RU2177509C2 - Method of cooling lance multihole head and lance head for method embodiment - Google Patents
Method of cooling lance multihole head and lance head for method embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2177509C2 RU2177509C2 RU2000101889A RU2000101889A RU2177509C2 RU 2177509 C2 RU2177509 C2 RU 2177509C2 RU 2000101889 A RU2000101889 A RU 2000101889A RU 2000101889 A RU2000101889 A RU 2000101889A RU 2177509 C2 RU2177509 C2 RU 2177509C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- head
- lance
- coolant
- cooling
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Заявляемые технические решения относятся к способам охлаждения многосопловых головок фурм и головкам фурм для их осуществления, которые используются в металлургической, химической, строительной, машиностроительной, энергомашиностроительной и других отраслях промышленности. The claimed technical solutions relate to methods of cooling multi-nozzle tuyeres and tuyere heads for their implementation, which are used in the metallurgical, chemical, construction, machine-building, power machine-building and other industries.
Технические решения высокого уровня по данной тематике содержатся как в научных публикациях, так и в описаниях патентов и авторских свидетельств Российской Федерации, Германии, Японии, США, Великобритании, Франции, Швейцарии и других стран. High-level technical solutions on this topic are contained both in scientific publications and in the descriptions of patents and copyright certificates of the Russian Federation, Germany, Japan, the USA, Great Britain, France, Switzerland and other countries.
Известен способ охлаждения головки фурмы и фурма для его осуществления, предложенные работниками производственного объединения "Ждановтяжмаш", на которые выдано авторское свидетельство [1]. Данный способ и фурма для его осуществления принимаются в качестве прототипа. Способ-прототип включает в себя следующие последовательно-параллельные операции:
- подачу охлаждающей жидкости из тракта подвода в тракт отвода жидкости через межсопловое пространство головки фурмы, при этом подача охлаждающей жидкости через межсопловое пространство головки фурмы осуществляется раздельными, изолированными один от другого потоками, исходящими из тракта подвода и входящими в тракт отвода охладителя;
- поток охлаждающей жидкости, исходящей непосредственно из тракта подвода охладителя, разделяют на индивидуальные потоки, входящие непосредственно в тракт отвода охладителя.A known method of cooling the heads of the tuyeres and tuyeres for its implementation, proposed by the workers of the production association "Zhdanovtyazhmash", which issued an copyright certificate [1]. This method and lance for its implementation are accepted as a prototype. The prototype method includes the following series-parallel operations:
- the supply of coolant from the supply path to the path of fluid removal through the inter-nozzle space of the lance head, while the supply of coolant through the inter-nozzle space of the lance head is carried out by separate, isolated from one another flows coming from the supply path and entering the cooler exhaust path;
- the flow of coolant emanating directly from the cooler supply duct is divided into individual flows entering directly into the cooler exhaust duct.
Научные публикации [см. например, 2] и статистика, накопленная на отечественных и зарубежных металлургических предприятиях, показывают, что одними из основных видов разрушения узлов и элементов многосопловой головки фурмы являются:
- разрушение (трещинообразование) сварных швов, посредством которых выходные сечения сопел окислителя скреплены с торцевым днищем головки фурмы;
- эрозия внутренней угловой кромки сверхзвуковой части сопла окислителя вблизи его выходного сечения.Scientific Publications [see for example, 2] and statistics accumulated at domestic and foreign metallurgical enterprises show that one of the main types of destruction of nodes and elements of a multi-nozzle lance head is:
- destruction (cracking) of the welds, through which the output sections of the oxidizer nozzles are fastened to the end face of the lance head;
- erosion of the inner angular edge of the supersonic part of the oxidizer nozzle near its outlet section.
Проведенный анализ способа-прототипа по авторскому свидетельству N 1157077 показал, что наряду с известными достоинствами способ-прототип обладает также и недостатками, не позволяющими устранять упомянутые выше виды разрушения узлов и элементов многосопловой головки фурмы. The analysis of the prototype method according to the certificate of authorship N 1157077 showed that, along with the known advantages of the prototype method, it also has disadvantages that do not allow to eliminate the above types of destruction of nodes and elements of a multi-nozzle lance head.
Рассмотрим эти недостатки более подробно. Consider these shortcomings in more detail.
Детальное изучение газодинамической картины течения потоков охлаждающей жидкости в способе-прототипе и последующий анализ этого течения показали, что в способе-прототипе при разделении охлаждающей жидкости на несколько потоков, каждый из которых обтекает "свое" сопло окислителя на головке фурмы, имеет место двухразовое натекание охлаждающей жидкости на препятствие-сопло на различной высоте (в области критического сечения этого сопла и вблизи его выходного сечения) с поворотом вектора скорости каждого индивидуального потока на 180o и образованием "двухэтажных" накрест лежащих застойных зон (так называемое натекание на столб). Особенно опасно и нежелательно образование застойных зон и замедление скорости течения потока охлаждающей жидкости вблизи выходных сечений сопел окислителя, поскольку все это неразрывно связано с ухудшением процессов теплообмена и охлаждением сварных швов, скрепляющих выходные сечения сопел с торцевым днищем головки фурмы, возрастанием в этих швах термических напряжений, эрозией внутренней угловой кромки сверхзвуковой части сопла окислителя.A detailed study of the gas-dynamic picture of the flow of coolant flows in the prototype method and subsequent analysis of this flow showed that in the prototype method when dividing the coolant into several flows, each of which flows around its own oxidizer nozzle on the tuyere head, there is a two-time leakage of the cooling an obstacle-liquid nozzle (in this critical section of the nozzle area and close to its exit section) at different heights with the rotation of the velocity vector of each individual stream at 180 o and mation 'double-decker' crosswise lying dead space (the so-called leakage in the post). The formation of stagnant zones and the slowing down of the flow rate of the coolant near the exit sections of the oxidizer nozzles are especially dangerous and undesirable, since all this is inextricably linked to the deterioration of heat transfer processes and the cooling of the welds that fasten the exit sections of the nozzles to the end face of the tuyere head, and an increase in thermal stresses in these joints by erosion of the inner angular edge of the supersonic part of the oxidizer nozzle.
Техническим результатом данной группы изобретений (способ охлаждения многосопловой головки фурмы и головка фурмы для его осуществления) является повышение долговечности и стойкости многосопловой головки фурмы за счет улучшения процессов ее охлаждения, удаления сварных швов из зоны действия как согласованно вращающихся тороидальных и цилиндрических вихрей, так и возвратно-вихревых кормовых течений, содержащих горящие капли жидкого металла, и снижения конечной массы головки фурмы и ее себестоимости. The technical result of this group of inventions (a method for cooling a multi-nozzle tuyere head and a tuyere head for its implementation) is to increase the durability and stability of a multi-nozzle tuyere head by improving its cooling processes, removing welds from the action area of both coordinated rotating toroidal and cylindrical vortices, and back - vortex feed currents containing burning drops of liquid metal, and reducing the final mass of the lance head and its cost.
Для достижения указанного технического результата в заявленном способе охлаждения многосопловой головки фурмы, включающем подачу охлаждающей жидкости через межсопловое пространство торцевой головки фурмы раздельными индивидуальными для каждого сопла для подачи окислителя потоками, исходящими в тракт отвода охлаждающей жидкости, для охлаждения наружной стенки каждого сопла и торцевого днища головки фурмы всю подводимую охлаждающую жидкость сначала направляют во входной коллектор головки фурмы, где ее равномерно дозируют и распределяют по выполненным по наружной стенке каждого сопла и изготовленного с этим соплом как единое целое выходного фланца продольным симметрично расположенным, принадлежащим одному классу по расходным характеристикам оребренным каналам, закрытым снаружи тонкостенной рубашкой-оболочкой, затем дозированный расход охлаждающей жидкости подводят с равномерной скоростью по круговому периметру к каждому из сварных швов, посредством которых выходные фланцы сопел подачи окислителя скреплены с торцевым днищем головки фурмы, охлаждают эти сварные швы для уменьшения в них термических напряжений, после чего всю охлаждающую жидкость направляют, продолжая охлаждать при этом торцевое днище головки фурмы, в выпускной коллектор и далее в тракт отвода охлаждающей жидкости. Предлагаемый способ поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлена конструкция охлаждаемой многосопловой головки фурмы, выполненной по предлагаемому способу; продольный разрез; на фиг. 2 - то же, сечение по АА на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, сечение ББ на фиг, 1; на фиг. 4 - место В на фиг. 1 (увеличено). To achieve the specified technical result in the claimed method of cooling a multi-nozzle tuyere head, comprising supplying coolant through the inter-nozzle space of the tuyere end face, separate individual for each nozzle for supplying oxidizing agent flows emanating to the coolant drain path to cool the outer wall of each nozzle and end face of the head tuyeres all supplied coolant is first sent to the inlet header of the tuyere head, where it is evenly dosed and distributed longitudinally symmetrically arranged along the outer wall of each nozzle and made with this nozzle as a single unit of the output flange, finned channels belonging to the same class by flow characteristics, closed externally with a thin-walled jacket, then the dosed flow rate of the coolant is supplied at a uniform speed around the circular perimeter to each of the welds, by means of which the output flanges of the oxidizer feed nozzles are fastened to the end face of the tuyere head, cool these welds s joints to reduce thermal stresses in them, after which the entire coolant is directed, while continuing to cool the mechanical head bottom tuyeres into the exhaust manifold and into the coolant discharge path. The proposed method is illustrated by drawings, where: in FIG. 1 shows the design of a cooled multi-nozzle lance head made by the proposed method; lengthwise cut; in FIG. 2 is the same, section along AA in FIG. 1; in FIG. 3 - the same section of the BB in Fig, 1; in FIG. 4 - place B in FIG. 1 (increased).
Основными функционально связанными между собой узлами и элементами многосопловой головки фурмы (см. фиг. 1-4), в которой реализован заявляемый способ охлаждения, являются сопла окислителя 1 с выходными фланцами 2, магистраль подвода окислителя 3 с цилиндрической стенкой 4 и тонкостенным, например, стальным днищем 5, соосно-кольцевые тракты подвода 6 и - отвода 7 охлаждающей жидкости, разделенные между собой перегородкой 8, входной 9 и выходной 10 тонкостенные коллекторы соответственно, торцевое (обычно медное) днище 11 многосопловой головки фурмы. Все сопла 7 и изготовленные с этими соплами как единое целое выходные фланцы 2 имеют продольные симметрично расположенные, принадлежащие одному классу по расходным характеристикам оребренные каналы 12. Снаружи все оребренные каналы 12 закрыты тонкой рубашкой-оболочкой 13 (см. фиг. 1 и фиг. 2). Входной 9 и выходной 10 тонкостенные коллекторы по оси симметрии фурмы жестко скреплены между собой с помощью силовой стойки 14. Заданные проходные сечения соосно-кольцевых трактов подвода 6 и отвода 7 охлаждающей жидкости формируются при помощи пилонов аэродинамической формы 15 (см. фиг. 1 и фиг. 3), круговая цилиндрическая оболочка 16 выполняет роль силового наружного корпуса фурмы. The main functionally interconnected nodes and elements of a multi-nozzle lance head (see Fig. 1-4), in which the inventive cooling method is implemented, are
Работает многосопловая фурма, в которой реализован заявляемый способ охлаждения, следующим образом. A multi-nozzle lance works, in which the inventive cooling method is implemented, as follows.
Рассматриваем случай, когда реализуется верхний способ продувки конвертера кислородом. We consider the case when the upper method of purging the converter with oxygen is implemented.
В фурму согласно стартовой и/или заданной циклограмме подают требуемые расходы окислителя-кислорода и охлаждающей жидкости - воды, далее фурму выставляют через горловину в конвертер. According to the starting and / or predetermined sequence diagram, the tuyere is supplied with the required expenses of the oxidizing agent-oxygen and coolant - water, then the tuyere is set through the neck to a converter.
Кислород и вода подаются в верхнюю часть фурмы с помощью гибких шлангов. Окислитель-кислород подается в магистраль подвода окислителя 3, а охлаждающая жидкость - в соосно-кольцевой тракт подвода 6. Окислитель-кислород через сопла 1 со сверхзвуковой скоростью M∞≈ 3,0 истекает во внутреннее пространство конвертера и натекает далее на слой жидкого шлака и на зеркало расплава металла. При этом около торцевого днища 11 головки фурмы как во внутреннем пространстве между струями окислителя, так и снаружи этих струй, а также во внутреннем объеме конвертера формируются сложные возвратно-вихревые кормовые течения 17 газовой смеси с горящими каплями металла, температура у горящих капель металла может доходить до 3800...4300 К. Наряду с возвратно-вихревыми течениями возможно возникновение согласованно вращающихся тороидальных и цилиндрических вихрей; в пограничном слое струй окислителя постоянно присутствуют турбулентные завихрения.Oxygen and water are supplied to the top of the lance using flexible hoses. The oxidizing agent-oxygen is fed into the oxidizer supply line 3, and the cooling liquid is fed into the coaxial-
Вся охлаждающая жидкость - вода из соосно-кольцевого тракта подвода 6 поступает во входной тонкостенный коллектор 9 и далее в продольно расположенные оребренные каналы 12 наружного охлаждения (см. фиг. 1 и 2) каждого из сопел окислителя 1 и изготовленного с этим соплом как единое целое выходного фланца 2. Все оребренные каналы снаружи закрыты наружной тонкостенной рубашкой-оболочкой 13. All cooling liquid - water from the coaxial-ring path of the
На выходе из оребренных каналов 12 наружного охлаждения жидкость подводится по круговому периметру к сварным швам с равномерной скоростью; при этом какие-либо застойные зоны отсутствуют напрочь. At the exit from the
Заметим, что боковые стенки сопел окислителя в процессе работы фурмы надежно охлаждаются как истекающим из сопел 1 холодным окислителем - кислородом, так и охлаждающей жидкостью - водой. Note that the side walls of the oxidizer nozzles during operation of the tuyeres are reliably cooled by both the cold oxidizer flowing from the
Наиболее теплонапряженными вследствие воздействия лучистых потоков, исходящих в конвертере от расплава и слоя шлака, а также от горения газов и капель металла, являются сварные швы, с помощью которых выходные фланцы 2 сопел окислителя 7 скреплены с торцевым днищем 11 головки фурмы, само торцевое днище 11, а также сварные швы, с помощью которых головка фурмы скреплена с круговой цилиндрической оболочкой 16. The most heat-stressed due to the action of radiant fluxes emanating from the melt and slag layer, as well as from the combustion of gases and metal droplets, are welds, with which the output flanges of 2
Преодолев сварные швы и отобрав у них тепло, охлаждающая жидкость, продолжая охлаждать торцевое днище 11 головки фурмы, протекает в выходной коллектор 10 и отводится далее в соосно-кольцевой тракт отвода 1 охлаждающей жидкости фурмы. Having overcome the welds and taking away heat from them, the cooling fluid, while continuing to cool the
По окончании процесса продувки конвертера окислителем-кислородом фурма изымается из этого конвертера; подача окислителя и охлаждающей жидкости в фурму прекращается, а кондиционный металл в конвертере передается на следующий технологический участок конвертерного производства. At the end of the process of purging the converter with oxidizing agent-oxygen, the tuyere is removed from this converter; the supply of oxidizing agent and coolant to the lance is stopped, and the conditioned metal in the converter is transferred to the next technological section of the converter production.
Известна конструкция фурмы, предложенная работниками производственного объединения "Ждановтяжмаш", на которую выдано авторское свидетельство [1]. Данная конструкция принимается в качестве прототипа. Конструкция-прототип включает в себя концентрично установленные трубы, образующие тракты подачи окислителя, подвода и отвода охлаждающей жидкости, торцевую головку с соплами, имеющими верхнее и нижнее основания, при этом между верхним и нижним основанием торцевой головки размещены радиальные перегородки, вплотную установленные к основаниям и образующие изолированные одна от другой сопловые ячейки, раздельно соединенные с трактами подвода и отвода охлаждающей жидкости. The lance construction is known, proposed by the workers of the Zhdanovtyazhmash production association, for which an author’s certificate was issued [1]. This design is adopted as a prototype. The prototype design includes concentrically mounted pipes forming the oxidant supply paths, coolant supply and drain, an end head with nozzles having upper and lower bases, while radial partitions are placed between the upper and lower base of the end head, which are closely mounted to the bases and forming nozzle cells isolated from one another, separately connected to the paths for supplying and discharging coolant.
Согласно [1] , фурма-прототип работает следующим образом. При подаче в тракт подвода охлаждающей жидкости последняя в начале торцевой головки разделяется на отдельные изолированные один от другого целенаправленные индивидуальные потоки каждого сопла, подаваемые на наиболее разогретые и трещиноопасные места сопряжения нижнего основания с соплами торцевой головки. При этом выбранный профиль внутренней поверхности ячеек формирует индивидуальные потоки каждого сопла по всему их периметру и длине, создавая повышенную скорость истечения охлаждающей жидкости в полости торцевой головки, в особенности в ее межсопловом пространстве. Последнее утверждение авторов [1] неверно: они либо сами не представляют физики гидродинамического течения охлаждающей жидкости в головке фурмы, либо умышленно ввели экспертизу в заблуждение: застойные зоны в их конструкции будут всегда. According to [1], the lance prototype works as follows. When a coolant is supplied to the coolant supply path, the latter at the beginning of the end head is divided into separate, purpose-oriented individual flows of each nozzle isolated from one another, supplied to the most heated and crack-dangerous junctions of the lower base with the nozzles of the end head. In this case, the selected profile of the inner surface of the cells forms individual flows of each nozzle along their entire perimeter and length, creating an increased rate of coolant flow in the cavity of the end head, especially in its inter-nozzle space. The last statement of the authors of [1] is incorrect: they either do not represent the physics of the hydrodynamic flow of coolant in the lance head, or they deliberately misled the examination: there will always be stagnant zones in their design.
Кроме того, профиль внутренней поверхности ячеек и сами ячейки создают оптимальные условия для выхода индивидуальных потоков каждого сопла в тракт отвода охлаждающей жидкости, исключая тем самым их пересечение и, как следствие, образование застойных зон в торцевой головке и на выходе охлаждающей жидкости из торцевой головки в тракт отвода. И это утверждение авторов [1] об отсутствии застойных зон в головке фурмы также неверно. In addition, the profile of the inner surface of the cells and the cells themselves create optimal conditions for the exit of individual flows of each nozzle into the coolant drain path, thereby eliminating their intersection and, as a result, the formation of stagnant zones in the end head and at the exit of the coolant from the end head into withdrawal path. And this statement of the authors [1] about the absence of stagnant zones in the lance head is also false.
Анализ конструкции многосопловой головки фурмы-прототипа показывает, что эта конструкция имеет ряд серьезных недостатков. Analysis of the design of the multi-nozzle lance of the prototype lance shows that this design has a number of serious drawbacks.
Рассмотрим эти недостатки подробно. Consider these shortcomings in detail.
Прежде всего отметим, что сварка всех сопел окислителя с торцевым днищем головки фурмы по авт. свид. N 1157077 (да и другим авторским свидетельствам, которые анализировали заявители) выполнена по наружной поверхности сопел вблизи их выходного сечения. Очевидно, что внутренние структуры сварных швов и основного конструкционного материала, их количественный химический состав, а также их плотность и теплофизика (коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, удельная теплоемкость и т.д.) будут различны. First of all, we note that the welding of all nozzles of the oxidizer with the end face of the lance head according to ed. testimonial. N 1157077 (and other copyright certificates that were analyzed by the applicants) is made on the outer surface of the nozzles near their exit section. Obviously, the internal structures of the welds and the main structural material, their quantitative chemical composition, as well as their density and thermal physics (coefficients of thermal conductivity and thermal diffusivity, specific heat, etc.) will be different.
Далее. Известно, что со стороны расплава около головки фурмы, а именно вблизи торцев выходных сечений сопел окислителя и, следовательно, сварных швов (см. авт. свид. N 1157077), о которых упоминалось выше, устойчиво существуют интенсивные возвратно-вихревые кормовые течения 17 и зоны высоких значений плотности тепловых потоков. Further. It is known that, on the melt side, near the tuyere head, namely, near the ends of the outlet sections of the oxidizer nozzles and, therefore, welds (see auth. Certificate N 1157077), which are mentioned above, intense back-vortex fodder flows 17 and areas of high heat flux density.
Последние являются следствием возвратно-вихревых кормовых течений, при этом в этих течениях имеет место интенсивное смешение газов и горение капель металла в газообразном окислителе-кислороде. Выше по тексту говорилось также, что при разделении охлаждающей жидкости на несколько потоков, каждый из которых обтекает "свое" сопло окислителя на головке фурмы, имеет место двухразовое натекание охлаждающей жидкости на препятствие - сопло окислителя на различной высоте (в области критического сечения этого сопла и вблизи его выходного сечения) с поворотом вектора скорости каждого индивидуального потока на 180o и с образованием "двухэтажных" накрест лежащих застойных зон.The latter are the result of back-vortex feed flows, while in these flows there is an intense mixing of gases and the burning of metal droplets in a gaseous oxidizer-oxygen. It was also said above that when dividing the coolant into several streams, each of which flows around its “own” oxidizer nozzle on the tuyere head, there is a two-time leakage of the coolant onto the obstacle — the oxidizer nozzle at different heights (in the region of the critical section of this nozzle and near its outlet section) with a rotation of the velocity vector of each individual flow through 180 o and with the formation of "two-story" cross-lying stagnant zones.
Результатом организации такого охлаждения головки фурмы и воздействия возвратно-вихревых кормовых течений со смешением газов и горением капель металла в газообразном окислителе-кислороде являются значительные термические напряжения в сварных швах, их повышенная склонность к образованию трещин, снижение стойкости и долговечности головки фурмы в процессе эксплуатации фурмы. Significant thermal stresses in welds, their increased tendency to crack formation, decrease in durability and longevity of the tuyere head during operation of the tuyere are the result of the organization of such cooling of the tuyere head and the effect of reciprocating vortex feed flows with gas mixing and combustion of metal droplets in a gaseous oxidizer-oxygen .
В качестве еще одного недостатка конструкции головки фурмы по [1] необходимо упомянуть следующее. У всех сопел окислителя внутренняя стенка сверхзвукового раструба образует с выходным сечением сопла угол в 90o, т.е. прямой угол. С точки зрения теории теплообмена и сопротивления материалов в таком прямом угле создаются благоприятные условия для образования больших термических напряжений, т.е. термонапряжений в сварных швах. И, наконец, еще один недостаток конструкции головки фурмы по [1]. Конструкция головки фурмы-прототипа является неоправданно перенапряженной, т.к. содержит массивные радиальные перегородки, с помощью которых образованы сопловые ячейки и радиальные каналы. Известно, что головки фурм и сопла окислителя изготавливаются из дефицитной и дорогой меди, плотность которой равна ρCu= 8,9г/см3, а цена Ц = 70 руб./кг (на февраль 1999 г.), так что себестоимость фурмы по [1] также достаточно высока.As another drawback of the lance head design according to [1], the following should be mentioned. For all oxidizer nozzles, the inner wall of the supersonic bell forms an angle of 90 ° with the nozzle exit section, i.e. right angle. From the point of view of the theory of heat transfer and resistance of materials in such a right angle, favorable conditions are created for the formation of large thermal stresses, i.e. thermal stresses in welds. And finally, another drawback of the lance head design according to [1]. The design of the lance of the prototype lance is unreasonably overstressed, because contains massive radial partitions with which nozzle cells and radial channels are formed. It is known that the tuyere heads and oxidizer nozzles are made of scarce and expensive copper, the density of which is ρ Cu = 8.9 g / cm 3 and the price Ts = 70 rubles / kg (as of February 1999), so the cost of the tuyeres is [1] is also quite high.
Для достижения вышеуказанного технического результата многосопловая головка фурмы содержит концентрично установленные трубы, образующие тракты подачи окислителя, подвода и отвода охлаждающей жидкости, торцевую головку с соплами для подачи окислителя, имеющими верхнее и скрепленное с торцевым днищем головки нижнее основания, связанные с трактами подвода и отвода охлаждающей жидкости соответственно входной и выходной последовательно расположенные тонкостенные коллекторы, имеющие между собой гидравлическую связь посредством продольных симметрично расположенных, закрытых снаружи тонкостенной рубашкой-оболочкой, принадлежащих одному классу по расходным характеристикам оребренных каналов, выполненных по наружной стенке каждого сопла для подачи окислителя и изготовленного с этим соплом как единое целое выходного фланца, при этом каждый выходной фланец сопла содержит запрессованную тугоплавкую скругленную вставку, а выходные сечения всех оребренных каналов у сварных швов, посредством которых выходные фланцы скреплены с торцевым днищем головки, каждого выходного фланца сопла для подачи окислителя образуют круговой периметр, при этом все сварные швы, подвергающиеся воздействию лучистого теплообмена, защищены тугоплавким покрытием. To achieve the above technical result, the multi-nozzle tuyere head contains concentrically installed pipes forming the oxidizer supply, coolant supply and drain paths, an end head with oxidizer supply nozzles having a lower base connected to the cooling supply and discharge paths with the upper end of the head. liquid, respectively, inlet and outlet sequentially located thin-walled manifolds having hydraulic communication with each other through longitudinal symmetrically located, externally closed with a thin-walled jacket-shell, belonging to the same class according to the flow characteristics of finned channels, made on the outer wall of each nozzle for supplying oxidizer and made with this nozzle as a single output flange, with each output flange of the nozzle containing a pressed refractory rounded the insert, and the output sections of all finned channels at the welds, through which the output flanges are fastened to the end face of the head of each output the flange of the nozzle for feeding the oxidizing agent forms a circular perimeter, while all welds exposed to radiant heat transfer are protected by a refractory coating.
Заявленная конструкция многосопловой головки фурмы поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция многосопловой головки фурмы, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, сечение по АА на фиг 1; на фиг. 3 - то же, сечение по ББ на фиг. 1; на фиг. 4 - место В на фиг. 1 (увеличено). The claimed design of a multi-nozzle lance head is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a design of a multi-nozzle lance head, a longitudinal section; in FIG. 2 is the same, section along AA in FIG. 1; in FIG. 3 - the same section along the BB in FIG. 1; in FIG. 4 - place B in FIG. 1 (increased).
Как и в описании способа охлаждения многосопловой головки фурмы, представленном выше, основными значимыми и функционально связанными между собой узлами и элементами многосопловой головки фурмы (см. фиг. 1-4) являются: сопла окислителя 1 с выходными фланцами 2; магистраль подвода окислителя 3 с цилиндрической стенкой 4 и тонкостенным, например, стальным, днищем 5; соосно-кольцевые тракты подвода 6 и отвода 7 охлаждающей жидкости, разделенные между собой непроницаемой перегородкой 8, входной 9 и выходной 10 тонкостенные коллекторы соответственно; торцевое днище многосопловой головки фурмы 11. Все сопла окислителя 1 и изготовленные с этими соплами как единое целое выходные фланцы 2 содержат продольные симметрично расположенные, принадлежащие одному классу по расходным характеристикам, оребренные каналы 12. Снаружи все оребренные каналы 12 закрыты тонкой рубашкой-оболочкой 13 (см. фиг. 1, 2 и 4). Входной 9 и выходной 10 тонкостенные коллекторы по оси симметрии фурмы жестко скреплены между собой силовой профилированной стойкой 14. Поверхность стойки 14 у торцевого днища 11 головки фурмы имеет профилированный контур по кривой 2-го порядка (например, эллипсу, параболе, гиперболе, эвольвенте, циклоиде и т.д.), переходящий далее в круговой цилиндр. Оребренные каналы 12 наружного охлаждения изготавливаются в процессе механической обработки, например фрезерованием. As in the description of the method for cooling a multi-nozzle lance head presented above, the main significant and functionally interconnected nodes and elements of the multi-nozzle lance head (see Fig. 1-4) are:
Заданные проходные сечения соосно-кольцевых трактов подвода 6 и отвода 7 охлаждающей жидкости формируются при помощи пилонов 15 аэродинамической формы (см. фиг. 1 и фиг. 3). Цилиндрическая оболочка 16 выполняет роль силового наружного корпуса фурмы. Выходной фланец 2 каждого сопла окислителя 1 содержит запрессованную в него тугоплавкую скругленную вставку 18. В качестве материала для этой тугоплавкой вставки 18 можно использовать, например, псевдосплав ВНДС, представляющий собой вольфрамовую матрицу, пропитанную медью. Заметим, что сплав ВНДС широко используется в ракетно-космической технике, а именно в твердотопливном двигателестроении. На все сварные швы, с помощью которых выходные фланцы 2 сопел окислителя 1 скреплены с торцевым днищем 11 головки фурмы, со стороны расплава, т.е. со стороны воздействия лучистых тепловых потоков, нанесено теплостойкое покрытие, например ВТН-1. Заметим, что данный материал ВТН-1 состоит из твердых частиц карбида вольфрама (релита) и припоя ВПр-16 на титановой основе в качестве связки. Толщина напаянного слоя может быть 0,2...0,5 мм. При нанесении теплостойкого покрытия на сварные швы может быть использован разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана метод пайки дуговым разрядом полым катодом (ДРПК) в вакууме. The predetermined flow sections of the coaxial-annular paths for supplying 6 and removal of
Помимо метода ДРПК можно использовать и другие технологии, например вакуумно-плазменную технологию высоких энергий (ВПТВЭ), которая позволяет наносить покрытия из однокомпонентных и многокомпонентных (металлических и неметаллических) материалов для защиты рабочих поверхностей деталей от воздействия лучистых потоков, токсичных продуктов сгорания, никелевой эрозии и т. д. В этом процессе исходный материал переводится в плазменное состояние с энергией частиц 10...100 эВ. Плазма фокусируется в поток и ускоряется в направлении от катода напыляемого материала к аноду, проходя через деталь. В процессе взаимодействия с поверхностью детали плазма конденсируется, образуя покрытие. In addition to the DRPC method, other technologies can also be used, for example, high-energy vacuum-plasma technology (HEPT), which allows one-component and multi-component (metal and non-metallic) materials to be coated to protect the working surfaces of parts from the effects of radiant fluxes, toxic products of combustion, nickel erosion etc. In this process, the starting material is converted to a plasma state with a particle energy of 10 ... 100 eV. The plasma is focused into the stream and accelerated in the direction from the cathode of the sprayed material to the anode, passing through the part. In the process of interaction with the surface of the part, the plasma condenses, forming a coating.
Теплостойкое покрытие целесообразно нанести и на сварной шов, скрепляющий головку фурмы с силовым наружным корпусом фурмы 16. It is advisable to apply a heat-resistant coating to the weld that fastens the lance head with the power
Работает заявляемая многосопловая головка фурмы следующим образом. The inventive multi-nozzle lance head works as follows.
В фурму, вводимую в горловину конвертера, подают согласно стартовой и/или заданной циклограмме окислитель-кислород и охлаждающую жидкость-воду. Окислитель подается в магистраль подвода окислителя 3, далее этот окислитель через сопла 1 со сверхзвуковой скоростью истекает в конвертер и натекает на преграду - слой шлака и металлический расплав, а охлаждающая жидкость поступает в соосно-кольцевой тракт подвода 6. Весь расход охлаждающей жидкости из соосно-кольцевого тракта подвода истекает во входной коллектор 9 и далее протекает по продольным симметрично расположенным оребренным каналам 12 наружного охлаждения (см. фиг. 1, 2 и 4) каждого из сопел 1 и изготовленного с этим соплом как единое целое выходного фланца 2. На выходе из оребренных каналов 12, изготовленных во фланце 2, четко дозированная охлаждающая жидкость подводится по круговому периметру к сварному шву с равномерной скоростью, никакие застойные зоны при этом не образуются, а сам сварной шов выведен из зоны действия возвратно- вихревых кормовых течений и высоких термических напряжений, возникающих со стороны торцевого (огневого) днища головки фурмы. Преодолев сварные швы на торцевом днище 11 головки фурмы и отобрав тепло, охлаждающая жидкость попадает в выходной коллектор 10 и, продолжая охлаждать торцевое днище 11 головки фурмы, отводится в соосно-кольцевой тракт отвода 15 охлаждающей жидкости фурмы. По окончании процесса продувки конвертера окислителем-кислородом фурма изымается из конвертера, подача в нее окислителя и охлаждающей жидкости прекращается, а кондиционный металл передается на последующий технологический участок конвертерного производства. Заявляемые способ охлаждения многосопловой головки фурмы и конструкция головки фурмы для его осуществления в настоящее время предполагаются к внедрению в конвертерном производстве ОАО "Северсталь". According to the starting and / or predetermined sequence, an oxidizer-oxygen and a cooling liquid-water are supplied to the lance introduced into the neck of the converter. The oxidizing agent is fed into the oxidizer supply line 3, then this oxidizing agent flows through the
Источники информации, использованные при составлении материалов заявки
1. Крайзингер Ф.В., Раздобаров Г.Г., Тарпиньян Д.А., и др. Способ охлаждения головки фурмы и фурма для его осуществления. Авторское свидетельство N 1157077, 1985 г.Sources of information used in compiling application materials
1. Kraisinger F.V., Razdobarov G.G., Tarpinyan D.A., et al. Method for cooling the lance head and lance for its implementation. Copyright certificate N 1157077, 1985
2. Сущенко А.В. Курдюков А.В., Буга И.Д. и др. Повышение стойкости наконечников фурм для 350-тонных конвертеров. Журнал "Сталь", 1996, N 5, стр. 14-17. 2. Suschenko A.V. Kurdyukov A.V., Buga I.D. and others. Increasing the durability of lance tips for 350-ton converters. Magazine "Steel", 1996, N 5, p. 14-17.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000101889A RU2177509C2 (en) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | Method of cooling lance multihole head and lance head for method embodiment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000101889A RU2177509C2 (en) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | Method of cooling lance multihole head and lance head for method embodiment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000101889A RU2000101889A (en) | 2001-10-27 |
| RU2177509C2 true RU2177509C2 (en) | 2001-12-27 |
Family
ID=20229786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000101889A RU2177509C2 (en) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | Method of cooling lance multihole head and lance head for method embodiment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2177509C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792000C1 (en) * | 2022-09-26 | 2023-03-15 | Дмитрий Александрович Игонин | Oxygen converter lance tip |
| CN116718671A (en) * | 2023-08-09 | 2023-09-08 | 天津雄邦压铸有限公司 | Novel strength detection device for transmission shell |
-
2000
- 2000-01-24 RU RU2000101889A patent/RU2177509C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792000C1 (en) * | 2022-09-26 | 2023-03-15 | Дмитрий Александрович Игонин | Oxygen converter lance tip |
| CN116718671A (en) * | 2023-08-09 | 2023-09-08 | 天津雄邦压铸有限公司 | Novel strength detection device for transmission shell |
| CN116718671B (en) * | 2023-08-09 | 2023-11-10 | 天津雄邦压铸有限公司 | Intensity detection device for transmission shell |
| RU224028U1 (en) * | 2023-11-27 | 2024-03-13 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Tip of oxygen converter lance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4634611A (en) | Flame spray method and apparatus | |
| JP2662589B2 (en) | Plasma combustion type supply nozzle | |
| JP2009531167A (en) | Cold gas spray gun | |
| JP5940166B2 (en) | Fluid cooled lance for top submerged injection | |
| US4671765A (en) | Burner design for melting glass batch and the like | |
| US6392189B1 (en) | Axial feedstock injector for thermal spray torches | |
| JP2009515132A (en) | High pressure gas heater | |
| CN105985808A (en) | Gasification nozzle and gasification furnace | |
| US3175817A (en) | Burner apparatus for refining metals | |
| CN105612263B (en) | Top-submerged formula for enhancing submersible burning sprays spray gun | |
| JPH0220304B2 (en) | ||
| US6669106B2 (en) | Axial feedstock injector with single splitting arm | |
| US20080128963A1 (en) | Apparatus for injecting gas into a vessel | |
| CN109269756A (en) | A kind of water-cooled jet pipe | |
| JPH11508324A (en) | Injection nozzle with welded lance head for bath agitation | |
| RU2177509C2 (en) | Method of cooling lance multihole head and lance head for method embodiment | |
| US6217824B1 (en) | Combined forged and cast lance tip assembly | |
| CN109609195A (en) | Fine coal burner and mounting means | |
| EP0745428B1 (en) | Flame spraying burner | |
| JP2005003000A (en) | Assembling method for engine and rocket engine combustion chamber | |
| US3595480A (en) | Oxygen-fuel-blowing multihole nozzle | |
| JPS597911B2 (en) | flame spray lance | |
| BR0204820B1 (en) | apparatus for injecting gas into a metallurgical vessel. | |
| CN209722060U (en) | Fine coal burner | |
| CN100573009C (en) | A kind of pulverizing jet reaches the method by this pulverizing jet donor material in smelting furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180125 |