на выходе из фурмы. Кроме того, из-за малого значения длины l происходит преждевременное сгорание фурмы при выработке днища конвертера. In the first example, due to small values of n, the necessary distribution of gas flow velocities at the exit from the lance is not provided. In addition, due to the small value of the length l, premature combustion of the lance occurs during the development of the bottom of the converter.

В пятом примере вследствие большого значения n не происходит завихрение потоков газа с необходимой интенсивностью. In the fifth example, due to the large value of n, turbulence of gas flows with the necessary intensity does not occur.

В шестом примере (прототипе) вследствие отсутствия щелей 11 не обеспечивается необходимые распределение и величина скоростей потоков газа на выходе из каналов фурмы, что приводит к затеканию жидкого металла в каналы фурмы и выходу ее из строя. При этом происходит перерасход газа через фурму. In the sixth example (prototype) due to the absence of slots 11, the necessary distribution and velocity of gas flows at the exit from the tuyere channels are not ensured, which leads to the leakage of liquid metal into the tuyere channels and its failure. In this case, gas overruns through the lance.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие наличия щелей 11 необходимых размеров обеспечивается устранение попадания жидкого металла в каналы фурмы. In the optimal examples 2-4, due to the presence of slots 11 of the required size, the liquid metal is prevented from entering the tuyere channels.

Применение изобретения позволяет повысить стойкость фурмы на 10-30 при снижении расхода газа на 20-40 The use of the invention allows to increase the resistance of the tuyere by 10-30 while reducing gas consumption by 20-40

Claims

1. A unit for smelting metal, including a housing, reinforcing and working layers of a refractory lining, as well as tuyeres for bottom purging, installed in the bottom of the unit, consisting of two coaxially arranged pipes, in the annular gap between which there are ribs made in the form of multi-helical guides forming channels, characterized in that between the ribs and the inner surface of the outer pipe there is a gap equal to 0.1 0.3 of the gap between the pipes, and the length of the screw guides along the height of the lance is 0.4 0.7 thickness of the working layer of the lining of the bottom of the unit.

2. The assembly according to claim 1, characterized in that discrete stops are made on the surface of the ribs along their lengths, which center the inner tube of the lance with respect to the outer one.

3. The assembly according to claim 1, characterized in that the gap between the ribs and the inner surface of the outer pipe is made variable along the length of the tuyere and increases to its output end by 10 50% of the initial value.

4. The assembly according to claim 1, characterized in that the slots are formed from the side of the external and internal pipes.