Фурма

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к наконечникам фурм для продувки металла кислородом. Прототипом является фурма, включающая концентрично расположенные трубы, образующие тракты для движения воды и кислорода, наконечник с внутренним и наружным рядами установленных наклонно основных и вспомогательных сопел, в которой повышение эффективности продувки происходит за счет перераспределения кислорода между основными и вспомогательными соплами в соотношении (6,7-7,5): 1, а также подачи кислорода из вспомогательных сопел радиально или тангенциально направленными струями [1], Ось основного сопла параллельна оси блока, а ось вспомогательного сопла составляет с осью блока угол 10-15°. Кроме этого оси сопел и ось блока лежат в одной плоскости, которая составляет с плоскостью, проходящей через ось блока и ось наконечника, угол до 90°, причем при совпадении этих плоскостей ось основного сопла располагается между осью блока и осью наконечника. Применение такой фурмы обеспечивает необходимое рассредоточение дутья, снижение брызгообразования в подфурменной зоне, повышение коэффициента дожигания СО до СО2 на 5-6%, что позволяет увеличить расход металлолома до 3% с соответствующим снижением расхода жидкого чугуна. Недостатки аналога: локальный износ футеровки и некоторое снижение общей ее стойкости в тех местах, на которые направлены кислородные струи, что связано с созданием при продувке высокотемпературных зон вследствие взаимодействия кислорода с ванной вблизи поверхности футеровки, особенно при увеличении расстояния между фурмой и ванной; низкий коэффициент дожигания СО до СО 2. Недостатки прототипа: малое отношение площадей критических сечений основных и вспомогательных сопел, что приводит к повышенному расходу кислорода через вспомогательные сопла и что увеличивает дальнобойность истекающих из них струй, а также степень участия кислорода в рафинировании ванны, что соответственно снижает эффективность дожигания СО; неудачное размещение вспомогательных сопел, вследствие чего истекающие из них кислородные струи частично попадают в зоны взаимодействия основных кислородных струй с ванной, что вызывает увеличение интенсивности газовыделения из зон взаимодействия и скорость выносимых из них частиц шлакометаллической эмульсии, которые, ударяясь о футеровки конусной части конвертера, вызывают ее повышенный износ, а также приводят к увеличению потерь металла с выносом; недостаточно быстрое проплавление лома в центральной части ванны в начальный период продувки, что требует более медленного опускания фермы" в рабочее положение, и, как следствие, приводит к переокислению шлака, усиленному износу футеровки и выбросам во второй половине продувки. Исследованиями доказано, что теплопередача от факела дожигания происходит более эффективно при его нахождении во вспененной шлакометаллической эмульсии, поэтому для увеличения передаваемого ванне тепла необходимо дожигать СО до СО2 во вспененном шлаке. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования фурмы, в которой при определенном размещении основных и вспомогательных сопел и соотношении суммарных площадей их сечений, обеспечивается повышение степени использования истекающего из вспомогательных сопел кислорода на дожигание СО до СО2 в полости конвертера и за счет этого достигается экономия жидкого чугуна. Поставленная задача решается тем, что в фурме, содержащей концентрично расположенные трубы, образующие тракты для движения воды и кислорода, наконечник с внутренним и наружным рядами установленных наклонно основных и вспомогательных сопел согласно изобретению вспомогательные сопла образуют внутренний ряд, а их оси лежат в плоскостях, проходящих через ось фурмы и оси основных сопел, образующих наружный ряд, причем суммарная площадь сечений сопел наружного и внутреннего рядов соотносится как (12—25):1, а углы их наклона к вертикали как (2-5):1. Согласно изобретению, фурма отличается от прототипа следующими признаками: вспомогательные сопла расположены ближе к оси фурмы и образуют внутренний ряд; соотношение суммарных площадей сечений путевых и вспомогательных сопел составляет (12-25): 1; соотношение углов наклона дутьевых и вспомогательных сопел оставляет (2-5): 1. Наличие перечисленных признаков позволяет квалифицировать изобретение как соответствующее критерию "новизна". В результате анализа известных конструкций фурм установлено, что ни в патентной, ни в технической литературе не описаны признаки, отличающие заявляемую конструкцию фурмы от прототипа, что соответствует критерию изобретения - "существенные отличия". Размещение вспомогательных сопел во внутреннем ряду, а их осей в плоскостях, проходящих через ось фурмы и оси основных сопел позволяет: получить хорошее смешение СО и О2 за счет подачи кислорода на рафинировку и дожигание с различной интенсивностью и в одном направлении; улучшить проплавление лома в подфурменной области и снизить локальный износ футеровки конвертеров в результате удаления высокотемпературных зон от поверхности футеровки к центру ванны; ускорить опускание фурмы в номинальное положение и предотвратить выбросы. Максимальная эффективность вышеперечисленного достигается при соотношении площадей сечений основных и вспомогательных сопел равном (12—25): 1, а углов их наклона (2-5): 1. При соотношении площадей сечений сопел большем, чем 25:1 эффект от дожигания получается незначительным как в силу малого расхода на дожигание, так и в силу плохого перемешивания струй кислорода на дожигание и потока окиси углерода, выделяющегося из ванны. При соотношении площадей сечений сопел меньше чем 12:1, из вспомогательных сопел истекает жесткая кислородная струя, что увеличивает долю этого кислорода на рафинирование ванны (соответственно уменьшает на дожигание) и требует продувки плавок при более высоком положении фурмы над ванной с приближением высокотемпературных зон к поверхности футеровки, а также увеличивает продолжительность продувки и опасность выбросов. При соотношении углов наклона сопел к вертикальной оси фурмы больше 5:1 ухудшается дожигание СО до СО2 из-за того, что кислородные струи из вспомогательных сопел выходят за пределы вторичных реакционных зон, где преимущественно происходит окисление углерода до СО. При этом повышается удельный расход жидкого чугуна. При соотношении указанных улов меньше 2:1 происходит слияние основных и вспомогательных кислородных струй с усилением выноса расплава из конвертера, уменьшение степени использования О2 вспомогательных струй на дожигание, увеличение интенсивности износа конусной части футеровки конвертера. Кроме этого, интенсифицируется взаимодействие кислородных струй из сопел обоих типов вблизи лобовины наконечника с последующим прогаром последнего и снижением стойкости фурмы. Фурма выполнялась с подачей основного кислорода через сопла Лаваля, вспомогательного - через цилиндрические. Это увеличивает степень использования кислорода вспомогательных сопел на дожигание СО до СO2. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг,1 показан вертикальный разрез фурмы, на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1. Фурма состоит из концентрично расположенных труб 1,2,3, образующих тракты для подвода и отвода воды и подачи кислорода, наконечника 4 с основными соплами 5 наружного 7 и вспомогательными соплами 6 внутреннего 8 рядов. Угол a между осью 10 вспомогательного сопла и вертикальной осью фурмы 9 составляет 4-9°, угол β между осью 11 вспомогательного сопла и осью фурмы 9 составляет (2-5) а. Площадь проходного сечения F1 цилиндрического сопла б составляет 19,6-38.5 мм , а площадь критического сечения F2 сопла 5 (типа Лаваля) - (12-25) F2 (для условий конвертерного цеха завода им. Петровского, где используются фурмы с 5-ю одинаковыми основными и 5-ю одинаковыми вспомогательными соплами). Фурма работает следующим образом. Кислород по трубе 3 поступает к соплам 5,6 и истекает из них с расходами, соотношение которых пропорционально соотношению площадей обоих типов сопел. При взаимодействии струй из сопел 5 с ванной происходит окисление примесей, в том числе углерода, а образующаяся СО выделяется из ванны в виде газовых объемов. Струи из сопел внутреннего ряда попадают в эти объемы в процессе их всплывания в шлакометаллической эмульсии, смешиваются с находящейся там СО и дожигают ее до СО2. При этом тепло от дожигания передается, главным образом, шлакометаллической эмульсии, а от нее, благодаря перемешиванию, ванне. Это увеличивает приходную часть теплового баланса плавки и ускоряет проплавление лома в подфурменной зоне в начальный период плавки, что позволяет ускорить спускание фурмы в номинальное положение, избегая переокисления шлака, а, следовательно, выбросов при переходе к интенсивному окислению углерода. Применение предложенного решения в условиях ККЦ завода им. Петровского позволило снизить удельный расход чугуна в шихте на 21-25 кг/т стали, повысить стойкость футеровки конвертеров в среднем на 10%, улучшить процессы десульфурации и дефосфорации металла.