Фурма для продування металу

Изобретение относится к металлургии, в частности, к продувочным и горелочным устройствам. Известно, что продувку жидкого металла газообразным кислородом осуществляли в лабораторном конверторе при помощи фурм, снабженной соплами Лаваля спрофилированным диффузором, обеспечивающие расчетный режим истечения струй: существенно нейтрализовались недостатки сталеплавильного процесса [Баптизманский В.И. Теория кислородно-конверторного процесса. - М.: Металлургия, 1975. - с. 18]. Недостатком данного технического решения является необходимость привязывать расчет сопел Лаваля с профилированным диффузором к конкретному температурному режиму плавки, которая температурно нестабильна в течение сталеплавильного процесса. Известна фурма для продувки жидкого металла, содержащая тракт для охлаждения, выполненный герметично замкнутым и снабженный термоэлектрическим трубным охладителем, а окислительный тракт соединен с патрубком подачи окислителя через расширительную машину [Авт.св. СССР № 683226, прототип]. Недостатком данной конструкции фурмы является нагрев, а не охлаждение, горячего потока эффекта Ранка окислителя трубным термоэлектрическим охладителем, что не обеспечивает расчетный режим истечения струй кислорода, а следовательно, обуславливает сохранность недостатков сталеплавильного процесса. В основу изобретения поставлена задача оптимизации сталеплавильного процесса путем предварительной нейтрализации ионов кислорода внутри фурмы, работающая по термодинамически замкнутому процессу по истекающему кислороду и ввода последнего в расплав в молекулярном виде - в расчетном режиме истечения, что гарантирует стойкость продувочного устройства второго поколения и ликвидацию недостатков сталеплавильного процесса. Поставленная задача решается тем, что в фурме для продувки металла, обеспечивающая ввод окислителя в расплав в расчетном режиме истечения, согласно изобретению: - эжектор фурмы с регулируемым кольцевым жиклером снабжен коническим элементом, расположенный соосно вершиной вниз, а тракт охлаждения выполнен проточным, в котором горячие спаи трубного термоэлектрического охладителя расположены со стороны охлаждения, а холодные спаи расположены со стороны окислительного тракта, где соосно установлен дополнительный низкотемпературный окислительный тракт; - регулируемый кольцевой жиклер образован между коническим элементом и нижним срезом дополнительного низкотемпературного окислительного тракта; - кольцевой жиклер расположен в критическом сечении эжектора. На чертеже представлена конструкция продувочного устройства второго поколения, которое состоит из расширительной машины 1 на входе основного окислительного тракта 2, соосно состыкованного с трубным термоэлектрическим охладителем 3, нижний конец которого соосно состыкован с верхними торцами конической 4 и цилиндрической 5 обечайками, между которыми расположена теплоизоляция 6, и которые нижними торцами соосно состыкованы с трубным термоэлектрическим охладителем 7, который нижним торцом соосно состыкован с верхней кромкой конфузора эжектора 8 и цилиндрической обечайкой 9, между которыми находится теплоизоляция 10, а нижний срез диффузора эжектора 8 сопряжен с наконечником 11, наружная образующая которого сопряжена с кожухом 12 с приваренным к нему вверху под углом патрубком отвода пара 13, причем кожух 12 вверху завершается фланцевым соединением 14, к которому соосно сверху приварена обечайка 15 с жалюзийными отверстиями, которая соосно своим верхним торцом приварена к комбинированному фланцево-корпусному соединению 16 расширительной машины 1, а внутри кожуха фурмы к фланцевому соединению 14 приварена своим верхним торцом промежуточная труба охладительного тракта 17, снабженная патрубком подвода горячего конденсата 18, а внутри основного окислительного тракта в его нижней части и соосно ему расположен дополнительный низкотемпературный окислительный тракт 19, зафиксированный в двух уровнях ребрами жесткости соответственно 20 и 21, где в каждом уровне ребра жесткости расположены, например, под углом 90° друг относительно друга, а внутри нижней части этого окислительного тракта 19 установлена с тугой посадкой своей продольно-оребренной наружной поверхностью втулка 22, в которую соосно ввинчена игла 23, завершающаяся внизу перевернутым конусом 24. Фурма для продувки металла работает следующим образом. Газообразный кислород, допустим, с давлением 25 * 10 Па вводится в расширительную машину 1, после которой давление кислорода в основном окислительном тракте фурмы становится равным 6 • 10 Па, что необходимо в целях обеспечения рабочего давления газообразного кислорода, истекающего из эжектора 8 в расплав в расчетном режиме, равное 1,2 * 10 Па. В расширительной машине 1 компримируемый газообразный кислород делится на горячий и холодный потоки эффекта Ранка. Расширительная машина 1 совместно с основным и дополнительным окислительными трактами фурмы образуют вихревую трубу одностороннего действия, то есть температурный разделитель. Холодные спаи трубных термоэлектрических охладителей 3 и 7 осуществляют охлаждение горячего потока эффекта Ранка окислителя до расчетной температуры, с которой подводится этот поток к конфузору эжектора 8. Таким образом, основной окислительный тракт образован, с одной стороны, собственно основным окислительным трактом 2, холодными спаями трубного термоэлектрического охладителя 3, внутренней поверхностью конической обечайки 4, холодными спаями трубного термоэлектрического охладителя 7 и конфузором эжектора 8, а, с другой стороны, наружной поверхностью дополнительного тракта 19. Холодный поток эффекта Ранка окислителя поступает соосно в дополнительный низкотемпературный окислительный тракт - трубу 19, далее в кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью дополнительного низкотемпературного окислительного тракта - трубой 19 и наружной поверхностью иглы 23, далее - в кольцевой зазор, образованный дополнительным низкотемпературным окислительным трактом трубой 19 и наружной оребренной поверхностью втулки 22. Нижний срез дополнительного низкотемпературного окислительного тракта 19 и основание конического элемента 24 образуют регулируемый кольцевой жиклер, в который вводится холодный поток эффекта Ранка окислителя. Горячий и холодный потоки эффекта Ранка окислителя сталкиваются в кольцевом критическом сечении эжектора 8, образованный конфузорно-диффузорным телом эжектора 8 и основанием конического элемента 24. Выравнивание теплофизических свойств горячего и холодного потоков эффекта Ранка окислителя (критические скорости, критические давления и потоки тепла) происходит в критическом сечении эжектора 8 за счет: - снижения температуры и давления горячего потока эффекта Ранка окислителя в процессе расширения газообразного кислорода в расширительной машине 1; - снижения температуры горячего потока эффекта Ранка окислителя подводом к нему холода холодными спаями трубных термоэлектрических охладителей 3 и 7; - снижения температуры и давления горячего потока эффекта Ранка окислителя до критических значений в кольцевом конфузоре эжектора 8. При этом холодный поток эффекта Ранка окислителя, приобретая критические значения своих параметров - температуры и давления - в процессе расширения в расширительной машине 1, без изменения вводится в кольцевое жиклер-критическое сечение эжектора 8 и далее - в кольцевое критическое сечение этого эжектора, сталкиваясь здесь с горячим потоком эффекта Ранка, который также имеет критическое давление. Таким образом, в кольцевом критическом сечении эжектора оба потока сталкиваются с равными: критическими скоростями, критическими давлениями и потоками тепла. Это обеспечивает взаимную рекомбинацию анионов и катионов в горячем потоке эффекта Ранка окислителя, что обусловливает ввод в расплав последнего в молекулярном виде - в расчетном режиме истечения. Дополнительный трубный термоэлектрический охладитель 3 с воздушным охлаждением предусмотрен с целью экономии горячего водяного конденсата. Стойкость фурмы обеспечивается ее охлаждением горячим водяным конденсатом, который вводится в прямой тракт охлаждения фурмы под давлением. Испарительное охлаждение теплонапряженной поверхности фурмы и горячих спаев трубного термоэлектрического охладителя 7 гарантирует стойкость продувочного устройства. Столб горячей воды в обратном тракте охлаждения фурмы высотой 5-6 метров обеспечивает ее эффективную работу. Следовательно, оптимизация сталеплавильного процесса обеспечивается предотвращением ввода в расплав вместе со струями кислорода его заряженных частиц благодаря работе фурмы по термодинамически замкнутому процессу по истекающему кислороду.