Фурма для продувки металла

О П И С А Н И Е р 59478ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 20.08.74 (21) 2055250/22-2с присоединением заявки51) М Клз С 21 С 5 Государственный комит Совета Министров СССДата опубликован исания 09.07.7(71) Заявитель нститут чернои металлургии(54) ФУРМА Д И МЕТАЛЛА Изобретение относится к области чер 1 ной металлургии, в частности к устройствам для продувки жидкого металла окислителем, и может 1 быть использовано при производстве стали, например в конверторах с верхней продувкой.Известна фурма для продувки жидкого металла, содержащая концентрически расположеные трубы, образующие тракты для газа, подвода и отвода охлаждающей воды, головку с соплами и концентратор магнитного поля, состоящий из сердечника с катушкой, расположенный в конце тракта охлаждающей воды.Движение охладителя в полости ,головки при обычно встречающихся на практике скоростях течения почти всегда характеризуется турбулентным режимом, при котором наблюдается непрерывное интенсивное перемешивание частиц охладителя.Несмотря на это, в потоке охладителя на границе теплопередающей поверхности имеется пограничный слой, состоящий из ламинарного подслоя с режимом движения, близким ламинарному, промежуточного слоя со смешанным режимом движения и пристенного слоя.Тепловое сопротивление указанных слоев охладителя разливочно: наибольшее имеет тонкий пристенный слой, где наблюдается иолекулярныи обмен, наименьшее - ядро потока, где преобладает турбулентное смешение,Поэтому в ламинарном пристенном слое перенос теплоты в радиальном направлении 5 обеспечивается теплопроводностью, а в турбулентном ядре - перемешиванием масс потока охладителя.Тепловое сопротивление пограничной области охладителя у теплопередающей поверхно сти головки фурмы, включающей пристенныйслой толщиной 0,025 - 0,05 высоты зазора,полости последней, составляет около 70 о/о общего теплового сопротивления.В этом слое средние значения турбулент ных проводимости и вязкости малы по сравнению с их наибольшими значениями в ядре потока. Таким образом, турбулентная проводимость очень мала именно в узком пристенном слое и быстро возрастает с увеличением 20 раостояния от поверхности теплообмена,Внутри пристенного слоя градиент скорости очень высок и приблизительно постоянен, высок и градиент температуры по нормали к стенке, который на границе слоя толщиной 25 0,025 высоты зазора полости головки фурмыпримерно в 10 раз больше, чем на расстоянии 0,25 от поверхности теплообмена (теплопередающей поверхности головки).При оольшой плотности теплового потока ЗО это приводит к образованию паровой пленки53на поверхности теплообмена головки и плохой ее смачиваемости, что резко ограничивает количество теплоты, передаваемой через указанную поверхность охладителю.При применении в качестве охладителя холодной воды, неочищенной от солей жесткости, вследствие повышения температуры ее в пограничном слое свыше 50 С, поверхность теплообмена подвержена довольно быстрому загрязнению различными осадками (пригар, накипь), что увеличивает суммарное термическое сопротивление стенки головки,Это приводит к быстрому и значительному повышению температуры теплопередающей поверхности головки фурмы и, как следствие, к снижению ее стойкости или даже прогару межсопельного днища и стабильности первоначальной работы.Целью изобретения является повышение стойкости головки фурмы и стабильности ее работы,Поставленная цель достигается тем, что концентраторы магнитного поля установлены в головке с зазором к теплопередающей поверхности, причем сердечник концентратора выполнен в виде концентрично расположенного соплу полого цилиндрического стержня, верхняя часть которого жестко соединена с трактом подачи окислителя,На чертеже изображена головка фурмы с концентраторами магнитного поля в виде цилиндрических стержней и трубок, установленных соответственно между соплами и на соплах.Фурма для продувки металла окислителем состоит из концентрически расположенных труб 1 - 3 и головки 4 с соплами 5, образующих тракты для подвода окислителя, охладителя и отвода, последнего.Головка фурмы снабжена концентраторами 6, 7 магнитного поля с намагничивающими катушками 8, соединенными с источниками питания посредством проводов со стойкой изоляцией, проложенных в центральном газовом тракте или в тракте подвода охладителя.Намагничивающие катушки 8 герметизированы от воздействия охладителя гидростойкой изоляцией, например на основе эпоксидных смол, и жестко закреплены на каркасах 9 из изоляционного водостойкого материала, например оргстекла, текстолита, на верхней части концентраторов.Концентраторы 6, 7 поля установлены в головке 4 фурмы рассредоточенно с зазором 10 над ее теплопередающей поверхностью. Величина зазора составляет 2 - 6 мм.Рассредоточение концентраторов 6, 7 магнитного поля обеспечивает равномерное распределение перемещающихся ферромагнитных частиц 11 по теплопередающей поверхности. Указанная величина зазора обеспечивает оптимальное взаимодействие пограничного слоя охладителя со слоем ферромагнитных частиц, 1 находящихся под воздействием маг 19478 10 15 20 25 зо 35 4 О 45 50 55 60 65 нитного поля, что обеспечивают максимальную теплоперсдачу.Концентраторы 6 магнитного поля выполнены в,виде цилиндрических стержней и установлены равномерно между соплами таким образом, что их продольные оси, как и продольные оси сопл проходят по образующим одного и того же конуса. Такая установка концентраторов обеспечивает параллельность рабочей торцовой поверхности их с теплопередающей поверхностью головки фурмычто улучшает распределение ферромагнитных частиц при движении их по поверхности теплообмена под воздействием магнитного поля.Верхняя часть каждого концентратора 6 магнитного поля жестко соединена с внутрен:ним вкладышем 12 .головки 4. Причем соединение должно быть герметично-плотным.Концентраторы 7 магнитного поля выполнены в виде рубок, внутренний диаметр которых равен наружному диаметру корпусов сопл. Концентраторы - трубки жестко установлены на корпусах сопл с необходимым зазором пад поверхностью теплообмена.Указанная форма концентраторов 6, 7 и соответствующее расположение их в головке над поверхностью теплообмена позволяет получить необходимую конфигурацию вращающегося магнитного поля, воздействующего на ферромагнитные частицы, что интенсифицирует их движение в районе сварных швов и, тем самым, улучшаст теплоотвод от последних и повышает их стойкость.Количество концентраторов 6 между соплами равно трем или числу, кратному трем, в силу использования для питания намагничивающих катушек трехфазного тока.В связи с этим установка концентраторов 7 на корпусах сопл целесообразна при их количестве, равном трем или кратному трем.Концентраторы магнитного поля могут быть установлены только между соплами (концентраторы 6) или только на корпусах сопл (концентраторы 7), а также одновременно как между соплами, так и на корпусах последних. Последнее сочетание позволяет увеличить интенсивность движвния ферромагнитных частиц и оолее равномерно рассредоточить их по поверхности теплообмена, что дополнительно повышает теплопередачу в пограничном слое охл адителя.Работа фурмы для продукви металла осуществляется следующим образом. Охладитель из напорного магистрального трубопровода поступает через подводящий тракт фурмы в полость головки под давлением 1,0 - 1,2 Мн/м (10 - 12 ат) со скоростью 6 - 8 м/сек. После охлаждения теплопередающей поверхности охладитель по отводящему тракту удаляется на слив,При прохождении потока через отводящий тракт слою охладителя, находящемуся в нвпосредственной близости от 1 поверхности тепло- обмена (пограничному), придают дополнительное интенсивное перемешивание ферромагнитными частицами воздействием на них вращающегося магнитного поля, излучаемого концентраторами 6 - 7.Ферромагнитные частицы под воздействием вращающегося магнитного поля перемещаются концентрично продольной оси фурмы; Ьлагодаря магнитному полю соответствующей конфигурации и напряженности, ферромагнитные частицы 11 распределяются тонким слоем равномерно по всей поверхности тепло- обмена головки 4.Указанное дополнительное перемешивание пограничного слоя охладителя у поверхности ферромагнитными частицами 11 воздействием на них магнитного поля приводит к интенсивной искусственной его турбулизации, При этом у поверхности теплообмена и в непосредственной близости от нее возникают возмущения (завихрения), характеризующиеся значительным градиентом скорости, которые, вследствие беспорядочного турбулентного обмена жидкими массами, повышают турбулентную проводимость и изменяют в нужном,направлении по сечению потока распределение турбулентной проводимости и турбулентной вязкости, что значительно повышает теплоотдачу в,потоке,Движение ферромагнитных частиц по указанной поверхности оказывает механическое разрушающее воздействие на образующуюся при большой плотности теплового потока паровую пленку, а также предотвращает образование отложений (пригара, накипи) при применении в качестве охладителя воды, не очищенной от солей жесткости. Предотвращение образования паровой пленки и отложоний на поверхности теплообмена резко увеличивает коэффициент теплоотдачи, способствует лучшей смачиваемости ее охла дителем, уменьшает тепловое сопротивлениепограничного слоя и суммарное термическое сопротивление теплонапряженной стенки головки фурмы. Все это повышает стойкость последней и стабильность ее работы.10 При использовании ферромагнитных частиц фракции 0,1 - 1,5 мм при скоростях потока воды до 10 м/сек процесс осуществляется при напряженности магнитного поля 16000 - 24000 а/м (200 - 300 эрстед). При этом унос 15 ферромагнитных частиц потоком воды не наблюдается. Формула изобретения1. Фурма для продувки металла, содержащая концентрично расположенные трубы, головку с соплами и концентратор магнитного поля, состоящий из сердечника с катушкой, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости головки и стабильности работы фурмы, концентраторы магнитного поля установлены в головке с зазором к теплопередающей поверхности, причем сердечник концентр атора выполнен в виде концентрично 30 расположенного соплу полого цилиндрического стержня, верхняя часть которого жестко соединена с трактом подачи окислителя.,2. Фурма для продувки металла по п. 1,отличающаяся тем, что сердечник кон центратора выполнен из магнитомягкого материала.519478 о о Составитель В. КоховЕ, Шепелева Техред Т, Курилко Корректор Е. Рожко ед ПодпиР Сапуно Типография,каз 1514/12 Изд,1443 ЦНИИПИ Государственног по делам из 113035, Москва, Я