Фурмена головка з симетричним охолодженням сопел

1. Фурмена головка, яка містить наконечник, центральний, проміжний і зовнішній з'єднувальні патрубки, відвідний канал, сопла і колектор, яка відрізняє ться тим, що у відвідному каналі головки за кожним соплом за ходом руху води, симетрично відносно осі, що проходить через центри наконечника і сопла, розміщено по одній напрямній лопаті, яка має форму півкільця і поставлена відносно cтінки сопла з коаксіальним кільцевим зазором, величина якого знаходиться в межах æ p× D ö (0,05¸0,25)× ç - d ÷ , (де: D - діаметр розташуè n ø 40428 охолоджувача, і отворами, при цьому вхідний отвір в порожнину розділового вкладишу виконаний в центрі його донної частини, а вихідні отвори - в бічній стінці вкладишу, яка звернута до тракту відведення охолоджувача. В процесі роботи охолоджувальна вода надходить по тракту підведення охолоджувача фурми до тракту підведення головки, а після цього крізь кільцеві отвори, що утворені обичайками і соплами, співвісними соплам кільцевими потоками подається в зону наконечника. В цій зоні вода розтікається від кожного з сопел в двох протилежних радіальних напрямках. Більша частина води тече у напрямку від осі головки і далі зливається у кільцевий потік тракту відведення води фурми. Менша частина води тече у напрямку до осі головки, при цьому потоки від сопел зливаються в центральній частині головки в один потік, який, омиваючи центральну частину наконечника, спрямовується уверх до центрального отвору розділового вкладишу і потрапляє в його порожнину, а з неї через отвори в бічній стінці вливається в основний потік тракту відведення води фурми. Таким чином, охолоджувальна вода, розтікаючись по наконечнику. не зустрічає на своєму шля ху перешкод, тому потоки не стикаються і не мають застійних зон, рівномірно охолоджуючи весь простір навколо сопел, сама головка не перегрівається, що забезпечує її високу стійкість в експлуатації. Недоліком такого типу головок є складність конструкції, що призводить до значної трудомісткості їхнього виготовлення і збирання. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення головки до верхніх кисневих фурм як з периферійним, так і з центральним підведенням води без значного ускладнення конструкції дуттьового пристрою, в якій шляхом підведення додаткових потоків води в засоплові зони забезпечується інтенсифікація охолодження і за рахунок цього збільшується стійкість головок. При цьому, повністю виключається можливість зіткнення основних і додаткових потоків охолоджувача. Поставлена задача вирішується тим, що в фурменній головці, яка містить наконечник, центральний, проміжний і зовнішній з'єднувальні патрубки, відвідний канал, сопла і колектор, згідно винаходу, у відвідному каналі головки за кожним соплом за ходом руху води, симетрично відносно осі, що проходить через центри наконечника і сопла, розміщено по одній напрямній лопаті, яка має форму півкільця і поставлена відносно стінки сопла з коаксіальним кільцевим зазором, величина якого знаæ p× D ö ходиться в межах (0,05¸0,25) ç - d ÷ , (де: D è n ø діаметр розташування сопел; n- кількість сопел; d еквівалентний діаметр зовнішньої поверхні сопла), що забезпечує подавання охолоджувача за сопла в межах 0,1-0,5 від загальної його витрати на фурму, при цьому нижній торець кожної напрямної лопаті на 70-90% своєї поверхні має симетричний відносно кінців напрямної лопаті виріз, який при установці напрямної лопаті утворює відносно осі, що проходить через центри наконечника і сопла, симетричну щілину між внутрішньою поверхнею наконечника і нижнім торцем напрямної лопаті. Посередині напрямної лопаті між соплом і напрямною лопатю поставлена перегородка. Величина площі проходного перерізу симетричної щілини між внутрішньою поверхнею наконечника і нижнім торцем напрямної лопаті знаходиться в межах 1,0-1,5 від подвійного значення площі проходного перерізу коаксіального кільцевого зазору між зовнішньою поверхнею сопла і внутрішньою поверхнею напрямної лопаті. Установка за кожним соплом головки по одній напрямній лопаті дозволяє здійснити підведення води в засоплові зони для їхнього охолодження. Виконання кожної напрямної лопаті в формі півкільця і симетричне їхнє розташування відносно осей, кожна з яких проходить через центри наконечника і сопла, з коаксіальним кільцевим зазором між зовнішньою поверхнею сопла і внутрішньою поверхнею напрямної лопаті, величина якого знаходиться в означеному інтервалі значень для можливості підведення охолоджувача за сопла в межах 0,1-0,5 від загальної його витрати, необхідні для забезпечення однакової швидкості руху о холоджувача по всій внутрішній поверхні наконечника, що дозволить в максимальній мірі підвищити ефективність теплозйому зі всієї вн утрішньої поверхні наконечника и завдяки цьому забезпечити його високоефективне охолодження, в тому числі за-соплових зон, ділянок поміж напрямними лопатями і зон за ними. Симетричний виріз виконується не на всій поверхні нижнього торця напрямної лопаті з метою утворення по обом краям нижнього торця напрямної лопаті виступів по 5-15% поверхні нижнього торця кожний, завдяки яким кожна напрямна лопать опирається на внутрішню поверхню наконечника. Крім цього, ці виступи на вхідних ділянках коаксіального кільцевого зазору надають воді обертовий рух і вона, рухаючись навколо сопла, рівномірно охолоджує всю зону за ним. Установка перегородки посередині напрямної лопаті між соплом і напрямною лопатю необхідна для усунення можливого зниження ефективності охолодження за соплових - зон в результаті зіткнення зустрічних потоків води між собою в коаксіальному кільцевому зазорі за соплом, а також для оснащення напрямної лопаті додатковою точкою опори. Виконання площі проходного перерізу симетричної щілини між внутрішньою поверхнею наконечника і торцем напрямної лопаті величиною, що дорівнює подвійній величині проходного перерізу коаксіального кільцевого зазору між зовнішньою поверхнею сопла і внутрішньою поверхнею напрямної лопаті, необхідно для забезпечення однакової швидкості руху води за соплом і за напрямною лопатю, чим досягається максимальна ефективність охолодження, а при збільшенні площі проходного перерізу симетричної щілини в 1,1-1,5 разів повністю виключається можливість зниження швидкості потоків води за соплами в результаті можливого утворення зворотних потоків охолоджувача в вер хніх шарах засоплових зон над симетричною щілиною в коаксіальному кільцевому зазорі. Невиконання кожного з цих вимог негативно позначиться на стійкості фурменних головок. На фіг. 1 і фіг. 2 зображені поперечні розрізи фурменних головок відповідно для дуттьових пристроїв з центральним підведенням кисню і з центральним підведенням води; на фіг. 3 і фіг. 4 зображена навколосоплова зона - відповідно її поперечний перетин А-А з напрямками потоків охо 2 40428 лоджувальної води і вид ззаду напрямної лопаті. Дуттьові пристрої складаються з наконечника 1, центрального 2, проміжного 3 і зовнішнього 4 з'єднувальних патрубків, сопел 5, колектора 6, відвідного каналу 7, напрямних лопатей 8 для підведення води в засоплові зони, що встановлені з коаксіальним кільцевим зазором 9 відносно сопел 5, перегородок 10, симетричних щілин 11, що утворені симетричними вирізами в напрямних лопатях 8 і внутрішньою поверхнею наконечника 1 і призначені для відведення води з засоплових зон і охолодження зон за напрямними лопатями 8. В конструкції головок до фурм з периферійним подаванням охолоджувача, окрім означених складників, присутній роздільник 12 з центральним отвором 13. Охолодження фурменних головок здійснюється наступним чином. Охолоджувальна вода надходить до відвідного каналу 7 дуттьового пристрою через центральний отвір 13 у роздільнику 12 (в фурмах з периферійним подаванням води) або через центральний з'єднувальний патрубок 2 (в фурмах з центральним подаванням охолоджувача). Перед соплами суцільний потік охолоджувача ділиться на дві групи потоків - основну І і додаткову П (див. фіг. 3). Основна група потоків І (витрата води складає 0,5-0,9 від загальної її витрати на охолодження) продовжує рух, проходить між напрямними лопатями 8 і, злегка огинаючи їхній корпус, відходить до тракту відведення води фурми між зовнішнім 2 і проміжним 3 патрубками. При цьому зони за соплами і за напрямними лопатями ця група потоків води не охолоджує. Для цьо го прередбачена додаткова група потоків П (витрата води складає 0,1-0,5 від загальної), яка, огинаючи сопла 5, проходить коаксіальними кільцевими зазорами між корпусами сопел 5 і напрямними лопатями 8, охолоджує засоплові зони, виходить через симетричні щілини 11 між нижнім торцем напрямних лопатей 8 і внутрішньою поверхнею наконечника 1, охолоджуючи зони за напрямними лопатями 8. На кінцевій ділянці відвідного каналу 7 в головці за напрямними лопатями 8 додаткові потоки води змішуються з основними і спрямовуються до тракту відведення води фурми. Таким чином, забезпечується рівномірний високоефективний теплозйом зі всієї внутрішньої поверхні наконечника і повністю виключається утворення локальних ділянок його перегрівання. Величинадодаткових потоків визначається площею проходного перерізу коаксіальних кільцевих зазорів 9 між корпусами сопел 5 і внутрішніми поверхнями напрямних лопатей 8. Застосування даних конструкцій забезпечить високу стійкість фурменних головок. Це дозволить отримати значний економічний ефект в результаті: скорочення витрат мідного і сталевого прокату, сталевих тр уб, мідного дроту і електродів, природного газу, кисню і аргону при виготовленні і монтажі головок; збільшення терміну експлуатації механічного і зварочного обладнання; підвищення терміну експлуатації фурм між замінами головок; зниження затрат людино-годин на виготовлення головок і обслуговування верхніх фурм; скорочення простоїв дуттьових пристроїв з причини заміни головок; збільшення продуктивності агрегатів. Фіг. 1 3 40428 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4