UA78153C2

UA78153C2 - Lance for melt blowing in the steelmelting unit

Info

Publication number: UA78153C2
Application number: UAA200509740A
Authority: UA
Inventors: Andrii Viktorovych Suschenko
Original assignee: Univ Pryazovsk State Tech
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-02-15

Abstract

The invention relates to the field of metallurgy, in particular - to the structure of lance for melt blowing in the steel melting unit. The lance for melt blowing in the steel melting unit contains concentrically located pipes, which create channels for oxidizer supplying, injection and removal of refrigerant and multi-nozzle head with the cone nozzle of Laval, that have the convergent tube, minimal section and run-out with rectilinear generatrixes, which angle of backing-off is determined from the given ratios. As well as between the convergent tube and the run-out in the Laval nozzles cylindrical canals are carried out, which length is determined from the given ratios. Furthermore the the run-outs of the nozzles have additional cylindrical starting areas, which length is determined from the given ratios. The invention provides for increasing of effectiveness of the bath lancing of steel melt, increasing of durability and decreasing of material capacity of the lance, reduction of steel cost price.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до металургії, переважно до киснево-конвертерного виробництва сталі. 2 Відома киснева фурма для продування розплаву в конвертері зверху |1, стор.164), яка містить концентричне розташовані труби, що створюють тракти для підведення окиснювача (кисню), підведення і відведення охолоджувача (води) і головку з одним конічним соплом Лаваля, яке має конфузор, мінімальний переріз і дифузор з прямолінійними твірнами.The invention relates to metallurgy, mainly to oxygen-converter production of steel. 2 A well-known oxygen nozzle for blowing the melt in the converter from above (1, page 164), which contains concentrically located pipes that create paths for supplying the oxidizer (oxygen), supplying and removing the coolant (water) and a head with one conical Laval nozzle, which has a confusor, a minimum section and a diffuser with rectilinear generators.

При цьому забезпечується ефективне охолоджування головки фурми і, як наслідок, висока її стійкість. 70 Проте, при використовуванні відомої фурми не забезпечується необхідний ступінь розосередження дуття по поверхні конвертерної ванни: величина відносної площі -- (де РраЄв - площі поперечнихAt the same time, effective cooling of the lance head is ensured and, as a result, its high stability. 70 However, when using a known tuyeres, the necessary degree of dispersion of the blast over the surface of the converter bath is not ensured: the value of the relative area -- (where PraEv is the area of the transverse

Ерз - в/в перерізів сумарної реакційної зони і конвертерної ванни відповідно) істотно менша за оптимальну. Має місце неефективне "жорстке" продування ванни і незадовільне шлакоутворення, що призводить до заметалювання обладнання, погіршенню якості сталі, що виплавляється, теплового балансу та техніко-економічних показників плавок. Для того, щоб зменшити до необхідного значення відносну глибину проникнення струменя дуття у ванну - (де Нрз, Нв - глибина реакційної зони і ванни металу відповідно) необхідно підтримуватиErz - in/in cross-sections of the total reaction zone and the converter bath, respectively) is significantly less than optimal. There is inefficient "hard" blowing of the bath and unsatisfactory slag formation, which leads to metallization of the equipment, deterioration of the quality of the molten steel, heat balance and technical and economic indicators of melts. In order to reduce to the required value the relative depth of penetration of the blast jet into the bath - (where Нрз, Нв - the depth of the reaction zone and the metal bath, respectively) it is necessary to maintain

Нез - На А Н. надмірно високі значення висоти фурми над ванною Нр», що призводить до посилення зношення футеровки конвертера.Nez - On A N. excessively high values of the height of the lance above the bath Nr", which leads to increased wear of the converter lining.

Відома фурма для продування розплаву в конвертері зверху 2, стор.74), яка містить концентричне розташовані труби, що створюють тракти для підведення окиснювача (кисню), підведення і відведення охолоджувача (води) і головку з одним соплом, яке має багатоходову спіралевидну пластинчасту вставку для се закручування і розділення потоку кисню. оA well-known nozzle for blowing the melt in the converter from above 2, p. 74), which contains concentrically located pipes that create paths for the supply of the oxidizer (oxygen), the supply and removal of the coolant (water) and a head with one nozzle, which has a multi-pass spiral plate insert for twisting and separating the flow of oxygen. at

При цьому забезпечується витікання з одного сопла декількох (3-6) кисневих струменів під невеликим кутом до вертикальної осі фурми і дещо збільшується - та ступінь розосередження дуття по поверхні ванни. реAt the same time, the outflow of several (3-6) oxygen jets from one nozzle at a small angle to the vertical axis of the nozzle is ensured, and the degree of dispersion of the blowing over the surface of the bath increases somewhat. re

Проте, унаслідок неминучої взаємодії і часткового злиття кисневих струменів, що витікають із відомої фурми, величина - не досягає оптимальних значень і режим продування залишається близьким до ів) ре - "жорсткого". Крім того, спіралевидна вставка не має достатньо ефективного водяного охолоджування, швидко оплавляється і виходить з ладу. При цьому виходить з ладу і сама фурма. соHowever, due to the inevitable interaction and partial fusion of the oxygen jets flowing from the known nozzle, the value - does not reach optimal values and the blowing mode remains close to iv)re - "hard". In addition, the helical insert does not have sufficiently effective water cooling, quickly melts and fails. At the same time, the tuyere itself also fails. co

Відома фурма для продування розплаву в конвертері зверху |З, стор.12-13| - прототип, яка містить їч- концентричне розташовані труби, що створюють тракти для підведення окислювача (кисню), підведення і відведення охолоджувача (води) і багатосоплову головку з конічними соплами Лаваля, що мають конфузор, мінімальний переріз і дифузор з прямолінійними твірнами з кутом розкриття у-(5--10)2. «A well-known nozzle for blowing the melt in the converter from above |Z, p. 12-13| - a prototype that contains concentrically arranged pipes that create paths for supplying the oxidizer (oxygen), supplying and draining the coolant (water) and a multi-nozzle head with conical Laval nozzles that have a confusor, a minimum section and a diffuser with rectilinear generators with an opening angle y-(5--10)2. "

При цьому за рахунок зміни (вибору оптимального значення) числа сопел в головці - по, розташованих під певним кутом с; до осі фурми (звичайно со; знаходиться в межах (15-20)2 |З, стор.13Ї) можна отримати практично - с будь-яке поєднання необхідних (заданих) значень Е | Її - | Це дозволяє забезпечити необхідний режим їз» ре| Ню продування, тобто ступінь "жорсткості" дуття, яка визначається в першу чергу питомим імпульсом дуттьових струменів в місці їх зустрічі з металевою ванною - (Па), де І - надмірний імпульс дуттьових 2 їх -Їк ге -І со струменів в місці зустрічі з ванною, Е, - площа поверхні ванни в зоні контакту з дуттьовими струменями, м.At the same time, by changing (choosing the optimal value) the number of nozzles in the head - po, located at a certain angle c; to the axis of the lance (of course сo; is within the range of (15-20)2 |З, p. 13Y) it is possible to obtain practically - с any combination of the required (given) values of Е | Her - | This allows you to ensure the necessary driving mode Blowing pressure, that is, the degree of "hardness" of blowing, which is determined primarily by the specific impulse of the jets at the point of their meeting with the metal bath - (Pa), where I is the excessive impulse of the jets at the meeting point with bath, E, - the surface area of the bath in the area of contact with jets, m.

Проте, при використовуванні відомої фурми для забезпечення "зм'якшеного" продування конвертерної ванни (у - випадках "тарячих" шихтовок плавок, переділу чавунів з низьким змістом Мп, погіршення якості вапна, дефіциту сл 50 або необхідності економії плавикового шпату, реалізації малошлакової технології виплавки сталі і т.п.) вимагається, як правило, збільшення числа сопел в головці до 6 -8 і більш. Це істотно погіршує ефективність с» охолоджування головки фурми і знижує її стійкість унаслідок зменшення площі перерізів для проходу охолоджувача між соплами і збільшення кількості торцевих зварних швів (при використовуванні зварної конструкції головки). Крім того, при цьому ускладнюється виготовлення, збільшується матеріаломісткість і 2о вартість мідних головок. При використовуванні конічних сопел Лаваля з кутом розкриття дифузора у-(5:10)2 маєHowever, when using a well-known tuyeres to ensure "softened" blowing of the converter bath (in cases of "bulky" smelting charges, redistribution of cast irons with a low content of Mn, deterioration of lime quality, shortage of sl 50 or the need to save fluorspar, implementation of low-slag smelting technology steel, etc.), as a rule, it is required to increase the number of nozzles in the head to 6-8 or more. This significantly impairs the effectiveness of cooling of the nozzle head and reduces its stability due to the reduction of the cross-sectional area for the passage of the coolant between the nozzles and the increase in the number of butt welds (when using a welded design of the head). In addition, at the same time, production becomes more difficult, material consumption increases and the cost of copper heads increases. When using conical Laval nozzles with a diffuser opening angle of y-(5:10)2 has

Ф! місце обмежений діапазон стабільної (безвідривної) роботи сопел фурми по величині тиску кисню перед соплами і ступеня нерозрахунковості витікання струменів - п. При п«1 починається відрив потоку від стін дифузорів сопел, о що призводить до "розгару" (ерозії) вихідних ділянок останніх, зниженню стійкості головок фурм і дестабілізації дуттьового режиму плавки. Тому при використовуванні відомої фурми продування ведуть в режимі бо недорозширення струменів (при п-1,3-2,0), що призводить до додаткових втрат енергії дуття (на стрибках згущення) і зниженню ефективності продування (неповному використовуванню потенційної енергії тиску дуття для збільшення кінетичної енергії струменів і потужності перемішування ванни).F! where the range of stable (non-detachable) operation of the nozzles of the lance is limited by the amount of oxygen pressure in front of the nozzles and the degree of unpredictability of the outflow of the jets - p. At p«1, the separation of the flow from the walls of the diffusers of the nozzles begins, which leads to the "heat" (erosion) of the initial areas of the latter, reducing the stability of the heads of the lances and destabilizing the ductile melting mode. Therefore, when using a known nozzle, blowing is carried out in the mode of underexpansion of the jets (at n-1.3-2.0), which leads to additional losses of blowing energy (at thickening jumps) and a decrease in blowing efficiency (incomplete use of the potential energy of the blowing pressure to increase kinetic energy of the jets and the mixing power of the bath).

В основу винаходу поставлена задача удосконалити фурму для продування розплаву в конвертері зверху, в якій за рахунок оптимізації значення кута розкриття дифузорів сопел забезпечується витікання кисневих бо струменів із збільшеними діаметром першої "бочки" і радіальної складової швидкості витікання, що дозволить підвищити ефективність продування конвертерної ванни, збільшити стійкість, спростити виготовлення і понизити матеріаломісткість головки фурми та, як наслідок, зменшити собівартість сталі, що виплавляється, (за рахунок зменшення питомих витрат металошихти, шлакоутворюючих матеріалів, кисню, феросплавів та розкиснювачів, вогнетривів), поліпшити її якість і підвищити продуктивність агрегатів (кисневих конвертерів).The invention is based on the task of improving the nozzle for blowing the melt in the converter from above, in which, due to the optimization of the opening angle of the nozzle diffusers, the outflow of oxygen jets with an increased diameter of the first "barrel" and the radial component of the outflow velocity is ensured, which will increase the effectiveness of blowing the converter bath. increase stability, simplify manufacturing and reduce the material consumption of the lance head and, as a result, reduce the cost of molten steel (by reducing the specific consumption of metal charge, slag-forming materials, oxygen, ferroalloys and deoxidizers, refractories), improve its quality and increase the productivity of units ( oxygen converters).

Рішення поставленої задачі досягається за рахунок того, що у фурмі для продування розплаву в сталеплавильному агрегаті зверху, яка містить концентричне розташовані труби, що створюють тракти для підведення окисника, підведення і відведення охолоджувача і багатосоплову головку з конічними соплами Лаваля, які мають конфузор, мінімальний переріз і дифузор з прямолінійними твірнами, кут розкриття дифузорів сопел у 70 визначений із співвідношення:The solution to the given problem is achieved due to the fact that in the nozzle for blowing the melt in the steel melting unit from above, which contains concentrically located pipes that create paths for supplying the oxidizer, supplying and removing the coolant, and a multi-nozzle head with conical Laval nozzles, which have a confusor, a minimum cross-section and a diffuser with rectilinear generators, the opening angle of the nozzle diffusers at 70 is determined from the ratio:

Утіпсусутах 0) де Утіп 7205; с)Utipsusutah 0) where Utip 7205; with)

ПУ к-1 1 лівоPU k-1 1 left

Штеко 2 ВІ - кре Яд ПСГ пня -- ння, | ненняShteko 2 VI - kre Yad PSG pnia -- nia, | nana

К-1 : Кк Щ, | ж ие (3) ? кі м;-|- Гук -K-1 : Kk Sh, | same ie (3) ? ki m;-|- Sound -

Е-1 сE-1 p

Ка - емпіричний коефіцієнт, рівний 0,85-.0,95; ге)Ka - empirical coefficient, equal to 0.85-.0.95; heh)

К - показник адіабати газу, що витікає (для кисню К-1,4),K is the adiabatic index of the escaping gas (for oxygen K-1.4),

По-Ро-с/Рос - наявний перепад тиску на соплах,Po-Ro-s/Ros - existing pressure drop on the nozzles,

Ро - повний тиск гальмування кисню перед соплами. Па, с с - коефіцієнт відновлення повного тиску кисню в соплі,Ro is the total pressure of oxygen inhibition in front of the nozzles. Pa, с с - coefficient of restoration of full oxygen pressure in the nozzle,

Рос - статичний тиск в навколишньому середовищі (в порожнині конвертера) на рівні зрізу сопла. Па. що)Ros - static pressure in the environment (in the converter cavity) at the level of the nozzle section. Pas. what)

Крім того, між конфузором і дифузором в соплах Лаваля виконані циліндричні канали, довжина яких визначена - де із співвідношення сIn addition, between the confusor and the diffuser in the Laval nozzles, cylindrical channels are made, the length of which is determined - where from the ratio c

ІціЯ піп0,1-3,0 (4) їм де І - довжина циліндричних каналів, м; а тліп - діаметр мінімального перерізу сопел Лаваля, м.ItsiI pip0.1-3.0 (4) where I is the length of the cylindrical channels, m; and tlip - the diameter of the minimum cross-section of the nozzles of Laval, m.

Крім того, дифузори сопел мають додаткові циліндричні вихідні ділянки, довжина яких визначена із « 20 співвідношення шо! с Ів'ї тіп-0,05-0,2 (5) 1» де Ів - довжина додаткових циліндричних вихідних ділянок дифузорів сопел, м.In addition, the nozzle diffusers have additional cylindrical output sections, the length of which is determined from the "20 ratio sho! c Ivy tip-0.05-0.2 (5) 1" where Ivy is the length of additional cylindrical output sections of nozzle diffusers, m.

При виконанні конічних сопел Лаваля головки фурми з кутом розкриття дифузора у, який знаходиться в - 15 діапазоні значень (удісусутах) має місце істотно відмінний характер витікання дуттьових струменів в порівнянні з використовуванням форми-прототипу з у-5-109,. Це пов'язано з тим, що при малих значеннях у со (менше 15202) вплив радіальної складової швидкості витікання дуття із сопла на основні параметри струменя - незначний, у тому числі на її імпульс і діаметр першої "бочки" (або діаметр ефективного ізобарного перерізу дз, 5о Відповідний повному розширенню струменя), який істотним чином впливає на характеристики (властивості) іні струменя в місці зустрічі його з ванною і, як наслідок, режим продування плавки в цілому. При у більш 20 -259 сю помітно збільшується радіальна складова швидкості витікання дуття, що призводить з одного боку до додаткового збільшення діаметра першої бочки (а зф); а з другого - до додаткового зменшення поздовжньої складової імпульсу струменів, що витікають, істр. В цілому ж питомий імпульс струменя в ефективному перерізі (віднесений до площі Раф) істотно знижується. Це, у свою чергу, призводить до збільшення ЕР у і зменшення -. і, якWhen performing the Laval conical nozzles of the lance head with the opening angle of the diffuser y, which is in the - 15 range of values (udisusutah), there is a significantly different flow of jets compared to the use of the prototype form with y-5-109. This is due to the fact that at small values of σ (less than 15202), the influence of the radial component of the velocity of the outflow from the nozzle on the main parameters of the jet is insignificant, including on its momentum and the diameter of the first "barrel" (or the diameter of the effective isobaric section dz, 5o Corresponds to the full expansion of the jet), which significantly affects the characteristics (properties) of the jet at the point of its meeting with the bath and, as a result, the melt blowing mode as a whole. At more than 20 -259 syu, the radial component of the outflow velocity of the blast increases noticeably, which leads, on the one hand, to an additional increase in the diameter of the first barrel (a zf); and from the second - to an additional reduction of the longitudinal component of the momentum of the outflowing jets, istr. In general, the specific impulse of the jet in the effective section (related to the area Raf) is significantly reduced. This, in turn, leads to an increase in ER in and a decrease in -. and as

Їх іФ, наслідок, до ефекту "зм'якшування" продування сталеплавильної ванни, що адекватно збільшенню числа сопел ко при використовуванні фурми-прототипу. Таким чином, застосування запропонованого технічного рішення дозволяє забезпечити необхідний ступінь "жорсткості" (ступінь "м'якості") дуття при використовуванні меншого бо числа сопел в наконечнику фурми в порівнянні з прототипом. Це дозволяє спростити конструкцію головки фурми, полегшити її виготовлення, понизити матеріаломісткість (по міді) і істотно збільшити її стійкість за рахунок збільшення площі перерізів для проходу охолоджувача між соплами.Their iF, as a result, to the effect of "softening" the blowing of the steel melting bath, which is adequate to increase the number of nozzles when using the prototype nozzle. Thus, the application of the proposed technical solution makes it possible to ensure the necessary degree of "hardness" (degree of "softness") of blowing when using a smaller number of nozzles in the tip of the nozzle compared to the prototype. This makes it possible to simplify the design of the lance head, to facilitate its manufacture, to reduce material consumption (in terms of copper) and to significantly increase its stability due to the increase in the cross-sectional area for the passage of the coolant between the nozzles.

Суть винаходу зображена на Фіг.1-8, де на Фіг.1, 2, З подані поздовжні розрізи фурм по пунктах 1,2 і 3 формули винаходу відповідно; на Фіг.4 наведена залежність косинуса середньомасового кута нахилу вектора б5 швидкості струменя у вихідному перерізі сопла від кута розкриття дифузора конічного сопла Лаваля; на Фіг.5, б, 7 наведені залежність відносного діаметра струменя в ефективному перерізі від кута розкриття (розчину)The essence of the invention is depicted in Fig. 1-8, where Fig. 1, 2, C show longitudinal sections of the lances according to points 1, 2 and 3 of the formula of the invention, respectively; Fig. 4 shows the dependence of the cosine of the mass-averaged angle of inclination of the vector b5 of the jet velocity in the outlet section of the nozzle on the opening angle of the Laval conical nozzle diffuser; Fig. 5, b, 7 show the dependence of the relative diameter of the jet in the effective section on the angle of opening (solution)

дифузора сопла при різних числах Маху сопла та при різних ступенях нерозрахунковості витікання струменів; наof the nozzle diffuser at different Mach numbers of the nozzle and at different degrees of unpredictability of the outflow of jets; on

Фіг.8 наведені залежність ступеня нерозрахунковості початку відриву потоку від стін сопла від кута розкриття дифузора сопла при різних числах Маху сопла.Fig. 8 shows the dependence of the degree of unpredictability of the beginning of flow separation from the nozzle walls on the opening angle of the nozzle diffuser at different Mach numbers of the nozzle.

На Фіг.4 наведена залежність косинуса середньомасового кута нахилу вектора швидкості струменя у вихідному перерізі сопла сов с, (4 (що визначає поздовжню складову імпульсу струменя) від кута розкриття дифузора конічного сопла Лаваля. На Фіг.5-7 наведені залежність відносного діаметра струменя в ефективному перерізі - (де дзфо - діаметр ефективного переріза струменя при куті розкриття дифузора сопла, бзф Ві зф /дво 70 рівному нулю; у випадку п-1 величина 9»фо У співпадає з величиною вихідного діаметра сопла 44) від кута розкриття (розчину) дифузора сопла при різних числах Маху сопла М, (в діапазоні, який використовується в металургійній практиці Ма-1,5-2,5) і при різних ступенях нерозрахунковості п витікання струменів.Figure 4 shows the dependence of the cosine of the mass-averaged angle of inclination of the jet velocity vector in the outlet section of the nozzle sov c, (4 (which determines the longitudinal component of the jet momentum) on the opening angle of the diffuser of the Laval conical nozzle. Figures 5-7 show the dependence of the relative diameter of the jet in effective cross-section - (where dzfo is the diameter of the effective cross-section of the jet at the opening angle of the nozzle diffuser, bzf Vi zf /dvo 70 is equal to zero; in the case of n-1, the value of 9»fo U coincides with the value of the initial diameter of the nozzle 44) from the opening angle (opening) of the nozzle diffuser at different Mach numbers of the nozzle M, (in the range used in metallurgical practice, Ma-1.5-2.5) and at different degrees of impreciseness of jet outflow.

З даних Фіг.4-7 витікає, що величина у складає -«15-200, Якщо усудір То має місце слабкий вплив величини у 75 на йо і сов о; тамаді значення параметрів д»зф, у, Ру, - , тобто слабкий вплив величини у на дуттьовий режимFrom the data of Fig. 4-7, it follows that the value of y is 15-200. tamadi values of the parameters d»zf, y, Ru, - , that is, the weak influence of the value of y on the dutty mode

Ерз конвертерної плавки в цілому.Erz converter melting in general.

Величина у тах визначається максимальним кутом розвороту потоку дуття в соплі (при заданому тиску перед ним) та описується залежністю (2). При цьому параметр К. ураховує конструктивні особливості та якістьThe value in tach is determined by the maximum angle of reversal of the blowing flow in the nozzle (at a given pressure in front of it) and is described by dependence (2). At the same time, parameter K. takes into account design features and quality

Виготовлення проточної частини сопла. Якщо у»угау то має місце відрив потоку від стін дифузора в соплах, різко посилюється "розгар" останніх та, як наслідок, знижується стійкість фурми і дестабілізується режим плавки.Production of the flow part of the nozzle. If the flow is separated from the walls of the diffuser in the nozzles, the "heat" of the nozzles sharply increases and, as a result, the stability of the nozzle decreases and the melting mode is destabilized.

Крім того, при використовуванні в головці фурми конічних сопел Лаваля з кутом розкриття дифузора у, який знаходиться в заявленому діапазоні значень ( упіпсусутах), процес продування протікає більш стабільно. Це пов'язано з тим, що при збільшенні діаметра першої "бочки", а також радіальної складової швидкості витікання с струменя дуття положення кореня струменя є більш стійким до зовнішніх збурень (менше амплітуда і частота о автоколивань струменя). При цьому також істотно розширюється діапазон значень п ступінь нерозрахунковості по безвідривній роботі сопла (при пониженні п аж до 0,6-0,7 при значеннях чисел Маху сопел М а-1,5-2,5, що використовиваються у металлургійній практиці) - див. Фіг.ї4, на якій наведені залежності ступеня нерозрахунковості на початку відриву потоку газу від стін сопла від кута розкриття дифузора сопла у при різнихIn addition, when using conical Laval nozzles in the nozzle head with a diffuser opening angle y, which is in the declared range of values (upipsusutah), the blowing process proceeds more stably. This is due to the fact that with an increase in the diameter of the first "barrel", as well as the radial component of the outflow velocity from the jet, the position of the root of the jet is more resistant to external disturbances (the amplitude and frequency of self-oscillations of the jet are smaller). At the same time, the range of n values and the degree of unpredictability in continuous operation of the nozzle are also significantly expanded (when p is reduced to 0.6-0.7 at Mach number values of nozzles M a-1.5-2.5, which are used in metallurgical practice) - see Fig. 4, which shows the dependence of the degree of unpredictability at the beginning of the separation of the gas flow from the walls of the nozzle on the opening angle of the nozzle diffuser at different

Ма. Це призводить, з одного боку, до збільшення стійкості сопел до ерозійного зношенню і фурм в цілому, а, з ю іншого - до підвищення ефективності продування плавки унаслідок кращої організації кисневих струменів в робочому просторі агрегату і зниження втрат енергії дуття, пов'язаних з "деформацією" вихідних ділянок сопел «- і виникненням відривних течій. Це дозволяє також проводити продування плавок в оптимальній області по п - со поблизу розрахункового режиму витікання струменів (при п-0,8 1,2), що призводить до мінімізації втратMa. This leads, on the one hand, to an increase in the resistance of nozzles to erosive wear and lances in general, and, on the other hand, to an increase in the efficiency of blowing the melt due to a better organization of oxygen jets in the working space of the unit and a decrease in blowing energy losses associated with " deformation of the "outlet sections of the nozzles" and the occurrence of separation currents. This also allows blowing of melts in the optimal area according to p - so near the calculated mode of outflow of jets (at p-0.8 1.2), which leads to the minimization of losses

Зо потенційної енергії тиску потоку в соплі і підвищенню ефективності продування сталеплавильної ванни. ї-From the potential energy of the pressure of the flow in the nozzle and increasing the efficiency of blowing the steel melting bath. uh-

Збільшений діаметр першої "бочки" дозволяє додатково захистити вихідну кромку сопла і присоплову область головки (наконечника) фурми від попадання бризок металу і шлаку, що сприяє підвищенню стійкості вихідних кромок сопел і наконечника фурми. Крім того, при використовуванні сопел з кутом розкриття дифузорів, який « знаходиться в заявленому діапазоні ( у хусутах) має місце (за інших рівних умов) значно менша довжина З дифузора (самої високошвидкісної ділянки) сопла, що призводить до зменшення втрат тиску дуття в соплах та, як с наслідок, до підвищення ефективності продування.The increased diameter of the first "barrel" allows you to additionally protect the outlet edge of the nozzle and the nozzle area of the head (tip) of the gun against splashes of metal and slag, which contributes to increasing the stability of the outlet edges of the nozzles and the tip of the gun. In addition, when using nozzles with the opening angle of the diffusers, which is in the declared range (in husuts), there is (other things being equal) a significantly shorter length of the diffuser (the most high-speed section) of the nozzle, which leads to a decrease in blowing pressure losses in the nozzles and, as a result, to increase the efficiency of blowing.

І» Виконання в соплах Лаваля між конфузором і дифузором з кутом розкриття у, що визначається із співвідношення (1), циліндричного каналу з довжиною, що визначається із співвідношення (4), дозволяє: по-перше, варіювати в широких межах довжиною сопла, а внаслідок і висотою головки фурми (відповідно до -І 395 конструктивних особливостей останньої), а по друге - додатково стабілізувати процес витікання кисневих струменів і зменшити втрати енергії потоку дуття в соплах за рахунок створення більш рівномірного поперечного (ее) профілю швидкості на ділянці сопла з циліндричним каналом. Крім того, при цьому істотно слабшають вимоги до -з конфігурації дифузорів сопел і спрощується виготовлення фурми.I» The implementation of a cylindrical channel with a length determined from relation (4) between the confusor and the diffuser with the opening angle y determined from relation (1) in Laval nozzles allows: first, to vary widely the length of the nozzle, and due to the height of the nozzle head (in accordance with -I 395 of the design features of the latter), and secondly, to additionally stabilize the process of outflow of oxygen jets and reduce energy losses of the blowing flow in the nozzles due to the creation of a more uniform transverse (ee) velocity profile in the section of the nozzle with a cylindrical channel In addition, at the same time, the requirements for the configuration of nozzle diffusers are significantly reduced and the manufacture of the nozzle is simplified.

При цьому, якщо , то ускладнюється виготовлення сопел з необхідною точністю і практично сло о Іц и У піп «о «с» відсутній ефект вирівнювання профілю швидкості в поперечному перерізу потоку на циліндричній ділянці сопла.At the same time, if , then it becomes difficult to manufacture nozzles with the required accuracy, and practically, there is no effect of leveling the velocity profile in the cross section of the flow on the cylindrical section of the nozzle.

Якщо істотно збільшуються втрати тиску потоку дуття на ділянці циліндричного каналу іц/аліп » 25- З бОоПла, надмірно збільшується висота головки фурми, що ускладнює її охолоджування за рахунок організації течії води.If the pressure loss of the blowing flow in the section of the cylindrical channel of the ic/alip » 25-Z bOoPla increases significantly, the height of the nozzle head increases excessively, which makes it difficult to cool it due to the organization of the water flow.

ІФ, Виконання в соплах Лаваля додаткових циліндричних вихідних ділянок, довжина яких визначена із ко співвідношення (5), дозволяє додатково збільшити стійкість течії із сопла до відриву (за рахунок ефекту "підтискання" потоку до стін сопла) і зменшити радіаційний тепловий потік на внутрішню поверхню вихідної во ділянки сопла від високотемпературної реакційної зони (за рахунок зменшення кутового коефіцієнта випромінювання). Це сприяє збільшенню стійкості вихідної ділянки сопел і фурми в цілому до абразивної, теплової і хімічної ерозії.IF, the execution of additional cylindrical output sections in Laval nozzles, the length of which is determined from the ratio (5), allows to additionally increase the resistance of the flow from the nozzle to separation (due to the effect of "pushing" the flow to the walls of the nozzle) and reduce the radiation heat flow to the inner surface in the exit section of the nozzle from the high-temperature reaction zone (due to a decrease in the angular radiation coefficient). This helps to increase the resistance of the initial part of the nozzles and the tuyeres as a whole to abrasive, thermal and chemical erosion.

Якщо , то ускладнюється виготовлення сопел з необхідною точністю і практично не і діп «0,05 б5 спостерігається вплив вихідної циліндричної ділянки на стійкість течії із сопла до відриву.If , then it becomes difficult to manufacture nozzles with the required accuracy, and the influence of the initial cylindrical section on the stability of the flow from the nozzle to separation is practically not observed.

Якщо І в зд то має місце помітне зниження радіальної складової швидкості, величини діаметра У осрIf I in zd then there is a noticeable decrease in the radial component of the velocity, the value of the diameter U osr

В тІП ' і зменшення ефекту зм'якшування струменя.In tIP' and reducing the effect of softening the jet.

Фурма для продування розплаву в сталеплавильному агрегаті (див. Фіг.1-3) містить концентричне розташовані 95 труби 1, що створюють тракти підведення окиснювача (кисню) 2, підведення З і відведення 4 охолоджувача (води) і багатосоплову головку 5 з конічними соплами Лаваля 6, які мають конфузор 7 (з довжиною І!,), мінімальний переріз 8 і дифузор 9 (з довжиною Ід) з прямолінійними твірнами 10, причому кут розкриття дифузорів сопел у визначений із співвідношень (1)-(3) - див. Фіг.1. 70 Між конфузором 7 і дифузором 9 сопел Лаваля можуть бути виконані циліндричні канали 11, довжина яких (І) визначена із співвідношення (4) - див. Фіг.2.The furnace for blowing the melt in the steelmaking unit (see Fig. 1-3) contains concentrically arranged 95 pipes 1, which create paths for the supply of the oxidizer (oxygen) 2, the supply C and the outlet 4 of the cooler (water) and a multi-nozzle head 5 with conical Laval nozzles 6, which have a confusor 7 (with a length of I!), a minimum section 8 and a diffuser 9 (with a length of Id) with rectilinear elements 10, and the opening angle of the diffusers of the nozzles is determined from ratios (1)-(3) - see Fig.1. 70 Between the confusor 7 and the diffuser 9 of the Laval nozzles, cylindrical channels 11 can be made, the length of which (I) is determined from the ratio (4) - see Fig. 2.

Дифузори 9 сопел Лаваля можуть мати додаткові циліндричні вихідні ділянки 12, довжина яких (Ів) визначена із співвідношення (5) - див. Фіг.3.Diffusers 9 of Laval nozzles can have additional cylindrical outlet sections 12, the length of which (Ів) is determined from relation (5) - see Fig. 3.

Пристрій працює таким чином (див. Фіг.1). Охолоджуюча вода подається по тракту З до головки фурми 5, /5 Чиркулює в ній, проходячи міжсопловий простір і відводиться з фурми по тракту 4. Кисень подається по тракту 2 до багатосоплової головки 5. Проходячи через конфузори 7 сопел 6 він швидшає до критичної швидкості поблизу мінімального перерізу сопел 8, а проходячи далі через дифузори 9 (з кутом розкриття у, який знаходиться в заявленому діапазоні) - до надзвукової швидкості, що визначається числом Маху сопла М 4 і забезпеченням відповідного тиску перед соплами ро, і витікає із сопел у вигляді надзвукових струменів 13, які мають істотно збільшений діаметр ефективного (ізобарного) перерізу дзф 14. При цьому процес витікання дуттьових струменів характеризується стійким положенням кореня струменя, відсутністю відривних течій у вихідній ділянці сопел і малими втратами потенційної енергії тиску дуттьового потоку в соплах, що забезпечує стабілізацію і підвищення ефективності продування сталеплавильної ванни, високу стійкість сопел до ерозійного зношення і фурми в цілому.The device works as follows (see Fig. 1). Cooling water is supplied via tract C to the nozzle head 5, /5 It circulates in it, passing through the inter-nozzle space, and is removed from the nozzle along tract 4. Oxygen is supplied via tract 2 to the multi-nozzle head 5. Passing through the baffles 7 of the nozzles 6, it accelerates to a critical speed near of the minimum cross-section of the nozzles 8, and passing further through the diffusers 9 (with the opening angle y, which is in the declared range) - to the supersonic speed, which is determined by the Mach number of the nozzle M 4 and the provision of the appropriate pressure in front of the nozzles ro, and flows out of the nozzles in the form of supersonic jets 13, which have a significantly increased diameter of the effective (isobaric) cross-section of the jet 14. At the same time, the process of outflow of jet jets is characterized by a stable position of the jet root, the absence of separation currents in the outlet area of the nozzles, and small losses of the potential energy of the pressure of the jet flow in the nozzles, which ensures stabilization and increasing the efficiency of blasting of the steel melting bath, high resistance of the nozzles to e rosy wear and tufts as a whole.

Оскільки при цьому задані значення основних режимних параметрів продування Це ро- та ін. счSince at the same time the values of the main operating mode parameters of blowing are set, Tsero- et al. high school

Ерз о забезпечуються мінімальним числом сопел в головці фурми, то зменшується матеріаломісткість (по міді) фурми, поліпшується охолоджування головки, збільшується стійкість і знижується її собівартість.Erz o are provided with a minimum number of nozzles in the head of the gun, the material density (in terms of copper) of the gun is reduced, cooling of the head is improved, stability is increased and its cost is reduced.

При виконанні в соплах б фурми (див. Фіг.2) циліндричних каналів 11 з довжиною, яка знаходиться в заявленому діапазоні, в потоці дуття при переході з конфузору 7 в дифузор 9 в циліндричних каналах 11 (зе) забезпечується більш рівномірний розподіл звукової швидкості по перерізу на вході в дифузор, що додатково ю стабілізує режим витікання струменів із сопел та зменшує втрати тиску дуття в соплах.When performing cylindrical channels 11 with a length that is within the declared range in the nozzles b of the tuyeres (see Fig. 2), in the blowing flow during the transition from the confusor 7 to the diffuser 9 in the cylindrical channels 11 (ze) a more uniform distribution of the sound speed is ensured cross-section at the entrance to the diffuser, which additionally stabilizes the mode of outflow of jets from the nozzles and reduces the loss of blowing pressure in the nozzles.

При виконанні в соплах б фурми (див. Фіг.3) дифузорів 9 з додатковими циліндричними вихідними ділянками ((с- 12 з довжиною, яка знаходиться в заявленому діапазоні, додатково підвищується стійкість потоку, що витікає, со до відриву і зменшується тепловий потік на внутрішню поверхню сопла, що призводить до стабілізації процесу продування і підвищення стійкості фурми. -When performing diffusers 9 with additional cylindrical output sections ((c-12) with a length that is in the declared range in the nozzles b of the tuyeres (see Fig. 3), the resistance of the outflowing flow to separation is additionally increased and the heat flow is reduced by the inner surface of the nozzle, which leads to the stabilization of the blowing process and increased stability of the nozzle. -

Використання фурми для продування розплаву в сталеплавильному агрегаті вказаної конструкції за рахунок оптимізації кута розкриття дифузорів сопел і забезпечення витікання кисневих струменів із збільшеними діаметром першої "бочки" (ефективного перерізу) і радіальної складової швидкості витікання, дозволить « підвищити ефективність продування сталеплавильної ванни, збільшити стійкість, спростити виготовлення і понизити матеріаломісткість головки фурми і, як наслідок, зменшити собівартість сталі, що виплавляється, (за З с рахунок зменшення питомих витрат металошихти, шлакоутворюючих матеріалів, кисню, феросплавів та розкиснювачів, вогнетривів), поліпшити її якість і підвищити продуктивність агрегатів (кисневих конвертерів). )» Джерела інформації 1. Баптизманский В.И., Меджибожский М.Я., Охотский В.Б. Конвертернье процессьі производства стали.The use of a lance for blowing the melt in the steel-melting unit of the specified design by optimizing the opening angle of the nozzle diffusers and ensuring the outflow of oxygen jets with an increased diameter of the first "barrel" (effective cross-section) and the radial component of the outflow velocity will "increase the efficiency of blowing the steel-melting bath, increase stability, to simplify the manufacture and reduce the material consumption of the lance head and, as a result, to reduce the cost of the molten steel (due to the reduction of the specific consumption of metal charge, slag-forming materials, oxygen, ferroalloys and deoxidizers, refractories), to improve its quality and increase the productivity of units (oxygen converters). )» Sources of information 1. Baptizmanskyi V.I., Medzhibozhskyi M.Ya., Okhotskyi V.B. Converter processes of steel production.

Теория, технология, конструкции агрегатов. - Киев; Донецк: Вища шк., 1984.-343с. -і 2. Афанасьев С.Г. Краткий справочник конверторщика. - М: Металлургия, 1967. со 3. Старой Р.В., Нагорских В.А. Производство стали в конвертерах. - К.: Техніка, 1987.-167 с. 4. Лухтура Ф.И. Одномерная теория сверхзвуковьїх нерасчетньїх струй газа. -Известия РАН. Механика - жидкости и газа. - 1993, Мо1. - С.48-56. с 50 «соTheory, technology, constructions of aggregates. - Kyiv; Donetsk: Higher School, 1984.-343p. - and 2. Afanasyev S.G. A brief guide to the converter. - M: Metallurgy, 1967. pp. 3. Staroi R.V., Nagorskikh V.A. Steel production in converters. - K.: Technika, 1987.-167 p. 4. Lukhtura F.I. One-dimensional theory of supersonic incompressible gas jets. - Izvestia RAS. Mechanics - liquids and gases. - 1993, Mo1. - P.48-56. with 50 "co

Claims

The formula of the invention

1. A furnace for blowing melt in a steel melting unit, which contains concentrically located pipes that create paths for the supply of an oxidizer, supply and removal of a coolant and a multi-nozzle head with conical Laval nozzles, having a baffle, a minimum section and a diffuser with rectilinear generators and a defined angle the opening of the nozzle diffusers, which differs in that the opening angle of the nozzle diffusers in the name) is determined from the ratio: watt - - 5 1|-- - 65 K-1 KANT | M Y 7| l et 2 Kk m;-| 5 Pr K - 1 Ka" empirical coefficient, equal to 0.85-0.95, K - indicator of the adiabatic oxygen flowing out, and K - 1.4, 70 Po U Ro. s/Роо - available pressure drop at the nozzles, Ro is the total pressure of oxygen braking in front of the nozzles, Pa, c is the coefficient of restoration of the total pressure of oxygen in the nozzle, Ros is the static pressure in the environment (in the converter cavity) at the level of the nozzle cut, Pa.

2. A nozzle for blowing melt in a steel smelting unit according to claim 1, which differs in that cylindrical channels are made between the 75 kConfusor and the diffuser in the Laval nozzles, the length of which is determined from the ratio: Ic / ali 7 0.1-3.0, where Ic - length of cylindrical channels, m, Yadlip - minimum cross-section diameter of Laval nozzles, m.

Z. Furma according to claim 1 or 2, which differs in that the nozzle diffusers have additional cylindrical output sections, the length of which is determined from the ratio: Iv/ dlp - 0.05-0.2, where Iv is the length of the additional cylindrical output sections of the nozzle diffusers , m, 4 action - the diameter of the minimum cross-section of the Laval nozzles, m.