Фурма для продувки металла

(51) 5 СИС 5 48 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК ПАТЕНТУ юсвсовщщщо-паяца,."Рйф 1 итут АЛЛАерной менвертерных ется в том,Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Мариупольский металлургический ин(73) Немцов Николай Степанович(54) ФУРМА ДЛЯ ГЗРОДУВКИ МЕТ(57) Изобретение относится к области чталлургии, конкретно, к оборудованию коцехов. Сущность изобретения закпюча что фурма содержит газораспределительное сопло, цилиндрический водоохлаждаемый корпус с конусностью в направлении сопла и концентрически расположенные трубы внутри корпуса для подвода охладителя и газа, причем конусность выполнена переменной с образованием гофр на конической поверхности, а фурма дополнительно содержит механизм предварительного натяжения корпуса. 1 з.п.ф-пы 5 ил.Изобретение относится к черной металлургии, конкретно, к оборудованию конвертерных цехов.Известна фурма для продувки металла,содержащая концентрично расположенные 5трубы, образующие центральный газовыйтракт, тракты для подвода и отвода охладителя и головку с соплами, снабженную расположенным вокруг ее с зазором защитнымкожухом, имеющим замковое соединение с 10наружной трубой. К недостаткам такой конструкции относятся крайне низкая стойкость кожуха и быстрое его сгорание,связанные с неудовлетворительным режимом его охлаждения, т.е. в конечном результате, поставленная цель - защита фурмы отобразования настыли не достигается. Крометого недостатком является усложнение конструкции фурмы, снижение ее надежности.Известна фурма для продувки металла, 20содержащая корпус в виде концентричнорасположенных труб, головку с соплом, приэтом по внешней стороне корпуса имеютсяотверстия для подачи воды, причем сеченияотверстий увеличиваются по длине сверху 25вниз. К недостаткам такой конструкции относится низкая эффективность при защитеповерхности корпуса от брызг металла ишлака, необходимость дополнительногорасхода воды, ее разложение в зоне высо- З 0кой температуры конвертера. опасность насыщения продуваемого жидкого металлаводородом и снижение качества конечногопродукта плавки.Известна топливокислородная фурма З 5для про увки металла, содержащая концентрично расположенные трубы для подачигазов и охладителя, головку с соплами, отличающаяся тем, что примыкающая к головкечасть фурмы длиной 15 - 20 приведенных калибров выполнена в виде усеченного конуса, прилегающего своим меньшимоснованием к головке, с углом наклона егообразующей к оси фурмы 5-10,К недостаткам такого устройства атносится невозможность обеспечить достаточный угол конусности длясамопроизвольного обрушения настыли безухудшения конструктивных и эксплуатационных характеристик фурмы. Поэтому требуется изначально большая критическаямасса (а значит и обьем) налипшей настыли,которая может самопроизвольно обрушиться. А это затрудняет эксплуатацию фурмы, вчастности извлечение ее через горловину 55конвертера, усложняет условия ее охлаждения,Основная задача, решаемая в данномизобретении заключается в повышениистойкости фурмы, снижении трудозатрат на ее обслуживание и ремонт, достигаемые за счет снижения настылеобразования на корпусе фурмы благодаря созданию условий для самообрушения настыли при относительно небольшой ее критической массе,Для этого в фурме для продувки металла, содержащей газораспределительное сопло, цилиндрический водоохлаждаемый корпус с конусностью в направлении сопла и концентрически расположенные трубы внутри корпуса для подвода охладителя и газа, конусность выполнена переменной с образованием гофр на конической поверхности, а фурма содержит механизм предварительного натяжения корпуса,Наличие переменной конусности с образованием гофр на конической поверхности позволяет существенно снизить величину критической массы образовавшейся настыли (а значит уменьшить и ее объем), способной к самообрушению с поверхности фурмы за счет уменьшения сил механического сцепления между ними.Действительно, если настыль общим весом (Р) расположена на вертикальной поверхности с обратным наклоном, например, на корпусе фурмы с конусностью в направлении сопла (см. прототип), то в этом случае настыль удерживается в основном за счет сил механического зацепления микровкраплений настыли в микронеровности корпуса фурмы (Рс) и сил адгезии (Еа), которые на 7 - 8 порядков меньше, чем силы механического зацепления. И усилие, необходимое для обрушения настыли определяется какГоб = Р-Га Гс (1) Под действием силы тяжести настыли микровкрапления последней работают на срез, поэтому определяющим для удержания настыли на конической поверхности является суммарная площадь вертикальных сечений микровкраплений настыли, работающих на срез. Очевидно, чем меньше эта площадь, тем меньше может быть критическая масса самообрушающейся настыли,Микронеровности катаной металлической поверхности (например, для сварных труб) или поверхности цельнотянутых труб имеют форму неглубоких обширных каверн, для которых Ь =(б - 7) д, где Ь - поверхностный размер микронеровности, а д - глубина микронеровности, Значит, минимальный угол, при котором микровкрапления настыли могут иметь вертикальные сечения, работающие на срез составляет 15-18. Т.е. для эффективного саммообрушения критической массы с конической поверхности фурмы, ее конусность должна быть больше, чем предложенная в прототипе в пределах 5(5) 10" Однако. большая конусность невозможна из конструктивных соображений, т.к. в этом случае диаметр цилиндрической части корпуса фурмы на высоте до 2 метров увеличивается в 4,5-5,3 раза, что недопустимо по условиям ее эксплуатации, затруднит ее охлаждение, извлечение из контейнера и т.д,Предусматривая переменную конус- ность по высоте фурмы мы можем на отдельных ее участках обеспечить величину конусности до 15 - 18, исключив тем самым действие на этих участках сил механического зацепления настыли за микронеровности и сопротивления на срез по сечению микро- вкрапления, заменив их на силы трения (Ртр) или силы адгезии (Ра) в зоне микровкрапленийРоб = Р - Га гтр (2)Р б=Р - Р - Р (3)т.к. суммарная площадь сечений микро- вкраплений, работающих на срез в этом случае будет стремиться к нулю,Учитывая произвольную форму зацепления настыли в микронеровностях, невозможно строго определить оптимальную конусность. Однако, общее качественное изменение очевидно, Необходимая сила обрушения настыли по формулам (1) - (3) при минимальной ее критической массе может быть достигнута в результате увеличения конусности путем ликвидации сил, действующих на срез или смятие микровкраплений (или уменьшения действия этих сил) и замены их на силы адгезионного сцепления (которые на 7 - 8 порядков меньше, чем необходимые усилия на срез) или на силы трения.Для реальной фурмы конического профиля уменьшение действия сил сопротивления микровкраплений на срез возможно эа счет увеличения конусности на отдельных участках по длине фурмы (с учетом конструктивных ограничений по диаметру). Тогда на этих участках, согласно формул (2) и (3) указанные силы сопротивления действовать не будут, а силами адгезии, как показано выше, можно пренебречь, При этом суммарная площадь сечений микровкраплений настыли на оставшихся участках настылеобразования существенно уменьшится, а на их срез будет действовать по- прежнему общая сила тяжести всей настыли, Критическая масса настыли, обеспечивающая ее самообрушение, при этом будет меньше, чем для прототипа, Соответственно, будут улучшены условия эксплуатации фурмы, т.е, обеспечивается решение поставленной задачи.Наличие механизма предварительного натяжения гофрированного корпуса фурмы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 позволяет создать продольную нагрузку на сжатие корпуса фурмы для получения продольных микродеформаций на границе поверхности напряженного корпуса и настыли. Образующиеся, таким образом, микротрещины, микросколы или микросмятия на границе корпус-настыль способствуют уменьшению сопротивления микровкраплений настыли на срез и смятие, уменьшению сил адгеэионного сцепления между корпусом и настылью,Величина деформации подлежит расчету, Для конической трубы продольная деформация на участке бх составляетдЛ= 5 д, (4)Е 5 хгде Е - модуль упругости;5 х - площадь сечения трубы;Р - усилие деформаций.Интегрируя по длине конического участка получимгде О и О - соответственно диаметры конической части фурмы,Так, например, для гофрированного корпуса фурмы промышленных размеров с конусностью частей составляющих гофр соответственно 5 и 15 на каждые 0,5-0,7 приведенных калибра фурмы расчетная величина относительной деформации при усилии натяжения на корпус фурмы 800 кг составляет 6,5 10 е мм на 1 мм длины фур мы. Сопоставление этой величины с размерами микронеровностей на поверхности фурмы (01 - 1,0 мм) свидетельствует о том, что такие микродеформации на поверхности фурмы могут способствовать уменьшению сил механического зацепления, трения и адгеэии между поверхностью фурмы и образованной на ней настылью, а значит - способствовать уменьшению критической массы настыли, обеспечивающей ее само- обрушение. В конечном результате, это способствует решению поставленной задачи, облегчению самообрушения настыли,На фиг. 1 изображен общий вид фурмы для продувки металла с гофрированной конусностью на конце. на фи. 2 - схема действия сил, удерживающих настыль на конической поверхности с механическим зацеплением и работой микровкраплений на срез; на фиг. 3 - то же с удержанием микро- вкраплений за счет сил трения; на фиг, 4 - то же, с удержанием микровкраплений настыли за счет адгезионных сил; на фиг. 5 - форма профиля гофрированной конической поверхности фурмы,2001119 Фурма (см, фиг, 1) содеожит газордспределительное сопло 1. цилиндрический водоохлаждаемый корпус 2, в никней части нд высоте 2 - 2,5 метра выполненный в форгле конусности переменного угла в направлении сопла 1 с образованием гофр 3. Внутри фурма снабжена концентрически рзсположенными трубами для подвода газа 4 и охладителя 5.Конкретный вариант фурмы может иметь следующие конструктивные параметры: диаметр сопла 1 - 280 мм; конусность корпуса в направлении сопла нд каждом отрезке высоты в 1,2 приведенного калибра фурмы и в 0,5 приведенного капибрд попеременно составляет 4 и 15 соответственно; диаметр н уширенной части фурмы на высоте 1600 мм от сопла составляет 480 мм; диаметр остальной части фурглы 2 составляет 340 мм,В верхней части труба 4 для подвода кислорода имеет фланец б который тягой 7 связан с механизмом предварительного натяжения, включающим секторный барабан 8, электродвигатель 9 и редуктор 10,Работает фурма следующим образом, В период продувки на боковую коническую поверхность 3 фурглы налиг 1 ают мелкие капельки чугуна, кислого шлака (в начальный гломент продувки), затем капельки стали имея незначительную массу и обладая низкой тепловой инерцией при соприкосновении с водоохлажддемой поверхностью фурмы крцстдлпизу отся на ней и зд счет сил механиче-кого зацепления за чикронеровности на поверхности фурмы, сцл ддгезци закрепляются на этои поверхности, создавая условия дпя ндлипания на себя других капелек и пэров, Таким образом, н нцжней части фурмы происходит образондни вредного нароста - настыли 11. По дости:снцю некоторой критическоц массы, определяемой, в конечном результате, только степенью шероховатости понерхнос гц , урмы и условиями зацег 1 ления микровкрдплений настыли в микронеоонности фургл происходит высвобождение фурмы от эсть лц зд счет самообрушения последней под Е 1 ецг твием собстненгю о веса,Условия удержания настыли нп учдстг дх поверхности фурмы с различной конусностью существенно отличаются, Дпя, гасткоа с большой конусностью (15"-18 см фиг.3,4) поуказанныгл выше причинам прдкичеФормула изобретения 1. аугмд для пводувки глгтдплл. содеркдщая газораспределительное сопло, цилиндрический водоохлаждаемыи корпус с ски исключается удержание ндстыпевоцмассы за счет сил глехднического здцепленця и сопротивления микровкрдплсний насть:пи нд срез цлц смятие, Здесь удержание5 настыли осуществляется только зд счет силадгезии цпи сил трения н гликронеровнос 1 ях, которые пренебрежительно глдлы посравненио с усилиями на срез, Поэтому относительно небольшая по величине крити 10 ческая масса обеспечивает возможностьотрыва части 13 (см. фиг. 1 и фиг, 5) закрислгаллизонанной настыли от поверхностифурмы на этих участках.В данном случае реальное удержание15 настыли нозгложно лишь за счет действиясил сопротивления на срез в микронеровностях и микронкраппениях 12 части настыли14, расположенной на участках фурмы с конусностью меньшей, чем 15-18 (фиг. 2). Од 20 нако, суглмарная площадь сечениймикровкраппеий настыли работающих насрез по всей поверхности фурмы при этоглбудет значительно меньше за счет уменьшения площади боковой поверхности фурмы с25 глалой конусностью, что способствует сдмообрушениго настыли при относительно незльшой ее общей критической массе,Для срочного обрушения ндсгыли, имеющей докрцтцческую массу, используют гле 30 хднизм предварительного натяжениякорпуса фурмы, Тяга 7 соединена с газоподнодящей трубой 4, которая, в свою очередьжестко связана с соплом 1. Через такуюсистему усцпцо ндтякения передается от35 пг;и одд ц гофрированный корпус 3, сжцмдя ео в 1 рпдольногл направлении Прцз гом возни1 микродефорглдццц корпусд,способсп у" гие возникновению микротрец,нг и др, р:згушений в настыли, способст 40 и, игл ег сд;обруцгенцю,Сущее гнует возможность передачи усилия продопь ого сжатия корпуса фурглы незд счет труб4, а за счет специально пропу 45 пг нчогс внутрц ее силового троса (не пока, з,. кестко сггязднного с соплог, которое",:г ою оч р здь упирается в торец корпус;.Экон; гццс:скдя эффектцвгость от цсццльзондц я изобретения нкпгочает сгя 1 ке 50, цс прост;.:н конвертера, связанных спериодическим извлечением фурмы из кон; ч;терн, заленой пурм в среднем н 2 раза,(56) днторскпе свидетельство СССРГ+ 100447 о, кл С 21 С 5/48, 1980,55 конусностьго в направлении сог 1 ла и концентрически расположенные 1 рубы внутри корпуса для подвода охладитгля и газа, от. Ревская аз 3112 Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго гарина, 1 личающаяся тем, что конусность выполнена переменной с образованием гофр на конической поверхности,2. Фурма по п.1, отличающаяся тем что она содержит механизм предварительного натяжения корпуса.