RU2291202C1

RU2291202C1 - Lance for bottom blowing of metals with gases in ladle

Info

Publication number: RU2291202C1
Application number: RU2005136593/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Георгиевич Лисиенко (RU); Владимир Георгиевич Лисиенко; Анатолий Леонтьевич Засухин (RU); Анатолий Леонтьевич Засухин; Михаил Васильевич Зуев (RU); Михаил Васильевич Зуев; Владимир Дмитриевич Осетров (RU); Владимир Дмитриевич Осетров; Владимир Николаевич Козлов (RU); Владимир Николаевич Козлов; Ефим Моисеевич Гришпун (RU); Ефим Моисеевич Гришпун; Александр Михайлович Гороховский (RU); Александр Михайлович Гороховский; Владимир Александрович Зеленин (RU); Владимир Александрович Зеленин; Иван Дмитриевич Кащеев (RU); Иван Дмитриевич Кащеев
Original assignee: ОАО "Первоуральский динасовый завод" (ОАО "ДИНУР")
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-01-10

Abstract

FIELD: metallurgy; off-furnace treatment of steel in ladle.

SUBSTANCE: proposed lance has refractory plug with through elongated slotted passages, resonator located in refractory plug for excitation of elastic acoustic vibrations of gas, Laval nozzle built in reflector made in form of cover closing the bottom of refractory plug for forming the cavity between inner surface of cover and bottom of refractory plug communicating with through elongated slotted passages.

EFFECT: improved quality of metalworking.

2 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при внепечной обработке стали в ковшах путем продувки инертным газом.The invention relates to metallurgy and can be used for out-of-furnace processing of steel in ladles by inert gas purging.

Известны фурмы для донной продувки металла газами в ковше с возбуждением акустических колебаний газа, например, по патентам РФ №2165986 С 21 С 7/072, 2001, №2238984, C 21 C 7/072, 2004, №2025498, C 21 C 5/48, 1994.There are known tuyeres for bottom purging of gases by a metal in a bucket with excitation of acoustic gas vibrations, for example, according to RF patents No. 2165986 C 21 C 7/072, 2001, No. 2238984, C 21 C 7/072, 2004, No. 2025498, C 21 C 5 / 48, 1994.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является фурма по патенту №2238984, C 21 C 7/072, 2004. Она состоит из огнеупорной пробки в днище сталеразливочного ковша, выполненной из огнеупорной массы и имеющей сквозные продольные щелевые каналы, диффузора, резонатора, возбуждающего упругие акустические колебания газа, отражателя и сопла Лаваля. Резонатор, сопло Лаваля и отражатель расположены вне огнеупорной пробки в отдельном корпусе под днищем ковша и связаны с огнеупорной пробкой при помощи диффузора. При этом резонатор и сопло Лаваля расположены перпендикулярно оси огнеупорной пробки и оси газоподводящего тракта. Резонатор и сопло Лаваля расположены на одной оси.The closest set of essential features is the tuyere according to patent No. 2238984, C 21 C 7/072, 2004. It consists of a refractory plug in the bottom of a steel pouring ladle made of a refractory mass and having through longitudinal slotted channels, a diffuser, a resonator that excites elastic acoustic oscillations of gas, reflector and Laval nozzle. The resonator, the Laval nozzle and the reflector are located outside the refractory plug in a separate housing under the bottom of the bucket and are connected to the refractory plug using a diffuser. In this case, the resonator and the Laval nozzle are perpendicular to the axis of the refractory tube and the axis of the gas supply path. The resonator and the Laval nozzle are located on the same axis.

Недостатком данной фурмы является значительная потеря акустической энергии газа в диффузоре и, как следствие, недостаточная эффективность обработки металла, а также значительные габаритные размеры фурмы в сборе с отдельным корпусом акустического возбуждения газа и повышенная опасность ее обслуживания. Последнее связано с необходимостью ручной периодической настройки частоты колебаний в процессе обработки жидкого металла в ковше.The disadvantage of this lance is a significant loss of acoustic energy of the gas in the diffuser and, as a consequence, the insufficient efficiency of metal processing, as well as the significant overall dimensions of the lance assembly with a separate case of acoustic gas excitation and an increased risk of its maintenance. The latter is associated with the need for manual periodic adjustment of the oscillation frequency during the processing of liquid metal in the ladle.

Задачей изобретения является улучшение качества обработки металла, уменьшения габаритных размеров фурмы, повышение безопасности обслуживания.The objective of the invention is to improve the quality of metal processing, reduce the overall dimensions of the lance, increase the safety of maintenance.

Техническим результатом является улучшение качества обработки металла за счет повышения акустической энергии подаваемого газа, достижение компактности фурмы, безопасности обслуживания и увеличения ее рабочего ресурса.The technical result is to improve the quality of metal processing by increasing the acoustic energy of the supplied gas, achieving a lance compactness, maintenance safety and increasing its working life.

Для реализации технического результата, согласно формуле изобретения, фурма содержит резонатор, расположенный в огнеупорной пробке, сопло Лаваля, встроенное в отражатель, выполненный в виде крышки закрывающей дно огнеупорной пробки, с возможностью образования сообщенной со сквозными продольными щелевыми каналами полости между внутренней поверхностью крышки и дном огнеупорной пробки, при этом резонатор, сопло Лаваля и газоподводящая трубка расположены соосно огнеупорной пробке.To achieve a technical result, according to the claims, the lance contains a resonator located in the refractory plug, a Laval nozzle integrated in the reflector, made in the form of a cover that covers the bottom of the refractory plug, with the possibility of forming a cavity communicated with through longitudinal slotted channels between the inner surface of the cap and the bottom refractory plugs, while the resonator, the Laval nozzle and the gas supply tube are aligned with the refractory plug.

Расположение резонатора непосредственно в огнеупорной пробке (вместо отдельного корпуса и диффузора), совмещенное выполнение крышки и отражателя, а также встраивание сопла Лаваля в отражатель, позволяют уменьшить габаритные размеры фурмы, максимально снизить динамическое сопротивление на пути движения продувочного газа, повысить его акустическую энергию и улучшить качество обработки металла.The location of the resonator directly in the refractory plug (instead of a separate housing and diffuser), the combined implementation of the cap and reflector, as well as the integration of the Laval nozzle into the reflector, reduce the overall dimensions of the lance, minimize dynamic resistance along the path of the purge gas, increase its acoustic energy and improve quality metal processing.

Кроме этого, такая конструкция позволяет заранее задать необходимую частоту акустических колебаний в процессе изготовления фурмы путем изменения глубины и объема резонатора и диаметра сопла Лаваля. Это исключает необходимость настройки резонатора во время эксплуатации фурмы и обеспечивает безопасность обслуживания. Равномерное распределение акустически возбужденного газа в щелевых каналах огнеупорной пробки улучшает охлаждение фурмы и повышает ее рабочий ресурс.In addition, this design allows you to pre-set the required frequency of acoustic vibrations during the manufacture of the lance by changing the depth and volume of the resonator and the diameter of the Laval nozzle. This eliminates the need for tuning the resonator during operation of the lance and ensures the safety of maintenance. The uniform distribution of acoustically excited gas in the slotted channels of the refractory plug improves the cooling of the lance and increases its working life.

В соответствии с п.2 формулы изобретения диаметр резонатора составляет 1,45-1,60 диаметра выходного сечения сопла Лаваля. Это дает возможность варьировать амплитудно-частотные характеристики звуковых колебаний в диапазоне 100-4000 Гц.In accordance with claim 2, the diameter of the resonator is 1.45-1.60 of the diameter of the output section of the Laval nozzle. This makes it possible to vary the amplitude-frequency characteristics of sound vibrations in the range of 100-4000 Hz.

Изобретение поясняется примером выполнения фурмы, представленным на фигуре чертежа (общий вид, в разрезе). Фурма устанавливается в днище ковша.The invention is illustrated by an example of the lance, presented in the figure of the drawing (General view, in section). The lance is installed in the bottom of the bucket.

Фурма включает в себя огнеупорную пробку 1 со сквозными продольными щелевыми каналами 2, газоподводящую трубку 3, сопло Лаваля 4 для подачи газа, резонатор 5, отражатель 6. Резонатор расположен в огнеупорной пробке соосно ей. Отражатель выполнен в виде металлической крышки со сферическими поверхностями, закрывающей дно огнеупорной пробки. Между внутренней поверхностью отражателя и дном огнеупорной пробки имеется полость, сообщенная с каналами 2. Сопло Лаваля встроено в отражатель через съемник 7. Съемник 7 предназначен для удаления фурмы из днища сталеразливочного ковша при ее замене. К соплу Лаваля подведена газоподводящая трубка 3. Фурма заключена в металлический кожух 8. Резонатор, сопло Лаваля и газоподводящая трубка расположены на одной оси по центру фурмы. Расчетами и экспериментами установлена зависимость частоты акустических колебаний и, соответственно, диаметра образующихся пузырей газа от линейных параметров резонатора и сопла Лаваля.The lance includes a refractory plug 1 with through longitudinal slotted channels 2, a gas supply tube 3, a Laval nozzle 4 for supplying gas, a resonator 5, a reflector 6. The resonator is located coaxially in the refractory plug. The reflector is made in the form of a metal cover with spherical surfaces covering the bottom of the refractory cork. Between the inner surface of the reflector and the bottom of the refractory plug there is a cavity in communication with the channels 2. The Laval nozzle is integrated into the reflector through the puller 7. The puller 7 is designed to remove the lance from the bottom of the steel pouring ladle when it is replaced. A gas supply tube 3 is connected to the Laval nozzle. The lance is enclosed in a metal casing 8. The resonator, the Laval nozzle and the gas supply tube are located on the same axis in the center of the lance. Calculations and experiments established the dependence of the frequency of acoustic vibrations and, accordingly, the diameter of the resulting gas bubbles on the linear parameters of the resonator and Laval nozzle.

Диаметр резонатора составляет 1,45-1,60 диаметра выходного сечения сопла Лаваля, а его длина составляет 15-100 мм. Диаметр выходного сечения сопла Лаваля составляет 10-12 мм. Расстояние от выходного сечения сопла до резонатора составляет 2-3 мм. При геометрических размерах, изменяемых в заявленных пределах, амплитудно-частотные характеристики звуковых колебаний находятся в диапазоне 100-4000 Гц.The diameter of the resonator is 1.45-1.60 of the diameter of the output section of the Laval nozzle, and its length is 15-100 mm. The diameter of the outlet section of the Laval nozzle is 10-12 mm. The distance from the nozzle exit section to the resonator is 2-3 mm. With geometric dimensions that vary within the stated limits, the amplitude-frequency characteristics of sound vibrations are in the range of 100-4000 Hz.

Фурма работает следующим образом. Продувочный газ под давлением 0,8-1,5 МПа подается через газоподводящую трубку 3 и сопло 4 в полость между внутренней поверхностью отражателя и дном огнеупорной пробки и резонатор 5. В резонаторе 5 генерируются упругие акустические колебания, обеспечивающие формирование газовому потоку пульсирующей волновой структуры. Отражатель 6, отражая акустические волны, направляет пульсирующий газовый поток в сквозные продольные щелевые каналы 2 огнеупорной пробки 1. На выходе из сквозных продольных щелевых каналов 2 поток газа дробится на пузыри, оптимальный диаметр которых задан размером щелевых каналов и амплитудно-частотной характеристикой звуковых колебаний. Движение пузырей в жидком металле осуществляется в колебательном режиме, что положительно влияет на качество его очистки. Благодаря максимально компактному расположению резонатора, сопла Лаваля и отражателя обеспечивается максимальная энергия акустических волн и достигается минимизация габаритных размеров фурмы.Tuyere works as follows. A purge gas under a pressure of 0.8-1.5 MPa is supplied through a gas supply tube 3 and a nozzle 4 into the cavity between the inner surface of the reflector and the bottom of the refractory tube and resonator 5. In the resonator 5, elastic acoustic vibrations are generated, which provide a pulsating wave structure to the gas flow. Reflector 6, reflecting the acoustic waves, directs the pulsating gas stream into the through longitudinal slotted channels 2 of the refractory plug 1. At the exit from the through longitudinal slotted channels 2, the gas stream is split into bubbles, the optimal diameter of which is specified by the size of the slotted channels and the amplitude-frequency characteristic of sound vibrations. The movement of bubbles in a liquid metal is carried out in an oscillatory mode, which positively affects the quality of its cleaning. Thanks to the most compact arrangement of the resonator, the Laval nozzle and the reflector, the maximum energy of acoustic waves is ensured and the overall dimensions of the lance are minimized.

Колебательное движение пузырей газа на выходе из сквозных продольных щелевых каналов препятствуют также проникновению в щели металла и их зарастанию при изменении режима продувки, что способствует увеличению срока службы огнеупорных пробок и снижению времени подготовки фурмы к продувке.The oscillatory movement of gas bubbles at the exit from the through longitudinal slotted channels also prevents penetration of metal into the slots and their overgrowth when the purge mode is changed, which increases the service life of refractory plugs and reduces the preparation time for the tuyere for purging.

Фурма для донной продувки является сменным устройством, заменяемым после износа огнеупорной пробки. В качестве огнеупорной массы для изготовления пробки применяется, например, высокоглиноземистая низкоцементная тиксотропная масса.The bottom purge lance is a replaceable device, replaceable after wear of the refractory plug. As a refractory mass for the manufacture of cork, for example, high-alumina low-cement thixotropic mass is used.

Испытания предложенной фурмы на ОАО «Северский трубный завод» подтвердили улучшение качества обработки металла, ее значительно повышенный рабочий ресурс и безопасность обслуживания.Tests of the proposed tuyeres at Seversky Pipe Plant OJSC confirmed the improvement of the quality of metal processing, its significantly increased working life and service safety.

Claims

1. A lance for bottom metal purging by gases in a bucket, comprising a refractory plug with through longitudinal slotted channels, a resonator that excites elastic acoustic vibrations of the gas, a reflector, a Laval nozzle and a gas supply tube, characterized in that the resonator is located in the refractory plug, the Laval nozzle is integrated into a reflector made in the form of a lid covering the bottom of the refractory plug, with the possibility of forming a cavity communicated with through longitudinal slotted channels between the inner surface of the lid and the bottom of the fire PORN tube, the resonator Laval nozzle and the gas supply tube are disposed coaxially to the refractory stopper.

2. The tuyere according to claim 1, characterized in that the diameter of the resonator is 1.45-1.60 of the diameter of the output section of the Laval nozzle.