SU1439129A1

SU1439129A1 - Tuyere for blasting melt in converter

Info

Publication number: SU1439129A1
Application number: SU874257484A
Authority: SU
Inventors: Евгений Александрович Капустин; Андрей Викторович Сущенко; Руслан Дмитриевич Куземко; Михаил Александрович Поживанов; Владимир Васильевич Голод; Василий Сергеевич Харахулах
Original assignee: Ждановский металлургический институт; Ждановский Металлургический Комбинат "Азовсталь" Им.С.Орджоникидзе
Priority date: 1987-06-05
Filing date: 1987-06-05
Publication date: 1988-11-23

Abstract

Изобретение относитс к -черной металлургии, преимущественно к кислородно-конвертерному производству стали. Цель изобретени --снижение .расхода чугуна на плавку за счет повьшени эффективности дожигани окиси углерода. Фурма состоит из трех концентрично расположенных труб, образующих тракты подвода кислорода. подвода и отвода охлаждающей воды, и головки, котора имеет периферийные сопла Лавал дл подачи кислорода в виде сверхзвуковых струй на продувку дл рафинировани расплава и дополнительное центральное сопло дл подачи кислорода в виде вихревой струи на дожигание окиси углерода. Центральное сопло снабжено завихри- телем потока и имеет выходную коническую часть, угол раскрыти которой определен из выражени Л 2ы. - У + + 2arcsin a-0,5(dj; +d(..u,}/К ( xcos( fti - /2)1 где oi - угол наклона периферийных сопл к вертикальной оси фурмы, град; - угол раскрьЬи пери- g ферийных сопл, град; а - рассто ние между центрами выходных сечений центрального и периферийных сопл, м; dg - выходные диаметры центрального и периферийных сопл, м; К (Ю- 30) е.ц эмпирический коэффициент, м. Использование изобретени позвол ет в расчете на 1 т стали снизить расход чугуна на 4,8 кг, а расход лома увеличить на 5,3 кг. 2 ип., 1 табл. СОThe invention relates to black metallurgy, primarily to oxygen-converter steel production. The purpose of the invention is to reduce the iron consumption for smelting due to the increased efficiency of after-burning of carbon monoxide. The lance consists of three concentrically arranged tubes forming the oxygen supply paths. supplying and discharging cooling water; and a head that has peripheral Laval nozzles for supplying oxygen in the form of supersonic jets to the purge for refining the melt and an additional central nozzle for supplying oxygen in the form of a vortex jet for the afterburning of carbon monoxide. The central nozzle is provided with a flow swirler and has an outlet conical part, the opening angle of which is determined from the expression A2. - Y + + 2arcsin a-0.5 (dj; + d (.. u,} / K (xcos (fti - / 2) 1 where oi is the angle of inclination of the peripheral nozzles to the vertical axis of the tuyere, hail; is the angle of the peri - g of the serial nozzles, degrees; a - the distance between the centers of the output sections of the central and peripheral nozzles, m; dg - the output diameters of the central and peripheral nozzles, m; K (10-30) е.ts empirical coefficient, m. Using the invention allows per 1 t, steel consumption reduced by 4.8 kg, and scrap consumption increased by 5.3 kg. 2 units, 1 CO table

Description

Изобретение относитс к черной металлургии, преимущественно к кислородно-конвертерному пр оизводству ста ли..The invention relates to ferrous metallurgy, mainly to the oxygen converter production of steel.

Целью изобретени вл етс снижение расхода чугуна на плавку за счет поньшени эффективности долсигани окиси углерода.The aim of the invention is to reduce the consumption of pig iron for smelting due to the increased efficiency of carbon lithium oxide.

На фиг а 1 дана фурма; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.In FIG. 1, a lance is given; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one.

Фурма состоит из трех концентрич- но расположенных труб.1, образующих тракт 2 подвода кислорода, тракты 3 ; подвода и отвода охлаждающей воды, и головки, котора имеет периферийные сопла Лавал 4 дл подачи кислорода в виде сверхзвуковых струй на продувку и дополнительное центральное сопло 5 дл подачи кислорода в виде вихревой струи на дожигание газообразной окиси углерода. Централь но.е сопло 5 состоит из завихрител 6 с тангенциальными соплами дл подвода кислорода (в общем слууае кон- струкци завихрител может быть иной например может использоватьс зави- хритель С направл ющими лопатками), переходной цилиндрической части 7 (в общем случае она может отсутстзо- вать) и расшир ющейс конической части 8.The lance consists of three concentrically arranged pipes.1, forming path 2 for supplying oxygen, paths 3; supplying and discharging cooling water; and a head, which has peripheral Laval 4 nozzles for supplying oxygen in the form of supersonic jets to the purge and an additional central nozzle 5 for supplying oxygen in the form of a vortex jet to the afterburning of gaseous carbon monoxide. The central nozzle 5 consists of a swirler 6 with tangential nozzles for supplying oxygen (in the general case the structure of the swirler may be different, for example, depending on the cooler) with guide vanes), the transitional cylindrical part 7 (in the general case it may not be possible). - vat) and an expanding conical part 8.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Основной поток 9 кислорода посту- пает к периферийным соплам Лавал А, ускор етс в них и истекает в. виде сверхзвуковых струй 10 в низко- плотное окружающее пространство конвертера , раскрыва сь в нем под углом 10-14°. Эти жесткие дальнобойные струи используютс только дл рафинировани расплава. При взаимодействии их с расплавом образуетс реакционна зона, где интенсивно проте- кают реакции окислени углерода преимущественно до его окиси (СО), котора в струйном режиме барботажа вспльшает в жидкой ванне и вьщел ет- с из нее преимущественно в подфур- менной зоне. Дополнительный поток 11 кислорода ускор етс в тангенциальных соплах завихрител 6 и поступает в цилиндрическую 7, а затем в коническую 8 части центрального соп- ла фурмы. Получив достаточно высокий момент количества движени , он в виде спиралеобразного вихр 12 истекает КЗ сопла со свободным осевым выхоцсТм в полость конвертера, раскрыва сь в ней под углом, завис щим от угла раскрыти конической части центрального сопла фурмы. При давлении кислорода перед соплами, равном 1-2 МПа, на выходе из сопла 5 зарождаетс сильно закрученна пола стру в центральной части которой образуетс зона 13 отрицательного давлени , и по этой причине формируетс область 14 обратных течений окиси углерода. В эту , приосевую. область 14 вихревого потока интенсивно засасываетс окись углерода и эффективно дожигаетс во вращающемс спиралеобразном вихре 12. Внещнее поле вихревого потока также обладает по- вьшенной эжекционной способностью, что обуславливает интенсивное перемешивание окислител с выдел ющимс из реакционной зоны конвертернымThe main stream 9 of oxygen enters the peripheral nozzles of Laval A, accelerates in them and expires in. as supersonic jets 10 into the low-density surrounding space of the converter, opening in it at an angle of 10-14 °. These rigid, long-range jets are used only to refine the melt. When they interact with the melt, a reaction zone is formed, where the oxidation of carbon proceeds intensively to its oxide (CO), which in the jetting mode of the bubbling splashes out of the liquid bath and is removed from it, mainly in the subfurm zone. The additional oxygen flow 11 is accelerated in the tangential nozzles by a swirler 6 and enters the cylindrical 7, and then into the conical 8 part of the central nozzle of the tuyere. Having received a sufficiently high moment of momentum, in the form of a spiral vortex 12, the short circuit of the nozzle with free axial output to the converter cavity expires, opening in it at an angle depending on the opening angle of the conical part of the central nozzle of the tuyere. When the oxygen pressure in front of the nozzles is 1-2 MPa, a highly twisted floor jet is generated at the exit of the nozzle 5 in the central part of which a zone 13 of negative pressure forms, and for this reason the region 14 of reverse carbon monoxide is formed. In this, axial. The vortex flow area 14 is intensively sucked in carbon monoxide and effectively burned in a rotating spiral vortex 12. The external field of the vortex flow also has an increased ejection capacity, which causes intensive mixing of the oxidant with the converter emitted from the reaction zone

газом и его дожигание непосредственно вблизи расплава. Вихрева стру спиралеобразного вихр 12, истекающа из центрального сопла 5, с углом раскрыти конической части |3 . имеет максимально возможную (дл определенного соотношени конструктивных размеров фурмы) поверхность мас- сообмена с потоками восход щей окиси углерода, облада при этом достаточной устойчивостью, что способствует эффективному дожиганию СО отход щих газов кислородом центральной струи.gas and its afterburning directly near the melt. Vortex jet spiral spiral vortex 12, flowing from the central nozzle 5, with the angle of the conical part | 3. It has the maximum possible (for a certain ratio of the structural dimensions of the tuyere) mass exchange surface with ascending carbon monoxide streams, while being sufficiently stable, which contributes to the effective afterburning of CO from the flue gases with oxygen from the central jet.

Дп определени оптимального угла раскрыти конической части 8 централного сопла 5 фурмы и получени достоверной картины взаимодействи центральной и периферийных струй провод серию экспериментов с использованием стробоскопа и теневой фотосъемки. Экпериментальные данные вместе с несложными геометрическими построени ми (рассматривают треугольник, .одной стороной которого вл етс отрезок, соедин ющий центры выходных сечений центра/1ьного и периферийных сопл, а другой стороной - отрезок проекции границы центральной струи от среза сопла до начала интенсивного взаимодействи , с периферийными стру ми) позвол ют получить полуэмпирическую формулу дл определени оптимального угла раскрыти конусной части центрального сопла фурмы. Эксперименты провод т на модел х кислородных фурм 350, и 160-тонных конвертеров, вьшол- ненных в масштабах 1:5 и 1:2. В Dp determining the optimum angle of opening of the conical part 8 of the central nozzle 5 of the tuyere and obtaining a reliable picture of the interaction between the central and peripheral jets and a series of experiments using a stroboscope and shadow photography. Experimental data together with simple geometric constructions (consider a triangle, one side of which is a segment connecting the centers of the output sections of the center / 1 ny and peripheral nozzles, and the other side is a segment of the projection of the boundary of the central jet from the nozzle section to the beginning of intensive interaction with peripheral jets provide a semi-empirical formula for determining the optimum opening angle of the conical part of the central nozzle of the tuyere. The experiments were carried out on models of oxygen tuyeres 350, and 160-ton converters, made on a scale of 1: 5 and 1: 2. AT

честве продувочного газа используют компрессорный воздух. Дл каждой модели центральное сопло изготавливают разборным с набором конических частей, вьтолненных с различными углами раскрыти от О (цилиндрическое сопло) до 75°.Мен конические части центральных сопл, добиваютс оптимальной (с точки зрени дожигани СО в конвертере) структуры зоны дожигани . Зна конструктивные размеры моделей фурм и найденные экспериментально углы раскрыти центральных сопл, определ ют оптимальные коэф- фициенты К,. Как показали результаты проведенных исследований, область оптимальных значений коэффициентов К, лежит в пределах 10-30 диаметров При dc ц происходит уменьшение поверхности взаимодействи СО с окислителем , увеличиваетс дальнобойность центральной струи. Это приводит к уменьшению эффективности дожигани окиси углерода. При d ц по вл етс опасность эжекции COj из области дожигани в периферийные струи разрушаетс зона устойчивого дожигани в вихревом потоке, что также резк снижает эффективность дожигани СО. Compressor air is used as the purge gas. For each model, the central nozzle is made collapsible with a set of conical parts, made with different opening angles from 0 (cylindrical nozzle) to 75 °. The conical parts of the central nozzles achieve optimal (from the point of CO afterburning in the converter) the structure of the afterburning zone. Knowing the design dimensions of the models of tuyeres and the experimentally determined angles of opening of the central nozzles, determine the optimal coefficients K ,. As shown by the results of the research, the range of optimal values of the coefficients K lies in the range of 10-30 diameters. At dc c there is a decrease in the surface of the interaction of CO with the oxidizer, and the long-range central jet increases. This leads to a decrease in the efficiency of post-combustion of carbon monoxide. At d C there is a danger of ejection of COj from the afterburning area to the peripheral jets, a zone of stable afterburning in the vortex flow is destroyed, which also sharply reduces the efficiency of the afterburning of CO.

Применительно к п тисопловой фурме 350-тонного конвертера (рассто ние между центрами выходных сечений центрального и периферийных сопл а 119 мм; выходной диаметр перифе- рийных сопл df 60 мм, угол наклона периферийных сопл к вертикальной оси фурмы oi. 18 , угол раскрыти периферийных сопл Лавад V 12 при условии, что диаметр выходной части центрального сопла фурмы d 60мм) диапазон оптимальных углов раскрыти конической части центрального сопла фурмы составл ет ( 28-35 . В головку опытной фурмы устанавливают цент- ральное сопло с углом раскрыти fi 29° .Applied to a five-thread lance of a 350-ton converter (the distance between the centers of the output sections of the central and peripheral nozzles is 119 mm; the output diameter of the peripheral nozzles is df 60 mm, the angle of inclination of the peripheral nozzles to the vertical axis of the tuyere is oi. 18, the opening angle of the peripheral nozzles Lavad V 12 with the proviso that the diameter of the output part of the central nozzle of the tuyere d 60 mm) the range of optimal angles of the conical part of the central nozzle of the tuyere is (28-35.) Set the central nozzle with the opening angle fi 2 into the head of the experimental tuyere. 9 °.

29 29

Испытание на 350-тонном конвертер показьшает, что применение опытной фурмы позвол ет за счет увеличени степени дожигани окиси углерода в отход щих конвертерных газах снизить долю чугуна в шихте конвертерной плавки и увеличить долю металлического лома. В расчете на I т стали расход чугуйа снижаетс на 4,8 кг/т, а расход лома увеличиваетс на 5,3 Кг/тA test on a 350-ton converter shows that the use of an experimental tuyere allows, by increasing the degree of afterburning of carbon monoxide in the off-gas converter gases, to reduce the proportion of pig iron in the mixture of converter melting and increase the proportion of scrap metal. In terms of I t of steel, the consumption of pig iron is reduced by 4.8 kg / t, and the consumption of scrap increases by 5.3 kg / t

Вли ние величины угла раскрыти центрального сопла и коэффициента структуру зоны дожигани показано в таблице.The effect of the magnitude of the opening angle of the central nozzle and the coefficient of the structure of the afterburning zone is shown in the table.

Claims

Invention Formula

A lance for purging the melt in the converter, containing a head with central and peripheral nozzles, is due to the fact that, in order to reduce the consumption of pig iron for smelting due to the efficiency of afterburning of carbon monoxide, the central nozzle is equipped with a flow swirler and is provided with an outlet conical part, the opening angle of which is

fi 2ot- Y + 2 arcs in x

p - 0.5Uc-dc.J (./2),

where ci is the peripheral tilt angle

nozzles to the vertical axis of the tuyere, hail, - the angle of the peripheral

nozzles, hail, - a - distance between centers

output sections of the central and peripheral nozzles, m;

dc,

d - output diameters of the peripheral and central nozzles, respectively, Mf K, (10-30) djm - empirical coefficient, m.

А К, 4, calibers cent. Structure of the afterburning zone

hail. air nozzle

The lance is 350 tons of converter (a 119, mm} d 60 mm; d 60 mm; 0 Jf 12 °).

45 5.3 Observed zone destruction

afterburning, ejection of a significant fraction of the central stream by peripheral jets

40 7, Gas ejection from the zone is noticeable

afterburning to peripheral jets

37 8.5 Resistant afterburning zone with a developed surface mass transfer

35 10

30 30

2740 Starts 3aMet4oe reduction

ejecting ability of the central jet and mass transfer surface

25 100 Increased long range

central jet.

The lance of 160 tons of converter (a 52 mm, d.- 35 mm; ac, c 25 mm; tL J 12)

32 .7Clear gas ejection from zone

afterburning into peripheral streams, the afterburning zone is unstable

30 8.3. The same

2810 A stable afterburning zone with a developed mass transfer surface 25 14,

2. The same

24 - 16, 25

21 33A marked decrease in ejecting

central jet and mass transfer surface abilities

Water

Oxygen

Water

1