Склепінна фурма мартенівської печі

Склепінна фурма мартенівської печі, яка містить концентрично розташовані труби, що створюють тракти підведення кисню, підведення та відведення охолоджувальної води, і наконечник з продувальними соплами, що направлені тангенціально відносно осі фурми та під гострим кутом до вертикалі, центри вихідних перерізів котрих розташовані в одній горизонтальній площині, яка відрізняється тим, що кут між віссю будь-якого з продувальних сопел і прямою, що проходить через центр вихідного перерізу цього сопла та точку перетину осі фурми з площиною, яка проходить через центр вихідного перерізу сопла під гострим кутом до осі фурми, визначають з співвідношення: Корисна модель відноситься до металургії, переважно до мартенівського виробництва сталі. Відома склепінна фурма мартенівської печі для продувки ванни окислювачем, наприклад, киснем, зверху [1, стор.201-205], яка містить концентрично розташовані труби, яки створюють тракти підведення кисню, підведення та відведення охолоджувальної води, та багатосопловий наконечник, в якому продувальні сопла розташовані під гострим кутом до осі фурми, а центри вихідних перерізів сопел розташовані в одній горизонтальній площині. Проте використання відомої фурми не забезпечує ефективне перемішування в системі «металевий розплав - шлак - газова фаза агрегату», високу ступінь розосередження кисневого дуття у ванні. При малих кутах нахилу сопел до осі фурми (20-40 градусів, далі по тексту - град.) мають місце, як правило, надмірно «жорстка» продувка мартенівської ванни, погане перемішування і низька інтенсивність тепломасообмінних процесів на межах «метал - шлак» та «шлак - газ», надлишковий локальний перегрів реакційної зони (РЗ), погіршення процесів шлакоутворення, дефосфорації та десульфурації металу, керованості плавкою, зниження ступені допалювання СО (H2) над ванною, погіршення теплового балансу плавки, великі втрати металу внаслідок інтенсивного бризко та пилоутворення. При великих кутах нахилу сопел до осі фурми (45-75 град.) має місце, як правило, надмірно «м'яка» продувка мартенівської ванни, погане перемішування нижніх шарів металевого розплаву, відбувається переокислення та перегрів верхньої частини ванни, надмірно затягується проплавлення твердої частини шихти (брухту та його замінювачів), погіршуються теплопередача від факелу до ванни та нагрівальна здібність печі, підвищується вірогідність викидів шлако-металевої емульсії, ускладнюється керованість плавкою. Відома склепінна фурма мартенівської печі для продувки ванни киснем зверху [2], яка містить концентрично розташовані труби, що створюють тракти підведення кисню, підведення та (0,3 × g ) £ a £ (0,7 × g ), град., (19) UA (11) 28543 (13) U де g - кут нахилу осі продувального сопла до осі фурми за умови, що вісь сопла перетинає вісь фурми, град.; a - кут між віссю продувального сопла і прямою, що проходить через центр вихідного перерізу цього сопла та точку перетину осі фурми з площиною, яка проходить через центр вихідного перерізу сопла під кутом g до осі фурми, град. 3 відведення охолоджувальної води, та багатосопловий наконечник у якому одна частина продувальних сопел розташована під одним гострим кутом до осі фурми, та центри їх вихідних перерізів розташовані в одній горизонтальній площині, а інша частина продувальних сопел розташована під іншим гострим кутом до осі фурми, та центри їх вихідних перерізів розташовані у іншій горизонтальній площині. Відома фурма забезпечує одночасну продувку мартенівської ванни „жорсткими" (з сопел з меншим кутом нахилу до осі фурмы) та „м'якими" (з сопел з більшим кутом нахилу до осі фурми) струменями, що дозволяє інтенсифікувати одночасно процеси рафінування металу, шлакоутворення та допалювання газів над ванною. Проте відома фурма значно складніша у виготовленні та експлуатації (внаслідок надмірної „чуттєвості" до висоти продувки, тиску та витрати кисню). Так, наприклад, навіть при невеликому перевищенні висоти продувки рівня оптимальних значень (а точне визначення фактичної высота торця фурми над рівнем металевого розплаву в виробничих умовах є дуже складним завданням) під час використання цієї фурми може мати місце швидке переокислення шлаку та верхньої частини ванни, що призводить до викидів шлакометаличевої емульсії. Крім того, дуттьові стремені, що витікають з відомої фурми не мають тангенційної складової швидкості (відносно осі фурми та ванни) та, як наслідок, не забезпечують утворення стабільної вихрової зони продувки, що має велику ступінь розподілення кисню по ванні, менші інтенсивність бризко- та пилоутворення. Відома склепінна фурма мартенівської печі для продувки ванни киснем зверху [3] яка містить концентрично розташовані труби, яки створюють тракти підведення кисню, підведення та відведення охолоджувальної води, і наконечник з продувальними соплами, що направлені тангенціально відносно осі фурми та під гострим кутом до вертикалі, центри вихідних перерізів котрих розташовані в одній горизонтальній площині, взята за прототип. При цьому за рахунок використання тангенціально направлених відносно осі фурми продувальних сопел підвищуються ефективність перемішування в системі «металевий розплав шлак - газова фаза агрегату» та ступінь розосередження кисневого дуття у ванні, зменшується локальний перегрів реакційної зони, поліпшуються процеси шлакоутворення, дефосфорації та десульфурації металу, знижується інтенсивність бризкота пилоутворення в зонах продувки, поліпшується керованість плавкою, підвищується стійкість фурм та ефективність продувки ванни мартенівської печі в цілому. Проте у вказаному технічному рішенні не визначено оптимальний кут закрутки продувальних сопел в залежності від інших конструктивних параметрів соплового блоку фурми. В тому випадку, коли кут закрутки сопла 28543 4 відносно центру його вихідного перерізу (кут між віссю будь-якого з продувальних сопел та прямою, що проходить через центр вихідного перерізу цього сопла та точку перетину осі фурми з площиною, яка проходить через центр вихідного перерізу сопла під гострим кутом g до осі фурми, де g - кут нахилу осі продувального сопла до осі фурми за умови, що вісь сопла перетинає вісь фурми, тобто при відсутності його закрутки) менший за оптимальний, значно знижується тангенційна складова швидкості (імпульсу) кисневих струменів, що витікають, та ефект тангенційної подачі дуття, різко знижується міцність горизонтального перемішування ванни. В тому випадку, коли кут закрутки сопла відносно центру його вихідного перерізу більший за оптимальний, значно зменшується глибина проникнення струменів у розплав, що призводить до переокислення шлаку, погіршення перемішування та уповільнення тепломасообмінних процесів по глибині металевої ванни. Крім того, при цьому суттєво ускладнюється виготовлення соплового блоку, особливо при використанні основного методу їх виготовлення - свердлення. В основу корисної моделі поставлено завдання вдосконалити склепінну фурму мартенівської печі, в якій за рахунок використання продувальних сопел з оптимальним кутом закрутки в залежності від інших конструктивних параметрів соплового блоку фурми, забезпечуються оптимальні параметри взаємодії дуттьових струменів з ванною, що дозволить підвищити ефективність продувки ванни мартенівської печі такими фурмами, поліпшити процеси шлакоутворення, дефосфорації та десульфурації металу, процес перемішування ванни та керованість плавкою, знизити угар та окисленість металу, підвищити ступені засвоєння кисню дуття та допалювання CO (H2) над ванною, поліпшити тепловий баланс плавки, скоротити тривалість дуттьового періоду та плавки в цілому, підвищити стійкість фурм, та, як наслідок, зменшити собівартість сталі (за рахунок зниження питомих витрат металошихти, палива, кисню, феросплавів та міді на її виплавлювання) і підвищити продуктивність агрегатів (мартенівських печей). Вирішення поставленого завдання досягається за рахунок того, що у склепінній фурмі мартенівської печі, яка містить концентрично розташовані труби, яки створюють тракти підведення кисню, підведення та відведення охолоджувальної води, і наконечник з продувальними соплами, що направлені тангенціально відносно осі фурми та під гострим кутом до вертикалі, центри вихідних перерізів котрих розташовані в одній горизонтальній площині, згідно з корисною моделлю, кут між віссю будь-якого з продувальних сопел і прямою, що проходить через центр вихідного перерізу цього сопла та точку перетину осі фурми з площиною, яка проходить через центр вихідного перерізу сопла під гострим кутом до осі фурми, визначають з співвідношення: 5 (0,3×g) £ a £ (0,7×g), rpaд., де g - кут нахилу осі продувального сопла до осі фурми за умови, що вісь сопла перетинає вісь фурми, град.; a - кут між віссю продувального сопла і прямою, що проходить через центр вихідного перерізу цього сопла та точку перетину осі фурми з площиною, яка проходить через центр вихідного перерізу сопла під кутом g до осі фурми, град. Використання склепінних фурм мартенівських печей з продувальними соплами з оптимальним кутом закрутки в залежності від інших конструктивних параметрів соплового блоку фурми, який визначено з наданого співвідношення, дозволяє організувати високоефективну продувку ванни мартенівської печі за рахунок: - більш інтенсивного перемішування ванни в горизонтальному напрямку за рахунок тангенційної складової імпульсу кисневих струменів, що витікають, та збільшення сумарної енергії перемішування в системі "металевий розплав - шлак - газова фаза агрегату"; як наслідок - інтенсифікації всіх тепло- та масообмінних процесів в системі, поліпшення теплової роботи печей, гомогенізації розплаву, процесу десульфурации металу і т.ін.; - зниження інтенсивності пульсацій та стабілізації зони продувки; як наслідок - зниження бризкоутворення та заметалення обладнання, підвищення виходу годного та стійкості продувальних приладів; інтенсифікації тепловіддачі від високотемпературної реакційної зони за рахунок збільшення її поверхні та посилення перемішування; як наслідок зниження температури реакційної зони, кількості заліза, що випаровується, поліпшення умов служби вогнетривів, склепіння печі та наконечників фурм. Якщо величина a більша за визначене з наданого співвідношення значення, то в цьому випадку суттєво зменшується глибина проникнення струменів у розплав, що призводить до переокислення шлаку, погіршення перемішування та уповільнення тепломасообмінних процесів по глибині металевої ванни. Крім того, при цьому суттєво ускладнюється виготовлення соплового блоку, особливо при використанні основного методу їх виготовлення - свердлення. Якщо величина a менша за визначене з наданого співвідношення значення, то в цьому випадку суттєво знижується тангенційна складова швидкості (імпульсу) кисневих струменів, що витікають, та ефект тангенційної подачі дуття, різко знижується міцність горизонтального перемішування ванни. Сутність корисної моделі пояснюється кресленням. Склепінна фурма мартенівської печі містить концентрично розташовані труби 1, що створюють тракти підведення кисню 2, підведення 3 та відведення 4 охолоджувальної води, і наконечник 5 з продувальними соплами б, що направлені тангенціально відносно осі 7 фурми та під гострим кутом до вертикалі, центри 8 вихідних 28543 6 перерізів котрих розташовані в одній горизонтальній площині. Кут між віссю 9 будьякого з продувальних сопел 6 і прямою 10, що проходить через центр 8 вихідного перерізу цього сопла 6 та точку 11 перетину осі 7 фурми з площиною, яка проходить через центр 8 вихідного перерізу сопла 6 під гострим кутом до осі 7 фурми, визначають з співвідношення: (0,3×g) £ a £ (0,7×g), rpaд., де g - кут нахилу осі 9 продувального сопла 6 до осі 7 фурми за умови, що вісь 9 сопла 6 перетинає вісь 7 фурми, град. (див. креслення); a кут між віссю 9 продувального сопла 6 і прямою 10, що проходить через центр 8 вихідного перерізу цього сопла 6 та точку 11 перетину осі 7 фурми з площиною, яка проходить через центр 8 вихідного перерізу сопла 6 під кутом у до осі 7 фурми, град. (див. креслення). Пристрій працює таким чином. В процесі мартенівської плавки через тракт підведення кисню 2 склепінної фурми до продувальних сопел 6 наконечника 5 подається кисень, який проходячи через продувальні сопла 6 з конструктивними параметрами, які визначають з наданого співвідношення, витікає в робочій простір мартенівської печі у вигляді продувальних струменів, що використовуються для продувки ванни зверху з оптимальними параметрами їх взаємодії з ванною. Для охолоджування наконечника 5 та конструкції фурми в цілому, які піддаються високотемпературному впливу в робочому просторі мартенівської печі, через тракт 3 підводиться, а через тракт 4 відводиться охолоджувальна вода. Приклад конкретного використання склепінної фурми запропонованої конструкції для продувки ванни мартенівської печи зверху. Продувка ванни в 650-т та 900-т мартенівських печах ВАТ „ММК ім. Ілліча" за допомогою 2-4 склепінних кисневих фурм запропонованої конструкції. Для цих умов величина куту у складає 45 град. При цьому забезпечуються близькі до максимальних вихід годного та ступень десульфурации металу. В цьому випадку діапазон оптимальних значень куту a складає: нижня межа - (0,3×g) £ a £ (0,7×g), rpaд.; верхня межа - (0,7×g) 0,7 × 45 = 31,5 град. Фактична величина куту a для цих умов - 20,0 град., тобто відповідає діапазону оптимальних значень. Використання склепінної фурми запропонованої конструкції для продувки ванни мартенівської печи зверху, за рахунок використання продувальних сопел з оптимальним кутом закрутки в залежності від інших конструктивних параметрів соплового блоку фурми, дозволяє забезпечити оптимальні параметри взаємодії дуттьових струменів з ванною, підвищити ефективність продувки ванни мартенівської печі такими фурмами, поліпшити процеси шлакоутворення, дефосфорації та десульфурації металу, процес перемішування ванни та керованість плавкою, знизити угар та окисленість металу, підвищити ступені засвоєння кисню дуття та допалювання CO (H2) над ванною, поліпшити тепловий баланс плавки, скоротити тривалість дуттьового періоду та плавки в цілому, 7 підвищити стійкість фурм, та, як наслідок, зменшити собівартість сталі (за рахунок зниження питомих витрат металошихти, палива, кисню, феросплавів та міді на її виплавлювання) і підвищити продуктивність агрегатів (мартенівських печей). Джерела інформації 1. Марков Б.Л. Методы продувки мартеновской ванны. - М.: Металлургия, 1975. - 280 с. 2. Эффективность фурм различной конструкции при продувке мартеновской ванны кислородом / Я.А. Шнееров, Н.М. Виноградов, Н.М. Блащук и др. // Бюл. НТИ. Черная металлургия. - 1970. - №8. - С. 27-29. 3. Применение на мартеновских печах кислородных фурм с тангенциальным расположением сопел / А.А. Кирсанов, Б.Л. Марков, А.А. Доброхотов и др. // Бюл. НТИ. Черная металлургия. - 1974. - №15. - С. 30. 28543 8