Фурма для подачи кислорода в конвертер

Щ)5 С 21 С 5/48 РОДА В ргич иис (72 ми,0888)идетельство СССР 21 С 5/48, 1983 етельство СССР 21 С 5/48, 1987вани цент торы вода и до ракт 2 под охл адителя апьно регу ип(оР 4:ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЩРЫТИЯМПРИ ННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ(54) ФУРМА ДЛЯ ПОДАЧИ КИСЛО КОНВЕРТЕР(57) Изобретение относится к черной металлургии, преимущественно к кисл родно конвертерному производству стали, Цель изобретения снижение расхода чугуна на плавку за счет повышения эффективности дожигания окиси углерода и улучшение шлакообраэояФурма состоит из четырех конрично рАсположенных труб 1, кое образуют основной ткислорода, тракты 3полнительный индивиду164361 7 лируемый кислородный тракт 4 (в общем случае фурма может не иметьцентральной трубы, т,е, дополнительного тракта), а также головки 5, которая имеет периферийные сопла Лава-,ля 6 для ввода в ванну "жестких"струй продувочного кислорода и дополнительное центральное сопло 8, состоящее из цилиндрической части 9, 10выходной конической части 1 О, соеди"ненных между собой участком сопла смногозаходной винтовой нарезкой 11на его внутренней поверхности, Кислород из центрального сопла 8 с эаяв нии фурмы дожигание СО центральнойструей происходит в шлакометаллической эмульсииИспользование вместе с периферий25 ными дальнобойными струями центрапьной вихревой мягко-жесткой кислородной струи с развитым слоем смешенияпозволяет эффективно дожигать СО вустойчивой вихревой зоне, расположен30 ной на достаточном с точки зрениястойкости фурмы, удалении от ее головки фурмы и вблизи расплава, Благодаря этому, выделяемая при дожиганииСО теплота в меньшей степени негативно воздействует на фурму и футеровку и более эффективно усваиваетсярасплавом, Этому также способствуетинтенсивное перемешивание шлакометал"личе ской эмульсии централь;ой струей40 в подфурменной зоне, Улучшаются процессы усвоения извести и шлакообразования, При использовании предлагаемой конструкции фурмы облегчаются процессы управления струями (по сравнению с известным устройством), таккак с увеличением давления кислорода.перед центральным соплом предлагае"мой конструкции. жесткость центральной струи увеличивается,50 На чертеже представлена предлагаемая фуриа,фурма состоит из четырех концентрично расположенных труб 1, ко 55торые образуют основной тракт 2 под вода кислорода, тракты 3 подвода и отвода охлаждающей воды, а также дополнительный тракт 4 подачи кислороИзобретение относится к черной ме"таплургии и может быть использованов кислородно-,конвертерном производстве стали,Целью изобретения является сиижение расхода чугуна на плавку за счетповышения эффективности дожиганияокиси углерода, а также улучшениешлакообр азованияВыполнение центрального сопла свходной цилиндрической частью, выходной конической частью и участкомсопла между ними с многозаходнойвинтовой нарезкой на внутренней поверхности сопла с приведенными параметрами позволяет подать ноток вторичного кислорода из фурмы в видецентральной мягко-жесткой струи сразвитым вихревым слоем смешения вполость конвертера, При этом в слоесмешения центральной струи образуется устойчивая область горения СО,расположенная в подфурменной зоне надостаточном удапении от торца головки, чтобы избежать перегрева последней, Область дожигания располагаетсявблизи расплава, что повышает эффективность усвоения последним полученного за счет дожигания тепла, Ядроцентральной струи при этом обладаетдостаточной жесткостью, чтобы проникнуть в шлакометаллическую эмуль"сию, эффективно перемешивать ее, способствуя улучшению шлакообразования,При высоком положении фурмы над уровнем ванны дожигание СО центральнойструей происходит в газовой фазевблизи расплава, при низком положеляеьыми параметрами истекает в видемягко-жесткой струи с развитым вихревым слоем смешения, где происходитэффективное дожигание СО, Областьдожигания находится на достаточном(с точки зрения стойкости фурмы) удаленни от торца головки и приближена,к расплаву, благодаря чему происходитинтенсивное перемешивание пшакометаплической эмульсии. в подфурменной зоне, улучшаются процессы шлакообразования и усвоения полученного за счетдожигания тепла, 1 ил 3 табл16436да с индивидуальным регулированиемрасхода,В общем случае фурма может и неиметь центральной кислородной трубы,т,е, не иметь дополнительного кис 5лородного тракта.4Фурма заканчивается головкой 5, имеющей периферий"ные сопла Лаваля б для ввода в полость конвертера сверхзвуковых кислородных струй 7, используемых дляпродувки расплава, и дополнительноецентральное сопло 8, которое состоитиз цилиндрической 9 и выходной 10конической частей и расположенноймежду ними многозаходной винтовойнарезки 11При этом отношение площади проходного сечения Р цилиндрической части 9 центрального сопла 8к площади проходного сечения Р сопла на участке с нарезкой 11 составляет 2" 10, длина 1 конической части1 О сопла 8 составляет 0,6" 2,0 диаметра ЙК и начального сечения коническойчасти, а угол раскрытия конической 25,части 0 равен 10-25Фурма работает следующим образом,Основной поток 12 кислорода поступает к расширяющимся соплам 6, ускоряется в них до сверхзвуковой скорости и используется для районированиярасплаваДополнительный поток 13 кислорода поступает к центральному соплу 8, где часть кислорода 14 проходитчерез свободное от нарезки 11 проход35ное сечение (в виде цилиндрическогоотверстия) сопла 8, а другая частькислорода 15 внедряется в многозаходную винтовую нарезку 11, закручиваясьв ней.и в виде вихревого потока, Эти 40два потока после выхода из участкасопла с нарезкой, расширяясь далее и,взаимодействуя мвкду собой в выходнойконической части 10 центрального соп".ла, образуют на выходе из нее мягкожесткую сильно закрученную струю 16с развитым вихревым слоем 1 смешения,куда эжектируется и где эффективнодожигается окись углерода, вцделякгщаяся в подфурменной зоне при взаимо ;50действии периферийных кислородныхструй с расплавом, При этом зона дожигания несколько удалена от торца головки фурмы и приближена к, расплаву,что способствует повышению стойкОстиФурьы, усилению перемешивания шлакометаллической эмульсии в подфурменнойзоне и, как следствие, улучшению про, цессов шлакообразования и усвоению6расплавом полученной за счет дожигания СО теплоты,Для определения оптимальных конструктивных параметров Фурмы и изучения механизма взаимодействия потоков кислорода в центральном соплефурмы, а также с периферийными струями, на газодинамическом стенде проведена серия экспериментов с использованием стробоскопа и теневой фото"сьемки, Эксперименты проводили нанатурных центральных соплах, рассчитанных для фурм 200 н 350-тонныхконвертеров, имеющих по пять (обычноиспользуемый на практике вариант количества сопел) периферийных сопел скритическими диаметрами, соответственно, равными 3,2 и 42 мм, а таэкена моделях указанных фурм, выполненных в масштабе 1:5, В качестве продувочного газ а и спользуют компре с со рный воздух с давлением до 2,0 ИНа,В табл 1 приведены результаты исследования влияния отношения Р/Рна коэффициент восстановления полного давления в сопле (коэффициент,характеризующий потери потенциальнойэнергии давления в сопле)и каличие отрыва потока (наличие локальныхзон с пониженным давлением) в центральном сопле при 1 Г- й,; 06 = 2180 Как видно из табл1, при отношении площади проходного сечения цилиндрической. части сопла Р к площа рч проходного сечения сопла на участ ке с нарезкой Р 1, равном 2 10, обес" печивается оптимальная, с точки эре ния эффективного дожигания и шлакообразования, структура центральной струи, необходимая стойкость центрального сопла и минимальные потери потенциальной энергии давления вто ричного кислорода, При Р/Р 11 С 2 ци линдрическая часть центрального сопла работает" как ускоритель потока и при подходе к участку с нарезкой мйслород имеет околозвуковую ско рость.(около 300 м/с), При этом воз никают большие сопротивления входа потока в нарезку и течения в ней, появляется опасность нарушения сплош ности течения, неполного заполнения потоком канала и отрыва потока от стенок выходной части сопла В ре зультате ужудшается стойкость сопла и поток вторичного кислорода не имеет оптимальной с точки зрения дожигания и шлакообразования структуры,При Р/Рн ) 10 не обеспечивается. плавный ввод кислорода в многозаходную винтовую нарезку, что вызывает дополнительные сопротивленияна разворот потока и на удар нривходе в нарезку, Кроме того, диаметр входной цилиндрической частисоппа увеличивается настолько, чтозаметно снижается проходное сечениедля подачи охлаждающей воды в головке фурмы, снижается ее стойкость,необоснованно увеличиваются размеры 15тракта для подачи вторичного кислорода, При обычно применяемых на практике конструктивных размерах головокфурм выполнение центрального сопла сРц/Р 1,У 10 невозможно, технически изза 20ограниченности межсоплового расстояния в центральной части верхней тарелки головки фуриыВ табл,2 приведены результатыисследований влияния длины. выходнойконической части центрального соплана структуру истекающих потоков киспорода при Рц/Рд 3-5, ф = 2-18.При длине конической части 1 Кцентрального сопла менее 0,6 диамет 30ра начального сечения конической час".ти й и кислород истекает из вихре 1вого аппарата не в виде сплошного потока, а в виде отдельных струек, Приэтом не обеспечивается полное запол 35нение кислородом выходного участкаконической части центрального сопла,возникают области разрежения, кудаможет эжектироваться горящее СО изполости конвертера, Это приводит к 40быстрому разрушению сопла и торцовойчасти фурми, Кроме того, при 11,( О,Ыне обеспечивается защита торцовойчасти участка многозаходной винтовойнарезки от разрушающего теплового : 45излучения реакционной зоны, нижниевитки нарезки при этом должны быст"ро оплавиться, Это приведет к нарушению структуры истекающего кислородного потока и невозможности достиже 50ния поставленной цели, При 1 сО,бйк ицентральный кислородный поток, истекакщий из фурмы, не обладает доста"точной жесткостью, что приводит кснижению стойкости фурмы и к уменьшению стЬпени использования полученного за счет дожигания СО тепла,так как область дожигания удаляетсяот расплава и приближается к голов ке фурмы, При 1,2,06, истекакщая из центрального сопла кйслородная струя является слишком жесткой Вих ревой слой смешения на поверхности центральной струи не получает замет ного развития (на длинном выходном участке сопла за счет трения отдель ных микропотоков кислорода друг о друга и о стенки сопла теряется тан генциальная составляющая скорости потока, сообщенная ему посредством многоэаходнойфнарезки - вихревого аппарата), Это приводит к тому, что центральная струя работает практичес" ки так же, как и периферийные,:те в режиме глубокого проникновения в расплав (в режиме рафинирования), эффективность дожигания СО резко снижаетсяВ табл 3 приведены результаты исследований влияния величины угла на структуру истекающих потоков кис лорода из центрального сопла при Рц/Рм 3 5 1 к (Офб 15)аикцКак видно из табл,3, если угол раскрытия выходной конической час ти К меньше 10 ф, то даже при значениях 1 к, близких к нижнему гранично" му значению,:те, при 1 кСО,бй, на выходе из центрального сопла нель- зя получить струю с развитым вихре вым погранслоем, струя является слишком жесткой, Это приводит к снижению эффективности процессов дожи гания СО и шлакообраэования Еслиугол К больше 25 , наблюдается непол ное заполнение кислородом конической части сопла 1,так называемый от" рыв патока), образуются области по нижеиного давления, куда эжектирует ся конвертерный газОбразовавшиеся внутри конусной части сопла очаги локального горения горячего СО при ведут к интенсивному износу сопла и фурма в целом, что сделает невозмож"- ным достякение поставленной цели.формула и э о б р е т е и и яфурма для подачи кислорода в кон вертер, содержащая головку с расположенными в ней периферийными соплами и центральным соплом с входной ци линдрической и выходной конической частями, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения расхода чугуна на плавку за счет повышения1710ношение площади проходного сеченияцилиндрической части центрального сбпее ла к площади проходного сечения соплгВ на участке с нарезкой составляет 2-10, длина конической части составляет 0,6-2,0 диаметра начального, сечения конической части, а угол раскрытия последней равен 10-25Т аблица 1е арушение сплошностечения в сопле ош 0,5 и мене Наличие несластей отрыного давленстенок соплаОбласти отрывачески отсутствОбласти отрываствуюте ееег кольких обва (понижения) вблизи,66 2 Иее тс 1 О 121 бли руктура истекакщих потоков кида их центрального сопла Кислород истекает из централсопла в виде нескольких (позаходов нарезки) отдельныхненных от вертикальной осишим углом струек и центральдельной струи; создается мялородный поток и область дожприближается к головке фурмческой части центрального сствуют зоны отрыва потока ьног числ ткло од б и отИй кИСее гания в конила су ще То 0 он отрыва потока не кислород истекает из а в виде мягко-жест итым вихревым слоем дожигания находится енин от торца фурмыванне То же 4 0,7 5 1,0 6 1,5 7 2,0 Л 1 еее ее ет из.центрального сопластруи, не имеющей разо слоя смешения и глубов ванну Кислород истек в виде жесткой витого вихрево внедряющеис 9 16436эффективности дожигания окиси углеро-да, а также улучшения шлакообразования, центральное сопло с входной цилиндрйческой и выходной коническойчастями выполнено с промежуточнымучастком с многозаходной бинтовой нарезкой на его внутренней поверхности,соединяющим. входную цилиндрическую ивыходную коническую части, причем от. 0,72 0,75 0,71 0,69 0,62 наблюдается; центрального сопой струи с разсмешения; область а достаточном удаи приближена к12 164361 7 Таблица 3 руктура истека токов кислород Отношение ие ичина ла трап ьно а траль- Нет Кислород и ного сопла 8 стека иде жесткои струи, не меющей развитого вихевого ешени 2 3 То жеэеЦефКислород ивиде мягко-жструи с раем смешениясноерытиям при ГКНТ СССР4/5 изобретен Раушска зводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101