Фурма для продувки расплава в конвертере

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК сг с лас НИЕ ИЗОБРЕТЕ ПИ 77.ССР1983.ЛАВА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ждановский металлургический институт и Ждановский металлургическийкомбинат "Азовсталь" им. С. Орджоникидзе(54) ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСП ВКОНВЕРТЕРЕ. расхода чугуна на плавку эа счетповышения эффективности дожиганияокиси углерода, Фурма состоит изтрех концентрично расположенных трубобразующих тракты подвода кислорода,8014391251) 4 С 21 С 5/48 подвода и отвода охлаждающей воды, и головки, которая имеет периферийные сопла Лаваля для подачи кислорода в виде сверхзвуковых струй на продувку для рафинирования расплава и дополнительное центральное сопло для подачи кислорода в виде вихревой струи на дожигание окиси углерода. Центральное сопло снабжено завихрителем потока и имеет выходную коническую часть, угол раскрытия которой определен из выражения= 2 м -+ + 2 агсз 1.п а,5(й +6 ц )/К х хсоа(хС - у /2 Гна М - угол наклона периферийных сопл к вертикальной оси фурмы, град,- угол раскрь 1 тия пери- ас ферийных сопл, град, а - расстояние между центрами выходных сечений центрального и периферийных сопл, м, 6 Й - выходные диаметры центрального и периферийных сопл, м, Кэ = (10- 30) й- эмпирический коэффициент, м. Использование изобретения позволяет в расчете на 1 т стали снизить рас ход чугуна на 4,8 кг, а расход лома увеличить на 5,3 кг. 2 ил., 1 табл.40 50 Изобретение относится к черной металлургии, преимущественно к кислородно-конвертерному производству ста 5Целью изобретения является снижение расхода чугуна на плавку за счет повышения эффективности дожигания окиси углерода.На Фиг. 1 дана фурма; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.Фурма состоит из трех концентрично расположенных труб,1, образующих тракт 2 подвода кислорода, тракты 3 подвода и отвода охлаждающей воды, и головки, которая имеет периферийные сопла Лаваля 4 для подачи кислорода в виде сверхзвуковых струй на продувку и дополнительное центральное сопло 5 для подачи кислорода в виде вихревой струи на дожигание газообразной окиси углерода. Центральное сопло 5 состоит из завихрителя 6 с тангенциальными соплами для подвода кислорода (в общем случае кон струкция завихрителя может быть иной, например может использоваться завихритель с направляющими лопатками) переходной цилиндрической части 7 (в общем случае она может отсутствовать) и расширяющейся конической части 8.Устройство работает следующим образом.Основной поток 9 кислорода постуает к периферийным соплам Лаваля 4, ускоряется в них и истекает в, виде сверхзвуковых струй 10 в низко- плотное окружающее пространство конвертера, раскрываясь в нем под угломо10-14 , Эти "жесткие" дальнобойные струи используются только для рафинирования расплава. Нри взаимодействии их с расплавом образуется реакционная зона, где интенсивно протекают реакции окисления углерода преимущественно до его окиси (СО), которая в струйном режиме барботажа всплывает в жидкой ванне и вьщеляется из нее преимущественно в подфурменной зоне. Дополнительный поток 11 кислорода ускоряется в тангенциальных соплах завихрителя 6 и поступает в цилиндрическую 7, а затем в коническую 8 части центрального сопла Фурмы. Получив достаточно высокий момент количества движения, он в виде спиралеобразного вихря 12 истекает из сопла со свободным осевым выходОМ в полость конвертера, раскрываясь в ней под углом, зависящим от угла раскрытия конической части центрального сопла фурмы. При давлении кислорода перед соплами, равном 1-2 МПа, на выходе из сопла 5 зарождается сильно закрученная полая струя, в центральной части которой образуется зона 13 отрицательного давления, и по этой причине формируется область 14 обратных течений окиси углерода. В эту,приосевую область 14 вихревого потока интенсивно засасывается окись углерода и эффективно дожигается во вращающемся спиралеобразном вихре 12Внешнее поле вихревого потока также обладает повышенной эжекционной способностью, что обуславливает интенсивное перемешивание окислителя с выделяющимся из реакционной зоны конвертерным газом и его дожигание непосредственно вблизи расплава. Вихревая струя спиралеобразного вихря 12, истекающая из центрального сопла 5, с углом раскрытия конической части (5 имеет максимально возможную (для определенного соотношения конструктивных размеров фурмы) поверхность массообмена с потоками восходящей окиси углерода, обладая при этом достаточной устойчивостью, что способствует эффективному дожиганию СО отходящих газов кислородом центральной струи.Для определения оптимального угла раскрытия конической части 8 центрального сопла 5 Фурмы и получения достоверной картины взаимодействия центральной и периферийных струй проводят серию экспериментов с использованием стробоскопа и теневой фотосъемки. Экс. периментальные данные вместе с несложными геометрическими построениями (рассматривают треугольник, одной стороной которого является отрезок, соединяющий центры выходных сечений центрального и периферийных сопл, а другой стороной - отрезок проекции границы центральной струи от среза сопла до начала интенсивного взаимо-,-действия с периферийными струями) позволяют получить пслуэмпирическую формулу для определения оптимального угла раскрытия конусной части центрального сопла фурмы. Эксперименты проводят на моделях кислородных Фурм 350, и 160-тонных конвертеров, выполненных в масштабах 1:5 и 1:2. В ка 1439129честве продувочного газа используют компрессорный воздух, Для каждой модели центральное сопло изготавливают разборным с набором конических частеи, выполненных с различными угМ5 лами раскрытия от 0 (цилиндрическое сопло) до 75 .Меняя конические части центральных сопл, добиваются оптимальной (с точки зрения дожигания СО в конвертере) структуры зоны дожигания, Зная конструктивные размеры моделей фурм и найденные экспериментально углы раскрытия центральных сопл, определяют оптимальные коэффициенты К . Как показали результаты проведенных исследований, область оптимальных значений коэффициентов К лежит в пределах 10-30 диаметров й, При К РЗО й ц происходит уменьшение поверхности взаимодействия СО с окислителем, увеличивается дальнобойность центральной струи. Это приводит к уменьшению эффективности дожигания окиси углерода, При Кэ (106,появляется опасность эжекцнй СО из области дожигания в периферийные струи, разрушается зона устойчивого дожигания в вихревом потоке, что также резко снижает эффективность дожигания СО. 30Применительно к пятисопловой фурме 350-тонного конвертера (расстояние между центрами выходных сечений центрального и периферийных сопл а = 119 мм выходной диаметр периферийных сопл йс = 60 мм, угол наклона периферийных сопл к вертикальнойаоси фурмы сс = 18 , угол раскрытияо периферийных сопл Лаваля= 12 при условии, что диаметр выходной части 4 О центрального сопла фурмы й, = 60 мм) диапазон оптимальных углов раскрытия конической части центрального соплао фурмы составляет= 28-35 . В головку опытной фурмы устанавливают цент ральное сопло с углом раскрытия29 Испытание на 350-тонном конвертере показывает, что применение опытной фурмы позволяет за счет увеличения степени дожигания окиси углерода в отходящих конвертерных газах снизить долю чугуна в шнхте конвертерной плавки и увеличить долю металлического лома. В расчете на 1 т стали расход чугуйа снижается на 4,8 кг/т, а расход лома увеличивается на 5,3 кг/т.Влияние величины угла раскрытия центральйого сопла и коэффициента К на структуру эоны дожигания покаэзано в таблице,Формула изобретенияФурма для продувки расплава в конвертере, содержащая головку с центральным и периферийными соплами, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения расхода чугуна на плавку за счет повьппения эффекгивности дожигания окиси углерода, центральное сопло снабжено завихрителем потока и выполнено с выходной конической частью, угол раскрытия которой составляет2 о в+ 2 агсзпа - о,ь(а,-а)эгде о - угол наклона периферийныхсопл к вертиальной оси фурмы, град,- угол раскрытия периферийныхсопл, града - расстояние между центрамивыходных сечений центральногби периферийных сопл, мС 1 с,Й - выходные диаметры периферийных и центрального сопл соответственно, м;1439129 К , калибры цент Ф Структура зоны дожигания рального сопла град. Фурма 350 т конвертера (а = 119, мм, й = 60 мм а, = 60 мм, Ы. = 18,= 12) 45 5,3 Наблюдается разрушение зоныдожигания, эжекция значительнойдоли центрального потока периферийными струями Заметная эжекция газа из зоныдожигания в периферийные струи 40 37 Устойчивая зона дожигания с развитой поверхностью массообмена 10 20 30 28 30 40 27 Начинается заметное снижениеэжектирующей способности центральной струи и поверхности массообменаУвеличивается дальнобойностьцентральной струи. 100 Фурма 160 т конвертера(а = 52 мм; й = 35 мм й = 25 мм; о 1. = 15;= 12 ) 32 Заметная эжекция газа из зоныдожигания в периферийные струи,неустойчивая зона дожиганияТо же 8,3 30 28 Устойчивая зона дожигания с развитой поверхностью массообменаТо же 10 25 24 16,6 22 Заметное снижение эжектирующейспособности центральной струи иповерхности массообмена 33 211439129 ХислороР ректор М. Ш 545 дписное роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектна едактор Н.аказ 6041/2 Составитель В. Красина Техред М.Дидык ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская иаб д, 4/5