Фурма для продування розплаву струменями двох типів

1 Фурма для продування розплаву струменями двох типів, яка містить головку з розташованими в ній периферійними соплами та центральним соплом з установленим на вході в нього завихрювачем з тангенціальними каналами, яка відрізняється тим, що у завихрювачі додатково виконано центральний канал, СПІВВІСНИЙ з центральним соплом, причому відношення площ прохідних перерізів центрального каналу і тангенціальних каналів завихрювача становить (0,05-0,40) 1 2 Фурма за п 1, яка відрізняється тим, що відношення довжини центрального каналу завихрювача до гідравлічного діаметра цього каналу становить (1,0-5,0) 1 3 Фурма за п 1 або п 2, яка відрізняється тим, що центральний канал завихрювача виконано циліндричним Винахід відноситься до металурги, переважно до киснево-конверторного виробництва сталі Відома фурма [1] для вдування кисню в конвертор, яка містить голівку з розташованими в ній периферійними соплами і центральним соплом, причому з метою збільшення частки брухту в шихті шляхом підводу до ванни додаткової КІЛЬКОСТІ тепла за рахунок інтенсифікації допалювання моноокису вуглецю, вона постачена встановленим у ГОЛІВЦІ перед центральним соплом дросельним пристроєм, прохідна площа якого становить (0,200,85) площі перерізу сопел При цьому периферійні сопла призначені для подання основного потоку кисню, що витікає через них у вигляді надзвукових «жорстких» далекобійних струменів, які використовуються для рафінування та перемішування розплаву, а центральне сопло з встановленим перед ним дроселем призначене для подання додаткового потоку кисню, що витікає із сопла у вигляді більш «м'якого» струменя, який використовується для допалювання СО-вмісних газів, які виділяються з розплаву Відома фурма для продування розплаву струменями двох типів [2] - прототип, яка містить голівку з розташованими в ній периферійними соплами та центральним соплом з установленим на вході в нього завихрювачем з тангенціальними каналами При цьому за рахунок використання завихрювача з тангенціальними каналами, встановленого на вході в центральне сопло, забезпечується ефективне використання енергії потоку додаткового кисню та його витікання з центрального сопла у вигляді стійкого вихрового струменя ("парасольки") без відривних течій, межі якого виходять за границі периферійних струменів Киснева вихрова "парасолька" розкривається в межах початкової (газодинамічної) ділянки надзвукових периферійних струменів, яка характеризується нерозвиненим шаром змішування та слабкою ежектувальною спроможністю Тому периферійні струмені пронизують вихрову кисневу "парасольку", практично не ежектуючи и вміст У результаті цього значно збільшується поверхня взаємодії допалюючого кисню з СО-вмісними газами та підвищується ефективність їх допалювання Проте застосування дросельного приладу у ВІДОМІЙ фурмі призводить до марних втрат енергії газового потоку на вході в центральне сопло, крім того, струмінь, який витікає в цьому випадку з центрального сопла, має велику швидкість, далекобійність і недостатню поверхню взаємодії з ПІДХІДНИМИ конверторними газами, з погляду організації ефективного допалювання останніх Проте продування розплаву струменями двох типів через фурму зазначеної конструкції характеризується наявністю зони розрідження (зниженого тиску) в центральній області вихідного перерізу центрального сопла, що може призвести до ежекції всередину сопла бризок (частинок) металу та шлаку, знижує СТІЙКІСТЬ наконечників фурм і фурм О ю 59077 у цілому Крім того, через відсутність у центральній частині вихрової "парасольки" кисневого потоку має місце неоптимальний розподіл кисню в зоні допалювання і, як наслідок, знижується ефективність допалювання ВІДХІДНИХ газів В основу винаходу поставлено завдання вдосконалити конструкцію фурми для продування розплаву струменями двох типів, у якій використання нового конструктивного елемента для організації потоку додаткового кисню, що використовується для допалювання СО-вмісних газів (які виділяються з розплаву), за рахунок усунення зони розрідження (зниженого тиску) в центральній області вихідного перерізу центрального сопла та більш рівномірного розподілу кисню в зоні допалювання, дозволить підвищити ефективність допалювання ВІДХІДНИХ газів, СТІЙКІСТЬ наконечників фурм і фурм у цілому, і, в остаточному підсумку, зменшити собівартість сталі, що виплавляється Вирішення поставленого завдання досягається за рахунок того, що у фурмі для продування розплаву струменями двох типів, яка містить голівку з розташованими в ній периферійними соплами та центральним соплом з установленим на вході в нього завихрювачем з тангенціальними каналами, у завихрювачі додатково виконано центральний канал, СПІВВІСНИЙ з центральним соплом, причому відношення площ прохідних перерізів центрального каналу і тангенціальних каналів завихрювача становить (0,05-0,40) 1 А також відношення довжини центрального каналу завихрювача до гідравлічного діаметра цього каналу становить (1,0-5,0) 1 Крім того, центральний канал завихрювача виконано циліндричним При створенні цього винаходу виходили з того, що виконання в завихрювачі центрального каналу, СПІВВІСНОГО з центральним соплом, за умови, що відношення площ прохідних перерізів центрального каналу і тангенціальних каналів завихрювача становить (0,05-0,40) 1, дозволяє організувати подання додатково до вихрового потоку прямоструминного потоку кисню через центральну осьову область центрального сопла і тим самим підвищити тиск у цій області, усунути зону розрідження (зниженого тиску) у вихідному перерізі центрального сопла, більш рівномірно розподілити кисень у зоні допалювання, і, в остаточному підсумку, підвищити ефективність допалювання ВІДХІДНИХ газів, СТІЙКІСТЬ наконечників фурм і фурм у цілому при одночасному продуванні розплаву струменями двох типів Область оптимальних значень відношення площ прохідних перерізів центрального каналу і тангенціальних каналів завихрювача знаходиться в межах (0,05-0,40) 1 і встановлена шляхом вивчення картини взаємодії центрального (вихрового) і периферійних струменів при проведенні серії експериментів на газодинамічному стенді, обладнаному приладом для тіньової фотозйомки і системою виміру повного та статичного тиску в газових потоках Експерименти проводилися на моделі п'ятисоплової фурми 350-т кисневого конвертора, виконаної в масштабі 1 5 При значенні вказаного відношення, меншому за 0,05 1, центральна область вихідного перерізу центрального сопла не заповнена киснем, у ній утворюється зона розрідження (зниженого тиску) Це призводить до зниження ефективності допалювання ВІДХІДНИХ газів, ежекції всередину сопла бризок (частинок) металу та шлаку і зниження СТІЙКОСТІ наконечників фурм і фурм у цілому При значенні вказаного відношення, більшому за 0,401, має місце «руйнівна» дія центрального прямоструминного потоку на вихровий потік усередині та на виході з центрального сопла, знижується інтенсивність закручення вихрового потоку, він стає нестійким, має малий кут розкриття та не виходить за межі периферійних струменів Це знижує ефективність допалювання СО-вмісних газів у периферійній (вихровій) частині зони допалювання Область оптимальних значень відношення довжини центрального каналу завихрювача до гідравлічного діаметра цього каналу знаходиться в межах (1,0-5,0) 1 і встановлена при проведенні серії експериментів на газодинамічному стенді вищевказаним шляхом При значенні даного відношення, меншому за 1,0 1, потік кисню, який витікає з центрального каналу завихрювача у центральному соплі є нестійким, інтенсивно взаємодіє з тангенціальними потоками, знижує їхній ступінь закручення та "руйнується" самий Це, з одного боку, зменшує поверхню взаємодії кисню з СО-вмісними газами, які виділяються з розплаву, а з іншого боку - погіршує процес передачі розплаву теплоти, що виділяється при допалюванні При значеннях даного відношення, більших за 5,0 1, втрати тиску кисневого потоку в цьому каналі стають значними, що призводить до істотного «ослаблення» центрального прямоструминного потоку всередині центрального сопла та зменшення тиску в центральній області його вихідного перерізу Виконання центрального каналу завихрювача циліндричним є найбільш простим конструктивним варіантом практичної реалізації цього каналу (наприклад, методом свердління) Сутність винаходу зображена на фіг 1-6, де на фіг 1 - фурма з додатковими центральним трактом подачі кисню, на фіг 2 - переріз А-А на фіг1, на фіг 3 - переріз Б-Б на фіг 1, на фіг 4 - фурма у виконанні без додаткового центрального тракту подання кисню, на фіг 5 - переріз В-В на фіг 4, на фіг 6 - переріз Г-Г на фіг 4 Фурма складається з трьох (при виконанні фурми без додаткового центрального тракту подання кисню - див фіг 4-6) або чотирьох (при наявності додаткового центрального тракту подання кисню див фіг 1-3) концентрично розташованих труб 1, які утворюють тракт(и) 2 підводу кисню, тракти З підводу і відводу охолодника та голівки 4, яка має периферійні сопла 5 для подання основного потоку кисню у вигляді надзвукових струменів на продування розплаву і центральне сопло 6 для подання кисню у вигляді вихрового струменя на допалювання СО-вмісних газів, що виділяються з розплаву Центральне сопло 6 постачено встановленим на вході в нього завихрювачем 7 кисневого потоку з тангенціальними каналами 8 У завихрювачі 7 виконано центральний канал 9, СПІВВІСНИЙ З 59077 центральним соплом 6 Причому відношення площ прохідних перерізів центрального каналу 9 і тангенціальних каналів 8 завихрювача 7 знаходиться в межах (0,05-0,40) 1 Поданий на фіг 1-6 канал 9 виконано циліндричним Проте в загальному випадку він може мати іншу форму (призматичну і т ш ) З погляду організації стійкого вихрового потоку додаткового кисню, відношення довжини центрального каналу 9 завихрювача 7 до гідравлічного діаметра цього каналу знаходиться в межах (1,05,0) 1 Прилад працює таким чином Основний потік кисню 10 надходить до периферійних сопел 5, пришвидшується в них і витікає у вигляді надзвукових струменів 11 у навколишній простір конвертора, розкриваючись у ньому під кутом 10-14° Ці «жорсткі» далекобійні струмені використовуються тільки для рафінування та перемішування розплаву При взаємодії їх з розплавом утворюється реакційна зона, де інтенсивно протікають реакції окиснювання вуглецю, переважно до його моноокису (CO), який у струминному режимі барботажу спливає у рідкій ванні і виділяється з неї переважно у підфурменій зоні Додатковий потік кисню 12 пришвидшується в тангенціальних каналах 8 завихрювача 7 і надходить у вихідну частину сопла 6 Вихровий потік кисню, що сформувався в центральному соплі 6, на виході з нього розкривається поблизу торця фурми у вигляді вихрової "парасольки", межі якої виходять за границі периферійних продувальних струменів 11 Кисневий вихор 13 при цьому має велику поверхню взаємодії з ВІДХІДНИМИ СО-вмісними газами, у межах якої останні ефективно допалюються киснем Прямоструминний потік 14 кисню, який формується у центральному каналі 9, заповнює центральну осьову область сопла 6 і забезпечує витікання кисневого вихору 13 без утворення зони розрідження (зниженого тиску) у центральній об Фігі ласті 15 вихідного перерізу сопла 6, що усуває ежекцію бризок (частинок) металу та шлаку всередину сопла 6, дозволяє оптимально розподілити кисень у зоні допалювання і тим самим підвищити ступінь допалювання ВІДХІДНИХ газів та ступінь засвоєння теплоти, яка виділяється при допалюванні Отримана за рахунок допалювання СОвмісних газів теплота використовується переважно на нагрівання ванни, тому що область допалювання розташована поблизу розплаву металу Водночас зона допалювання 13 достатньо віддалена від футерівки та екранується від останньої спіненим шлаком, тому СТІЙКІСТЬ футерівки сталеплавильного агрегату практично не знижується Використання додаткового центрального тракту подання кисню (див фіг 1-3) дозволяє змінювати витрату додаткового кисню на допалювання під час продування плавки ВІДПОВІДНО ДО КІЛЬКОСТІ (ви трати) СО-вмісних газів, які утворяться при цьому, і тим самим підвищити ефективність їхнього допалювання Застосування даного винаходу, за рахунок використання нового конструктивного елемента для організації потоку додаткового кисню (який використовується для допалювання СО-вмісних газів), що витікає з центрального сопла, дозволить оптимально розподілити кисень у зоні допалювання, усунути зону розрідження (зниженого тиску) на виході з цього сопла і тим самим підвищити ефективність допалювання ВІДХІДНИХ газів, СТІЙКІСТЬ наконечників фурм і фурм у цілому, які використовуються для одночасного продування розплаву струменями двох типів ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1 А с СРСР 1168608, МКВ С21С5/48, БВ №27, 1985р 2 А с СРСР 1592345, МКВ С21С5/48, БВ №34, 1990р Фиг 59077 Б-Б В-В (збільшено) (збільшено) Фіг.5 г-г (збільшено) Фіг. в Фів.Ч Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна