SU1643617A1 - Фурма дл подачи кислорода в конвертер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к черной металлургии, преимущественно к кислородно-конвертерному производству стали. Цель изобретени  - снижение расхода чугуна на плавку за счет по- вышени  эффективности дожигани  окиси углерода и улучшение шлакообразовани . Фурма состоит из четырех кон- центрично расположенных труб 1, которые образуют основной тракт 2 подвода кислорода, тракты 3 охладител  и дополнительный индивидуально регу-

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии и может быть использовано в кислородно-конвертерном производстве стали.

Целью изобретени   вл етс  сниже- ние расхода чугуна на плавку за счет повышени  эффективности дожигани  окиси углерода, а также улучшение шлакообразовани .

Выполнение центрального сопла с входной цилиндрической частью, выходной конической частью и участком сопла между ними с многозаходной винто-вой нарезкой на внутренней поверхности сопла с приведенными пара1 метрами позвол ет подать поток вторичного кислорода из фурмы в виде центральной м гко-жесткой струи с развитым вихревым слоем смешени  в полость конвертера. При этом в слое смешени  центральной струи образуетс  устойчива  область горени  СО, расположенна  в подфурменной зоне на достаточном удалении от торца головки , чтобы избежать перегрева последней . Область дожигани  располагаетс  вблизи расплава, что повышает эффективность усвоени  последним полученного за счет дожигани  тепла. Ядро центральной струи при этом обладает достаточной жесткостью, чтобы проникнуть в шлакометаллическую эмульсию , эффективно перемешивать ее, способству  улучшению шлакообразовани . При высоком положении фурмы над уров нем ванны дожигание СО центральной струей происходит в газовой фазе вблизи расплава, при низком положе-

 

30

25 т

а 50 о . в- 55

35

40

45

нии фурмы дожигание СО центральной струей происходит в шлакометалличес- кой эмульсии.

Использование вместе с периферийными дальнобойными стру ми центральной вихревой м гко-жесткой кислород- ной струи с развитым слоем смешени  позвол ет эффективно дожигать СО в устойчивой вихревой зоне, расположенной на достаточном с точки зрени  стойкости фурмы, удалении от ее головки фурмы и вблизи расплава. Благодар  этому, выдел ема  при дожигании СО теплота в меньшей степени негативно воздействует на фурму и футеровку и более эффективно усваиваетс  расплавом. Этому также способствует интенсивное перемешивание шлакометал- лической эмульсии централь струей в подфурменной зоне. Улучшаютс  процессы усвоени  извести и шлакообразовани . При использовании предлагаемой конструкции фурмы облегчаютс  процессы управлени  стру ми (по сравнению с известным устройством), так как с увеличением давлени  кислорода перед центральным соплом предлагаемой конструкции жесткость центральной струи увеличиваетс 

На чертеже представлена предлагаема  фурма.

Фурма состоит из четырех кон- центрично расположенных труб 1, которые образуют основной тракт 2 подвода кислорода, тракты 3 подвода и от.вода охлаждающей воды, а также дополнительный тракт 4 подачи кислоро-

3164

да с индивидуальным регулированием

расхода.

В общем случае фурма может и не иметь центральной кислородной трубы, т.е. не иметь дополнительного кис- дородного тракта 4. Фурма заканчиваетс  головкой 5, имеющей периферийные сопла Лавал  6 дл  ввода в полость конвертера сверхзвуковых кисло- родных струй 7, используемых дл  продувки расплава, и дополнительное центральное сопло 8, которое состоит из цилиндрической 9 и выходной 10 конической частей и расположенной

между ними многозаходной винтовой нарезки 11. При этом отношение площади проходного сечени  FJ, цилиндрической части 9 центрального сопла 8 к площади проходного сечени  F,. соп- ла на участке с нарезкой 11 составл ет 2-10, длина 1 конической части 10 сопла 8 составл ет 0,6-2,0 диаметра dK H начального сечени  конической части, а угол раскрыти  конической

части 0С равен 10-25°.

Фурма работает следующим образом.

Основной поток 12 кислорода поступает к расшир ющимс  соплам 6, ускор етс  в них до сверхзвуковой скорое- ти и используетс  дл  рафинировани  расплава. Дополнительный поток 13 кислорода поступает к центральному соплу 8, где часть кислорода 14 проходит через свободное от нарезки проходное сечение (в виде цилиндрического отверсти ) сопла 8, а друга  часть кислорода 15 внедр етс  в многозаход- ную винтовую нарезку И, закручива сь в ней .и в виде вихревого потока. Эти два потока после выхода из участка сопла с нарезкой, расшир  сь далее и взаимодейству  между собой в выходной конической части 10 центрального сопла , образуют на выходе и з нее м гко- жесткую сильно закрученную струю 16 с развитым вихревым слоем 17 смешени  куда эжектируетс  и где эффективно дожигаетс  окись углброда, выдел юща с  в подфурменной зоне при взаимО действии периферийных кислородных струй с расплавом. При этом зона до жигани  несколько удалена От торца го ловки фурмы и приближена к расплаву, что способствует повышению стойкости фурмы, усилению перемешивани  шлако- металлической эмульсии в подфурменной зоне и, как следствие, улучшению про цессов шлакообразовани  и усвоению

76

расплавом полученной за счет дожита

ни  СО теплоты.

Дл  определени  оптимальных конструктивных параметров фурмы и изу- чени  механизма взаимодействи  потоков кислорода в центральном сопле фурмы, а также с периферийными стру ми , на газодинамическом стенде проведена сери  экспериментов с использованием стробоскопа и теневой фотосъемки Эксперименты проводили на натурных центральных соплах, рассчитанных дл  фурм 200 и 350-тонных конвертеров, имеющих по п ть (обычно используемый на практике вариант количества сопел) периферийных сопел с критическими диаметрами, соответст венно, равными 37,2 и 42 мм, а также на модел х указанных фурм, выполненных в масштабе 1:5. В качестве продувочного газа используют компрессорный воздух с давлением до 2,0 МПа.

В табл.1 приведены результаты исследовани  вли ни  отношени  Рц/ Рц на коэффициент восстановлени  полного давлени  в сопле (коэффициент, характеризующий потери потенциальной энергии давлени  в сопле) (з и наличие отрыва потока (наличие локальных зон с пониженным давлением) в цент- ральном сопле при 1 j. к и 18°.

Как видно из табл.1, при отношении площади проходного сечени  цилиндрической , части сопла Р„ к площади проходного сечени  сопла на участке с нарезкой FJ, , равном 2-10, обеспечиваетс  оптимальна , с точки зрени  эффективного дожигани  и шлакообразовани , структура центральной струи, необходима  стойкость центрального сопла и минимальные потери потенциальной энергии давлени  вторичного кислорода При FU/FH 2 ци линдрическа  часть центрального сопла работает как ускоритель потока и при подходе к участку с нарезкой кислород имеет околозвуковую ско рость. (около 300 м/с). При этом возникают большие сопротивлени  входа потока в нарезку и течени  в ней, по вл етс  опасность нарушени  сплошности течени , неполного заполнени  потоком канала и отрыва потока от стенок выходной части сопла В результате ухудшаетс  стойкость сопла и поток вторичного кислорода не

ет оптимальной с точки зрени  дожи- гани  и шлакообразовани  структуры. При Fu/FH 10 не обеспечиваетс  плавный ввод кислорода в многоза-

ходкую винтовую нарезку, что вызывает дополнительные сопротивлени  на разворот потока и на удар при входе в нарезку Кроме того, диаметр входной цилиндрической части сопла увеличиваетс  настолько, что заметно снижаетс  проходное сечение дл  подачи охлаждающей воды в голов ке фурмы, снижаетс  ее стойкость, необоснованно увеличиваютс  размеры тракта дл  подачи вторичного кислорода . При обычно примен емых на практике конструктивных размерах головок фурм выполнение центрального сопла с Рц/ГцУ 10 невозможно.технически из-за- ограниченности межсоплового рассто ни  в центральной части верхней тарелки головки фурмы

В табл.2 приведены результаты исследований вли ни  длины выходной конической части центрального сопла на структуру истекающих потоков кислорода при FU/FH 3-5, р6 12-18

При длине конической части 1« центрального сопла менее 0,6 диамет- ра начального сечени  конической части d и кислород истекает из вихревого аппарата не в виде сплошного потока , а в виде отдельных струек. При этом не обеспечиваетс  полное залол- нение кислородом выходного участка конической части центрального сопла, возникают области разрежени , куда может эжектироватьс  гор щее СО из полости конвертера. Это приводит к быстрому разрушению сопла и торцовой части фурмы. Кроме того, при ,6d| не обеспечиваетс  защита торцовой части участка многозаходной винтовой нарезки от разрушающего теплового

излучени  реакционной зоны, нижние витки нарезки при этом должны быстро оплавитьс . Это приведет к нарушению структуры истекающего кислородного потока и невозможности достиже- ни  поставленной цели. При ,6dkц центральный кислородный поток, истекающий из фурмы, не обладает достаточной жесткостью, что приводит к снижению стойкости фурмы и к умень- шению степени использовани  полученного за счет дожигани  СО тепла, так как область дожигани  удал етс  от расплава и приближаетс  к голов-

5

,

5 0

0 35 40 45

50 jj

ке фурмы. При ,0dkH истекающа  из центрального сопла кислородна  стру   вл етс  слишком жесткой. Вихревой слой смешени  на поверхности , центральной струи не получает заметного развити  (на длинном выходном участке сопла за счет трени  отдельных микропотоков кислорода друг о друга и о стенки сопла тер етс  тангенциальна  составл юща  скорости потока, сообщенна  ему посредством многозаходной нарезки - вихревого аппарата). Это приводит к тому, что центральна  стру  работает практически так же, как и периферийные, в режиме глубокого проникновени  в расплав (в режиме рафинировани ), эффективность дожигани  СО резко снижаетс .

В приведены результаты исследований вли ни  величины угла на структуру истекающих потоков кислорода из центрального сопла при VFH 4 (0,6-l,5)d|Cil,.

Как видно из табл.3, если угол раскрыти  выходной конической части 0Ј меньше 10, то даже при значени х 1К, близких к нижнему гранично- му значению, т.е. при KCO,6dKH, на выходе из центрального сопла нель- з  получить струю с развитым вихревым погранслоем, стру   вл етс  слишком жесткой. Это приводит к снижению эффективности процессов дожигани  СО и шлакообразовани . Если угол Об больше 25°, наблюдаетс  неполное заполнение кислородом конической части сопла (так называемый отрыв потока, образуютс  области пониженного давлени , куда эжектирует- с  конвертерный газ. Образовавшиес  внутри конусной части сопла очаги локального горени  гор чего СО приведут к интенсивному изно.су сопла и фурмы в целом, что сделает невозможным достижение поставленной цели.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фурма дл  подачи кислорода в конвертер , содержаща  головку с расположенными в ней периферийными соплами и центральным соплом с входной цилиндрической и выходной конической част ми, отлича юща с  тем, что, с целью снижени  расхода чугуна на плавку за счет повышени 

   916

   эффективности дожигани  окиси углерода , а также улучшени  шлакообразовани , центральное сопло с входной цилиндрической и выходной конической част ми выполнено с промежуточным участком с многозаходной йинтовой нарезкой на его внутренней поверхности, соедин ющим входную цилиндрическую и выходную коническую.части, причем от-

   7J°

   ношение площади проходного сечени  ...

   цилиндрической части центрального сбп ла к площади проходного сечени  сопл на участке с нарезкой составл ет 2-10, длина конической части состав л ет 0,6-2,0 диаметра начального се чени  конической части, а угол рас- крыти  последней равен

   Т а б л и ц а 1

   пыт

   2 3

   4 5 6 7 8

   Отношение

   0,3

   0,5 0,6

   0,7 1,0 1,5 2,0

   2,5

   Таблица 2.

   Структура истекающих потоков кисло- рода их центрального сопла

   Кислород истекает из центрального сопла в виде нескольких (по числу заходов нарезки) отдельных отклоненных от вертикальной оси под большим углом струек и центральной отдельной струи; создаетс  м гкий кислородный поток и область дожигани  приближаетс  к головке фурмы; в конической части центрального сопла существуют зоны отрыва потока То же

   Зон отрыва потока не наблюдаетс ; кислород истекает из центрального сопла в виде м гко гжесткой струи с развитым вихревым слоем смешени ; область дожигани  находитс  на достаточном удалении от торца фурмы и приближена к ванне То же „..

   м

   Кислород истекает из центрального сопла в виде жесткой струи, не имеющей развитого вихревого сло  смешени  и глубоко внедр ющейс  в ванну

   11

   1643617l2

   Таблица 3

   ,6

   Кислород из централь Нет ного сопла истекает в виде жесткой струи, не , имеющей развитого вих ревого сло  смешени 

   То

   „,.

   ,..

   Кислород истекает в виде м гко жесткой струи с развитым слоем смешени