RU2371484C2 - Tuyere for blowing off of alloy in oxygen-blown vessel - Google Patents

Tuyere for blowing off of alloy in oxygen-blown vessel Download PDF

Info

Publication number
RU2371484C2
RU2371484C2 RU2006108268/02A RU2006108268A RU2371484C2 RU 2371484 C2 RU2371484 C2 RU 2371484C2 RU 2006108268/02 A RU2006108268/02 A RU 2006108268/02A RU 2006108268 A RU2006108268 A RU 2006108268A RU 2371484 C2 RU2371484 C2 RU 2371484C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
nozzles
diffuser
oxygen
length
Prior art date
Application number
RU2006108268/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006108268A (en
Inventor
Федор Иванович Лухтура (UA)
Федор Иванович Лухтура
Андрей Викторович Сущенко (UA)
Андрей Викторович Сущенко
Тарик Махмуд Чаудри (RU)
Тарик Махмуд Чаудри
Александр Васильевич Гнедаш (UA)
Александр Васильевич Гнедаш
Original Assignee
Федор Иванович Лухтура
Андрей Викторович Сущенко
Тарик Махмуд Чаудри
Александр Васильевич Гнедаш
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федор Иванович Лухтура, Андрей Викторович Сущенко, Тарик Махмуд Чаудри, Александр Васильевич Гнедаш filed Critical Федор Иванович Лухтура
Priority to RU2006108268/02A priority Critical patent/RU2371484C2/en
Publication of RU2006108268A publication Critical patent/RU2006108268A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2371484C2 publication Critical patent/RU2371484C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to ferrous metallurgy, particularly to basic oxygen steel manufacturing. Tuyere contains concentric located pipes, forming routes for feeding of oxidant, feeding of coolant withdrawal and multiport head with Laval conical nozzles. Nozzles allows confuser, minimal section and diffuser with rectilinear generators. Between confuser and diffuser in Laval conical nozzles there are implemented cylindrical channels, length of which is defined from given correlation. Furthermore, diffuser of nozzles allows additional cylindrical outlet sections, length of which is defined from given correlation.
EFFECT: usage of invention provides increasing of effectiveness of blowing off of converter bath.
3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к кислородно-конвертерному производству стали.The invention relates to metallurgy, mainly to oxygen-converter steel production.

Известна кислородная фурма для продувки расплава в конвертере сверху [1, стр.164], состоящая из концентрически расположенных труб, образующих тракты для подвода окислителя (кислорода), подвода и отвода охладителя (воды) и головки с одним коническим соплом Лаваля, имеющим конфузор, минимальное сечение и диффузор с прямолинейными образующими.Known oxygen tuyere for blowing the melt in the converter from above [1, p.164], consisting of concentrically arranged pipes forming paths for the supply of oxidizing agent (oxygen), supply and removal of cooler (water) and a head with one conical Laval nozzle having a confuser, minimum cross section and diffuser with rectilinear generators.

При этом обеспечивается эффективное охлаждение головки фурмы и, как следствие, высокая ее стойкость.This ensures effective cooling of the lance head and, as a result, its high resistance.

Однако при использовании известной фурмы не обеспечивается необходимая степень рассредоточения дутья по поверхности конвертерной ванны: величина относительной площади

Figure 00000001
(где F, Fв - площади поперечных сечений суммарной реакционной зоны и конвертерной ванны соответственно) существенно меньше оптимальной. Имеет место неэффективная «жесткая» продувка ванны и неудовлетворительное шлакообразование, что приводит к заметалливанию оборудования, ухудшению качества выплавляемой стали, теплового баланса и технико-экономических показателей плавок. Для того чтобы уменьшить до необходимого значения относительную глубину внедрения струи дутья в ванну
Figure 00000002
(где Hрз, Hв - глубина реакционной зоны и ванны металла соответственно) необходимо поддерживать чрезмерно высокие значения высоты фурмы над ванной Нф, что приводит к усилению износа футеровки конвертера.However, when using the known lance, the necessary degree of dispersion of the blast along the surface of the converter bath is not provided: the value of the relative area
Figure 00000001
(where F , F в are the cross-sectional areas of the total reaction zone and the converter bath, respectively) is significantly less than optimal. There is an ineffective "hard" purge of the bathtub and unsatisfactory slag formation, which leads to the obscurity of the equipment, deterioration of the quality of the smelted steel, heat balance and technical and economic indicators of the heat. In order to reduce to the required value the relative depth of introduction of the blast jet into the bath
Figure 00000002
(where H rz , H in - the depth of the reaction zone and the metal bath, respectively) it is necessary to maintain excessively high values of the height of the lance above the bath N f , which leads to increased wear of the lining of the Converter.

Известна фурма для продувки расплава в конвертере сверху [2, стр.74}, состоящая из концентрически расположенных труб, образующих тракты для подвода окислителя (кислорода), подвода и отвода охладителя (воды) и головки с одним соплом, имеющим многоходовую спиралевидную пластинчатую вставку для закрутки и разделения потока кислорода.Known tuyere for blowing the melt in the converter from above [2, p. 74}, consisting of concentrically arranged pipes forming paths for the supply of oxidizing agent (oxygen), supply and removal of cooler (water) and a head with one nozzle having a multi-way spiral plate insert for swirling and separating the flow of oxygen.

При этом обеспечивается истечение из одного сопла нескольких (3÷6) кислородных струй под небольшим углом к вертикальной оси фурмы и несколько увеличивается

Figure 00000003
и степень рассредоточения дутья по поверхности ванны.This ensures that several (3 ÷ 6) oxygen jets flow out from one nozzle at a small angle to the vertical axis of the lance and increases slightly
Figure 00000003
and the degree of dispersion of the blast over the surface of the bath.

Однако вследствие неизбежного взаимодействия и частичного слияния кислородных струй, истекающих из известной фурмы, величина

Figure 00000003
не достигает оптимальных значений и режим продувки остается близким к «жесткому». Кроме того, спиралевидная вставка не имеет достаточно эффективного водяного охлаждения, быстро оплавляется и выходит из строя. При этом выходит из строя и сама фурма.However, due to the inevitable interaction and partial merger of oxygen jets flowing from a known lance, the quantity
Figure 00000003
does not reach optimal values and the purge mode remains close to “hard”. In addition, the spiral insert does not have sufficiently effective water cooling, quickly melts and fails. At the same time, the lance itself also fails.

Известна фурма для продувки расплава в конвертере сверху [3, стр.12-13] - прототип, состоящая из концентрически расположенных труб, образующих тракты для подвода окислителя (кислорода), подвода и отвода охладителя (воды) и многосопловой головки с коническими соплами Давала, имеющими конфузор, минимальное сечение и диффузор с прямолинейными образующими с углом раскрытия γ=(5÷10)°.Known tuyere for blowing the melt in the converter from above [3, p. 12-13] is a prototype consisting of concentrically arranged pipes forming paths for supplying an oxidizing agent (oxygen), supplying and discharging a cooler (water) and a multi-nozzle head with conical nozzles Davala, having a confuser, a minimum cross section and a diffuser with rectilinear generators with an opening angle γ = (5 ÷ 10) °.

При этом за счет изменения (выбора оптимального значения) числа сопел в головке - nc, расположенных под определенным углом α к оси фурмы (обычно α находится в пределах (15÷20)° [3, стр.13]), можно получить практически любое сочетание необходимых (заданных) значений

Figure 00000003
и
Figure 00000004
. Это позволяет обеспечить требуемый режим продувки, т.е. степень «жесткости» дутья, которая определяется в первую очередь удельным импульсом дутьевых струй в месте встречи с металлической ванной
Figure 00000005
(Па), где Ix - избыточный импульс дутьевых струй в месте встречи с ванной, Fx - площадь поверхности ванны в зоне контакта с дутьевыми струями, м2.Moreover, by changing (choosing the optimal value) the number of nozzles in the head — n c , located at a certain angle α to the axis of the tuyere (usually α is within (15–20) ° [3, p. 13]), one can practically any combination of necessary (set) values
Figure 00000003
and
Figure 00000004
. This allows you to provide the desired purge mode, i.e. the degree of "stiffness" of the blast, which is determined primarily by the specific impulse of the blast jets at the meeting point with the metal bath
Figure 00000005
(Pa), where I x is the excess momentum of the blast jets at the meeting point with the bathtub, F x is the surface area of the bath in the zone of contact with the blast jets, m 2 .

Однако при использовании известной фурмы для обеспечения «умягченной» продувки конвертерной ванны (в случаях «горячих» шихтовок плавок, передела чугунов с низким содержанием Мn, ухудшения качества извести, дефицита или необходимости экономии плавикового шпата, реализации малошлаковой технологии выплавки стали и т.п.) требуется, как правило, увеличение числа сопел в головке до 6÷8 и более. Это существенно ухудшает эффективность охлаждения головки фурмы и снижает ее стойкость вследствие уменьшения площади сечений для прохода охладителя между соплами и увеличения количества торцевых сварных швов (при использовании сварной конструкции головки). Кроме того, при этом усложняется изготовление, увеличивается материалоемкость и стоимость медных головок. При использовании конических сопел Лаваля с углом раскрытия диффузора γ=(5÷10)° имеет место ограниченный диапазон стабильной (безотрывной) работы фурмы по величине давления кислорода перед соплами и степени нерасчетности истечения струй - n. При n≤1 начинается отрыв потока от стенок диффузоров сопел, что приводит к «разгару» (эрозии) выходных участков последних, снижению стойкости головок фурм и дестабилизации дутьевого режима плавки. Поэтому при использовании известной фурмы продувку ведут в режиме недорасширения струй (при n=1,3-2,0), что приводит к дополнительным потерям энергии дутья (на скачках уплотнений) и снижению эффективности продувки (неполному использованию потенциальной энергии давления дутья для увеличения кинетической энергии струй и мощности перемешивания ванны).However, when using the well-known tuyeres to provide a “softened” purge of the converter bath (in the case of “hot” dressings of melts, redistribution of cast iron with a low Mn content, deterioration of lime quality, deficiency or the need to save fluorspar, implementation of low-slag steel smelting technology, etc. ) usually requires an increase in the number of nozzles in the head to 6 ÷ 8 or more. This significantly degrades the cooling efficiency of the lance head and reduces its resistance due to a decrease in the cross-sectional area for the passage of the cooler between the nozzles and an increase in the number of butt welds (when using a welded head design). In addition, this complicates the manufacture, increases the material consumption and cost of copper heads. When using conical Laval nozzles with the diffuser opening angle γ = (5 ÷ 10) °, there is a limited range of stable (uninterrupted) lance operation in terms of the oxygen pressure in front of the nozzles and the degree of non-design of the outflow of jets - n. At n≤1, the flow begins to separate from the nozzle diffuser walls, which leads to a “swing” (erosion) of the outlet sections of the latter, a decrease in the resistance of the tuyere heads and destabilization of the blasting mode of smelting. Therefore, when using the known tuyere, purging is carried out in the mode of under-expansion of the jets (at n = 1.3-2.0), which leads to additional losses of blast energy (at the shock waves) and a decrease in the purge efficiency (incomplete use of the potential pressure pressure energy to increase the kinetic jet energy and bath stirring power).

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности продувки конвертерной ванны, увеличение стойкости, упрощение изготовления и снижение материалоемкости головки фурмы и, как следствие, уменьшение себестоимости выплавляемой стали (за счет уменьшения удельных затрат металлошихты, шлакообразующих материалов, кислорода, ферросплавов и раскислителей, огнеупоров), улучшение ее качества и повышение производительности агрегатов (кислородных конвертеров).The aim of the present invention is to increase the efficiency of purging the converter bath, increase durability, simplify manufacturing and reduce the material consumption of the lance head and, as a result, reduce the cost of smelted steel (by reducing the unit cost of metal charge, slag-forming materials, oxygen, ferroalloys and deoxidizing agents, refractories), improving its quality and increased productivity of units (oxygen converters).

Поставленная цель достигается тем, что в фурме для продувки расплава в конвертере сверху, состоящей из концентрически расположенных труб, образующих тракты для подвода окислителя, подвода и отвода охладителя и многосопловой головки с коническими соплами Лаваля, имеющими конфузор, минимальное сечение и диффузор с прямолинейными образующими, угол раскрытия диффузоров сопел определен из соотношения.This goal is achieved by the fact that in the lance for blowing the melt in the converter from above, consisting of concentrically arranged pipes forming ducts for supplying an oxidizing agent, supply and removal of a cooler and a multi-nozzle head with conical Laval nozzles having a confuser, a minimum cross section and a diffuser with rectilinear generators, the opening angle of the nozzle diffusers is determined from the ratio.

Figure 00000006
Figure 00000006

где γmin=20°where γ min = 20 °

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

kэ - эмпирический коэффициент, равный 0,85÷0,95;k e - empirical coefficient equal to 0.85 ÷ 0.95;

k - показатель адиабаты истекающего газа (для кислорода k=1,4);k is the adiabatic exponent of the outgoing gas (for oxygen, k = 1.4);

П00·σ/Р - располагаемый перепад давлений на соплах;P 0 = P 0 · σ / P - the available differential pressure at the nozzles;

Р0 - полное давление торможения кислорода перед соплами, Па;P 0 is the total oxygen braking pressure in front of the nozzles, Pa;

σ - коэффициент восстановления полного давления кислорода в сопле;σ is the coefficient of restoration of the total oxygen pressure in the nozzle;

Р - статическое давление в окружающей среде (в полости конвертера) на уровне среза сопла, Па.P is the static pressure in the environment (in the cavity of the converter) at the nozzle exit, Pa.

Кроме того, между конфузором и диффузором в соплах Лаваля выполнены цилиндрические каналы, длина которых определена из соотношенияIn addition, cylindrical channels are made between the confuser and the diffuser in the Laval nozzles, the length of which is determined from the relation

Figure 00000009
Figure 00000009

где lц - длина цилиндрических каналов, м;where l C - the length of the cylindrical channels, m;

dmin - диаметр минимального сечения сопел Лаваля, м.d min - the diameter of the minimum section of the Laval nozzles, m

Кроме того, диффузоры сопел имеют дополнительные цилиндрические выходные участки, длина которых определена из соотношенияIn addition, nozzle diffusers have additional cylindrical outlet sections, the length of which is determined from the ratio

Figure 00000010
Figure 00000010

где lв - длина дополнительных цилиндрических выходных участков диффузоров сопел, м.where l in - the length of the additional cylindrical output sections of the nozzle diffusers, m

При выполнении конических сопел Лаваля головки фурмы с углом раскрытия диффузора γ, находящегося в диапазоне значений (γmin≤γ≤γmax), имеет место существенно отличный характер истечения дутьевых струй по сравнению с использованием фурмы-прототипа с γ=5÷10°. Это связано с тем, что при малых значениях γ (менее 15÷20°) влияние радиальной составляющей скорости истечения дутья из сопла на основные параметры струи незначительно, в т.ч. на ее импульс и диаметр первой «бочки» (или диаметр эффективного изобарического сечения dэф, соответствующий полному расширению струи), который существенным образом влияет на характеристики (свойства) струи в месте встречи ее с ванной и, как следствие, режим продувки плавки в целом. При γ более 20÷25° заметно увеличивается радиальная составляющая скорости истечения дутья, что приводит, с одной стороны, к дополнительному увеличению диаметра первой бочки (dэф), а с другой, - к дополнительному уменьшению продольной составляющей импульса истекающих струй iстр. В целом же удельный импульс струи в эффективном сечении (отнесенный к площади Fэф) существенно снижается. Это в свою очередь, приводит к увеличению Fх и уменьшению

Figure 00000011
и, как следствие, к эффекту «умягчения» продувки сталеплавильной ванны, что адекватно увеличению числа сопел при использовании фурмы-прототипа. Таким обрезом, применение предложенного технического решения позволяет обеспечить требуемую степень «жесткости» (степень «мягкости») дутья при использовании меньшего числа сопел в наконечнике фурмы по сравнению с прототипом. Это позволяет упростить конструкцию головки фурмы, облегчить ее изготовление, снизить материалоемкость (по меди) и существенно увеличить ее стойкость за счет увеличения площади сечений для прихода охладителя между соплами.When making conical Laval nozzles of the lance head with an opening angle of the diffuser γ, which is in the range of values (γ min ≤γ γ max ), a significantly different character of the expiration of the blast jets occurs compared to using the lance prototype with γ = 5 ÷ 10 °. This is due to the fact that for small values of γ (less than 15 ÷ 20 °), the influence of the radial component of the velocity of the flow of blast from the nozzle on the main parameters of the jet is insignificant, including its impulse and the diameter of the first “barrel” (or the diameter of the effective isobaric section d ef corresponding to the full expansion of the jet), which significantly affects the characteristics (properties) of the jet at the place it meets the bath and, as a result, the mode of blowing the whole melt . At γ over 20–25 °, the radial component of the velocity of the blasting outflow increases noticeably, which leads, on the one hand, to an additional increase in the diameter of the first barrel (d eff ), and, on the other hand, to an additional decrease in the longitudinal component of the pulse of the expiring jets i page On the whole, the specific impulse of the jet in the effective cross section (referred to the area F eff ) is significantly reduced. This, in turn, leads to an increase in F x and a decrease
Figure 00000011
and, as a result, to the effect of "softening" the purge of the steelmaking bath, which is adequate to an increase in the number of nozzles when using the lance prototype. Thus, the application of the proposed technical solution allows to provide the required degree of "rigidity" (degree of "softness") of the blast when using fewer nozzles in the lance tip compared to the prototype. This allows us to simplify the design of the lance head, facilitate its manufacture, reduce material consumption (for copper) and significantly increase its resistance by increasing the cross-sectional area for the arrival of the cooler between the nozzles.

Суть изобретения представлена на фиг.1-8 где на фиг.1, 2, 3 представлены продольные разрезы фурм по пунктам 1, 2 и 3 формулы изобретения соответственно; на фиг.4 приведена зависимость косинуса среднемассового угла наклона вектора скорости струи в выходном сечении сопла от угла раскрытия диффузора конического сопла Лаваля; на фиг.5, 6, 7 приведены зависимости относительного диаметра струи в эффективном сечении от угла раскрытия (раствора) диффузора сопла при различных числах Маха сопла и при различных степенях нерасчетности истечения струй, на фиг.8 приведены зависимости степени нерасчетности начала отрыва потока от стенок сопла от угла раскрытия диффузора сопла при различных числах Маха сопла.The essence of the invention is presented in figures 1-8 where in figures 1, 2, 3 are longitudinal sections of tuyeres according to claims 1, 2 and 3 of the claims, respectively; figure 4 shows the dependence of the cosine of the mass-average slope of the jet velocity vector in the output section of the nozzle on the opening angle of the cone of the conical Laval nozzle; Figures 5, 6, 7 show the dependences of the relative diameter of the jet in the effective cross section on the opening angle (solution) of the nozzle diffuser at various Mach numbers of the nozzle and at different degrees of non-design of the outflow of the jets, Fig. 8 shows the dependences of the degree of non-design of the start of flow separation from the walls nozzle from the opening angle of the nozzle diffuser at different Mach numbers of the nozzle.

На фиг.4 приведена зависимость косинуса среднемассового угла наклона вектора скорости струи в выходном сечении сопла cosα [4] (определяющего продольную составляющую импульса струи) от угла раскрытия диффузора конического сопла Лаваля. На фиг.5-7 приведены зависимости относительного диаметра струи в эффективном сечении

Figure 00000012
(где dэф,0 - диаметр эффективного сечения струи при угле раскрытия диффузора сопла γ, равном нулю. в случае n=1 величина и Figure 4 shows the dependence of the cosine of the mass-average slope of the jet velocity vector in the output section of the nozzle cosα [4] (which determines the longitudinal component of the jet momentum) on the opening angle of the diffuser of the conical Laval nozzle. Figure 5-7 shows the dependence of the relative diameter of the jet in the effective section
Figure 00000012
(where d eff, 0 is the diameter of the effective section of the jet at the nozzle diffuser angle γ equal to zero. in the case n = 1, the quantity and

dэф,0 совпадает с величиной выходного диаметра сопла dа) от угла раскрытия (раствора) диффузора сопла при различных числах Маха сопла Ма (в диапазоне, используемом в металлургической практике Ма=1,5-2,5) и при различных степенях нерасчетности n истечения струй.d eff, 0 coincides with the output diameter of the nozzle d a ) on the opening angle (solution) of the nozzle diffuser for different nozzle Mach numbers M a (in the range used in metallurgical practice, M a = 1.5-2.5) and for different degrees of off-design n of outflow of jets.

Из данных фиг. 4-7 следует, что величина γmin составляет ≈15÷20°. Если γ<γmin, то имеет место слабое влияние величины γ на

Figure 00000013
и cosα и малые значения параметров dэф, dх, Fx,
Figure 00000003
, т.е. слабое влияние величины γ на дутьевой режим конвертерной плавки в целом.From the data of FIG. 4-7 it follows that the value of γ min is ≈15 ÷ 20 °. If γ <γ min , then there is a weak effect of γ on
Figure 00000013
and cosα and small values of the parameters d eff , d x , F x ,
Figure 00000003
, i.e. weak effect of γ on the blast mode of converter smelting as a whole.

Величина γmах определяется максимальным углом разворота потока дутья в сопле (при заданном давлении перед ним) и описывается зависимостью (2). При этом параметр kэ учитывает конструктивные особенности и качество изготовления проточной части сопла. Если γ>γmax, то имеет место отрыв потока от стенок диффузора в соплах, резко усиливается «разгар» последних и, как следствие, снижается стойкость фурмы и дестабилизируется режим плавки.The value of γ max is determined by the maximum angle of rotation of the flow of blast in the nozzle (at a given pressure in front of it) and is described by dependence (2). In this case, the parameter k e takes into account the design features and the manufacturing quality of the flow part of the nozzle. If γ> γ max , then there is a separation of the flow from the walls of the diffuser in the nozzles, the “height” of the latter sharply increases and, as a result, the tuyere resistance decreases and the melting mode is destabilized.

Кроме того, при использовании в головке фурмы конических сопел Лаваля с углом раскрытия диффузора γ, находящегося в заявленном диапазоне значений (γmin≤γ≤γmax), процесс продувки протекает более стабильно. Это связано с тем, что при увеличении диаметра первой «бочки», а также радиальной составляющей скорости истечения струи дутья положение корня струи является более устойчивым к внешним возмущениям (меньше амплитуда и частота автоколебаний струи). При этом также существенно расширяется диапазон значений n по безотрывной работе сопла (при понижении n вплоть до 0,6-0,7 при используемых в металлургической практике значениях чисел Маха сопел Mа=1,5-2,5) - см. фиг.8, на которой приведены зависимости степени нерасчетности начала отрыва потока от стенок сопла nотр от угла раскрытия диффузора сопла γ при различных Mа. Это приводит, с одной стороны, к увеличению стойкости сопел к эрозийному износу и фурм в целом, а, с другой, - к повышению эффективности продувки плавки вследствие лучшей организации кислородных струй в рабочем пространстве агрегата и снижению потерь энергии дутья, связанных с «деформацией» выходных участков сопел и возникновением отрывных течений. Это позволяет также проводить продувку плавок в оптимальной области по n - вблизи расчетного режима истечения струй (при n=0,8÷1,2), что приведет к минимизации потерь потенциальной энергии давления потока в сопле и повышению эффективности продувки сталеплавильной ванны. Увеличенный диаметр первой «бочки» позволяет дополнительно защитить выходную кромку сопла и присопловую область наконечника фурмы от попадания брызг металла и шлака, что способствует повышению стойкости выходных кромок сопел и наконечника фурмы. Кроме того, при использовании сопел с углом раскрытия диффузоров, находящимся в заявленном диапазоне (γmin≤γ≤γmax), имеет место (при прочих равных условиях) значительно меньшая длина диффузора (наиболее высокоскоростного участка) сопла, что приводит к уменьшению потерь давления дутья в спилах и, как следствие, к повышению эффективности продувки.In addition, when using conical Laval nozzles with the opening angle of the diffuser γ in the declared range of values (γ min ≤γ≤γ max ) in the tuyere head, the purge process is more stable. This is due to the fact that with an increase in the diameter of the first “barrel”, as well as with the radial component of the velocity of the jet, the position of the root of the jet is more resistant to external disturbances (the amplitude and frequency of the self-oscillations of the jet are less). At the same time, the range of values of n for the continuous operation of the nozzle also significantly expands (with decreasing n up to 0.6-0.7 with the nozzle Mach numbers M a = 1.5-2.5 used in metallurgical practice) - see Fig. 8, which shows the dependences of the degree of non-design of the beginning of flow separation from the nozzle walls n sp from the opening angle of the nozzle diffuser γ for various M a . This leads, on the one hand, to an increase in the resistance of nozzles to erosion wear and tuyeres in general, and, on the other hand, to an increase in the purge blowing efficiency due to better organization of oxygen jets in the working space of the unit and a decrease in blast energy losses associated with “deformation” output sections of nozzles and the occurrence of separated flows. This also makes it possible to purge melts in the optimal range along n — near the calculated regime of jet outflow (for n = 0.8–1.2), which will minimize the loss of potential energy of the flow pressure in the nozzle and increase the efficiency of purging the steel bath. The increased diameter of the first "barrel" allows you to further protect the nozzle exit edge and the sub-nozzle region of the lance tip from splashing metal and slag, which helps to increase the resistance of the exit edges of the nozzles and lance tip. In addition, when using nozzles with an opening angle of the diffusers in the claimed range (γ min ≤ γ ≤ γ max ), (ceteris paribus) there is a significantly shorter length of the diffuser (the highest speed section) of the nozzle, which leads to a decrease in pressure loss blast in cuts and, as a result, to increase the purge efficiency.

Выполнение в соплах Лаваля между конфузором и диффузором с углом раскрытия γ, определяемым из соотношения (1), цилиндрического канала с длиной, определяемой из соотношения (4), позволяет: во-первых, варьировать в широких пределах длиной сопла, а следовательно, и высотой головки фурмы (в соответствии с конструктивными особенностями последней), а во вторых, - дополнительно стабилизировать процесс истечения кислородных струй и уменьшить потери энергии потока дутья в соплах за счет создания более равномерного поперечного профиля скорости на участке сопла с цилиндрическим каналом. Кроме того, при этом существенно ослабевают требования к конфигурации диффузоров сопел и упрощается изготовление фурмы.The implementation in the Laval nozzles between the confuser and the diffuser with the opening angle γ, determined from relation (1), of a cylindrical channel with a length determined from relation (4), allows: firstly, to vary widely the length of the nozzle, and therefore the height lance heads (in accordance with the design features of the latter), and secondly, to further stabilize the process of expiration of oxygen jets and reduce the energy loss of the blast stream in the nozzles by creating a more uniform transverse velocity profile stke nozzle with a cylindrical channel. In addition, this significantly reduces the requirements for the configuration of nozzle diffusers and simplifies the manufacture of lances.

При этом, если lц/dmin<0,1 затрудняется изготовление сопел с требуемой точностью и практически отсутствует эффект выравнивания профиля скорости в поперечном сечении потока на цилиндрическом участке сопла. Если lц/dmin>2,5÷3, существенно увеличиваются потери давления потока дутья на участке цилиндрического канала сопла, чрезмерно увеличивается высота головки фурмы, что затрудняет ее охлаждение за счет организации течения воды.Moreover, if l c / d min <0.1, it is difficult to manufacture nozzles with the required accuracy and there is practically no effect of alignment of the velocity profile in the cross section of the flow in the cylindrical section of the nozzle. If l c / d min > 2.5 ÷ 3, the pressure loss of the blast stream in the section of the cylindrical channel of the nozzle increases significantly, the height of the lance head increases excessively, which makes it difficult to cool due to the organization of the flow of water.

Выполнение в соплах Лаваля дополнительных цилиндрических выходных участков, длина которых определена из соотношения (5), позволяет дополнительно увеличить устойчивость течения из сопла к отрыву (за счет эффекта «поджатия» потока к стенкам сопла) и уменьшить радиационный тепловой поток на внутреннюю поверхность выходного участка сопла от высокотемпературной реакционной зоны (за счет уменьшения углового коэффициента излучения). Это способствует увеличению стойкости выходного участка сопел и фурмы в целом к абразивной, тепловой и химической эрозии.The implementation of additional cylindrical outlet sections in Laval nozzles, the length of which is determined from relation (5), allows us to further increase the stability of the flow from the nozzle to separation (due to the effect of “compression” of the flow to the walls of the nozzle) and reduce the radiation heat flux to the inner surface of the nozzle exit section from the high-temperature reaction zone (by reducing the angular emissivity). This helps to increase the resistance of the outlet section of the nozzles and lance as a whole to abrasive, thermal and chemical erosion.

Если lв/dmin<0,05, то затрудняется изготовление сопел с необходимой точностью и практически не наблюдается влияния выходного цилиндрического участка на устойчивость течения из сопла к отрыву. Если lв/dmin>0,2, то имеет место заметное снижение радиальной составляющей скорости, величины диаметра dэф и уменьшение эффекта умягчения струи.If l in / d min <0.05, it is difficult to manufacture nozzles with the necessary accuracy and there is practically no effect of the output cylindrical section on the stability of the flow from the nozzle to separation. If l in / d min > 0.2, then there is a noticeable decrease in the radial component of the velocity, diameter d eff and a decrease in the effect of softening the jet.

Фурма для продувки расплава в кислородном конвертере состоит из концентрически расположенных труб 1, образующих тракты подвода окислителя (кислорода) 2, подвода 3 и отвода 4 охладителя (воды) и многосопловой головки 5 с коническими соплами Лаваля 6, имеющими конфузор 7 (с длиной lк), минимальное сечение 8 и диффузор 9 (с длиной lд) с прямолинейными образующими 10, причем угол раскрытия диффузоров сопел γ определен из соотношении (1)-(3) - см. фиг.1.The lance for blowing the melt in the oxygen converter consists of concentrically arranged pipes 1, forming paths for the supply of oxidizing agent (oxygen) 2, supply 3 and outlet 4 of the cooler (water) and multi-nozzle head 5 with conical Laval nozzles 6 having a confuser 7 (with length l to ), the minimum cross section 8 and the diffuser 9 (with a length l d ) with rectilinear generators 10, and the opening angle of the nozzle diffusers γ is determined from the relation (1) - (3) - see Fig. 1.

Между конфузором 7 и диффузором 9 сопел Лаваля могут быть выполнены цилиндрические каналы 11, длина которых (lц) определена из соотношения (4) - см. фиг.2.Between the confuser 7 and the diffuser 9 of the Laval nozzles can be made cylindrical channels 11, the length of which (l C ) is determined from the relation (4) - see figure 2.

Диффузоры 9 сопел Лаваля могут иметь дополнительные цилиндрические выходные участки 12, длина которых (lв) определена из соотношения (5) - см. фиг.3.The diffusers 9 of the Laval nozzles can have additional cylindrical output sections 12, the length of which (l in ) is determined from the relation (5) - see Fig. 3.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.1). Охлаждающая вода подается по подводящему тракту 3 к головке фурмы 5, циркулирует в ней, проходя межсопловое пространство, и отводится из фурмы по тракту 4. Кислород подается по тракту 2 к многосопловой головке 5. Проходя через конфузоры 7 сопел 6 он ускоряется до критической скорости вблизи минимального сечения сопел 8, а проходя далее через диффузоры 9 (с углом раскрытия γ, находящимся в заявленном диапазоне) - до сверхзвуковой скорости, определяемой числом Маха сопла Mа и обеспечением соответствующего давления перед соплами р0, и истекает из сопел в виде сверхзвуковых струй 13, имеющих существенно увеличенный диаметр эффективного (изобарического) сечения dэф 14. При этом процесс истечения дутьевых струй характеризуется устойчивым положением корня струи, отсутствием отрывных течений в выходном участке сопел и малыми потерями потенциальной энергии давления дутьевого потока в соплах, что обеспечивает стабилизацию и повышение эффективности продувки сталеплавильной ванны, высокую стойкость сопел к эрозийному износу и фурмы в целом. Так как при этом заданные значения основных режимных параметров продувки

Figure 00000004
,
Figure 00000003
и др. обеспечиваются минимальным числом сопел в головке фурмы nc, то уменьшается материалоемкость (по меди) фурмы, улучшается охлаждение головки, увеличивается стойкость и снижается ее себестоимость.The device operates as follows (see figure 1). Cooling water is supplied through the inlet path 3 to the lance head 5, circulates in it, passing the nozzle space, and is discharged from the lance along the path 4. Oxygen is supplied through the path 2 to the multi-nozzle head 5. Passing through the confusers 7 of the nozzles 6, it accelerates to a critical speed near the minimum nozzle cross section 8, and passing further through the diffusers 9 (with an opening angle γ in the declared range) - to a supersonic speed determined by the Mach number of the nozzle M a and providing the corresponding pressure in front of the nozzles p 0 , and expires from opel in the form of supersonic jets 13 having a substantially increased effective (isobaric) diameter d eff 14. The process of expiration of the blast jets is characterized by a stable position of the jet root, the absence of separated flows in the outlet section of the nozzles and low losses of the potential pressure energy of the blast stream in the nozzles, which ensures stabilization and increased efficiency of purging the steelmaking bath, high resistance of nozzles to erosion wear and tuyeres in general. Since at the same time the set values of the main operating parameters of the purge
Figure 00000004
,
Figure 00000003
and others are provided with a minimum number of nozzles in the tuyere head n c , then the material consumption (in copper) of the tuyere decreases, the cooling of the head improves, the resistance increases and its cost decreases.

При выполнении в соплах 6 фурмы (см. фиг.2) цилиндрических каналов 11 с длиной, находящейся в заявленном диапазоне, в потоке дутья при переходе из конфузора 7 в диффузор 9 в цилиндрических каналах 11 обеспечивается более равномерное распределение звуковой скорости по сечению на входе в диффузор, что дополнительно стабилизирует режим истечения струй из сопел и уменьшает потери давления дутья в соплах.When performing in the nozzles 6 of the tuyere (see FIG. 2) of cylindrical channels 11 with a length that is in the claimed range, in the blast stream during the transition from the confuser 7 to the diffuser 9 in the cylindrical channels 11 a more uniform distribution of sound velocity over the cross section at the entrance to a diffuser, which additionally stabilizes the flow of jets from the nozzles and reduces the pressure loss of the blast in the nozzles.

При выполнении в соплах 6 фурмы (см. фиг.3) диффузоров 9 с дополнительными цилиндрическими выходными участками 12 с длиной, находящейся в заявленном диапазоне, дополнительно повышается устойчивость истекающего потока к отрыву и уменьшается тепловой поток на внутреннюю поверхность сопла, что приводит к стабилизации процесса продувки и повышению стойкости фурмы.When the nozzles 6 of the tuyere (see FIG. 3) are executed with diffusers 9 with additional cylindrical outlet sections 12 with a length in the claimed range, the outflow resistance to separation is further increased and the heat flux to the inner surface of the nozzle decreases, which leads to stabilization of the process purge and increase lance resistance.

Использование фурмы для продувки расплава в кислородном конвертере указанной конструкции за счет оптимизации угла раскрытия диффузоров сопел и обеспечения истечения кислородных струй с увеличенными диаметром первой «бочки» (эффективного сечения) и радиальной составляющей скорости истечения позволит повысить эффективность продувки сталеплавильной ванны, увеличить стойкость, упростить изготовление и снизить материалоемкость головки фурмы и, как следствие, уменьшить себестоимость выплавляемой стали (за счет уменьшения удельных затрат металлошихты, шлакообразующих материалов, кислорода, ферросплавов и раскислителей, огнеупоров), улучшить ее качество и повысить производительность агрегатов (кислородных конвертеров).The use of a tuyere for blowing the melt in an oxygen converter of the indicated design by optimizing the opening angle of the nozzle diffusers and ensuring the outflow of oxygen jets with increased diameter of the first “barrel” (effective cross-section) and the radial component of the flow rate will increase the efficiency of purging the steelmaking bath, increase resistance, simplify manufacturing and reduce the material intensity of the lance head and, as a result, reduce the cost of steel smelted (by reducing specific costs atm metallic charge, the slag-forming materials, oxygen, reductants, and ferroalloys, refractory), to improve the quality and increase productivity aggregates (BOF).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Баптизманский В.И., Меджибожский М.Я., Охотский В.Б. Конвертерные процессы производства стали. Теория, технология, конструкции агрегатов. - Киев; Донецк: Вища шк., 1984. - 343 с.1. Baptismansky V.I., Medzhibozhsky M.Ya., Okhotsky V.B. Converter steelmaking processes. Theory, technology, assembly design. - Kiev; Donetsk: Vishka school., 1984. - 343 p.

2. Афанасьев С.Г. Краткий справочник конверторщика. - М.: Металлургия, 1967.2. Afanasyev S.G. Converter quick reference. - M.: Metallurgy, 1967.

3. Старев Р.В., Нагорских В.А. Производство стали в конвертерах, - К.: Технiка, 1987. - 167 с.3. Starev R.V., Nagorskih V.A. Steel production in converters, - K .: Technika, 1987. - 167 p.

4. Лухтура Ф.И. Одномерная теория сверхзвуковых нерасчетных струн газа. - Известия РАН. Механика жидкости и газа. - 1993, №1. - С.48-56.4. Luhtura F.I. One-dimensional theory of supersonic non-calculated gas strings. - Proceedings of the RAS. Mechanics of fluid and gas. - 1993, No. 1. - S. 48-56.

Claims (3)

1. Фурма для продувки расплава в кислородном конвертере, содержащая концентрически расположенные трубы, образующие тракты для подвода окислителя, подвода и отвода охладителя и многосопловую головку с коническими соплами Лаваля, имеющими конфузор, минимальное сечение и диффузор с прямолинейными образующими, отличающаяся тем, что угол раскрытия диффузоров сопел определен из соотношения
Ymin≤γ≤γmax',
где γmin=20°;
Figure 00000014

Figure 00000015

kэ - эмпирический коэффициент, равный 0,85÷0,95,
k - показатель адиабаты истекающего газа, равный для кислорода 1,4,
П0=P0·σ/P - перепад давлений на соплах,
P0 - полное давление торможения кислорода перед соплами, Па;
σ - коэффициент восстановления полного давления кислорода в сопле;
P - статическое давление в полости конвертера на уровне среза сопла, Па.
1. Lance for blowing the melt in an oxygen converter, containing concentrically arranged pipes forming ducts for supplying an oxidizing agent, supply and removal of a cooler and a multi-nozzle head with conical Laval nozzles having a confuser, a minimum cross section and a diffuser with straight generators, characterized in that the opening angle nozzle diffusers determined from the relation
Y min ≤γ≤γ max ',
where γ min = 20 °;
Figure 00000014

Figure 00000015

k e - empirical coefficient equal to 0.85 ÷ 0.95,
k is the exponent of the outflowing gas adiabat, equal to 1.4 for oxygen,
P 0 = P 0 · σ / P - pressure drop at the nozzles,
P 0 is the total oxygen braking pressure in front of the nozzles, Pa;
σ is the coefficient of restoration of the total oxygen pressure in the nozzle;
P is the static pressure in the cavity of the converter at the nozzle exit level, Pa.
2. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что между конфузором и диффузором в соплах Лаваля выполнены цилиндрические каналы, длина которых определена из соотношения
1ц/dmin=0,1-3,0,
где 1ц - длина цилиндрических каналов, м;
dmin - диаметр минимального сечения сопел Лаваля, м.
2. The lance according to claim 1, characterized in that between the confuser and the diffuser in the Laval nozzles are made cylindrical channels, the length of which is determined from the ratio
1 c / d min = 0.1-3.0,
where 1 C is the length of the cylindrical channels, m;
d min - the diameter of the minimum section of the Laval nozzles, m
3. Фурма по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что диффузоры сопел имеют дополнительные цилиндрические выходные участки, длина которых определена из соотношения
1в/dmin=0,05-0,2,
где 1в - длина дополнительных цилиндрических выходных участков диффузоров сопел, м.
3. A lance according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the nozzle diffusers have additional cylindrical output sections, the length of which is determined from the ratio
1 in / d min = 0.05-0.2,
where 1 in - the length of the additional cylindrical outlet sections of the nozzle diffusers, m
RU2006108268/02A 2006-03-17 2006-03-17 Tuyere for blowing off of alloy in oxygen-blown vessel RU2371484C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006108268/02A RU2371484C2 (en) 2006-03-17 2006-03-17 Tuyere for blowing off of alloy in oxygen-blown vessel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006108268/02A RU2371484C2 (en) 2006-03-17 2006-03-17 Tuyere for blowing off of alloy in oxygen-blown vessel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006108268A RU2006108268A (en) 2007-09-27
RU2371484C2 true RU2371484C2 (en) 2009-10-27

Family

ID=38953708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006108268/02A RU2371484C2 (en) 2006-03-17 2006-03-17 Tuyere for blowing off of alloy in oxygen-blown vessel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2371484C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СТАРОВ Р.В. и др. Производство стали в конвертерах. - К.: Техника, 1987, с.167. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006108268A (en) 2007-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130119168A1 (en) Ultrasonic nozzle for use in metallurgical installations and method for dimensioning a ultrasonic nozzle
EP3514248B1 (en) Bottom stirring tuyere and method for operating a basic oxygen furnace
JP4273688B2 (en) Converter blowing method
EP1749109B1 (en) Refining molten metal
JP2007077489A (en) Top-blown lance and method for operating converter using this lance
RU2371484C2 (en) Tuyere for blowing off of alloy in oxygen-blown vessel
EP0974675B1 (en) Pressure converter steel making method
RU2414512C2 (en) Improved tuyere for ld process of steel production
JP2002226907A (en) Lance for refining molten metal and refining method
JP2001220617A (en) Gas blowing lance
JP2011202236A (en) Top-blowing lance for converter, and method for operating converter
JP4980175B2 (en) Lance for molten iron refining and molten iron refining method
JP7036147B2 (en) Top-blown lance and refining method of molten iron using it
UA78153C2 (en) Lance for melt blowing in the steelmelting unit
JP2010047830A (en) Method for operating converter
JP5412756B2 (en) Converter operation method
JP7410393B2 (en) Hot metal pretreatment method and hot metal pretreatment lance
KR102559151B1 (en) How to dephosphorize molten iron
JP2012082491A (en) Converter refining method
RU2630730C9 (en) Tip of gas-oxygen lance for blowing melt by oxidizing gas in oxygen converter
JP4244546B2 (en) Top blowing lance for converter smelting
JP5573721B2 (en) Method for suppressing refractory melt damage in vacuum degassing equipment
SU1068490A1 (en) Tuyere for blasting melt with gas flow
JP4862860B2 (en) Converter blowing method
JP2003138312A (en) Method for refining molten metal and top-blowing lance for refining molten metal

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120318