SU1245600A1 - Фурма дл донной продувки металлического расплава - Google Patents

Description

i

Изобретение относитс  к черной металлургии, в частности к сталеплавильному производству.

Целью изобретени   вл етс  повы- , шение стойкости футеровки околофурменной зоны за счет ликвидации обратных гидравлических ударов.

На фиг.1 изображена фурма, общий вид в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на .фиг. 3-7 - различ-. ные формы продувочного устройства.

Фурма состоит из внутренней трубы 1 и обхватьшающей ее наружной трубы 2, образующие внутреннюю полость 3, выполненную с соотношением ширины к высоте поперечного сечени  (3-20):1 и снабженную патрубком 4 подвода кислорода, и наружную полость 5 с патрубком 6 подвода защитного газа. ( Противоположное расположенные стороны наружной трубы сплю- .щены по большей оси и по.вь1соте фурмы , образу  щелевидные сопла 7 с высотой щели С, меньшей максимальной высоты а среднего участка наружной трубы в 3-10 раз , и сопр женные с Ним обратными по знаку радиусами г и г . Радиусы могут быть различными по .величине, но необходимо, чтобы ширина d участков сопр жени  составл ла высоты С сплющенньк щеле- видных участков 7, ширина :в;которых составл ет 3-10 высоты сплющенных участков.

Фурма работает следующим образом.

1Сислород8 поступа  через патрубок 4 подвода кислорода и проход  по ще- левидной полости 3, образует центральную гидродинамически неустойчивую струю окислительного газа. Защитный газ, поступа  через патрубок 6 и прохода .по нарулшой полости 5, образует периферийную кольцевую струю. Одновременно газ поступает в сплющенные щелевидные сопла 7. При истечении защитного газа из этих сопел по противоположно расположенным сторонам основной газовой струи, распростран ющейс  в металлическом раси.ггаве, образ.уютс  тонкие струйки, выт нутые в направлении большей оси сечени  наружной трубы 2. Взаимодейству  .с основным течением, эти тонкие струйки защитного газа разграничивают вихревые структуры по обе стороны течен.и  и преп тствуют их соединению и совместному развитию .рдоль оси струи. При этом подавл ет10

15

20

25

1245600 2

с  неустойчивость течени  к изгиб- ным колебани м, .ликвидируетс  причина возникновени  обратных гидродинамических ударов и локального раз- 5 рушени  футеровки околофурменной зоны j вызванного этими ударами. Течение становитс  безударным, износ футеровки днища - равномерным, а его скорость остаетс  в пределах обычной скорости разгара футеровки цилиндрической части конвертера.

В основе процессов взаимодействи  газовых струй с металлическим расплавом при донной продувке лежит механизм гидродинамической неустойчи- вости. Развитие газовой струи в расплавах характеризуетс  более или менее периодическим нарушением сплошности , обусловленным полным или час- тичньп пережатием струи на -некотором рассто нии вниз по потоку от среза сопла с образованием, ростом и всплыванием газовых каверн. На всех режимах истечени  обнару сиваютс  з.начительные продольные и поперечные пульсации.

Под действием случайных возмущений вследствие неустойчивости тече .ни  к изгибным колебани м на границе потока возникают турбулентные крупномасштабные вихри, которые вовлекают в вихревое дв1-1жение окружаюш;ий расплав, прорываютс  в газо шдкост- ную струю поочередно то с одной, то с другой стороны и впрыскивают расплав 3 Струю.

При истечении газа из осесиммет- ричньк фурм вследствие неустойчивости течени , усиливающейс  в результате динамического воздействи  газожзедкостных вихрей, в струе возни-: кают осесимметричные колебани . Из- гибна  деформаци  струи и впрыск в нее системой вихрей значительных ко- л:игчеств окружающего расплава ( в энергетически слабом течении, в конце пер еходного или начале основ- - ного участка струи) представл ют собой местное сопротивление. Происходит пережим газового канала струи, уме.ньшающий проходное сечение потока и вызывающий снижение расхода газа через него. Двухфазна  стру ,

. частично :илй полностью отража сь от возникшей таким образом - прегра.цы,

55 создает обратное циркул ционное течение , привод щее к по влению быстро растущей газожидкостной каверны - циркулирующей оболочки осевого пото30

35

АО

45

50

ка. Продолжающеес  поступление газа из сопла к увеличению объема каверны , .границы которой расшир ютс  во всех направлени х, даже вниз по потоку. Особенно быстрое расширение каверны вниз наблюдаетс , когда под воздействием вихревых структур зародивша с  изгибна  деформаци  потока приводит к полному пережиму или даже разрыву струи. В этом случае интенсивное движение каверны вниз приводит к удару и растеканию газожидкостной смеси по присопловой области дна. Так возникает обратный гидродинамический удар, в результате которого и регистрируетс  мощный импульс давлени  в районе сопла . Некоторое врем  после удара каверна находитс  непосредственно у прифурменной области и стру  развиваетс  в ней. При. этом, даже в этом случае стру   вл етс  двухфазной, а не чисто газовой и ведет себ  в газовой полости крайне неустойчиво, соверша  низкочастотные поперечные колебани  случайного характера. Больша  амплитуда колебаний струи может вызвать за счет циркул ции н самоэжекции потока эффект его при- липани  к стенке каверны (эффект Коанда). При этом газожидкостна  стру , двига сь вдоль ее внутренней поверхности, разворачиваетс  и, в ,случае натекани  каверны на фурму, может вызвать дополнительный удар отраженной струи в околофурменную область днища. Продолжа  увеличивать свой объем, каверна начинает всплывать. Наступает период поко , после чего описанный цикл повтор етс .

В диапазоне исследованных давлений , перекрывающем диапазон давлений используемый в металлургической практике, всегда струйное истечение сопровождаетс  образованием обратных гидродинамических ударов, что приводит к характерному локальному разрушению прифурменной футеровки. При таких ударах кладка подвергаетс  ударному воздействию со стороны натекающей каверны и вовлеченного в движение расплава металла, мощному тепловому воздействию (тепловой удар) со стороны содержимого реакционной зоны, разогретого до при нахождении каверны на прифурменной области, динамическому и химическому воздействию отраженной высо .коскоростной струи с капл ми гор чего металла.

Таким образом, при донной и боковой продувках металлического рас- плава основной причиной разрушени  футеровки прифурменной области  вл ютс  обратные гидродинамические удары.

Исследовани  скорости износа футеровки околофурменной зоны на холодной и гор чей модел х конвертера с диаметром цилиндрической части 0,54 м. Испытывают фурмы различной г еометрической формы. Всего про-

вод т 17 опытных плавок.

Результаты проведенных исследований сведены в табл.1.

Как видно из табл.1, продувка металлического расплава через фурмы

различной конфигурации, кроме предлагаемой , всегда сопровождаетс  образованием обратных гидродинамических ударов. Форма продувочного устройства несколько измен ет частоту

этих ударов и величину импульсов давлени , фиксируемого в околофурменной области днища. Как следствие, футеровка в районе установки продувочного устройства подвергаетс 

локальному разрушению, причем скорость ее износа довольно велика и составл ет в среднем 30-120 мм/ч.

Предлагаемое увеличение соотношени  ширины к высоте поперечного сечени  внутренней трубы уч:е существенно снижает число и силу об- ратных гидродинамических ударов, а также скорость разгара футеровки. Полное устранение причин образова- . ни  каверн и обратных ударов, установление безударного режима истечени  газа в расплав, реализуемого при использовании форм предлагаемой конструкции (опыт 5, табл.1) в соот- ветствующем диапазоне геометрических режимных параметров, ликвидирует лоальное разрушение околофурменной обасти . При оптимальных значени х этих араметров скорость износа футеровки днища снижаетс  до 3-10 мм/ч и она становитс  равномерной по площади и равной скорости разгара футеровки цилиндрической части конвертера.

Результаты исследований вли ни  геометрических параметров фурм предлагаемой конструкции на скорость износа футеровки приведены в табл.2.

Как видно из табл.2,изменени  соотношений геометрических размеров сущестсвенно измен ют характер взаимодействи  газовой струи с металлическим расплавом и, как следствие, скорость износа футеровки.

При соотношении высоты сплющенных крайних щелевиДных участков к максимальной высоте среднего участка труменьше 2 в диапазоне изменебы - с

ни  располагаемого перепада давлений

По

+ о

атм г..-Ч Н где РО давление торможени  газа; Н - высота сло  металла в ванне ,

перекрывающем диапазон используемых .в металлургии давлений газа, не приводит к реализации безударного режима истечени  газовых струй в расплаве . Как следствие, скорость износа футеровки остаетс  большой, приближенно равной 39 мм/ч. Уменьшение значений с приводит к тому,, что уже

при

а 7 с

и достижении располагаемого перепада давлений ,1 уста- ,навливаетс  режим безударного истечени  и скорость износа прифурменной футеровки резко снижаетс  и становитс  равной 3 мм/ч. Увеличение значений П,

лд до ID не нарушает безударного течени  газа. Дальнейшее уменьшение значений с до

- 12 приводит к возрастанию значений Пд,при которых происходит переход к безударному течению. Кроме Toroj при высоте крайних щелевидных участков менее 1 мм возрастает ве- (р тность их заметалливани , что приводит к случайному образованию обратного удара и, как следствие, Насколько увеличиваетс  скорость износа футеровки прифурменной зоны.

Изменение соотношений ширины и высоты в сплющенных крайних щелевидных участках существенно измен ет характер взаимодействи  газовой струи с расплавом и скорость износа околофурменной области днища. Режим течени  газа в расплаве с образованием каверн и обратными гидродина- мичаскими ударами b кладку при зна- в

чени х

с

с ростом этого соотноше ,

1 а 56006

ни  перестраиваетс  в режим безударного о ечени  и скорость износа футеровки прифурменной зоны уменьшаетс  с АО до 3 соответственно

га

при значени х , равных 1,0 и 6,5. Дальнейшее увеличение этого параметра , не.измен   характера взаимодействи  газовой струи с жидким расплавом,приводит к возрастанию расхода :за цитного газа свьше необходимых норм, что приводит к ухудшению технико-экономических показателей плавки в кислородном конвертере.

Важное значение имеет также соотношение ширины сопр женного участка к высоте крайних сплющенных щеd „

левидных участков - . Кроме того,

с

сопр жение среднего участка наружной трубы с крайними щелевидными участками должно выполн тьс  обратными по знаку радиусами. При малых значеd

ки х величины - скорость износа око- с

лофурменной области днища остаетс  небольшой, в пределах 3-8 мм/ч.

Увеличение

значении соотношени  с

приводит к уменьшению устойчивости течени  газа в металлическом расплаве . Boз ryIдeни  в газометаллическом факеле начинают увеличиватьс  и уже не подавл ютс  крайними струйками газа из щелевых участков. Возраста4 приводит к ус„ d

ние значении - до с

тановлению нестационарного течени  газа в жидком расплаве с обратными гидродинамическими ударами в околофурменную область днища и скорость износа футеровки возрастает до 27 мм/ч и более.

Переход к струйному безударному течению газа при соблюдении указан- нът соотношений меиоду параметрами а, Ь, с, d осуществл етс  в диапазоне изменени  соотношений ширины к вы;:оте поперечного сечени  j внутренней трубы 3-20, При значени х, величины -i 3 гидродинамическа  неустойчивость газовой струи в расплаве не подавл етс  периферийными струйками газа и течение сопровождаетс  обрат- т1ми ударами, разрушающими футеров- .ку. Большое значение этого параметра ПРИВОДИТ к установлению безудар7 .

ного истечени  газа, и, как следствие , разгар футеровки резко снижаетс  до 3-10 мм/ч. Однако увеличение

величины при существующей интенсивности продувки приводит к резкому уменьшению высоты сочетани  внутренней трубы. Еще меньшими станов тс  размеры крайних щелевидных участков. Такие малые размеры щелей вызывают заметалливание, существенно снижающее расход газа. Стабилизирующий эффект периферийных струек пропадает, в результате чего вновь возникают обратные удары и локальный разгар футеровки становитс  более 33 мм/ч.

Форма кислородной трубы не оказывает существенного вли ни  на реали- зацию безударного течени  газа в металлическом расплаве. Приведенные исследовани  показывают, что трубы дл  ввода газа-реагента могут быть вьтолнены щелевидной и крестообразной

6,0-1,5 1,0-4,0 40-120

i3 5,0-1,0 0,7-3,0

7 2,0-0,5 0,4-1,0 20-50 8,0-2,9 0,6-4,0 30-120

43 3,0-0,5 0,5-2,0 7 1,5-0,5 0,3-0,9

45600 8

формы в виде пр моугольников, зллип- сов, ромбов, сегментов, секторои и т.д. Существенное значение имеют только лишь соотношени  параметровi а b d f

Выбор этих величин в

5 а 2 и i с с с е указанном диапазоне позвол ет организовать периферийные струйки газа из сплющенных участков по противоfO положным сторонам течени , подавл ющие гидродинамическук} неустойчивость газового потока в металлическом расплаве , реализовать безударньш режим истечени  и исключить локальное раз15 рушение футеровки околофурменной области .

Применение фурм предлагаемой конструкции приводит к увеличению срока службы конвертера более чем в дна

20 раза. Экономический эффект достигаетс  за счет снижени  расхода огнеупоров , уменьшени  простоев дл  смены днища конвертера и увеличени  его производительности.

Таблица 1

40-120

30-100

20-50 30-120

0-70 0-40 -10

Высока  нестацнонлрность течени  с раскач1шаи е1ч н выбросами

То же

Нестащюнарность течени  с редкими выбросами

Высока  нестационарность течени  с раскачиванием и выбросами

Ванна спокойна , с редкими выбросами

Аналог ламинарного течени , ванна спокойна  без выбросов, низкий пгум продувки

3,9

14

3

7

17

43

12

3

4

6.

8

5

3

13

27

56

9

3

1 1

33

f2

Фа2,2

/7/jit| J

ь.

7/ //ХИ///////У

1/1

-

Редактор Н.Гунько

Составитель А.Протасов

Техред Л.Олейник Корректор М.Демчик

Заказ 3961/17Тираж 552 . Подписное

ВНШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113Q35, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

Фиг. 7

Claims (1)

1. ФУРМА ДЛЯ ДОННОЙ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА, /содержащая внутреннюю трубу и обхватываю- щую ее наружную трубу, образующие щелевидные полости для подвода кислорода и защитного газа, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости футеровки околофурменной зоны за счет ликвидации обратных гидравлических ударов, внутренняя труба выполнена с соотношением ширины к высоте поперечного сечения (3-20):1, а наружная труба центральной частью коаксиально обхватывает внутреннюю трубу, при этом ее противоположно расположенные вдоль большей оси участки выполнены в виде сопряженных с центральной частью щелей с высотой, меньшей § максимальной ширины центральной части наружной трубы в 3-10 раз, и ζ, шириной, равной 3-10 высоты шели. f

   0t

   Out.t

   1245600 А