Фурма для продувки металла в конвертере

)3 С 21 С 5 Г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ательскйй Нижнета- комбинат(71) Уральский научно-исследовинститут черных металлов игильский металлургическийим. В. И. Ленина2) Г. И. Фугман, М. А. Т р е т ь(56) Авторское свидетельство СССРЙю 1330171, кл; С 21 С 548, 1985.Авторское свидетельство СССР(54) ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТКОНВЕРТЕРЕ(57) Использование: черная металлургия при производстве стали в кислородных конвертерах. Сущность; фурма состоит из концентрично расположенных труб, образующих тракты 1, 2, 3 подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды соответственно, головку 4 с основными соплами 4 Лаваля и вспомогательными соплами 7. Вспомогательные сопла 7 выполнены суммарным сечением 0,2-0,5 площади критического сечения сопла 5 и исходят из диффузоров 6 сопла 7. Вспомогательные сопла 7 образуют радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы, и расположены подуглом 60-80 к ее оси. Верхние срезы вспомогательных сопел 7 распо; ложены на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла Лаваля от начала дифузора 6. 2 ил. 2 табл.5 10 15 Изобретение относится к области черной металлургии, конкретйее к устройствам для продувки металла в кислородных конверторах.Известна конструкция фурмы, в которой для дожигания окиси углерода отходящих газов выполнены дополнительные сопла, расположенные во втором ярусе на значительном расстоянии от среза основных сопел, а именно, на расстоянии /32- 38/о Г, где б и и - критический диаметр дутьевого сопла и количество дутьевых сопел, Применение этой фурмы обеспечивает снижение расхода жидкого чугуна в металлошихте на 30-50 кг/тя стали,Недостатком известной конструкции является неоптимально выбранная область зажигания окиси углерода, что снижает эффективность усвоения тепла металлом в конвертере,Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является фурма для продувка металла в конвертере, содержащая концентрично расположенные трубы для подвода кислорода подвода и отвода охлаждающей воды и головку с основными соплами типа сопла Лаваля; каждое из которых имеет вспомогательные сопла с-суммарным проходным сечением, равным 0,2-0,5 площади критического сечения сопла Лаваля, соединенные с кислородйодводящим трактом.Недостатком фурмы является низкая тепловая эффективность процесса, поскольку при параллельном расположении осей сопла Лаваля и окружающих его отверстий вторичный поток кислорода из отверстий зжектируется основным потоком и взаимодействует, лавным образом, с металлом, не образуя достаточно распространенной в объеме конвертера зоны дожигания СО и СО 2 и соответственноне влияя существенно на тепловую эффективность кислородко-конвертерного процесса, Кроме того, фурма сложка в изготовлении: требует высокой точности исполнения составляющих ее деталей, наличие дополнительных сварных и резьбовцх соединений в головке фуры затрудняет обеспечение ее герметичности.Общими признаками известной фурмц, принятой за прототип, наличие осковнцх сопел и вспомогательных, расположенных вблизи основных,Целью изобретения является повышение тепловой эффективности кислородкоконвертерного процесса и снижение трудоемкости изготовления фурмц,Поставленная цепь достигается тем, что в известной фурме для продувки металла в конвертере, содержащей концентрично расположенные трубы для подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды и головку с основными соплами и типа сопла Лаваля, каждое из которых имеет вспомогательные сопла с суммарным проходным сечением равным 0,2-0,5 площади критического сечения сопла Лаваля, вспомогательные сопла выполнены исходящими из диффузоров сопел типа сопла Лаваля, образующими радиальные проекции на йлоскость, перпендикуляркую оси фурмы под углом 60-80 к оси фурмы, причем верхние срезы вспомогательных сопел расположены на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла типа сопла Лаваля от начала диффузора.Применение данной фурмы улучшает шлакообразование в конвертере, уменьшает выбросы и угар металла за счет более мягкой продувки, что позволяет повысить выход годного металла.Сущность изобретения состоит в том, что под воздействием проникающих в расплав метала кислородных струй, истекающих из основных сопел типа сопла Лаваля, поднимаются потоки СО, которые пересекают кислородную завесу, создаваемую расходящимися струями, истекающими из вспомогательных сопел, выполненных в диффуэорах сопел Лаваля, площадь вспомогательных сопел, как и в прототипе, равна 0,2-0,5.Расположение вспомогательных сопел в закритической части сопел Лаваля улучшает перемешивание взаимодействующих потоков СО,и Ог в зоне дожигания, за счет нестационарного режима истечения кислорода из вспомогательных сопел, и одновременно максимально приближает зону дожигания к расплаву, Улучшекие перемешивания повышает степень дожигания СО до СО 2, а приближение зоны дожигания к расплаву - степень усвоекия ванной тепла, выделяющегося при дожигании.Выполнение вспомогательных сопел расходящимися, образующими радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы, позволяет равномерно распределить вспомогательные потоки кислорода, а следовательно и зону дожигания, над расплавом,Выполнение вспомогательных сопел на расстоянии их верхнего среза /0,1-0,5 йхр от критического сечения под углом 60-80 к вертикальной оси фурмы позволяет пол" учить макстимальную тепловую эффективность кислородно-конвертерного процесса, что выражается в получении наибольшей температуры ванны после продувки.При выходе за заявляемые пределы параметров фурмы, т.е. при удалении вспомогательных сопел на расстояние более 0,5 Икр и приближении их менее 0,1 Ока от критического сечения, а также при расположении сопел под углом менее 60 и более 80 к вертикальной оси тепловая эффективность процесса снижается за счет ухудшения процессов дожигания СО и СО 2 и усвоения ванной тепла от дожигания,Фурма проста в изготовлении, поскольку головка ее состоит всего из одной детали и не содержит сварных и резьбовых соединений, что облегчает сборку и гарантирует герметичность фурмы. Резьба и сварка применяются только в местах соединений головки с трубами для подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды.Новым в изобретении является область размещения сопел для дожиганя СО,.Выполнение их исходящими из диффузора, т,е, в закритической области сопел Лаваля, является новым, ранее не использовавшимися ни в каких областях техники, признаком.В совокупности с известными признаками изобретение позволяет получить более высокий результат по сравнению с прототипом - увеличить количество и степень усвоения тепла ванной за счет создания условий для равномерного и эффективного смешивания взаимодействующих потоков СО и СО в результате нестационарного истечения вторичных потоков кислорода в сочетании с рассредоточением из вблизи расплава, что позволяет повысить температуру металла после продувки, или снизить расход теплоносителя /чугуна/ на плавку, Кроме того, данная конструкция фурмы менее трудоемка в изготовлении,На фиг. 1 изображена фурма, продольный разрез; на фиг. 2 - вид фурмы с торца.Фурма включает в себя концентрично расположенные трубы, образующие кислородподводя щий тракт 1, тракты 2, 3 подвода и отвода 3 охлаждающей воды, головку 4 с соплами 5 Лаваля, в диффузоре 6 которых выполнены вспомогательные отверстия 7,Фурма работает следующим образом.В начальный момент при опускании в конвертер в фурму подается охладитель /например, вода/. При подходе фурмы к расплаву по центральной трубе подается кислород, который проходя через сопла Лаваля, достигает саерхвуковой скорости. Сверхзвуковые струи кислорода, проникая в металл, взаимодействуют с углеродом с образованием СО.Иэ вспомогательных отверстий 7, расположенных в непосредственной близости от критического сечения на наружной по 10 15 35 отверстия были выполнены в форме цилиндра,20 25 30 40 45 50 верхности диффузоров под углом 60-80 к оси фурмы, истекают нестационэрные вспомогательные струи кислорода для дожигания СО. Нестационарность,.х пбусловлсна сверхзвуковой скоростью основного недо- расширенного потока, наличием перепада давления кислорода между верхним и нижним срезом вспомогательных соел, а также изменение структуры и торможением части основного потока при входе его во вспомогательное сопло.Поднимающиеся потоки СО перемешиваются со вспомогательными струями кислорода за счет их нестационарности равномерного рассредоточения над всей поверхностью расплава, что позволяет получить высокую степень дожигания СО до СО 2. В результате дожигания СО до С 02 вблизи расплава достигается высокая степень усвоения тепла ванной. Зто позволяет получить высокую тепловую эффек 1 ионость конвертерного процесса,Конструктивные параметры фурмы отрабатывались экспериментально,На опытном заводе УралНИИчермета было изготовлено несколько вариантов 2-х сопловых фурм согласно иэобретени 1 о с бр. мм и диаметром вспомогательных сопле 1,9-3 мм и одна фурма известной конструкции и опробованы на полупромышленном кислородном конвертере.Площадь сечения 2-х вспомогательньх сопел к каждому основному соплу, по аналогии с прототипом, составляла 0,2-0,5 площади критического сечения. Вспомогательные Отверстия на диффуэоре сопла Лаваля были размещены на различных расстояниях от критического сечения и под разными углами к оси фурмы.В конвертер заливали 300 кг углеродистого полупродукта с температурой 1370"С, содержащего 3,0",ь углрода, Плавки проводили без использования лома, Ванну продували кислородом с суммарным расходом через основные и вспомогательные сопла 0,65 м /мин. По ходу продувки в конвертерзприсаживали 25 кг извести для формирования шлака. Продувку заканчивали по израсходовании 10 м кислорода нэ плавку. Тепловую эффективность кислородно-конвертерного процесса определяли по температуре металла после продувки,Результаты исследований представлены в табл, 1. Из табл. 1 видно, что при продувке ванны новой фурмой /опыты 2-7/ по сравнению с известной /опыт 1/ при разных условиях /параметры продувки, условия работыс расплавом/ получена более1768648 Таблица 1 Основноесопло Тип фурми Опыт Расстояние откритическогосечения доверхнего срезавспомогательно"го сопла, доляс 1,(р Угол наклона вспо"могатель"ного соплаК оси фурмы,градус Температура ме.талла пос" ле продув" ки, С Известная фурма (2) Типа соплаЛаваля 15 70 75 75 60 7 о 80 7 о 70 5 о 90 1570 1680 1690 1675 1685 1680 1690 1630 " 1640 1625 1640 Пр едла га емая фурма оптимальный вариант То же 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0,1О,З0,50,350,40,30,050,30,35 То же Предлагаемая фурма., оптимальныйвариант высокая температура металла после продувки (1 675-1695 ос проив 1570 ос при продувке известной фурмой), чтосвидетельствует о повышении тепловой эффективности плавки,При выходе за заявляемые пределы параметров фурмы /опыты 8-11/ набл 1 одаетсярезкое снижение температуры металла до1625-1640 С. Кроме того, при угле наклонавспомогательных сопел к оси Фурми 90/опыт 11/ наблюдался разгар футеровки науровне расположения в конвертере вспомогательных сопел.Проведено опытно-промышленное испытание фурмы новой конструкции в кислородно-конвертерном цехеНижнетагильского меткомбината, Была использована 4- сопловая фурма с основнымисоплами типа сопла Лаваля с критическимдиаметром 32 мм,На расстоянии 10 мм от критическогосечения было просверлено по 2 отверстиядиаметром 12 мм, направленных редиально, под углом 70 к оси фурмы.Перерабатываемый углеродистый полу.продукт с температурой 1380-1390 С содержал 2,8-3,0 углерода. Для получения. заданной температуры металла после про.дувки /1600-1615 С/ в качестве охладителяиспользовали металлолом, Продувки кислородом проводили при одинаковом положе.нии фурм предлагаемой и известнойкострукции над уровнем ванны, Давлениекислорода составляло 1,5 МПа. Расход кислорода на продувку и докигание СО составлял 300 м /мин, Продувку заканчивали присодержании углерода около 0,10 О/о. По ходупродувки в ванну вводили шлакообраэу 1 ощие материалы /известь, руду/,Технологические данные опытно-промышленной компании приведены в табл. 2,из которой видно, что использование новойфурмы позволяет дополнительно перерабо 5 тать в среднем 67 кг лома на 1 т стали иснизить трудозатраты на изготовление фурмы на 32 чел,/ч,Таким образом, предлагаемая фурмадля продувки металла в конвертере по срав 10 нению с фурмой, принятой за прототип, позволяет дополнительно переработать 60-74кг лома на 1 т стали за счет повышениятепловой эффективности кислородно-конвертерного процесса а также снизить трудо 5 емкость изготовления фурмы в 2,3 раза.Формула изобретенияФурма для продувки металла в конвертере, содержащая концентрично располженные трубы для подвода кислорода,20 подвода и отвода охлаждающей воды и головку с основными соплами Лаваля, каждоеиз которых имеет вспомогательные сопла ссуммарным проходным сечением, равным0,2-0,5 площади критического сечения со 25 пла Лаваля, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повышения тепловой эффективности кислородно-конверторного процесса иснижения трудоемкости изготовления фурмы, вспомгательные сопла выполнены исхо 30 дящими иэ диффузоров сопл Лаваля,образующих радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы подуглом 60-80 к оси фурмы, причем верхниесрезы вспомогательных сопел расположены35 на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла Лаваля от начала диффузора,. Каханов ктор роизеодстеенно-издатеоьский комбинат "Патент", г, ужгород, уа,гагарина, 101 Заказ 3622 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/б