Фурмена головка з асиметричним охолодженням сопел

1 Фурмена головка, що містить наконечник, центральний, проміжний і ЗОВНІШНІЙ з'єднувальні патрубки, ВІДВІДНИЙ канал, сопла і обойму, яка відрізняється тим, що у відвідному каналі головки за кожним соплом за ходом руху води асиметрично відносно осі, що проходить крізь центри наконечника і сопла, розташовано по одній напрямній лопаті, яка має форму ПІВКІЛЬЦЯ І встановлена відносно стінки сопла з серпоподібним зазором, величина площі прохідного перерізу початкової ділянки якого знаходиться в межах (0,1-0,5) • — - d , де п D - діаметр кола розташування сопел, п - 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 асиметричний відносно КІНЦІВ напрямної лопаті виріз - дальній від сопла кінець нижнього торця лопаті і не має вирізу на 7 - 20 % своєї поверхні, ближній до сопла кінець нижнього торця лопаті не має вирізу на 3 10 % своєї поверхні, який при установці напрямної лопаті утворює відносно осі, що проходить крізь центри наконечника і сопла, асиметричну щілину між внутрішньою поверхнею наконечника і нижнім торцем напрямної лопаті 2 Фурмена головка за п 1, яка відрізняється тим, що величина площі прохідного перерізу асиметричної щілини між внутрішньою поверхнею наконечника і нижнім торцем напрямної лопаті знаходиться в межах 1,0-1,5 від значення площі прохідного перерізу початкової ділянки серпоподібного зазору між зовнішньою поверхнею сопла і внутрішньою поверхнею напрямної лопаті 00 со Винахід відноситься до чорної металурги, зокрема до верхніх водоохолоджуваних пристроїв для продувки розплавів газами З практики експлуатації верхніх фурм відомо, що розташування дуттьових сопел на шляху руху охолоджувача у фурмених головках призводить до утворення застійних зон за соплами за ходом руху потоку води Це і є однією з головних причин зниження СТІЙКОСТІ дуттьових пристроїв, причому зі збільшенням КІЛЬКОСТІ сопел у фурмах їхня СТІЙ КІСТЬ зменшується дуже різко, що спричинено значним збільшенням КІЛЬКОСТІ (ВІДПОВІДНО І ПЛОЩІ) застійних зон за соплами 3 метою покращення охолодження засоплових зон винайдені конструкції багатосоплових головок для фурм з периферійним охолодженням (а с СРСР №870445, кл С21С5/48, 1978, а с СРСР №1296595, кл С21С5/48, 1979, а с СРСР №1183547, кл С21С5/48, 1984), в яких вода розділовою тарілкою, що має додаткові отвори, поділяється на два потоки Основний потік, огинаючи сопла, спрямовується до центрального отвору розділової тарілки, а далі, змінивши напрямок руху на протилежний, направляється до сопел і, огинаючи їхній корпус, відходить до ВІДВІДНОГО тракту фурми При цьому, для усунення утворюємої за кожним соплом локальної застійної зони води крізь отвори, що виконані у розділовій тарілці, спрямовується додатковий потік охолоджувача Величина додаткового потоку визначається перерізом і КІЛЬКІСТЮ отворів Означені конструкції фурмених головок відрізняються декілька підвищеною СТІЙКІСТЮ В результаті більш раціонального розподілу охолоджувача по всій внутрішній поверхні дуттьового пристрою, проте мають суттєву ваду - наявність двох потоків охолоджувача, що мають різний напрямок руху (О 46328 (основний потік рухається від центру наконечника налення головки до верхніх кисневих фурм, як з до його периферії, а додатковий - зверху донизу), периферійним, так і з центральним підведеннями неминучо призводить до їхнього зіткнення і значводи, в якій шляхом інтенсивного закручування ного зниження ефективності охолодження в редодаткових потоків охолоджувача, що подається зультаті гальмування потоків, утворення ділянок за сопла, забезпечується високоефективне охолозворотного руху води, вихорів і т д Саме тому піддження засоплових зон і за рахунок цього збільвищення СТІЙКОСТІ таких головок незначне шується СТІЙКІСТЬ головок При цьому повністю виключається можливість зіткнення основних і Відома також конструкція фурменої головки (а додаткових потоків охолоджувача, зменшується с СРСР №1127909, кл С21С5/48, 1983), яка міструдомісткість виготовлення складових частин тить розташовані у два яруси тангенціальні передуттьового пристрою хідні канали, що подають охолоджувач за сопла в одному напрямку Охолоджувач одержує тангенціПоставлена задача вирішується тим, що в фуальний напрямок при русі по верхньому ярусу перменій головці, яка містить наконечник, центральрехідних каналів і додатково підкручується струний, проміжний і ЗОВНІШНІЙ з'єднувальні патрубки, менями води, що витікають з каналів нижнього ВІДВІДНИЙ канал, сопла і обойму, згідно винаходу, у ярусу Завдяки цьому підвищується швидкість руху відвідному каналі головки за кожним соплом за охолоджувача (при тих самих його витраті і тиску), ходом руху води асиметрично відносно осі, що в результаті чого тепло від головки відводиться проходить крізь центри наконечника і сопла, розбільш інтенсивно і СТІЙКІСТЬ дуттьового пристрою ташовано по одній напрямній лопаті, яка має фопідвищується рму ПІВКІЛЬЦЯ і встановлена відносно стінки сопла з серповидним зазором, величина площі прохідноОднак така система охолодження прийнятна го перерізу початкової ділянки якого знаходиться в тільки для конструкцій головок з суцільноточеними наконечниками, а для головок з наконечниками 71-D - d (де D - діаметр кола межах 0,14-0,5)зварної і штампованої (кованої) конструкцій виконання такого технічного рішення не являється морозташування сопел, п - КІЛЬКІСТЬ сопел, d - еквіжливим валентний діаметр зовнішньої поверхні сопла), що Найбільш близькою до описуємого винаходу забезпечує подавання охолоджувача за сопла в за технічною суттю і досягаємим результатом є межах 0,1 - 0,5 від загальної його витрати на фурбагатосоплова конструкція головки кисневої фурму, при цьому нижній торець кожної напрямної ми (патент США №5370309, кл В05В15/00, 1994, лопаті на 70 - 90% своєї поверхні має асиметричпатент РСТ №9615278, кл С21С5/46, 1994), яка ний відносно КІНЦІВ напрямної лопаті виріз - дальмає корпус, що містить камери для подавання і ній від сопла кінець нижнього торця лопаті не має випускання холодоагента Бокові стінки камер привирізу на 7 - 20% своєї поверхні, ближній до сопла кріплені до труб, що встановлені з зазорами для кінець нижнього торця лопаті не має вирізу на 3 подавання і випускання холодоагента Основа 10% своєї поверхні, який при установці напрямної (наконечник) знаходиться під камерою для подалопаті утворює відносно осі, що проходить крізь вання холодоагента і відділена від неї проміжком центри наконечника і сопла, асиметричну щілину В проміжках між соплами розташовується по одміж внутрішньою поверхнею наконечника і нижнім ному відхильному елементу, який має верхню поторцем напрямної лопаті верхню, що частково скручена і нахилена донизу для спрямування охолоджувальної рідини, яка Величина площі прохідного перерізу асиметнадходить з впускної камери через центральний ричної щілини між внутрішньою поверхнею накоканал у випускну камеру, що забезпечує відхиленнечника і нижнім торцем напрямної лопаті знахоня потоку рідини від центральної осі, яка проходиться в межах 1,0 - 1,5 від значення площі дить між соплами, тим самим викликаючи утвопрохідного перерізу початкової ділянки серповидрення вихрового потоку у випускній камері Таким ного зазору між зовнішньою поверхнею сопла і чином, охолоджувальна вода, маючи ті ж самі павнутрішньою поверхнею напрямної лопаті раметри (тиск і витрату), за рахунок підкручування Установка за кожним соплом головки по одній одержує більшу швидкість руху, що підвищує ефенапрямній лопаті дозволяє здійснити підведення ктивність теплозйому з поверхні основи і призвоохолоджувача в засоплові зони при інтенсивному дить до збільшення СТІЙКОСТІ головки закручуванні його потоків з метою інтенсифікації охолодження Виконання кожної напрямної лопаті Вадою такого типу головок є низька ефективу формі ПІВКІЛЬЦЯ і їхнє асиметричне розташування ність інтенсифікації руху охолоджувача за соплами відносно осей, кожна з яких проходить крізь внаслідок слабкого закручування його потоків, що центри наконечника і кожного сопла, з серповидвиходять до ВІДВІДНОГО тракту, і значна складність ним зазором між зовнішньою поверхнею сопла і виготовлення дуттьових пристроїв, зокрема відхивнутрішньою поверхнею напрямної лопаті, велильних елементів, що вимагає виготовляти роздічина площі прохідного перерізу початкової ділянки лову тарілку між впускною і випускною камерами зі якого знаходиться в означеному інтервалі значень складним профілем поверхні, а це призводить до для можливості підведення охолоджувача за сопзбільшення вартості головки Крім того, викорисла в межах 0,1 - 0,5 від загальної його витрати, тання даного технічного рішення при виготовленні необхідні для забезпечення максимально можлиголовок до фурм з центральним підведенням води вої швидкості руху охолоджувача по всій внутріпотребує додаткової установки розділової тарілки, шній засопловій поверхні наконечника за рахунок що в більшій мірі ускладнює конструкцію і підвипідкручування потоків води, що дозволить в макщує и вартість симальній мірі підвищити ефективність теплозйоВ основу винаходу поставлена задача вдоско му з внутрішньої поверхні засоплових зон наконечника і ділянок наконечника за напрямними лопатями і тим самим забезпечити їхнє високоефективне охолодження Асиметричний виріз нижнього торця на 70 - 90% його поверхні у напрямній лопаті необхідний для утворення асиметричної щілини між внутрішньою поверхнею наконечника і нижнім торцем напрямної лопаті, яка призначена для відведення охолоджувача з засоплової зони з одночасним охолодженням зон за напрямними лопатями Асиметричний виріз виконується не на всій поверхні нижнього торця напрямної лопаті з метою утворення на обох краях нижнього торця напрямної лопаті виступів - на дальньому від сопла КІНЦІ нижнього торця лопаті на 7 - 20% своєї поверхні, на ближньому до сопла КІНЦІ НИЖНЬОГО торця лопаті на 3 - 10% своєї поверхні, завдяки яким кожна напрямна лопать спирається на внутрішню поверхню наконечника Асиметричність виконання вирізу викликана необхідністю утворення на нижньому торці напрямної лопаті різних за розміром виступів, які виконують наступні функції Дальній від сопла виступ, що має більший розмір, на початковій (ВХІДНІЙ) ДІЛЯНЦІ серповидного зазору надає воді обертальний рух, і вона, рухаючись навколо сопла, рівномірно охолоджує всю зону за ним Ближній ДО сопла виступ, що має менший розмір, забезпечує максимальне наближення асиметричної щілини до зовнішньої поверхні сопла з метою усунення можливого утворення застійної зони води між напрямною лопаттю і соплом на кінцевій ДІЛЯНЦІ серповидного зазору Виконання площі прохідного перерізу асиметричної щілини між внутрішньою поверхнею наконечника і нижнім торцем напрямної лопаті величиною, яка дорівнює значенню площі прохідного перерізу початкової ділянки серповидного зазору між зовнішньою поверхнею сопла і внутрішньою поверхнею напрямної лопаті, необхідно для забезпечення однакової швидкості руху води за соплом і за напрямною лопаттю, чим досягається максимальна ефективність охолодження, а при збільшенні площі прохідного перерізу асиметричної щілини в 1,1 -1,5 разів повністю виключається можливість зниження швидкості потоків води за соплами в результаті можливого утворення зворотних потоків охолоджувача в верхніх шарах засоплових зон над асиметричною щілиною в серповидному зазорі Невиконання кожної з цих вимог негативно позначиться на СТІЙКОСТІ фурмених головок На фіг 1 і фіг 2 зображені поперечні розрізи фурмених 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 руху потоків охолоджувальної води і вид ззаду напрямної лопаті Дуттьові пристрої складаються з наконечника 1, центрального 2, проміжного 3 і зовнішнього 4 з'єднувальних патрубків, сопел 5, обойми 6, ВІДВІДНОГО каналу 7, напрямних лопатей 8 для підведення води в засоплові зони, що встановлені з серповидним зазором 9 відносно сопел 5, асиметричних щілин 10, що утворені асиметричними вирізами в напрямних лопатях 8 і внутрішньою пове 46328 6 рхнею наконечника 1 і призначених для відведення води з засоплових зон і охолодження зон за напрямними лопатями 8 В конструкції головок до фурм з периферійним подаванням охолоджувача, окрім означених складових частин, присутній роздільник 11 з центральним отвором 12 Охолодження фурмених головок здійснюється наступним чином Охолоджувальна вода надходить до ВІДВІДНОГО каналу 7 дуттьового пристрою через центральний отвір 12 у роздільнику 11 (в фурмах з периферійним подаванням води, див фіг1) або через центральний з'єднувальний патрубок 2 (в фурмах з центральнним подаванням охолоджувача, див фіг 2) Перед соплами суцільний потік охолоджувача ділиться на три групи потоків - основні І і Ш, додаткову П (див фігЗ) Основні групи потоків І і Ш (витрата води складає 0,5 - 0,9 від загальної и витрати на охолодження) продовжують рух, потік І проходить за напрямними лопатями 8 і, злегка огинаючи їхній корпус, відходить до ВІДВІДНОГО тракту фурми між ЗОВНІШНІМ 2 і проміжним 3 з'єднувальними патрубками, потік Ш огинає корпус сопел і також відходить до ВІДВІДНОГО тракту фурми При цьому потік І охолоджує зону за дальнім від сопла виступом на нижньому торці напрямної лопаті, а зони за соплами і за напрямними лопатями ці групи потоків води не охолоджують Для цього передбачена додаткова група потоків П (витрата води складає 0,1 - 0,5 від загальної), яка, огинаючи сопла 5 з одного боку, проходить в серповидні зазори між корпусами сопел 5 і напрямними лопатями 8, одержує обертальний рух і охолоджує засоплові зони, виходить через асиметричні щілини 10 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 П змішуються з основними І і Ш та суцільним потоком спрямовуються до ВІДВІДНОГО тракту фурми Таким чином, за рахунок закручування потоків води забезпечується високоефективний рівномірний теплозйом з внутрішньої засоплової поверхні наконечника і повністю виключається можливість утворення локальних ділянок його перегрівання за соплами Величина додаткових потоків визначається значенням площі прохідного перерізу початкових ділянок серповидних зазорів 9 між корпусами сопел 5 і внутрішніми поверхнями напрямних лопатей 8 Застосування запропонованих конструкцій забезпечить високу СТІЙКІСТЬ фурмених головок, що дозволить отримати значний економічний ефект в результаті скорочення витрат мідного і сталевого прокату, сталевих труб, мідного дроту і електродів, природного газу, кисню і аргону при виготовленні і монтажі головок, підвищення терміну експлуатації фурм між замінами головок, зниження витрат людино-годин на виготовлення головок і обслуговування верхніх фурм, скорочення простоїв дуттьових пристроїв з причини заміни головок, збільшення продуктивності агрегатів, збільшення терміну експлуатації механічного і зварочного обладнання 46328 42 ФІГ.1 Фіг.2 А-А Фіг.З Фіг.4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71