RU2134303C1

RU2134303C1 - Tuyere for blow-through of metal melt and injection of powdery reagents into melt

Info

Publication number: RU2134303C1
Application number: RU98119010/02A
Authority: RU
Inventors: И.М. Шатохин; А.Л. Кузьмин
Original assignee: Шатохин Игорь Михайлович; Кузьмин Александр Леонидович
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 1999-08-10

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, design of gears used for converter blow of molten metal melt and injection of powdery reagents into melt. SUBSTANCE: refractory jacket of tuyere is fitted with heat-removing carrying fixtures in the form of pipes arranged around body and connected to its collector which form additional conduits to supply reagents. Collector of tuyere body is manufactured in the form of member carrying fixtures for refractory jacket. In agreement with another version lower part of tuyere is made in the form of vortex chamber. Top of this chamber can house tangent-inclined oriented outlets of conduits of helical pipes of fixtures. Tuyere can also be equipped with vibration generators. EFFECT: enhanced blow-through efficiency thanks to increased degree of assimilation of powdery materials, strength and reliability of tuyere. 15 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструкции устройств для конвертерной продувки жидкого расплава металла и ввода в расплав порошкообразных реагентов. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the design of devices for converter purging a liquid metal melt and introducing powdered reagents into the melt.

Из предшествующего уровня техники известны конструкции фурм для продувки расплава и ввода в него порошкообразных материалов, представляющие собой металлическую трубу, футерованную огнеупорными катушками и заканчивающуюся соплом. В ряде случаев нижняя часть трубы может разветвляться на два отрезка, расположенных или под острым углом к вертикали, или под углом 90^o. Для получения большей выходной скорости газопорошковой смеси выходные каналы фурмы выполняют в виде сопел. Как правило, сопло представляет собой суживающийся диаметр или отрезок трубы меньшего диаметра, см. Григорьев В.П. и др., "Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства", учебник для вузов. М.: МИСИС, 1995 г., с. 338-339.From the prior art, lance designs for blowing the melt and introducing powder materials into it are known, which are a metal pipe lined with refractory coils and ending with a nozzle. In some cases, the lower part of the pipe can branch into two segments located either at an acute angle to the vertical, or at an angle of 90 ^o . To obtain a higher output velocity of the gas-powder mixture, the output channels of the lance are made in the form of nozzles. As a rule, a nozzle is a tapering diameter or a segment of a pipe of a smaller diameter, see Grigoryev V.P. et al., "Design and Design of Steelmaking Units", a textbook for universities. M .: MISIS, 1995, p. 338-339.

Известна также фурма для продувки расплава металла в конвертере, содержащая три концентрично расположенные трубы, внутренняя из которых имеет металлошланговый компенсатор, а разделительная труба - компенсатор из пары телескопических втулок. К трубам пристыкован наконечник, включающий сопла, торцевую тарельчатую заглушку центральной трубы, разделитель потока охладителя с упорами и донную тарелку, фурмы этого типа нашли широкое применение преимущественно для крупнотоннажных конвертеров, т.к. они обеспечивают ремонтопригодность путем многократного монтажа новых наконечников к старой хвостовой части фурмы, см. Авторское свидетельство СССР N 857270, М. кл. C 21 C 5/48, 1981. Also known is a lance for purging a molten metal in a converter, containing three concentrically arranged pipes, the inside of which has a metal hose compensator, and the separation pipe - a compensator from a pair of telescopic sleeves. A nozzle is attached to the pipes, including nozzles, an end plate cap of the central pipe, a cooler flow separator with stops and a bottom plate, lances of this type are widely used mainly for large-capacity converters, as they provide maintainability by repeatedly mounting new tips to the old tail of the lance, see USSR Author's Certificate N 857270, M. cl. C 21 C 5/48, 1981.

Однако, эта фурма предназначена только для проявки расплава кислородом и не может быть использована при вводе в металл различного вида порошкообразных реагентов. However, this lance is intended only for developing the melt with oxygen and cannot be used when various types of powdery reagents are introduced into the metal.

За прототип изобретения авторами выбрана фурма для ввода в расплав порошкообразных агентов, содержащая корпус с огнеупорной оболочкой и размещенную внутри корпуса (с зазором относительно корпуса) трубу. Радиальный зазор между корпусом и внутренней трубой и канал внутренней трубы образуют отдельные тракты для подачи в расплав реагентов. В канале внутренней трубы установлены направляющие элементы для закрутки и деления потока, используемые для подачи технологического газа с порошкообразными материалами, см. SU N 1675344, A1, М.кл. C 21 C 5/48, 1989. For the prototype of the invention, the authors chose a lance for introducing powdered agents into the melt, containing a pipe with a refractory shell and placed inside the body (with a gap relative to the body). The radial clearance between the housing and the inner pipe and the channel of the inner pipe form separate paths for supplying reagents to the melt. In the channel of the inner pipe, guide elements for swirling and dividing the flow are used, which are used to supply the process gas with powder materials, see SU N 1675344, A1, M.cl. C 21 C 5/48, 1989.

Недостатками прототипа являются малая эффективность продувки из-за относительно низкого усвоения расплавом вводимых порошкообразных материалов и малый срок службы, обусловленный быстрым разрушением огнеупорной оболочки под воздействием расплава металла, усугубляемого резкими температурными перепадами при погружении или извлечении фурмы из расплава металла. Кроме того, концентричная компоновка труб приводит (при необходимости организации нескольких трактов подачи в расплав разных порошкообразных реагентов) к значительному увеличению габаритов фурмы и сложности ее изготовления и эксплуатации. Недостатком прототипа является также частое забивание значительных по длине металлошланговых участков подводящих трактов, связывающих фурму с бункерами-дозаторами, что обусловлено их отдельным расположением от фурмы. The disadvantages of the prototype are the low efficiency of the purge due to the relatively low absorption of the introduced powder materials by the melt and the short service life due to the rapid destruction of the refractory shell under the influence of a metal melt, aggravated by sharp temperature drops during immersion or extraction of the lance from the molten metal. In addition, the concentric layout of the pipes (if necessary, the organization of several supply paths of different powder reagents to the melt) leads to a significant increase in the dimensions of the lance and the complexity of its manufacture and operation. The disadvantage of the prototype is also the frequent clogging of considerable length of metal-hose sections of the supply paths connecting the lance with hopper-dispensers, due to their separate location from the lance.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности продувки за счет увеличения степени усвоения порошкообразных материалов, а также повышение стойкости и надежности фурмы. The problem solved by the invention is to increase the purge efficiency by increasing the degree of assimilation of powder materials, as well as increasing the durability and reliability of the lance.

Решение поставленной задачи достигается тем, что фурма для продувки расплава металла и ввода в него порошкообразных реагентов, содержащая корпус, верхняя часть которого снабжена коллектором, а нижняя - огнеупорной оболочкой, расположенные в корпусе трубы, снабженные в верхних, выступающих из корпуса частях коллекторами, образующих совместно с корпусом и его коллектором раздельные тракты подачи реагентов, согласно изобретению огнеупорная оболочка дополнительно снабжена теплоотводящей несущей арматурой в виде расположенных вокруг корпуса и соединенных с его коллектором труб, которые образуют дополнительные тракты подачи реагентов, при этом коллектор корпуса фурмы выполнен в виде несущего элемента для арматуры огнеупорной оболочки. В вариантах осуществления изобретения:
Арматура может быть выполнена в виде винтовых труб, навитых по одной или многозаходной спирали вокруг корпуса фурмы или в виде труб с примыкающими друг к другу прямыми и винтовыми участками, при этом винтовые участки должны быть расположены в нижней части фурмы. Предпочтительно, чтобы, винтовые трубы были навиты с углом подъема средней винтовой линии 30-85^o.The solution to this problem is achieved by the fact that a lance for purging a molten metal and introducing powdered reagents into it, containing a body, the upper part of which is equipped with a collector, and the lower part is a refractory shell located in the pipe body, equipped with collectors in the upper parts protruding from the body, forming together with the housing and its collector separate paths for supplying reagents, according to the invention, the refractory shell is additionally equipped with heat-carrying load-bearing fittings in the form of corners arranged around whisker and its collector connected to pipes that form additional reactant feed paths, with the collector of the lance housing is formed as a bearing member for the reinforcement of the refractory shell. In embodiments of the invention:
The fittings can be made in the form of screw pipes, wound in a single or multiple helix around the tuyere body or in the form of pipes with straight and screw sections adjacent to each other, while the screw sections should be located in the lower part of the tuyere. Preferably, the helical pipes are wound with an elevation angle of the middle helix of 30-85 ^o .

Арматура может быть выполнена также в виде прямых труб с поясами в виде коллекторов, полости которых сообщены с каналами изогнутых

образных трубок, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси фурмы. При этом, предпочтительно, что бы

образные трубки были выполнены с однонаправленным выходом на поверхность огнеупорной оболочки, под острым углом к касательным плоскостям в точках выхода трубок на поверхность огнеупорной оболочки. Кроме того,

образные трубки могут быть закреплены на радиально расположенных прямых трубках, закрепленных в коллекторах и расположенных в неразрушающейся части огнеупорной оболочки. Предпочтительно, чтобы

образные трубки были выполнены в виде удлиненных сопел, расположенных в отгорающей кольцевой зоне огнеупорной оболочки.The fittings can also be made in the form of straight pipes with belts in the form of collectors, the cavities of which are in communication with the bent channels

shaped tubes located in a plane perpendicular to the axis of the tuyere. Moreover, it is preferable that

the shaped tubes were made with unidirectional exit to the surface of the refractory shell, at an acute angle to the tangent planes at the points of exit of the tubes to the surface of the refractory shell. Besides,

the shaped tubes can be fixed on radially arranged straight tubes fixed in the collectors and located in the non-destructible part of the refractory shell. Preferably

the shaped tubes were made in the form of elongated nozzles located in the firing ring zone of the refractory shell.

Пояса арматуры могут быть расположены на различных уровнях по высоте фурмы, при этом, предпочтительно, чтобы каждый пояс был соединен по крайней мере с двумя, диаметрально противоположно расположенными относительно корпуса продольными трубами с образованием отдельных трактов подачи реагентов из точек, различно расположенных по высоте фурмы. The reinforcing belts can be located at different levels along the height of the lance, while it is preferable that each belt is connected to at least two longitudinal pipes diametrically opposed to the housing with the formation of separate paths for supplying reagents from points differently located along the height of the lance.

Тракты подачи реагентов могут быть дополнительно соединены с бункерами-дозаторами порошкообразных материалов. Предпочтительно чтобы упомянутые бункеры-дозаторы были установлены на несущей платформе, закрепленной непосредственно на корпусе фурмы. The reagent supply paths can be additionally connected to hoppers for powder materials. Preferably, said metering hoppers are mounted on a carrier platform fixed directly to the lance body.

Корпус и размещенные в нем трубы могут быть также расположены концентрично относительно друг друга, а в межтрубных пространствах могут быть установлены центраторы в виде шнековых завихрителей: подобный завихритель может быть также установлен на выходе из канала центральной трубы. The housing and the pipes placed in it can also be arranged concentrically relative to each other, and centralizers in the form of screw swirlers can be installed in the annulus: a similar swirl can also be installed at the outlet of the channel of the central pipe.

Нижний срез концентричных труб может быть расположен выше нижнего среза корпуса фурмы, а ниже нижнего среза труб корпус фурмы может быть выполнен с цилиндрическим расширением в виде открытой снизу вихревой камеры, расположенной в нижней части фурмы. Вверху этой камеры могут быть расположены тангенциально-наклонно ориентированные выходы каналов винтовых труб арматуры. The lower cut of concentric pipes can be located above the lower cut of the tuyere body, and below the lower cut of pipes the tuyere body can be made with cylindrical expansion in the form of a vortex chamber open at the bottom located in the lower part of the tuyere. At the top of this chamber can be located tangentially obliquely oriented outputs of the channels of the screw pipes of the reinforcement.

Все завихрители, а также арматурные, винтовые и

образные трубки должны иметь одинаковое направление закрутки.All swirlers, as well as reinforcing, screw and

the shaped tubes should have the same swirl direction.

В прямых участках каналов труб арматуры на выходах в коллекторы могут быть установлены гартмановские генераторы колебании. Подобным генератором ультразвуковых колебании может быть снабжена центральная труба, в которой этот генератор должен быть установлен на выходе ее канала в вихревую камеру, при этом над генератором может быть установлен винтовой сепаратор. Hartmann oscillation generators can be installed in the straight sections of the channels of the reinforcement pipes at the exits to the collectors. Such a generator of ultrasonic vibrations can be provided with a central tube in which this generator must be installed at the outlet of its channel in the vortex chamber, while a screw separator can be installed above the generator.

Описание изобретения иллюстрируется чертежами, где:
- на фиг. 1 схематикою изображен один из вариантов выполнения фурмы (продольный разрез);
- на фиг. 2 схематично изображен фрагмент фиг. 1 (вариант выполнения нижней части фурмы);
- на фиг. 3 схематично изображен фрагмент фиг. 1 (вариант выполнения фурмы);
- на фиг. 4 сечение А-А фиг. 3;
- на фиг. 5 схематично изображен вид по стрелке C (вариант выполнения);
- на фиг. 6 схематично изображен вариант выполнения фурмы (продольный разрез);
- на фиг. 7 схематично изображен вариант выполнения фурмы с генератором ультразвуковых колебании (фрагмент продольного разреза);
- на фиг. 8, вид по стрелке В на фиг. 5;
- на фиг. 9 приведен фрагмент фиг. 7 (увеличено);
- на фиг 10 и 11 схематично изображены варианты расположения оборудования.The description of the invention is illustrated by drawings, where:
- in FIG. 1 schematically depicts one embodiment of a lance (longitudinal section);
- in FIG. 2 is a fragmentary diagram of FIG. 1 (embodiment of the lower part of the lance);
- in FIG. 3 is a fragmentary diagram of FIG. 1 (lance embodiment);
- in FIG. 4 section AA of FIG. 3;
- in FIG. 5 schematically shows a view along arrow C (embodiment);
- in FIG. 6 schematically shows an embodiment of a lance (longitudinal section);
- in FIG. 7 schematically shows an embodiment of a lance with a generator of ultrasonic vibrations (fragment of a longitudinal section);
- in FIG. 8, view along arrow B in FIG. 5;
- in FIG. 9 is a fragment of FIG. 7 (increased);
- Figs 10 and 11 schematically depict options for the location of the equipment.

Фурма для продувки расплава и ввода в него порошкообразных реагентов содержит корпус 1 в виде массивной толстостенной трубы с огнеупорной оболочкой 2. В варианте выполнения, приведенном на фиг. 1, на корпусе 1 закреплен коллектор 3, соединенный с винтовыми трубами 4, расположенными в огнеупорной оболочке 2. Коллектор 3 с винтовыми трубами 4 выполнен в виде несущих охлаждаемых арматурных элементов огнеупорной оболочки 2, при этом оболочка 2 и корпус 1 имеют возможность независимого друг от друга температурного расширения. Центральная труба 5, концентрично расположенная в корпусе 1, в верхней части снабжена коллектором б, при этом межтрубное пространство перекрыто коллектором 7. Коллектор 7 является центратором для верхней части центральной трубы 5, которая в нижней части снабжена центратором 8. В варианте выполнения, нижний центратор трубы 5 выполнен в виде одно или многозаходной шнековой лопасти - завихрителя 9. Выходной участок центральной трубы 5 также может быть снабжен завихрителем 10, выполненным в виде одно- или многозаходной шнековой лопасти (см. фиг.2). Винтовые трубы 4, расположенные снаружи корпуса 1, выполнены в виде одно или многозаходной спирали, являются теплоотводящей несущей арматурой огнеупорной оболочки 2 и соединены посредством прямых участков L и L¹ с коллектором 3, который является несущим силовым элементом для арматуры огнеупорной оболочки. На корпусе коллектора 3 смонтирована также несущая платформа 11 с бункерами-дозаторами 12,13, подсоединенными к источникам сжатого газа и линиям 14,15, подачи газопорошковых смесей (реагентов) в фурму. Коллектор 3 винтовых труб 4 посредством линии 16 подсоединен только к источнику сжатого газа. Таким образом, в приведенном варианте выполнения фурма снабжена тремя отдельными трактами подачи реагентов в расплав металла. Для обеспечения перемещения фурмы в процессе обработки расплава металла все тракты подачи реагентов соединены с источниками сжатого газа посредством гибких металлошлангов 17, 18, 19.The lance for blowing the melt and introducing powdered reagents into it contains a housing 1 in the form of a massive thick-walled pipe with a refractory shell 2. In the embodiment shown in FIG. 1, a collector 3 is attached to the housing 1, connected to the screw pipes 4 located in the refractory shell 2. The collector 3 with the screw pipes 4 is made in the form of load-bearing cooled reinforcing elements of the refractory shell 2, while the shell 2 and the housing 1 are independent of each other other thermal expansion. The central pipe 5, concentrically located in the housing 1, is provided with a collector b in the upper part, while the annular space is blocked by the collector 7. The collector 7 is a centralizer for the upper part of the central pipe 5, which is equipped with a centralizer 8 in the lower part. In an embodiment, the lower centralizer the pipe 5 is made in the form of a single or multi-auger screw blade - swirl 9. The output section of the central pipe 5 can also be equipped with a swirler 10 made in the form of a single or multi-screw screw blade (see figure 2). Screw pipes 4 located outside the housing 1, are made in the form of a single or multiple helix, are heat-removing supporting reinforcement of the refractory shell 2 and are connected through straight sections L and L ¹ to the manifold 3, which is the supporting force element for the reinforcement of the refractory shell. A carrier platform 11 with metering hoppers 12,13 connected to sources of compressed gas and lines 14,15, supplying gas-powder mixtures (reagents) to the lance is also mounted on the body of the collector 3. The collector 3 of the screw pipes 4 through line 16 is connected only to a source of compressed gas. Thus, in the above embodiment, the lance is equipped with three separate paths for supplying reagents to the molten metal. To ensure the transfer of the tuyeres during the processing of the molten metal, all paths for supplying reagents are connected to sources of compressed gas by means of flexible metal hoses 17, 18, 19.

На фиг. 3 приведен один из вариантов выполнения фурмы, согласно которому участки L и L¹ выполнены удлиненными и снабжены поперечными поясами в виде дополнительных коллекторов 20, 21, 22, размещенных в огнеупорной оболочке 2. Как показано на фиг. 3. коллекторы 20, 21, 22 соединены последовательно, однако эти коллекторы могут быть соединены также и с отдельными линиями подачи сжатого газа. Нижний коллектор 22 соединен с винтовыми трубами 4, а верхние коллекторы 20 и 21 соединены с спирально изогнутыми

образными трубками 23, выходные участки которых выполнены в виде сопел 24, представляющих собой изогнутые трубки меньшего (относительно трубок 23) диаметра. Предпочтительно, чтобы сопла 24

образных трубок 23 имели однонаправленный выход на поверхность огнеупорной оболочки 2 (под острым углом к касательным плоскостям в точках их выхода на поверхность огнеупорной оболочки). В варианте выполнения,

образные трубки выполнены в виде соединенных между собой двух трубок, прямой радиальной 23 и изогнутой сопловой трубки 24. При этом радиальные трубки 23 закреплены в коллекторах и расположены в неразрушающейся части огнеупорной оболочки 2, а соединенные с ними сопловые трубки расположены в отгорающей, кольцевой зоне огнеупорной оболочки 2 и выполнены в виде удлиненных сопел 24. Предпочтительно, чтобы в вышеприведенных вариантах выполнения винтовые трубы 4 были навиты с углом подъема средней винтовой линии, составляющим 30-85^o.In FIG. 3 shows one embodiment of the tuyere, according to which the sections L and L ¹ are elongated and provided with transverse belts in the form of

additional collectors

20, 21, 22 placed in the refractory shell 2. As shown in FIG. 3.

collectors

20, 21, 22 are connected in series, however, these collectors can also be connected to separate compressed gas supply lines. The lower manifold 22 is connected to the helical pipes 4, and the

upper manifolds

20 and 21 are connected to spiral curved

shaped tubes 23, the output sections of which are made in the form of nozzles 24, which are curved tubes of smaller (relative to the tubes 23) diameter. Preferably, nozzle 24

the shaped tubes 23 had a unidirectional exit to the surface of the refractory shell 2 (at an acute angle to the tangent planes at the points of their exit to the surface of the refractory shell). In an embodiment,

the shaped tubes are made in the form of two tubes interconnected, a straight radial 23 and a curved nozzle tube 24. In this case, the radial tubes 23 are fixed in the collectors and are located in the non-destructible part of the refractory shell 2, and the nozzle tubes connected to them are located in the firing ring zone of the refractory the shell 2 and is made in the form of elongated nozzles 24. It is preferable that in the above embodiments, the screw pipes 4 are wound with an elevation angle of the middle helix of 30-85 ^o .

В варианте выполнения, см. фиг. 6-9, нижний срез концентричной трубы 5 расположен выше нижнего среза трубы корпуса 1, а ниже нижнего среза трубы 5 труба корпуса 1 выполнена с цилиндрическим расширением в виде открытой снизу вихревой камеры 25, расположенной в нижней части фурмы. Вверху камеры 25 расположены тангенциально-наклонно ориентированные отверстия 26, являющиеся выходами каналов винтовых труб 4. In an embodiment, see FIG. 6-9, the lower cut of the concentric pipe 5 is located above the lower cut of the pipe of the housing 1, and below the lower cut of the pipe 5, the pipe of the housing 1 is made with cylindrical expansion in the form of a swirl chamber 25 open at the bottom, located in the lower part of the tuyere. At the top of the chamber 25 there are tangentially obliquely oriented openings 26, which are the exits of the channels of the screw pipes 4.

Предпочтительно, чтобы все завихрители 9,10, а также арматурные винтовые 4 и

образные трубки 23 с соплами 24 имели одинаковое направление закрутки.Preferably, all swirlers 9.10, as well as reinforcing screw 4 and

the shaped tubes 23 with nozzles 24 had the same swirl direction.

В вариантах изобретения фурма снабжена генераторами Гартмана. В варианте, см. фиг. 4 и 5, генераторы Гартмана выполнены в

образных трубках 23 и представляют собой сопла 27, тупиковые каналы 28 и проходные отверстия 29. В варианте выполнения, см. фиг. 7 и 9, аналогичный по конструкции генератор Гартмана смонтирован в патрубке 30 концентрично установленным в центральной трубе 5, в которой над генератором установлен винтовой сепаратор, выполненный в виде шнековой лопасти 31. Следует отметить, что для возбуждения колебании в трактах фурмы при прохождении по ним газа могут быть использованы различные типы резонаторов, например, в виде цилиндрического тела с иглой, ступенчатое тело, цилиндрическое тело с кольцевой выемкой и т.д., в том числе и резонаторы Гартмана (подробнее об этом см. В.И.Явойский и др. Применение пульсирующего дутья при производстве стали. М.: Металлургия, 1985 г., с. 112-113, рис. 69.) [1]. Однако, при прочих равных условиях, применение резонаторов Гартмана является предпочтительным, поскольку этот тип резонаторов позволяет легко изменять основную частоту и спектральный состав колебаний (варьированием длины тупикового канала и параметров на срезе сопла генератора). При этом с помощью этих резонаторов автотоколебательный процесс можно возбудить и на дозвуковых скоростях потока.In embodiments of the invention, the lance is equipped with Hartmann generators. In an embodiment, see FIG. 4 and 5, Hartmann generators are made in

shaped tubes 23 and are nozzles 27, blind channels 28 and passage openings 29. In an embodiment, see FIG. 7 and 9, the Hartmann generator, similar in design, is mounted in the nozzle 30 concentrically mounted in the central pipe 5, in which a screw separator made in the form of a screw blade 31 is installed above the generator. It should be noted that to excite oscillations in the tuyere paths when gas passes through them various types of resonators can be used, for example, in the form of a cylindrical body with a needle, a stepped body, a cylindrical body with an annular recess, etc., including Hartmann resonators (for more details, see V.I. Yavoysk I et al. The use of pulsating blast in steel production. M: Metallurgy, 1985, pp. 112-113, Fig. 69.) [1]. However, ceteris paribus, the use of Hartmann resonators is preferable, since this type of resonator makes it easy to change the fundamental frequency and spectral composition of the oscillations (by varying the length of the dead end channel and the parameters at the nozzle exit of the generator). Moreover, using these resonators, the self-oscillating process can also be excited at subsonic flow rates.

Фурма для продувки расплава металла и ввода в расплав порошкообразных реагентов работает следующим образом. A lance for purging a molten metal and introducing powdered reactants into the melt works as follows.

Носитель порошкообразных материалов, которым может являться любой газ (например, воздух, азот, кислород и другие) от источников сжатого газа (на черт. условно не показаны) подается в бункеры-дозаторы 12 и 13 и, смешиваясь с порошкообразными материалами (угольная пыль, графит, легирующие и шлакообразующие добавки), по линиям 14, 15, через коллекторы 7 и 6 подается в корпус (трубу 1) и центральную трубу 5. Для предотвращения возможного забивания порошком в винтовые трубы 4 по линии 16 через коллектор 3 подается только газ. The carrier of powdered materials, which can be any gas (for example, air, nitrogen, oxygen and others) from sources of compressed gas (not shown conventionally in the drawing) is supplied to metering hoppers 12 and 13 and mixed with powder materials (coal dust, graphite, alloying and slag-forming additives), through lines 14, 15, through the collectors 7 and 6 it is supplied to the body (pipe 1) and the central pipe 5. To prevent possible powder clogging in the screw pipes 4 through line 16, only gas is supplied through the collector 3.

В варианте выполнения устройства (см. фиг. 1) газ, проходя винтовые трубы 4, истекает с торца фурмы в виде тангенциально-наклонных струй, образующих концентричный фурме вихревой поток. Потоки 32 и 33 газопорошковых смесей, проходящие соответственно по межтрубному зазору между корпусом 1 и центральной трубой 5, а также по ее центральному каналу, истекают с торца фурмы в виде высокоскоростных "жестких" газопорошковых струй, которые образуют в расплаве металла хаотичную турбулентную зону, расположенную внутри также турбулизированной зоны, которая закручена под действием тангенциально-наклонных струй газа, истекающих из спиральных труб 4. В турбулизированной зоне, образующейся под торцом фурмы, газопорошковые струи теряют кинетическую энергию и разбиваются на мелкие пузырьки газа, заполняющие весь объем этой зоны. Поскольку при продувке объем газа и порошка под фурмой непрерывно увеличивается, частицы нерастворившегося порошка, шлак и окислы металла в виде неметаллических включений увлекаются пузырьками газа к периферии турбулизированной зоны и вовлекаются в циркуляционное движение под действием тангенциально-наклонных струй газа, истекающих из винтовых труб 4. За счет этого вводимые реагенты движутся в расплаве по спиралеобразным траекториям и равномерно растворяются во всем объеме расплава с одновременным усреднением температуры и удалением из него неметаллических включений. Это повышает активность взаимодействия порошка с расплавом и качество металла. In an embodiment of the device (see Fig. 1), the gas passing through the screw pipes 4 expires from the end of the tuyere in the form of tangentially inclined jets forming a concentric tuyere vortex flow. Streams 32 and 33 of gas-powder mixtures, respectively passing through the annular gap between the housing 1 and the central pipe 5, and also along its central channel, flow from the end of the lance in the form of high-speed “hard” gas-powder jets, which form a chaotic turbulent zone in the metal melt located inside also a turbulized zone, which is twisted under the action of tangentially inclined jets of gas flowing out of spiral pipes 4. In a turbulized zone formed under the end of the tuyere, gas-powder jets lose to and kinetic energy of the gas are broken into smaller bubbles that fill the whole volume of the zone. Since the volume of gas and powder under the lance continuously increases during purging, particles of insoluble powder, slag and metal oxides in the form of nonmetallic inclusions are entrained by gas bubbles to the periphery of the turbulent zone and are involved in the circulation motion under the influence of tangentially inclined jets of gas flowing out of the screw pipes 4. Due to this, the introduced reagents move in a melt along spiral-like trajectories and uniformly dissolve in the entire melt volume with simultaneous averaging of temperature and removal m therefrom nonmetallic inclusions. This increases the activity of the interaction of the powder with the melt and the quality of the metal.

В варианте, изображенном на фиг. 2, газопорошковые смеси закручиваются завихрителями 9 и 10 спиральной формы. Это придает газопорошковым струям дополнительный вращательный импульс. В результате струи турбулизируются, за счет чего от нижней части фурмы интенсивно отводится тепло и в 2-4 раза повышается срок ее службы. Предпочтительно, чтобы длина завихрителей составляла 4-8 диаметра центральной трубы 5. При увеличении длины завихрителей (более 8 диаметров центральной трубы 5) резко возрастает перепад давления газа на этих завихрителях, что требует значительного повышения мощности компрессорной установки. При меньших значениях длины завихрителей (менее 4 диаметров) снижается интенсивность турбулизации газопорошковых струй и недостаточному охлаждению торца фурмы. In the embodiment depicted in FIG. 2, the gas-powder mixtures are twisted by swirls 9 and 10 of a spiral shape. This gives the gas-powder jets an additional rotational impulse. As a result, the jets are turbulized, due to which heat is intensively removed from the lower part of the lance and its service life is increased 2-4 times. It is preferable that the length of the swirls is 4-8 times the diameter of the central pipe 5. With an increase in the length of the swirls (more than 8 diameters of the central pipe 5), the gas pressure drop across these swirls increases sharply, which requires a significant increase in the capacity of the compressor unit. At smaller values of the length of the swirls (less than 4 diameters), the intensity of turbulization of the gas-powder jets and the insufficient cooling of the end of the lance are reduced.

В варианте выполнения (см. фиг.3) газ из коллектора 3 поступает в винтовые трубы 4 через промежуточные коллекторы 20, 21, 22. Из промежуточных коллекторов 20 и 21 часть газа истекает (тангенциально поверхности фурмы) в расплав через сопла 24, расположенные, например, на 2-х уровнях по высоте фурмы. Это позволяет передать дополнительный вращательный импульс расплаву по высоте фурмы, что улучшает тепло и массообмен в конвертере (ковше). Другая часть газа через коллектор 20 поступает в расплав по винтовым трубам 4. In an embodiment (see FIG. 3), gas from the collector 3 enters the screw pipes 4 through the intermediate collectors 20, 21, 22. From the intermediate collectors 20 and 21, part of the gas flows (tangentially to the surface of the tuyere) into the melt through nozzles 24 located for example, at 2 levels in height of the lance. This allows you to transfer an additional rotational impulse to the melt along the height of the lance, which improves heat and mass transfer in the converter (bucket). Another part of the gas through the collector 20 enters the melt through screw pipes 4.

Во всех вариантах выполнения, для рассредоточения газовой фазы в объеме расплава металла и эффективного перемешивания предпочтительно, чтобы угол подъема средней винтовой линии наклона спиральных труб составлял 30-85^o. При больших или меньших значениях этого угла снижается эффект закрутки, соответственно снижается время контакта и степень усвоения реагентов расплавом металла.In all embodiments, in order to disperse the gas phase in the volume of the molten metal and effectively mix, it is preferable that the angle of elevation of the middle helix of the inclination of the spiral pipes is 30-85 ^o . At larger or smaller values of this angle, the swirl effect decreases, and the contact time and the degree of assimilation of the reagents by the metal melt decrease accordingly.

Работа варианта устройства, см. фиг. 4, 5, аналогична вышеописанному, но дополнительно, в струях газа, истекающих из сопел 24

образных трубок 23, сообщенных с коллекторами 20 и 21, генерируются высокочастотные колебания, вызывающие возникновение акустических полей. Исследованиями установлено, что акустические возмущения широкого спектра и большой интенсивности, возбуждаемые в струях газа, поступающих в расплав металла, резко интенсифицируют процесс массообмена, см. [1] с. 110-113. За счет этого при продувке уменьшается интенсивность бурления расплава в районе фурмы и наблюдается интенсивное перемешивание расплава по зеркалу конвертера (ковша). Для обеспечения равномерного распределения химических элементов в металле продувку ведут при погружении фурмы на глубину не более 85% от высоты жидкого металла в конвертере (ковше) в течение не менее 2-х минут. В вышеописанных вариантах выполнения, в ходе продувки торцевая часть фурмы постепенно оплавляется, соответственно оплавляются и винтовые трубы 4, однако наклон струй газа, истекающих из этих труб 4, по отношению к друг к другу и оси фурмы не изменяется, поскольку трубы 4 расположены аналогично виткам многозаходного винта.Operation of a device variant, see FIG. 4, 5, similar to the above, but additionally, in jets of gas flowing from the nozzles 24

shaped tubes 23, communicated with the

collectors

20 and 21, generated high-frequency oscillations, causing the occurrence of acoustic fields. Studies have established that acoustic disturbances of a wide spectrum and high intensity, excited in jets of gas entering the metal melt, sharply intensify the process of mass transfer, see [1] p. 110-113. Due to this, during purging, the intensity of melt drilling in the lance region decreases and intense mixing of the melt along the mirror of the converter (bucket) is observed. To ensure uniform distribution of chemical elements in the metal, purging is carried out when the lances are immersed to a depth of not more than 85% of the height of the liquid metal in the converter (bucket) for at least 2 minutes. In the above-described embodiments, during blowing, the end part of the lance is gradually melted, and the screw pipes 4 are melted, however, the inclination of the gas jets flowing from these pipes 4 with respect to each other and the axis of the lance does not change, since the pipes 4 are located similarly to the turns multi-screw.

В варианте выполнения, см. фиг. 6, 8, при работе газ, движущийся по винтовым трубкам 4, истекает в виде наклонно-тангенциальных струй из отверстий 26 в полость открытой снизу вихревой камеры 25, в которой смешивается с закрученными (на шнековых лопастях-завихрителях 9 и 10) газопорошковыми потоками 32 и 33, получающими от этих струй дополнительный вращательный импульс. Таким образом в контакт с расплавом металла вступает вихревой поток газопорошковой смеси реагентов с образованием в результате этого взаимодействия газометаллопорошковой эмульсии. Поскольку в рабочем положении фурма заглублена под уровень расплава, необходимым условием выхода газопорошковой смеси реагентов из объема вихревой камеры 25 является превышение давления газа над металлостатическим давлением расплава на уровне нижнего торца опущенной в расплав металла фурмы. При выполнении этого условия вихревой поток газопорошковой смеси реагентов истекает из камеры 25 и смешивается с расплавом металла с образованием закрученного потока газометаллопорошковой эмульсии. Далее закрученный поток рассредотачивается в объеме расплава в виде горизонтальной вращающейся струи, распадающейся на мелкие пузырьки, увлекающие за собой при всплытии неметаллические включения в шлак и попутно хорошо перемешивающие расплав металла. За счет того, что камера 25 не находится в прямом контакте с расплавом металла повышается стойкость фурмы. Этому способствует также то, что торец фурмы обтекается газометаллошлаковой эмульсией, что значительно улучшает теплоотвод и повышает стойкость фурмы не менее чем в два раза. Увеличенный диаметр фурмы в области нижнего торца способствует более равномерному распределению реагентов по объему расплава. В этом варианте выполнения верхняя часть фурмы может быть также выполнена так, как показано на фиг.3, т.е. удлиненные участки L и L¹ винтовых труб 4 могут быть снабжены поперечными коллекторами 20, 21, 22. При продувке расплава фурмой такой конструкции, к закрутке расплава в вихревой камере добавляется закрутка от струй газа, истекающих из сопел 24. Это дополнительно улучшает степень усвоения расплавом металла вводимых в него реагентов. Наличие вихревой камеры в нижней части фурмы позволяет также осуществлять различные режимы обработки расплава. Так, например, в процессе возвратно-поступательного перемещения фурмы в расплаве, в цикле опускания фурмы происходит сжатие и частичное запирание газа в вихревой камере, соответственно количество реагентов, истекающих из камеры, уменьшается и, наоборот, при поднятии фурмы давление в камере снижается, что приводит к повышению количества реагентов, поступающих в расплав. Если при полностью опущенной фурме осуществлять ее периодические приподъемы и опускания, то с такой же частотой будет меняться расход реагентов, поступающих в расплав. Эту особенность работы фурмы можно полезно использовать для ликвидации застойных зон в конвертере (ковше). Если, например, в процессе проявки произвести несколько резких приподъемов фурмы, то в моменты приподъемов резко снижается давление в камере и соответственно повышается расход реагентов, газовая составляющая которых поступает в расплав в виде укрупненных пузырьков, т.е. можно вести продувку расплава в пульсирующем режиме. Это позволяет снизить вероятность образования в конвертере (ковше) застойных зон.In an embodiment, see FIG. 6, 8, during operation, the gas moving along the screw tubes 4 flows in the form of oblique tangential jets from the openings 26 into the cavity of the vortex chamber 25 open at the bottom, in which it is mixed with swirling (on the screw blades-swirls 9 and 10) with gas-powder flows 32 and 33 receiving additional rotational momentum from these jets. Thus, a vortex flow of a gas-powder mixture of reagents comes into contact with a molten metal with the formation of a metal-powder emulsion as a result of this interaction. Since the tuyere is buried under the melt level in the working position, a necessary condition for the gas-powder mixture of reagents to escape from the volume of the vortex chamber 25 is the excess of the gas pressure over the metallostatic pressure of the melt at the level of the lower end of the tuyere lowered into the melt. When this condition is fulfilled, the vortex stream of the gas-powder mixture of reagents flows out of the chamber 25 and mixes with the molten metal to form a swirling stream of gas-metal-powder emulsion. Further, the swirling flow is dispersed in the melt volume in the form of a horizontal rotating jet, which decomposes into small bubbles, which entail non-metallic inclusions into the slag during ascent and, simultaneously, mix the metal melt well. Due to the fact that the chamber 25 is not in direct contact with the molten metal increases the resistance of the lance. This is also facilitated by the fact that the end of the lance is streamlined by a gas-metal-slag emulsion, which significantly improves heat dissipation and increases the resistance of the lance by at least two times. The increased diameter of the lance in the region of the lower end contributes to a more uniform distribution of the reagents over the volume of the melt. In this embodiment, the top of the lance can also be made as shown in FIG. 3, i.e. the elongated sections L and L ^{1 of the} screw pipes 4 can be provided with transverse collectors 20, 21, 22. When blowing the melt with a tuyere of this design, swirling from the gas jets flowing from the nozzles 24 is added to the melt swirling. This further improves the degree of melt absorption metal reagents introduced into it. The presence of a vortex chamber in the lower part of the tuyere also allows the implementation of various modes of processing the melt. So, for example, during the reciprocating movement of the tuyere in the melt, in the cycle of lowering the tuyere, the gas is compressed and partially blocked in the vortex chamber, respectively, the number of reagents flowing out of the chamber decreases and, conversely, when the tuyere is raised, the pressure in the chamber decreases, which leads to an increase in the number of reagents entering the melt. If the lance is completely lowered, it is periodically raised and lowered, then the flow rate of the reagents entering the melt will change with the same frequency. This feature of the tuyere can be used to eliminate stagnant zones in the converter (bucket). If, for example, during the development process, several sharp elevations of the lance are made, then at the moments of the elevations the pressure in the chamber decreases sharply and, accordingly, the consumption of reagents, the gas component of which enters the melt in the form of enlarged bubbles, i.e. it is possible to purge the melt in a pulsating mode. This reduces the likelihood of stagnant zones in the converter (bucket).

Работа варианта выполнения, показанного на фиг. 7 и 9, аналогична работе предыдущего варианта, но имеет следующие особенности. The operation of the embodiment shown in FIG. 7 and 9, similar to the previous version, but has the following features.

При прохождении газопылевого потока 32 по центральной трубе 5 поток закручивается на завихрителе 31, при этом частицы порошка под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам трубы 5. Далее, центральная (очищенная от частиц порошка) часть потока попадает в патрубок 30, снабженный Гартмановским генератором колебаний и через отверстия 34 в виде озвученной струи поступает в камеру 25. Другая часть потока 32 в виде закрученной газопылевой струи по кольцевому зазору между патрубком 30 и трубой 5 также поступает в камеру 25. В камере 25 происходит смешение струй потоков 32, 33 и струй газа, истекающих из отверстии 26. Далее все процессы протекают аналогично вышеописанному в предыдущем варианте с той лишь разницей, что объем камеры 25 озвучивается высокочастотными колебаниями, что приводит (как указывалось выше) к интенсификации массообменных процессов. When the gas and dust flow 32 passes through the central pipe 5, the flow swirls on the swirl 31, while the powder particles are thrown to the walls of the pipe under the action of centrifugal forces 5. Then, the central (purified from powder particles) part of the flow enters the pipe 30 equipped with a Hartmann oscillation generator and through the holes 34 in the form of a voiced jet enters the chamber 25. Another part of the stream 32 in the form of a swirling gas-dust jet along the annular gap between the pipe 30 and the pipe 5 also enters the chamber 25. In the chamber 25 Addressing the jet streams 32, 33 and the gas jets issuing from the aperture 26. Further, all processes are similar to that described above in the previous embodiment, with the only difference that the volume of the chamber 25 is sounded high-frequency vibrations, which leads (as indicated above) to an intensification of mass transfer processes.

Как уже упоминалось выше, во всех вариантах выполнения охлаждаемая огнеупорная оболочка 2 и корпус 1 фурмы имеют возможность независимого друг от друга температурного расширения. Для осуществления такой возможности между корпусом и оболочкой должен быть образован зазор. Этот зазор легко образовать при изготовлении фурмы. Например, на корпусе 1 сначала закрепляют легкосгораемую прокладку (картон, несколько слоев плотной бумаги) толщиной 0,5-0,6 мм., на которую наносят огнеупорную оболочку. В процессе работы эта прокладка сгорает с образованием необходимого зазора. As mentioned above, in all embodiments, the cooled refractory shell 2 and the lance body 1 have the possibility of independent thermal expansion from each other. To make this possible, a gap must be formed between the housing and the shell. This gap is easy to form in the manufacture of lances. For example, an easily combustible pad (cardboard, several layers of thick paper) with a thickness of 0.5-0.6 mm., On which a refractory shell is applied, is first fixed on the housing 1. In the process, this gasket burns with the formation of the necessary clearance.

Обеспечение возможности независимых температурных деформаций корпуса и огнеупорной оболочки позволяет существенно увеличить срок службы фурмы, поскольку с одной стороны ликвидируется температурное растрескивание огнеупорной оболочки из-за разных коэффициентов температурного расширения металла и керамики, а с другой стороны оболочка интенсивно охлаждается проявочным агентом, проходящим по каналам несущих ее арматурных элементов. Providing the possibility of independent temperature deformations of the body and the refractory shell can significantly increase the service life of the lance, since on the one hand the temperature cracking of the refractory shell is eliminated due to different coefficients of thermal expansion of the metal and ceramics, and on the other hand, the shell is intensively cooled by a developing agent passing through the channels of the carriers its reinforcing elements.

Продолжительность работы фурмы обеспечена также массивным выполнением ее корпуса 1, что позволяет снизить скорость нагрева (и отгорания) при рабочем положении. The duration of the lance is also ensured by the massive execution of its body 1, which allows to reduce the heating rate (and combustion) in the operating position.

Следует отметить, что сокращение длины пути, проходимой газопорошковой смесью от бункеров-дозаторов до фурмы, позволяет снизить аварии, связанные с забивкой порошком подводящих трактов. На фиг. 9 и 10 показаны варианты размещение бункеров-дозаторов непосредственно вблизи фурмы. Однако, предпочтительным является вариант с размещением бункеров-дозаторов на одной несущей платформе с фурмой, см. фиг. 9. It should be noted that reducing the length of the path traveled by the gas-powder mixture from the hopper-dispensers to the tuyeres allows you to reduce accidents associated with clogging with powder by the inlet tracts. In FIG. Figures 9 and 10 show the placement of metering hoppers directly near the lance. However, it is preferable to place the metering hoppers on one carrier platform with a lance, see FIG. nine.

Таким образом, предлагаемая фурма наряду с обеспечением значительного увеличения зоны активной обработки металла реагентами, в том числе порошковыми материалами, и повышения степени их усвоения расплавом обладает повышенной стойкостью и эффективностью. Эффективность предложенной фурмы обусловлена также тем, что в отличие от существующих, позволяет более эффективно использовать энергию высокоскоростных струй реагентов и разнообразить технологические приемы в зависимости от конкретных условий обработки расплавов металлов. Промышленная применимость предложенной фурмы подтверждается известностью функционально идентичных устройств и положительными результатами опытной проверки. Thus, the proposed tuyere along with providing a significant increase in the zone of active metal processing with reagents, including powder materials, and increasing the degree of their assimilation by the melt has a high resistance and efficiency. The effectiveness of the proposed tuyere is also due to the fact that, unlike the existing tuyeres, it allows more efficient use of the energy of high-speed jets of reagents and a variety of technological methods depending on the specific processing conditions of metal melts. The industrial applicability of the proposed lance is confirmed by the fame of functionally identical devices and the positive results of experimental testing.

Claims

1. A lance for purging a metal melt and introducing powdered reagents into the melt, comprising a body, the upper part of which is provided with a collector, and the lower part is a refractory shell located in the pipe body, equipped with collectors in the upper parts protruding from the body, forming together with the body and its collector separation of reactant supply paths, characterized in that the refractory shell is additionally equipped with heat-removing supporting fittings in the form of pipes arranged around the housing and connected to its collector, additional pathways for supplying reagents, while the lance body collector is made in the form of a supporting element for the reinforcement of the refractory shell.

2. The tuyere according to claim 1, characterized in that the reinforcing elements are made in the form of screw pipes, wound in one or a multiple helix around the tuyere body.

3. The lance according to claim 1 or 2, characterized in that the reinforcing elements in the upper part are made in the form of sections of straight pipes, and in the lower part in the form of adjacent to the straight sections of single-running screw pipes.

4. A lance according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the reinforcing elements in the form of straight pipe sections are additionally equipped with waist reinforcing elements in the form of collectors connected to bent channels

-shaped tubes located in a plane perpendicular to the axis of the tuyere, while

-shaped tube is made with unidirectional exit to the surface of the refractory shell at an acute angle to the tangent planes at the points of exit of the tubes to the surface of the refractory shell.

5. A lance according to any one of claims 1 to 4, characterized in that

-shaped tubes are provided with direct radial sections communicated with the collector located in the non-destructible part of the refractory shell, and) -shaped sections in the form of elongated nozzles located in the firing ring zone of the refractory shell.

6. A lance according to any one of claims 1 to 5, characterized in that each waist reinforcing element is connected to straight sections of at least two longitudinal pipes diametrically located relative to the body with the formation of separate paths for supplying reagents from points different in height.

7. A lance according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the paths for supplying reagents are additionally connected to hoppers for dispensing powdered materials mounted on a supporting platform mounted on the lance body.

8. A lance according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the helical pipes are wound with an elevation angle of the middle helix of 30 - 85 ^o .

9. A lance according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the pipes located in the housing are concentric, while the central pipe in the lower part is provided with a centralizer located in the annulus.

10. The lance according to claim 9, characterized in that the centralizer is made in the form of a screw spiral swirl.

11. The tuyere according to claim 9 or 10, characterized in that at the outlet of the channel of the central pipe an additional swirl is installed in the form of a screw spiral.

12. A lance according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the lower cut of the concentric pipes is located above the lower cut of the lance body, while below the lower cut of the pipes the lance body is made with a cylindrical extension, at the top of which there are outlet openings of tangentially inclined oriented exits channels of screw reinforcing elements with the formation due to this, in the lower part of the lance of the vortex chamber open below.

13. The lance according to any one of paragraphs.4, 9 to 12, characterized in that all the swirlers, as well as reinforcing screw and

-shaped tubes are made with the same direction of rotation.

14. A tuyere according to claim 12 or 13, characterized in that in the output sections of the channels of the direct reinforcing elements communicated through the collector and screw reinforcing elements with a vortex chamber, Hartmann oscillation generators are additionally installed.

15. A lance according to any one of claims 9, 10, 12 to 14, characterized in that the central tube is additionally equipped with a Hartmann oscillation generator installed in the channel of its outlet section in communication with the vortex chamber.

16. The tuyere according to claim 15, characterized in that a screw separator is installed in the central pipe above the Hartmann generator.