Фурма для продування розплаву в конвертері

Фурма для продування розплаву в конвертері, що містить головку з розташованими в ній пери 3 го перетину каналів завихрювача (Fкз) і площі мінімальних перетинів периферійних сопел (Fмін) – Fкз / Fмін в залежності від такого важливого вихідного параметру технології допалювання газів, як тип продування конвертерної ванни - від наявності чи відсутності у конвертері додаткової (до верхньої) заглибленої (нижньої чи бокової) продувки розплаву. Остання ж істотно впливає на інтенсивність перемішування конвертерної ванни та тепломасообмін між нею і зоною допалювання газів, і, як наслідок, - на ступінь корисного використання теплоти, що виділилася при допалюванні газів, металевою ванною -  . Не урахування цього фактору при визначенні конструктивних параметрів фурми (Fкз/Fмін) може призвести до істотного зниження показника  , збільшення тепловтрат з газами, що відходять, перегріву верхньої частини ванни, фурми та футерівки конвертера, переокислення металу та шлаку і зниження ефективності застосування технології допалювання СО-вмісних газів у робочому просторі конвертера в цілому. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити конструкцію фурми для продування розплаву в конвертері, в якій, за рахунок оптимізації конструктивних параметрів периферійних і центрального з завихрювачем сопел, забезпечується подання оптимальної відносної витрати додаткового кисню в залежності від типу продування конвертерної ванни і, як наслідок, - підвищення ступеня корисного використання теплоти, що виділилася при допалюванні СО-вмісних газів, металевою ванною та ефективності технології допалювання, поліпшення теплового балансу плавки, зменшення негативного теплового впливу на продувальну фурму і футерівку кисневого конвертера та зменшення вірогідності переокислення металу і шлаку. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в фурмі для продування розплаву в конвертері, що містить головку з розташованими в ній периферійними соплами та центральним соплом з завихрювачем, при верхньому продуванні конвертерної ванни відношення площі прохідного перетину каналів завихрювача і площі мінімальних перетинів периферійних сопел становить 0,03-0,15 , а при комбінованому продуванні (при наявності у конвертері додаткової нижньої чи бокової продувки) - 0,03-0,20. При створенні корисної моделі виходили з наступних положень. При значеннях відношення площі прохідного перетину каналів завихрювача і площі мінімальних перетинів периферійних сопел, що заходяться у заявлених діапазонах в залежності від типу продування конвертерної ванни, забезпечуються одночасно: формування сталої вихрової центральної зони допалювання газів, достатньо високі значення ступеня використання додаткового кисню на допалювання СО і ступеня корисного використання теплоти, що виділилася при допалюванн газів, металевою ванною, тобто забезпечується найбільш ефективне використання фурми даного типу (з центральним соплом з завихрювачем) для реалізації технології допалювання СО-вмісних газів, що виділяються із конвертерної ванни. 64924 4 Область оптимальних значень відношення площі прохідного перетину каналів завихрювача і площі мінімальних перетинів периферійних сопел (Fкз/Fмін) становить 0,03-0,15 при верхньому продуванні конвертерної ванни (при відсутності у конвертері додаткової нижньої чи бокової продувки розплаву) і 0,03-0,20 при комбінованому продуванні конвертерної ванни (при наявності у конвертері додаткової нижньої чи бокової продувки розплаву) і встановлена шляхом математичного моделювання з використанням персонального комп'ютера та динамічної функціонально-детермінованої математичної моделі конвертерної плавки [3]. При значеннях вказаного відношення (Fкз/ Fмін), менших за 0,03, у реальних умовах конвертерної плавки (при температурі газової фази, у яку витікають струмені кисню, Тг = 1200 - 1700 °С) вихровий потік додаткового кисню, що витікає із центрального сопла, є занадто енергетично слабким в порівнянні з основними кисневими струменями і помітно руйнується останніми; не забезпечуються формування сталої вихрової центральної зони допалювання газів. При збільшенні параметра Fкз/Fмін зростає величина відносної витрати додаткового кисню через фурму Vдод (Vдод = [Vдод/ (Vлол + Vосн)] * 100 % , %, де Vдод , Vосн - витрати через фурму додаткового і 3 основного кисню відповідно, м /хв.), має. місце збільшення витрати СО-вмісних газів, що допалюються над ванною металу і кількості теплоти, що виділяється при допалюванні, а з іншого боку - має місце зменшення коефіцієнта корисного використання цієї теплоти металевою ванною -  . Останнє пояснюється тим, що, в умовах обмеженої величини потужності перемішування конвертерної ванни при зростанні Vдод кількість теплоти, що виділяється при допалюванні, збільшується значно швидше, ніж кількість теплоти, що засвоюється ванною. При досягненні певного значення Vдод (в залежності від типу продування конвертерної ванни) величина  починає істотно зменшуватися. У конвертерах верхнього дуття (при відсутності нижньої чи бокової продувки розплаву окислювальним чи інертним газом) внаслідок слабкого перемішування верхніх та нижніх об'ємів металевого розплаву у ванні має місце суттєвий перегрів верхньої частини ванни і низька інтенсивність передачі теплоти від зони допалювання газів до металевої ванни, особливо до найбільш холодної її нижньої частини, де переважно розташований металевий брухт. Внаслідок цього вже при величині Vдод більший, ніж 10-12% значення коефіцієнта  суттєво знижуються. Не засвоєна металевою ванною частина теплоти, що виділилася при допалюванні газів, які відходять від металевої ванни, призводить до перегріву та зниженню стійкості футерівки конвертеру і продувальної фурми, а також марно втрачається з перегрітими газами, що відходять із конвертера. В наслідок цього знижується ефективність застосування технології допалювання СОвмісних газів у робочому просторі конвертера. Для фурм даного типу, з урахуванням коефіцієнтів витрати для периферійних сопел (звичайно на практиці це надзвукові конічні сопла Лаваля) та для 5 центрального сопла з завихрювачем, величині Vдод - 10-12% відповідає величина Fкз/ Fмін = 0,12-0,15. Додаткові обмеження на величину параметра Vдод У конвертерах верхнього дуття можуть накладатися за умов відсутності у фурмі додаткового тракту, що окремо регулюється, для підведення додаткового кисню. Так як в перший та останній періоди продувки плавки швидкість окиснення вуглецю металевого розплаву і кількість СО-вмісних газів, що виділяються з ванни, є малими, то подання постійної (по періодам продувки плавки) завеликої відносної витрати додаткового кисню може призвести до переокислення металу і шлаку у вказані періоди. У конвертерах комбінованого дуття (при наявності нижньої чи бокової продувки ванни окислювальним чи інертним газом) в наслідок більш ефективного перемішування верхніх та нижніх об'ємів металевого розплаву має місце більш інтенсивний теплообмін між зоною допалювання газів і металевою ванною. В наслідок цього збільшується засвоєння останньою теплоти, що виділяється при допалюванні газів. Проте і в цьому випадку має місце обмеження максимального значення оптимальної величини параметра Vдод.: значення коефіцієнта  суттєво знижуються при величині Vдод більший, ніж 14-16% (при величині Fкз/ Fмін більшій, ніж 0,17-0,20). Таким чином, при значеннях відношення Fкз/ Fмін, більших за 0,15 при верхньому продуванні конвертерної ванни і більших за 0,20 при комбінованому продуванні конвертерної ванни, суттєво зменшується ступінь корисного використання теплоти, що виділяється при допалюванні СО-вмісних газів, металевою ванною -  . He засвоєна металевою ванною частина теплоти, що виділилася при допалюванні, призводить до перегріву та зниженню стійкості футерівки конвертора і продувальної фурми, а також марно втрачається з перегрітими газами, що відходять із конвертера. В наслідок цього суттєво знижується ефективність застосування технології допалювання газів у робочому просторі конвертера. Крім того, при цьому, в наслідок великої величини Vдод, може мати місце переокислення металу і шлаку, особливо при відсутності у фурмі додаткового тракту, що окремо регулюється, для подання додаткового кисню. Суть корисної моделі зображена на фіг. 1-4, де на фіг. 1 - фурма без додаткового центрального тракту для подачі додаткового кисню (вертикальний переріз); на фіг.2 - переріз А-А на фіг.1; на фіг.3 - фурма з додатковим центральним трактом для подачі додаткового кисню (вертикальний переріз); на фіг.4 - переріз А-А на фіг.3. Фурма складається з трьох (при виконанні фурми без додаткового центрального тракту для подання додаткового кисню - див. фіг. 1) або чотирьох (при наявності додаткового центрального тракту для подання додаткового кисню - див. фіг. 3) концентрично розташованих труб 1, які утворюють тракти: підводу кисню 2, підводу 3 і відводу 4 охолоджувальної води, та головки 5, яка має периферійні сопла 6 для подання основного потоку кисню у вигляді надзвукових струменів на продування розплаву і центральне сопло 7 з завихрюва 64924 6 чем 8 для подання кисню у вигляді вихрового струменя на допалювання СО-вмісних газів, що виділяються з розплаву. При цьому, якщо фурма використовується у конвертері з верхньою продувкою, відношення площі прохідного перерізу каналів 9 завихрювача 8 і площі мінімальних перерізів 10 периферійних сопел 6 – Fкз/ Fмін, у фурмі становить 0,03-0,15 , а якщо фурма використовується у конвертері з комбінованою продувкою (при наявності у конвертері додаткової нижньої чи бокової продувки), відношення Fкз/ Fмін становить 0,030,20. Поданий на фіг. 1 - 4 завихрювач 8 центрального сопла 7 виконано тангенціальним (на фіг. 1,2з циліндричними каналами 9, а на фіг. 3, 4 - з щілинними каналами 9). Проте в загальному випадку він може бути іншого звісного типу (шнековий, гвинтовий, лопатевий та ін.). Для завихрювача тангенціального типу з циліндричними каналами значення площі прохідного перетину каналів завихрювала визначається, як  2 Fкз  n кз  dкз , де nкз - кількість каналів у за4 вихрювачі, dкз - діаметр каналу завихрювала (див. фіг. 1 - 2). Для завихрювача тангенціального типу з щілинними каналами значення площі прохідного перетину каналів завихрювача визначається, як Fкз = пкз •  КЗ • hкз, де nкз - кількість каналів у завихрювачі,  КЗ, hкз - ширина та висота каналів завихрювача відповідно (див. фіг. 3 - 4). Якщо використовується завихрювач шнекового чи лопатевого типу у якості каналів завихрювала слід приймати канали, що створені між тілом завихрювача і стінкою центрального сопла. При цьому при визначенні FK:! використовується гідравлічний діаметр каналу, який знаходиться по звісним залежностям. Значення площі прохідного перетину периферійних  2 сопел визначається, як Fмін  n n  dмін , де nп 4 кількість периферійних сопел у головці, dмін - діаметр мінімального перерізу периферійних сопел (див. фіг. 1, 3). Пристрій працює таким чином. Основний потік кисню надходить до периферійних сопел 6, пришвидшується в них і витікає у вигляді надзвукових струменів у простір конвертера, розкриваючись у ньому під кутом 10 - 14°. Ці «жорсткі» далекобійні струмені використовуються 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 ванні розплаву і виділяється з неї переважно у підфурменій зоні. Додатковий потік кисню пришвидшується в каналах 9 завихрювача 8 центрального сопла 7 і формується у останньому у вигляді вихрового потоку. Після виходу з сопла 7 він розкривається на деякої відстані від торця фурми у вигляді вихрового струменя -"парасольки", межі якої виходять за межі периферійних продувальних струменів. При цьому центральний вихровий потік розкривається в межах початкової (газодинамічної) ділянки надзвукових периферійних струменів, яка характеризується 7 нерозвиненим шаром змішування та слабкою ежектувальною спроможністю. Сформована таким чином вихрова зона подання додаткового кисню в конвертер (для допалювання газів) є сталою і має достатньо велику поверхню взаємодії з відхідними СО-вмісними газами, у межах якої останні ефективно допалюються додатковим киснем. При цьому (в наслідок оптимального відношення площі прохідного перетину каналів завихрювача і площі мінімальних перетинів периферійних сопел фурми в залежності від типу продування конвертерної ванни) отримана за рахунок допалювання газів теплота використовується переважно на нагрівання ванни. Водночас зона допалювання достатньо віддалена від футерівки конвертеру та екранується від останньої спіненим шлаком, тому стійкість футерівки практично не знижується. Слід відзначити, що при використанні фурми зазначеної конструкції (при зменшенні вірогідності переокиснення металу і шлаку у порівнянні з прототипом) за рахунок одночасного продування сталеплавильної ванни кисневими струменями двох типів (периферійними «жорсткими» далекобійними струменями і центральним вихровим більш «м'яким» струменем) суттєво розширюються можливості управління конвертерним процесом і поліпшується процес шлакоутворення в агрегаті: прискорюється наведення шлаку у начальний період продування плав 64924 8 ки та зменшується вірогідність передчасного «згортання» шлаку у період інтенсивного окислення вуглецю розплаву. Застосування даної корисної моделі за рахунок оптимізації конструктивних параметрів периферійних і центрального з завихрювачем сопел та забезпечення подання оптимальної відносної витрати додаткового кисню в залежності від типу продування конвертерної ванни, дозволить підвищити ступінь корисного використання теплоти, що виділилася при допалюванні СО-вмісних газів, металевою ванною та ефективність технології допалювання в цілому, поліпшити тепловий баланс плавки, розширити можливості управління конвертерним процесом та поліпшити процес шлакоутворення в агрегаті. Джерела інформації 1. Фурма для вдувания кислорода в конвертер. А. с. СССР № 1168608, МКИ С 21 С 5/48, опубл. 1985 г., Бюл. .№ 27. 2. Кислородная фурма для продувки расплава. А.с. СССР № 1592345, МКИ С 21 С 5/48, опубл. 15.09.90., Бюл. № 34. 3. Безчерев А.С, Сущенко А.В. Моделирование процесса дожигания монооксида углерода в кислородном конвертере // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - № 8. - С. 44 - 48. 9 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 64924 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601