Спосіб продувки металу та пристрій для його здійснення

1. Способ продувки металла, включающий подачу окислителя в расплав через фурму, отличающийся тем.что жидкий кислород предварительно разделяют на газовую и жидкую фазы, затем газовую фазу с петлей жидкой фазы нагревают до расчетной температуры перед дросселированием до физического давления с последующим стопкнсвением этой смеси фаз с жидкой фазой с равными критическими скоростями в режиме эжекции. 2. Устройство для продувки металла, включающее тракт подвода жидкого кислорода, отличающееся тем, что тракт жидкого кислорода введен в газовую полость отделителя жидкости а тракты газовой и петлевой жидкой фаз после отделителя жидкости соединены со входом теплообменника, выход которого трактом соединен с входом дроссельного вентиля с сельсином-приемником, выход которого трактом соосно соединен с жиклер-критическим сечением бесконфузорного эжектора, где тракт жидкой фазы от отделителя жидкости соединен через сельсин-датчик с жиклер-критическим сечением этого эжектора. Изобретение относится к теплофизике, в частности, к работе продувочных горелочных устройств. Оно, также, может быть использовано в совершенствовании работы АЭС и всех типов двигателей внутреннего сгорания. Известен способ продувки металла газообразным или жидким окислителем через фурму, совершающую возвратно-поступательное перемещение относительно границы раздела металл-шлак с частотой 20-30 периодов в минуту и с увеличением расхода окислителя в единицу времени при перемещении фурмы из верхнего в нижнее положение от 0,3-0,6 до 1,2-2,5 от его среднего значения расхода ( 1 ) . Недостатком данного способа продувки металла является наличие в струях окислителя ионов обоих электрических знаков, которым обязаны: низкая стойкость фурмы, настылеобразования на поверхностях фурмы и на горловине конвертора, низкая стойкость футеровки, пылеобразование, угар железа, низкое качество металла, низкий выход металла и другие недостатки современного сталеплавильного процесса. Известно устройство для продувки металла, содержащее фурму, разрядную и рабочую камеры, поршни которых соединены жёстко между собой, где разрядная и рабочие камеры размещены внутри водоохлаждаемой фурмы и вокруг рабочей камеры расположены два циллиндрических колле ктора, полости которых соединены с полостью рабочей камеры и трубопроводами подвода и отвода жидкого кислорода ( 2 ) . Недостатком данного устройства для ввода жидкого кислорода в металлический расплав является его работа по истекающему кислороду в режиме термодинамически разомкнутого цикла в критическом сечении сопел, в силу чего в расплав вводятся анионы и катионы кислорода. Задачей настоящего изобретения является оптимизация сталеплавильного процесса путём обеспечения работы фурмы по истекающему кислороду в режиме цикла, вследствие предварительного нагрева газовой фазы с петлёй жидкой фазы жидкого кислорода до расчётной температуры перед дросселированием в дроссельном вентиле специальной термодинамически замкнутой системы внутри фурмы, в критическом сечении эжектора, которой эту газовую фазу сталкивают с жидкой фазой кислорода с равными критическими скоростями с последующим истечением из этого эжектора образовавшейся смеси фаз в расчётном режиме - в молекулярном виде в жидкую металлическую ванну. Утверждается, что жидкий Не II лишён "возможности реального разделения на две части", то есть на нормальную и сверхтекучую компоненты, иначе говоря, на горячий и холодный потоки эффекта Ранка ( 3 ), хотя официальной наукой при о ю со со о см да4 20336 знается, что сверхтекучесть этого вещества устраняется при достижении критической скорости течения, что предполагает доведение скорости течения нормальной компоненты до скорости течения так называемой сверхтекучей компоненты, которая всегда критическая. То есть, процесс взаимной рекомбинации изотопов нормальной компоненты в жидком Не II и ионов газовой фазы или горячего потока эффекта Ранка окислителя имеет единую природу. Следовательно, нормальную компоненту можно сделать термодинамически равной сверхтекучей компоненте -жидкой фазе или, иначе, холодному потоку эффекта Ранка окислителя путём отделения от последней в отделителе жидкости, подогревом и дросселированием до критического давления с последующим столкновением с критической скоростью в жиклёр-критическом сечении эжектора со сверхтекучей компонентой: обеспечивается взаимная рекомбинация ротонов и фотонов в жидком Не II или анионов и катионов в окислителе, Поставленная задача решается тем, что: в способе продувки металла, включающем ввод окислителя в расплав через фурму, согласно изобретению, жидкий кислород предварительно разделяют на газовую и жидкую фазы, затем газовую фазу с петлёй жчдкой фазы нагревают до расчётной температуры перед дросселированием до критического давления с последующим столкновением этой смеси фаз с жидкой фазой с равными критическими скоростями в режиме эжекции; в устройстве для продувки металла, содержащем тракт подвода жидкого кислорода, согласно изобретению, упомянутый тракт введен в газовую полость отделителя жидкости, а тракты газовой и петлевой жидкой фаз после отделителя жидкости соединены с входом теплообменника, выход которого трактом соединён через сельсин-приёмник с входом дроссельного вентиля, выход которого трактом соосно соединён с жиклёр-критическим сечением бесконфузорного эжектора. На фиг.1 представлена схема оптимального продувочного устройства, работающего в режиме термодинамически замкнутого процесса - релятивистского цикла, а на фиг. 2 - работа этого цикла 1-2-2'-3-6-4-5-1 в T-S диаграмме газового состояния, где Т - абсолютная температура, a S -энтропия. Схема термодинамически замкнутого процесса двух давлений с предварительным нагревом и дросселированием до критического давления газовой фазы кислорода высокого давления с петлёй жидкой фазы кислорода низкого давления состоит из тракта подвода жидкого кислорода в газовую полость отделителя 1 жидкости, где последний трактами газовой и петлевой жидкой фаз соединён с входом теплообменника 2, выход которого трактом соединён с входом моноблока сельсинприёмник-дроссельный вентиль 3, выход которого соосно соединён с жиклёр-критическим сечением эжектора 4, а трактом жидкой фазы кислорода отделитель 1 жидкости соединён с моноблоком сельсин-датчиком-жиклёр-критическим сечением этого эжектора 4. Отделитель жидкости 1, как температурный разделитель, предназначен для отделения горя чего потока эффекта Ранка кислорода от холодного потока эффекта Ранка кислорода. Основной особенностью отделителя жидкости 1 является тангенциальный ввод жидкого газа в его газовую полость и наличие в нижней его части слоя колец Рашига, которые закрываются специальной решёткой. Материал для изготовления отделителя жидкости - нержавеющая сталь. Схема термодинамически замкнутого процесса двух давлений с предварительным нагревом и дросселированием до критического давления газовой фазы кислорода высокого давления с петлёй жидкой фазы кислорода низкого давления (см.фиг 1 и 2 ) работает следующим образом Жидкий сверхтекучий кислород со свойственными ему пульсациями, вследствие наличия в нём заряженых частиц обоих зпектрических знаков, вводится трактом в отделитель 1 жидкости по касагельной к его внутренней газовой поверхности со скоростью 15-20 м/сек., в результате чего происходит его разделение на газовую и жидкую фазы, то есть на нормальную и сверхтекучую компоненты или, иначе, на горячий и холодный потоки эффекта Ранка. Потоком высокого давления кислорода является горячий поток эффекта Ранка (процесс 1-2 на фиг.2), а потоком низкого давления кислорода холодный поток эффекта Ранка (процесс 5-4-6 на фиг.2). В процессе нагрева в теплообменнике 2 петлевой поток жидкой фазы кислорода приобретает давление, равное давлению газовой фазы кислорода. Отделение газа от жидкости в отделителе 1 жидкости производится благодаря разности удельных весов газа и жидкости, вследствие чего при изменении направления движения потока и резком уменьшении скорости происходит осаждение капель за счёт силы инерции Газовая фаза жидкого окислителя вводится трактом в теплообменник 2, в котором она вместе с петлевым потоком подогревается до расчётной температуры Тг. В качестве источника тепла в теплообменнике 2 может быть проточная горячая вода. Подогретая газовая фаза вводится с расчётной температурой в моноблок сельсин-приёмникдроссельный вентиль 3, проходя сквозь который, она приобретает критическое давление. Моноблок сельсин-приёмник-дроссельный вентиль 3 выполняет функцию конфузора эжектора 4, который работает в паре с моноблоком сельсин-датчик-жиклёр-критическое сечение этого эжектора. Сельсин-датчик и сельсин-приёмник предназначены для обеспечения синхронного поддержания критического давления в горячем потоке эффекта Ранка в жиклёр-критическом сечении эжектора 4. В жиклёр-критическом сечении эжектора 4 кислородные горячий и холодные потоки эффекта Ранка сталкиваются с равными критическими давлениями и с равными секундными расходами тепла то есть с равными критическими скоростями, вследствие чего обеспечивается истечение из эжектора 4 молекулярного кислорода: налицо механизм, обусловливающий расчётный режим истечения. 20335 Пример. Термодинамически замкнутый процесс 1-2-213-6-4-5-1 на фиг.2 - это та работа, которую должны совершить фазы кислорода, чтобы последний истекал в расчётном режиме. Завершающий этап этого термодинамически замкнутого процесса характеризуется диалектическим законом философии - законом перехода количества в качество, который имеет следующий математический вид: Критическое давление фаз кислорода в жиклёр-критическом сечении эжектора 4: 5 Р1=6*ю Па -0,525 \к+1/ = 5 Р к Рдросс. = v 5 = 0.52S * 6 * 10 = 3,15 " 10 Па Gr,., "~" ДРос= 3,15-105 Па, тоестьТ ф =103К. Определяем температуру газовой фазы кислорода перед дроссельным вентилем 3, принимая расходы Gr=30%, С ж =70% от общего расхода кислорода продувки: Ог(Ткр~Т2) 70%(103-Т2) п-1 1,3 (Рж-кр) п 30%*112* 6-Ю Р1 J Т2=109,64К. Таким образом, перепад температур газовой фазы кислорода с петлёй жидкой фазы кислорода в теплообменнике 2 составляет АТ=112-109,64=2,36°. Следовательно, газовую фазу кислорода совместно с петлёй жидкой фазы кислорода необходимо нагреть в теплообменнике 2 на 2,36°, чтобы обеспечивалась взаимная рекомбинация ионов горячего потока эффекта Ранка каслорода в жиклёркритическом сечении эжектора 4. Как цикл низкого давления П Л.Капицы позволяет существенно снизить расход электроэнергии на производство одного мн газообразного кислорода, так и термодинамически замкнутый процесс двух давлений с петлёй жидкой фазы кислорода с исходным давлением жидкого окислителя 6-Ю5 Па обеспечивает аналогичный экономический эффект, не считая сопутствующих положительных эффектов. 20335 Фиг.1 Фиг.2 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 Підписано до друку /^>> OS- 2001 p. Формат 60x84 1/8. Обсяг О, 4СЗ обл.-вид.арк. Тираж 50 прим. Зам._ УкріНТЕІ Вул. Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22