Сопловый блок дутьевой фурмы

(71) Ленинградский механическийинститут им. Маршала Советского Союза Устинова Д.ф. и Нижнетагильскийметаллургич еский комбинатим. В.И.Лени на(54) СОПЛОВЬЙ БЛ (57) Изобретение металлургии, в ч вам для продувки плана газом, мож но в кислородносе производства торкретируюших у распыпитепях и т для повышения ст УТЬЕВОП фУРМЫосится к черной стности к устройстметаллического раст быть использоваонвертерном процес- тали, а также втройствах, гор лкахд. и пр ед наз нач ено бильности газовых ных сечвен О,канавк п,ГОСУДЮфСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСНОМУ СВ струй и увеличения их дальнобойности. Цель - повьшение стабильности газовых струй и увеличение пх дальнобойности. В сопповом блоке дутьевой Фурмы, содерждщем головку 4 с соплами Лавдпя, соединенными через коллектор с источником газа, при этом каждое из сопл содержит конфузор 5 с критическим сечением й и диффузор 6, переходяций в осесимметричный цилиндрический канал 7, нд торце головки 4 выпопнень; прямоугольные канавки 8, Прямоугольные кдндвки Я соединяют сверхзвуковые части сопл Лдвапя. Внутри прямоугольных канавок 8 размещены дополнительные сопла. Ширина прямоугольных канавок 8 составляет 0,2-0,5 диаметра цилиндрического канала 7. Глубина прямоугольных канавок 8 ранна длине цилиндрических канавок 7 сопл Лаваля. Диаметр выходений дополнительных сопл ра 9-1,0 ширины прямоугольнойИзобретение отисются к чернойметаллургии, в частности к устройствам для продувки металлического расплава газом, и может быть использовано в кислородно-коннертерцом процессе произнодства стали, а также вторкретирующих устройствах, горелках, распылителях и т,п,Целью изобретения является повьгшение стабильности газовых струй иувеличение их дальнобойности.На фиг, 1 изображен сопловый блок,вид с торца; цз фиг, 2 - то же, сдругим расположением цилиндрическихсопл; на Фиг. 3 - то же, разрез пооси1 О 15 Выполнение между соплами Лаваля прямоугольных канавок с допслнительными с.оц ами приводит к тому, что цсСопловый блок дутьевой Фурмы со/держит три коаксиально расположенныетрубы: наружную 1, разделительную 2 20и внутреннюю 3. Торцовые концы наружной 1 и внутренней 3 труб герметично пристыкованы к головке фурмы 4,а торцовый конец разделительной трубы 2 не доходит до голонки фурмы 4,соединяя тем самым полость а дляподвода охлаждающей воды, образованную наружной стенкой внутренней трубы 3 и внутренней стенкой разделительной трубы 2, с полостью Ь для 30отвода охлаждающей воды, Полость Ьобразована внутренней стенкой наружной трубы 1 и наружной стенкой разделительной трубы 2. Внутренняя полость внутренней трубы 3, завершающаяся предсопловым объемом С, служитдля подвода кислорода. В головкеФурмы 4 размещены сопла Лаваля, каждое из которых содержит коцфуэор 5с критическим сечением Й и диффузор 406. Диффузор б переходит в осесимметричныц цилиндрический какал 7. Наторце головки фурмы 4 выполнены прямоугольные канавки 8, которье соединяют сверхзнуковые части сопл Лаваля. Внутри прямоугольных канавок 8размещены дополнительные сопла 9,Ширина прямоугольных канавок 8 составляет 0,2-0,5 диаметра цилиндрического канала 7, Глубина прямоугольных канавок 8 равна длине цилиндрических каналов 7 сопл Лаваля. Диаметрвыходных сечений дополнительных сопл9 равен 0,9-1,0 ширины прямоугольнойканавки 8,55 текающие в канавку со срезов дополицтсльных сопл струи газа расширяются в канале, имеющем большее поперечное сечение. Расширение происходит до контакта с боковыми стенками канавок и с боковшми поверхностями соседних струй, Газовые струи обжимаются (деформируются) боковыми стен;, ками прямоугольных канавок и соседними струями, образуя замкнутые донные области, единые для всех струй одной прямоугольной канавки, Давление в донной области резко падаетщцы порядка 0,1 0 01 Рф, причем по длине канавки оно выравнивается. Все струи каждой прямоугольной канавки имеют одинаковую степень нерасчетцости. Взаимодействие этих струй создает правильную симметричную структуру струи эа срезом прямоугольной канавки. ;)ти плоские струи сливаются с цилиндрическими стр уями, истекающими из сопл с цилиндрическим каналом. Образуются кназиплоские струи газа, волновая структура которых содержит конические скачки уплотнения, цакладывающиеся ца собственную волновую структуру квгзиплоских струй. Совокупность всех кваэиплоских струй образует струи различной конфигурации, например квазисерповилцые (фиг.1) квази-Ч-образные, квазикольцевые и т.д., но все эти струи можно рассматривать как струи с односвязной боковой поверхностью, При этом давление ца двух боковых поверхностях (за исключением кэазикольцевых струй) одинаково, Амплитуда поперечных колебаний таких струй незначительна, но характер течения по сечению струи неравномерный, Тонкие квазиплоскце струи быстро становятся дозвуковыми и расширяюгся. В то жг время ти плоские перемычки синхронизируют спиралевидные вихри, которые образуются ца цилиндрических струях газа, Часть спиралевидных в вихрей сходит на квазиплоские струи в виде протяженных подковообразных вихрей, Поперечный масштаб этих вихрей определяется отношением диаметра цчлицдрического канала к ширине прямоугольной канавки, Продольный масатаб вихрей определяется длиной полу- периметра канавок. Устойчивость вихрей способствует увеличению дальнобойности струй, так как до разрушения вихрей характер течения цилиндрических струй сохраняется.5 162Для повышения интенсивности технологического процесса выплавки стали необходимо повысить кинетическую энергию кислорода у поверхности расплава и одновременно упорядочить процесс взаимодействия струй с расплавом, Неупорядоченность взаимодействия струй кислорода с расплавом вызывается изгибно-крутильными копебаииями струй, сопровождающимися бсспорядочными перемещениями лунок по поверхности расплава, колебаниями ее глубины, схлопынаниями каверн газа, приводящими к выбросу металла э направлении фурмы и горловццы конвертера.Поньппение кинетической энергии кислорода у поверхности расплава достигается повышением дальнобойности струй. Упорядочение взаимодействия струй кислорода с расплавом достигается благ Од зря отсутствию рд знобоя н пульсаши струй, Обрззоссанию устойчивых одинаковых нуск под цилиндрическими струями, цакрьггием всей поверхности расгсссава дозвуковым потоком растекающихся квазисосксх струй. При этом резко интецсифисц- руется дожигдние СО в СГС, д также значительно снижается энергия вылетающих из расплава в направлении горловины конвертера ц Фурмьс капель металла.Часть газа дозвуковых квдзиплос - ких струй проникает в расплав. ВместЕ С ГЛубОКО ПроСИКаКсССМИ цИЛИцдрцческими струями эти струи образуют н расплаве щелевьсе дугообразные струи, В полость этих струй эжектцруется расплав, дробится и увлекается вниз. Тем самым упорядочиваетя гидродинамика расплава. Однонаправленность движения расплава в ванне исключает беспорядочные пульсации, способствует хорошему перемсшиванию расплава. Проникающий в рд ссстав кислород дробится на мельчайшие пузырьки, что значительно интенсифицирует выг Орание углеродаПовышается температура ванны. Благодаря значительно большей устойчивости к перепаду температ 1 р,незначительным деформациям по сравнению с Фурмами со пселевыми и Ч-образными соплами процесс истечениягазовых струй стабилен,Сопловый блок дутьевой фурмы работает следуяим образом. 7564Кислород по цссутресспей полостивцутренцей трубы 3 поступает в предсоплоньв объем С, Из предсопловогообъема С кислород поступает в цозвуковую часть 5 со л Лаваля и дополнительных сопл 9. СО срезов дополцительньсх сопл 9 газ в ниде сверхзвуковой струи поступает в полость прямоугольной кап свки 8, Глубина прямочс Ольпых канавок 8 выбирается такой,, чтобы все разрыны между струями находились внутри канавок 8. Со срезовцилисщрическссх каналов 7 истекаютверхзвуковые цилиндрические сгруи.Все струи каждой прямоугопьной кананьцс Й имеют Одинаковую степень нерасче;Ности. Взаимодействие тссх струйс с;сслипдрическими е груяссс создаетквдзпщелевые дугообразные струи, представляющие собой кн; эплосксе струи,истекаиссие со срезоп прямссуголс,сссмкапнвок 8, сосдцпс.ццсс псстсссссдрссческссгс, струссмсс, сс:сс дюшилдс ОО срезовсссЗссссссрссескссх кдпалоп 7 соссл Лаваля. Такие струи устойчпсы в поперечссос цдправпеппи, ддссьсобойпы. Квазиплоске перемычки сссссхроссссзссруютССПССцсЕВПдцЫС ВцкрС, СбрдэуОССПСЕСя ЭОпд цилиндрических с трусс.- г, ся, Сс;цхроНисцРУЮтСЛ ПУСС СОСРССС С дОПССХ СтРУй,чтс) с:рсс потСсс с угс сЛя;сОс .сссР 1 су в зьсимодс йст нию:,сзовых струй с рдсплдвом.11 д соверхпОГтсс рссссадва пОСт сшсиндрпческпми струяснс сбрдзусотссс устойчссвье Одцпдкопыс .ссусссссс. Квдзцплоскиегазовые стру с, Осорос ь с дза в кото 1 пм быстро сссссждстесс, у ссоперхпостиПас пьяна рдстессдсотс.сс пд ссоцерхцости,СаСРС,СВдСС ВЕРХНИЙ С.СОй РаСССЛана. ЭтОпособствуесснтепспфикдцсш дожссгап ся СО в СГС, . Экрдссссрусотся каплирд Гс.та нацыц етд сОсдсе сс с сОсОсу Фурмыи гор;совипы копвсртерд. Цсст.ссссчрсческие струи и часть гдзд квдзссплоскпх45струй проник;сют в рдспссап, Образуящелевые дугообрдзцссс струи в рдсплаве, В полость этих струй эжектируется расплав, дробигся и увлекаетсяв сторону цпища. Расплав в ванне хо 50роно перемесшсвдется. Процсскьссй врасплав кислород дробится сса мелкиекапли, благодаря большой поверхностикассе:сь кислорода резко возрастаетскорость ньп Орания кислорода., Повышается температура расплава,Выбор глубины и шнрссцы прямоугольных канавок 8 обусловлен следующими соображениями.20 30 При выборе ширины прямоугольнойканавки 8 меньше О, 2 диаметра цилиндрического канала 7 возрастают потериполного давления, струя кислородапереходит на дозвуковой режим исте 5чения. Струя быстро вырождается. Изза утончения струи возможны разрывыв ней. Синхронизация схода подковообразных вихрей с цилиндрическихструй нарушается, Падают проникаемость в расплав и дальнобойностьструй, При увеличении ширины прямоугольной канавки 8 за 0,5 диаметрацилиндрического канала 7 значительновозрастает потребное давление кислорода в предсопловом объеме С. Квазиплоская струя становится доминирующей, Значительно возрастает расходкислорода. Проникаемость струи врасплав снижается. При глубине прямоугольной канавки 8 больше длиныцилищрических каналов 7 сопл Лавалявозникает перекос профилей скоростигаза вдоль струи, Большая часть газацилиндрической струи перетекает вканавки. Дальнобойность струи газападает, При глубине прямоугольнойканавки 8 меньше длины цилиндрических каналов 7 возникает вдув газачерез прорези в боковые стенки цилиндрических каналов 7 внутрь цилиндрической струи, Нарушается внутренняя структура цилиндрических струй,Дальнобойность струи кислорода падает,35Диаметр вьмодных сечений дополнительных сопл 9 не можетпревосходитьширины прямоугольной канавки 8, таккак иначе характер истечения газаиз дополнительных сопл 9 резко нарушается, возникают поперечные колебания квазиплоских струй. Дальнобойность и проникаемость струй в расплав резко падают. При диаметре . выходных сечений дополнительных сопл 9 меньше ширины прямоугольной канавки 8 неоправданно возрастает давление в предсопловом объеме С, необходимое для устойчивого слияния струй в прямоугольной канавке 8 и образования квазиплоской струи,Применение описанного соплового блока дутьевой фурмы позволяет при использовании его при выплавке стали в конвертере повысить интенсивность процесса плавки, снизить долю чугуна при загрузке конвертера (изменить состав шихты), повысить стойкость фурм, увеличить количество годного металла, выплавпяемого конвертером. Формула из обр етения Сопловый блок дутьевой фурмы, содержащий водоохлаждаемые корпус н головку с соплами Лаваля, диффузор каждого из которых переходит в осесимметричный цилиндрический канал, и прямоугольными канавками, внури которых установлены дополнительные сопла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности газовых струй и увеличения их дальнобойности, прямоугольные канавки связывают между собой цилиндрические каналы сопл Лаваля, при этом ширина прямоугольных канавок составляет 0,2-0,5 диаметра цилиндрического канала, глубина прямоугольных канавок равна длине цилиндрических каналов Сопл Лаваля, а диаметр выходных сечений дополнитепьньм сопл равен 0,9-1,0 перины прямоугольной канавки.1627564Со ста ви тел ь В. Краси наРедактор А.Маковская Техреду Л.Сердюкова Корректор Н,Кучерявая Заказ 37 Тираж 392 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101