Фурмена головка з асиметричним охолодженням сопел

1. Фурмена головка з асиметричним охолодженням сопел, що містить нижню та верхню торцеві частини, продувані сопла, внутрішній, проміжний і зовнішній з'єднувальні патрубки та направляючі лопатки, що встановлені по одній біля кожного сопла асиметрично відносно осі, що проходить через центри наконечника та сопла, яка відрізняється тим, що направляючі лопатки з 3 лоджувача в цій зоні. Ураховуючи, що у верхній частині має місце менша швидкість охолоджувача [3, стор.71], потужність потоку води, що перетікає є не достатньої для повного руйнування застійної зони. Крім того, за нижніми виступами направляючої лопатки утворюються додаткові вихрові течії (застійні зони), що погіршують охолодження наконечника. Оскільки направляючі лопатки розташовані по обидві сторони кожного сопла, має місце значне перекриття перетину для проходу води між соплами та підвищується гідравлічний опір наконечника. Це додатково погіршує його охолодження. Відома фурмена головка з асиметричним охолодженням сопел [4] - прототип, що містить нижню та верхню торцеві частини, продувані сопла, внутрішній, проміжний і зовнішній з'єднувальні патрубки та направляючі лопатки, що встановлені за кожним соплом (по ходу руху води) асиметрично відносно осі, що проходить крізь центри наконечника та сопла. При цьому направляюча лопатка має форму півкільця та встановлена відносно стінки сопла з серпоподібним зазором, величина площі прохідного перетину початкової ділянки якого D знаходиться в межах 0,1 0,5 d , де D - діаn метр кола розміщення сопел, n - кількість сопел, d - еквівалентний діаметр зовнішньої поверхні сопла, а нижній торець направляючої лопатки на 7090% своїй поверхні має асиметричний відносно кінців лопатки виріз - дальній від сопла кінець нижнього торця лопатки не має вирізу на 7-20% своєї поверхні, а ближній - не має вирізу на 3-10% своєї поверхні. У відомому технічному рішенні за рахунок організації асиметричної течії охолоджувача за соплами збільшується потужність потоку охолоджуючої води, що направляється в засоплові застійні зони, що поліпшує охолодження наконечника (в порівнянні з вказаним вище технічним рішенням [2]); зменшуються площа перекриття перетину для проходу води між соплами та гідравлічний опір наконечника. Проте, при використанні відомого технічного рішення [4] практично весь потік охолоджуючої води, який прямує лопаткою за сопло витікає з її отвору, зосереджується тільки в одній частині (ближньої до переднього кінця лопатки) засоплової зони. Це не дозволяє повністю ліквідувати застійну зону за соплом, яка зсувається (щодо осі сопла) в сторону заднього кінця лопаті. Крім того, за переднім і, особливо, за заднім виступами направляючої лопаті утворюються додаткові вихрові течії, що погіршують охолодження наконечника. Ураховуючи, що у верхній частині має місце менша швидкість охолоджувача [3, стор.71], потужність потоку води що перенаправляється лопатою (від верхніх шарів течії) в засоплову область є недостатньою для організації безвихревої течії за соплом. При цьому передній виступ лопаті має малі площу та кут розвороту, що не дозволяє розвернути та направити нижні шари течії води в засопловую зону. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити фурменну головку з асиметричним 46563 4 охолодженням сопел, в якій за рахунок зміни форми, розмірів і положення її конструктивного елемента - направляючої лопатки, підвищується ефективність охолодження сопел і нижньої торцевої частини в засоплових зонах головки, забезпечується збільшення її стійкості і стабілізація дуттьового режиму плавки. Рішення поставленої задачі здійснюється за рахунок того, що у фурменій головці з асиметричним охолодженням сопел, що містить нижню та верхню торцеві частини, продувані сопла, внутрішній, проміжний і зовнішній сполучні патрубки та направляючі лопатки, встановлені по одній біля кожного сопла асиметрично щодо осі, що крізь центри наконечника та сопла, з висотою не менш ніж 5мм, що розташовані одно направлено на внутрішній поверхні нижньої торцевої частини головки так, що відстані між крайніми точками сопла, розташованими на вказаній осі, та найближчими до них крайніми точками лопатки, знаходяться в межах: lN=(0,4÷0,9)∙(L-d); lK=(0,1÷0,3)∙d, де lN - відстань між ближньою до центру наконечника крайньою точкою сопла, що розташована на осі, що проходить крізь центри наконечника та сопла, та найближчій до неї крайньою точкою лопатки, lK - відстань між дальньою від центру наконечника крайньою точкою сопла, що розташована на вказаній осі, та найближчій до неї крайньою точкою лопатки, L - відстань між центрами двох сусідніх сопел, d - зовнішній діаметр сопла. Крім того, направляючі лопатки мають вигнуту у бік сопла форму. Крім того, направляючі лопатки мають профіль крила з гострою задньою кромкою. При створенні корисної моделі виходили з наступних положень. При установці направляючих лопаток з висотою не менш ніж 5мм однонаправлено (біля кожного сопла) на внутрішній частині нижнього торця головки так, що відстані між крайніми точками сопла, розташованими на вказаній вище осі, та найближчими до них крайніми точками лопатки, знаходяться в межах: lN=(0,4÷0,9)∙(Ld); lK=(0,1÷0,3)∙d, здійснюється подача охолоджуючої води в засоплову зону у вигляді потужного організованого потоку, який перешкоджає утворенню вихрової течії та застійної зони охолоджувача за соплом. При цьому установка направляючих лопаток на внутрішній частині нижнього торця головки дозволяє перенаправляти в засоплову зону нижні, більш швидкісні, потоки води для ефективного «руйнування» вихрової застійної зони води поблизу найбільш теплонапруженої нижньої торцевої частини головки. При висоті лопатки менше ніж 35мм набігаючий на неї потік води практично не міняє свій напрям - відбувається перетікання його через лопатку, що не дозволяє організувати ефективне охолодження нижньої частини головки в засоплових зонах. При величині відстані lN менш ніж 0,4(L-d) потужність потоку води не достатня для повного руйнування вихрової течії в засопловій зоні. При величині відстані lN більш ніж 0,9(L-d) істотно погіршується охолодження сопла зі сторони, протилежній від встановленої лопатки. Це призводить до 5 суттєвого зниження стійкості наконечника, розпалу сопел і дестабілізації дутьового режиму плавки. Максимальний ефект поліпшення охолодження має місце при величині відстані lN=(0,6÷0,8)∙(L-d). При величині відстані lK менш ніж 0,1∙d внаслідок великого опору прохідного перетину між лопаткою та соплом суттєво зменшується витрата охолоджувача, що направлений у за соплову зону і практично анулюється ефект додаткового охолодження засоплових зон. При величині відстані lK більш 0,3∙d асиметричний потік охолоджуючої води занадто віддалений від поверхні сопла. Це не дозволяє зруйнувати вихрову течію безпосередньо біля сопла. Максимальний ефект поліпшення охолодження має місце при величині відстані lK=(0,15÷0,25)∙d. При установці направляючої лопатки вигнутої у бік сопла форми зменшуються втрати тиску потоку охолоджуючої води (на розворот потоку), тобто збільшується його потужність та ефективність у за соплових зонах. При установці направляючої лопатки, що має профіль крила з гострою задньою кромкою, вірогідність утворення вихрової течії за направляючою лопаткою істотно зменшується [5, стор.162, мал.6.8; 6, стор.540, рис.10.8]. Це приводить до підвищення ефективності охолодження нижньої торцевої частини наконечника в цілому. Запропоноване технічне рішення може бути використано як для головок фурм з центральним підведенням охолоджувача (води), так і для головок фурм з центральним підведенням продуваних газів. Суть корисної моделі (на прикладі фурменої головки з центральним підведенням води) пояснюється на Фіг.1-5, де на Фіг.1 поданий поперечний розріз фурменої головки з асиметричним охолодженням сопел за п.1 формули корисної моделі; на Фіг.2 - подовжній розріз фурменої головки з асиметричним охолодженням сопел за п.1 формули корисної моделі; на Фіг.3 - сегмент поперечного розрізу фурменої головки з асиметричним охолодженням сопел п.1 формули корисної моделі; на Фіг.4 - сегмент поперечного розрізу фурменої головки з асиметричним охолодженням сопел п.2 формули корисної моделі; на Фіг.5 - сегмент поперечного розрізу фурменої головки з асиметричним охолодженням сопел п. 3 формули корисної моделі. Фурмена головка з асиметричним охолодженням сопел складається з (див. Фіг.1-3): нижньої 1 та верхньої 2 торцевих частини, продуваних сопел 3, внутрішнього 4, проміжного 5 та зовнішнього 6 з'єднувальних патрубків і направляючих лопаток 7. При цьому лопатки 7 з висотою не менш ніж 5мм встановлені однонаправлено на внутрішній поверхні нижнього торця 1 так, що відстані між крайніми точками сопла, що розташовані на осі ОО 1, та найближчими до них крайніми точками лопатки, знаходяться в межах: lN=(0,4÷0,9)∙(L-d); lK=(0,1÷0,3)∙d, де lN - відстань між ближньою до центру наконечника крайньою точкою сопла, що розташована на осі ОО1, що проходить крізь центри наконечника та сопла, та найближчій до неї крайньою точкою 46563 6 лопатки, lK - відстань між дальньою від центру наконечника крайньою точкою сопла, що розташована на осі ОО1, та найближчій до неї крайньою точкою лопатки, L - відстань О1О2 між центрами двох сусідніх сопел, d - зовнішній діаметр сопла. При цьому всі вказані відстані (lN, lK, L, d) визначаються біля нижньої торцевої частини 1 головки. При установці направляючої лопатки плоскої форми (див. Фіг.3) лопатка не перетинає лінію О 1О2, що з'єднує центри двох сусідніх сопел. При установці лопатки вгнутої форми (див. Фіг.4) або з профілем крила з гострою задньою кромкою (див. Фіг.5) лопатка перетинає лінію О1О2. Пристрій працює таким чином. По кільцевому тракту підведення газу, що утворений проміжним 5 і внутрішнім 4 з'єднувальними патрубками, технологічний газ (наприклад, кисень) подається у головку та через сопла 3 вдувається в розплав. Разом з технологічним газом можуть вдуватися різні технологічні порошкоподібні матеріали. По внутрішньому з'єднувальному патрубку 4, що створює тракт підведення охолоджувача, вода подається в головку та рухається між нижньою 1 та верхньою 2 торцевими її частинами в тракт відведення охолоджувача, що утворений проміжним 5 та зовнішнім 6 з'єднувальним патрубками. Встановлені на нижній торцевій частині 1 головки направляючі лопатки 7 розділяють потік охолоджуючої води біля кожного сопла на два. Один потік обтікає сопло (у міжсопловому просторі) практично не змінюючи свій напрямок, а другий - направляється лопаткою в засоплову зону, де з'єднуючись з першим потоком організовує рівномірне обтікання сопла та при соплової ділянки головки охолоджувачем. При цьому внаслідок організації подачі «свіжої» води в засоплові зони наконечника (де звичайно знаходитися застійна зона води) та збільшення швидкості охолоджувача поблизу тепло напруженого місця істотно зростає ефективність охолодження та збільшується стійкість наконечника та фурми в цілому, а також зменшується розпал вихідних ділянок сопел і стабілізується дуттьовий режим продування плавки. Після з'єднання потоки води потрапляють в тракт відведення охолоджувача. Використання фурменої головки з асиметричним охолодженням сопел при простоті конструкції за рахунок використання направляючих лопаток з заявленими геометричними параметрами (самої лопатки та місця її розташування у головці) забезпечує поліпшення охолодження вихідних ділянок продуваних сопел та засоплових ділянок нижнього торця головки, що дозволяє зменшити «розпал» сопел, стабілізувати дуттьовий режим плавки, підвищити стійкість наконечника та фурми в цілому. Джерела інформації: 1. Якушев A.M. Справочник конвертерщика. Челябинск: Металлургия, 1990. - 448с. 2. Фурмена головка з симетричним охолодженням сопел. Деклараційний патент України на винахід №40428А по заявці №2001010547 від 25.01.2001p. MKB C21С5/48. Опубліковано 16.07.2001р. Бюл. №6. 2001p. 3. Сущенко А.В., Валаба А.П. Численное моделирование гидродинамики течения охлаждаю 7 щей воды в наконечниках кислородноконвертерных фурм. // Новини науки Придністров'я. Інженерні дисципліни. Дніпропетровськ.. Днепр-VAL, 2008p. - №1-2. - С.68-72. 4. Фурмена головка з асиметричним охолодженням сопел. Деклараційний патент України на винахід №46238А по заявці №2001064329 від Комп’ютерна верстка А. Рябко 46563 8 21.06.2001р. MKB C21С5/48. Опубліковано 15.05.2002р. Бюл. №5. 2002р. 5. Давидсон В.Е. Введение в гидродинамику. Днепропетровск: Издательство Днепропетровского университета, 2002. - 219с. 6. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. - Москви: Наука, 1969. - 824с. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601