Фурма для десульфурації чавуну зернистим магнієм у великовантажних ковшах

Фурма для десульфурації чавуну зернистим магнієм у великовантажних ковшах, що містить каркас з вогнетривкої футерівки, канал зі змінною вогнетривкою втулкою, яка відрізняється тим, що канал фурми на виході дообладнаний роздільником потоків, вигнутими відводами й змінними соплами, виконаними окремими вузлами, причому: кут поділу двофазного струменя в роздільнику потоків становить не більше 15° відносно поздовжньої осі фурми, кут відгину відводів становить 3550° до поздовжньої осі фурми, отвори в розподільнику потоків, відводах і змінних соплах виконані зі зменшенням умовного проходу в міру просування двофазних потоків до виходу з фурми, сумарна площа внутрішніх перерізів відводів дорівнює площі умовного проходу каналу фурми, змінні сопла й відводи виконані з співвідношенням площ внутрішніх перерізів 0,6-0,9. UA (21) a200800144 (22) 02.01.2008 (24) 10.04.2009 (46) 10.04.2009, Бюл.№ 7, 2009 р. (72) БОЛЬШАКОВ ВАДИМ ІВАНОВИЧ, UA, ШЕВЧЕНКО АНАТОЛІЙ ПИЛИПОВИЧ, UA, ОСТАПЕНКО ОЛЕКСАНДР ВІТАЛІЙОВИЧ, UA, ДВОСКІН БОРИС ВУЛЬФОВИЧ, UA, ШЕВЧЕНКО СЕРГІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ, UA, КИСЛЯКОВ ВОЛОДИМИР ГЕННАДІЙОВИЧ, UA, АЛЕКСАНДРОВ ВІКТОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, БАШМАКОВ ОЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ, UA, ШЕВЧЕНКО ВІКТОР МИКОЛАЙОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ ІМ. З.І. НЕКРАСОВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ, UA (56) SU, 371 689, A, 13.08.1973 UA, 67 533, C2, 15.06.2004 UA, 82 304, C2, 25.03.2008 GB, 1 262 352, A, 02.02.1972 US, 3 880 411, A, 29.04.1975 C2 2 (19) 1 3 начається на засвоєнні реагенту. У цих умовах необхідно застосовувати фурму без випарника. За прототип узята відома фурма для десульфурації чавуну у великовантажних ковшах [Патент Украины 67533 С2, МПК (2006) С21С1/02, опубл. 13.10.2003]. Ця фурма має канал з вертикальним виходом у рідку ванну. На виході з фурми канал оснащений змінною вогнетривкою втулкою, що захищає трубу каналу від контакту з рідким чавуном. Варто помітити, що при вертикальному виході каналу з фурми струмінь двофазного потоку у вигляді пузирів повертає від зрізу каналу нагору. Каверни, що утворюються в розплаві, сприяють захльостуванню устя каналу, а близькість рідкого чавуну від устя каналу призводить до періодичного їхнього зіткнення. Торкання викликають миттєве уповільнення двофазного потоку або навіть його зупинку, що сприяє закупорці каналу фурми. При десульфурації чавуну у великовантажних ковшах для одержання низькосірчаного чавуну необхідно вводити в розплав велику кількість магнію: 100кг і більше. Це призводить до великої тривалості обробки, тому що інтенсивність подачі магнію обмежена 8-10кг/хв через бурхливість протікання процесу. При цьому ефективність використання магнію знижується. Збільшення тривалості обробки знижує вогнетривку стійкість фурм і збільшує трудомісткість їхнього обслуговування. Задача, розв'язувана винаходом, полягає у підвищенні інтенсивності введення зернистого магнієвого реагенту в рідкий чавун, скороченні циклу обробки, забезпеченні надійності пневмотранспортування легковипарного магнію, підвищенні технологічності (без виплесків) протікання процесу, спрощенні ремонту й обслуговування фурм, а також забезпеченні високих показників десульфурації чавуну в ковшах. Задача вирішується за рахунок того, що канал фурми на виході дообладнується роздільником потоків, вигнутими відводами й змінними соплами, виконаними окремими вузлами; кут поділу двофазного струменю в роздільнику потоків становить не більше 15° стосовно поздовжньої осі фурми, кут відгину відводів становить 35-50° до поздовжньої осі фурми, отвори в роздільнику потоків, відводах і змінних соплах виконані зі зменшенням умовного проходу в міру просування двофазних потоків до виходу з фурми, сумарна площа внутрішніх перерізів відводів дорівнює площі умовного проходу каналу фурми, змінні сопла й відводи виконані з співвідношенням площ внутрішніх перерізів 0,60,9. Технічним результатом застосування винаходу є підвищення в 1,5-2,0 рази інтенсивності введення магнієвого реагенту в рідкий чавун і скорочення повного циклу обробки на 15-20%; забезпечення стійкого введення легковипарного магнію в розплав чавуну; можливість наповнення ковшів чавуном під обробку до 95-97% ємкості; спрощення обслуговування й ремонту фурм; високе засвоєння реагенту (понад 90%). Порівняння конструкції фурми, що заявляється, із прототипом показує, що канал фурми на виході дообладнаний роздільником потоків, вигнути 86325 4 ми відводами й змінними соплами, виконаними окремими вузлами. Кут поділу двофазного струменю в роздільнику потоків становить не більше 15° стосовно поздовжньої осі фурми. Кут відгину відводів становить 35-50° до поздовжньої осі фурми; отвори в роздільнику потоків, відводах і змінних соплах виконані з убуванням умовного проходу в міру просування двофазних потоків до виходу з фурми. Сумарна площа внутрішніх перерізів відводів дорівнює площі умовного проходу каналу фурми. Змінні сопла й відводи виконані з співвідношенням площ внутрішніх перерізів 0,6-0,9. Порівняння з іншими технічними рішеннями в даній галузі техніки не дозволило виявити в них ознаки, що відрізняють пристрій, що заявляється, від прототипу. Отже, має місце відповідність критерію "винахідницький рівень". Винахід пояснюється кресленням, де на Фіг. зображена конструкція нижньої частини фурми в поздовжньому розрізі. Фурма складається з каркасу 1, футерованого вогнетривким бетоном 2. Усередині фурми розташований канал 3, до якого приєднується розподільник потоків 4. На нижній частині роздільника потоків 4 установлюються вигнуті відводи 5. До відводів 5 кріпляться за допомогою нарізного сполучення змінні сопла 6. Зовні змінне сопло захищене змінною вогнетривкою втулкою 7. Робота пристрою, що заявляється, здійснюється в такий спосіб. Відкривають подачу транспортуючого газу, і фурму занурюють у розплав чавуну на необхідну глибину. Включають живильник (на кресленні не показаний), і зернистий магній через систему інжекції (на кресленні не показана) подають у канал фурми 3 і далі через розподільник потоків 4, відводи 5 і змінні сопла 6 - у розплав чавуну. Після введення необхідної кількості реагенту його подачу припиняють, фурму витягають із металу, а транспортуючий газ перекривають. Сутність пристрою, що заявляється, полягає в наступному. Дообладнання каналу фурми на виході роздільником потоків, вигнутими відводами й змінними соплами, виконаними окремими вузлами, дозволяє розділити газопорошковий струмінь на два й більше потоки, підвищити інтенсивність подачі магнію в розплав за рахунок розосередження місць введення реагенту в об'ємі рідкої ванни, забезпечити технологічність процесу й надійну роботу зрізу сопел без захльостування їх рідким чавуном. Крім того, виконання ділянки інжекційної системи на виході у вигляді окремих вузлів дозволяє підвищити ремонтопридатність фурми. Виконання роздільника потоків з кутом поділу (a) не більше 15° стосовно поздовжньої осі фурми, тобто без значного зростання опору на цій ділянці, зводить до мінімуму виникнення пульсацій і збурювань в інжекційній системі. Виконання відводів з відгином під кутом β=3050° до поздовжньої осі фурми дозволяє в процесі обробки рідкого чавуну видалити піхури, що утворюються, транспортуючого газу й парів магнію убік від устя сопел. Спливаючи, вони в меншому ступені контактують із кінцями сопел фурми, тобто зона барботажу рідкого чавуну зміщується убік від 5 устя сопел. Тим самим зменшується час і частота контакту устя сопел з рідким чавуном. Це позитивно позначається на стійкості змінних сопел і вогнетривких втулок і зменшує ймовірність закупорки каналу фурми. Виконання отвору в роздільнику потоків, відводах і змінних соплах (d1, d2, d3) зі зменшенням умовного проходу в міру просування двофазних потоків до устя сопел, що збільшує швидкість двофазних потоків на виході із сопел і виключає захльостування рідким чавуном устя сопел. Виконання відводів із сумарною площею внутрішніх перерізів, яка дорівнює площі умовного проходу каналу фурми, дозволяє зберегти практично без зміни швидкість потоку й концентрацію твердої фази в газовому потоці при русі двофазного струменя в каналі фурми й у кожному з відводів, що є важливим чинником забезпечення надійності роботи інжекційної системи. Виконання змінних сопел і відводів із співвідношенням площ внутрішніх перерізів менш 0,6 призводить до підвищення місцевого опору в трасі через аркоутворення твердої фази при використанні зернистих реагентів, застосованих при десульфуращї, і наступній закупорці сопел. Підвищення співвідношення внутрішніх перерізів відводів і змінних сопел більше 0,9 недоцільно через незначне підвищення швидкості двофазного потоку на зрізі сопла. Виконання сопел змінними, що з'єднуються з відводами за допомогою різних сполучень, дозволяє швидко демонтувати зношені сопла й заміняти їх новими. Демонтаж сопел і їхня заміна виконується в такий спосіб. У зношене сопло забивається 86325 6 спеціальний гранований пірамідальний стрижень із рукоятками, і сопло викручується з відводу. У відвід укручується нове сопло. Таким чином, немає необхідності демонтувати фурму для ремонту й заміняти весь канал з роздільником потоків і відводами. Ремонт виконується на робочому місці й займає 5-10хв. Це не впливає на цикл роботи установки. Лабораторні дослідження і практика показали, що виконання вигину відводів з кутом менш 30° стосовно поздовжньої осі фурми не ефективно тому, що зсув зони барботажу рідкого металу убік від устя сопла відбувається недостатньо і тому можливі закупорки каналу. При вигині відводу з кутом більше 50° стосовно поздовжньої осі фурми виникає значний опір цієї ділянки, тому що радіус вигину відводу обмежений діаметром фурми. Цей опір гальмує двофазний потік, і при обмеженій витраті газоносія, величина якого визначається бурхливістю процесу введення реагенту, не забезпечується на виході із сопла необхідний швидкісний напір, здатний перебороти опір у зоні витікання. Як видно з вищесказаного, пристрій, що заявляється, дозволяє забезпечити стійке введення зернистого магнію в рідкий чавун у великовантажних ковшах, створюючи рівномірне борботування ванни чавуну при високих витратах реагенту, прискорює й спрощує ремонт і обслуговування фурми. Одночасно із цим забезпечується можливість наповнення ковша чавуном до 95-97% і високе засвоєння реагенту (понад 90%) і, отже, вирішується поставлене завдання й досягається технічний результат. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 86325 8 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