Занурена фурма для продувки та введення реагентів в розплав

1. Занурена фурма для продувки та введення реагентів у розплав, що містить охолоджуваний трубний корпус з сальниковим компенсатором термічних напружень і патрубками для підведення та відведення охолоджуючої води, введення газових і газопорошкових реагентів, розташованими у верхній частині фурми, у нижній частині якої встановлена сферична головка з соплами для продувки газоподібними реагентами, розміщеними під кутами до вертикальної" осі, і центральним соплом для подавання газопорошкових реагентів, з'єднаним з центральною трубою, а всередині фурми співвісно встановлені труби для підведення і від ведення охолоджувача і подавання газових і газопорошкових реагентів, а також пристрій сигналізації, яка відрізняється тим, що вона обладнана розташованою співвісно з центральною трубою і з'єднаною з пристроєм сигналізації змінною трубою для введення газопорошкових реагентів у розплав з верхнім торцевим фланцем і розташованим всередині центрального сопла насадковим профільним соплом, з'єднаним з змінною трубою, а також додатковими фігурними компенсаторами розвантаження термічних напружень головки фурми, які нижніми кінцями встановлені в головку, а верхніми з'єднані з зовнішньою поверхнею внутрішньої труби для виведення охолоджувача. 2. Занурена фурма за п. 1, яка відрізняється тим, що в нижній частині змінної труби встановлена обойма, всередині якої розташований верхній кінець насадкового профільного сопла. 3. Занурена фурма за пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що додаткові фігурні компенсатори розвантаження термічних напружень головки фурми виконані з елементів Z-подібноі форми. Корисна модель належить до конструкції водоохолоджувальних занурених фурм для продувки металу і подачі в розплав модифікуючих чи рафінуючих порошкоподібних реагентів в конверторах, мартенівських печах і інших плавильних агрегатах. Такі фурми можна використати для сумісної подачі газоподібного пального і окислювача з додатком у вигляді пилу твердого матеріалу (наприклад, порошкоподібних відходів, отриманих на установках сухого гасіння коксу) чи жужілеутворюючих і рафінуючих реагентів. Взаємодія порошкоподібних реагентів з розплавом при навуглецюванні чи рафінуванні в конверторах повинна протікати в обмежений час (на протязі 10, реально - 6...8 хвилин). Тому дуття повинно забезпечувати максимально можливу турбулізацію розплаву, необхідну для інтенсивного перемішування газоподібних, рідких та твердих реагентів. Наведені жорсткі умови суттєво впливають на стійкість фурм, які являють собою завалисті, трудомісткі в виготовленні і дорогі пристрої. Спроби забезпечити високу стійкість фурм в аспекті високих вимог до інтенсивності продувки здійснювались неодноразово Наприклад, відомий пристрій для подачі в розплав кисню і сипких матеріалів [а.с. СССР №817067. М. Кл З С21С5/48, 1981р.], який містить концентрично розміщені труби, що вміщують утворюючі тракти подачі кисню, підводу і відводу охолоджуючої води, тракт подачі сипких матеріалів, утворений встановленою в тракті подачі кисню полою змінною вставкою з кінцевиком на нижньому її кінці, бункер і спонукач подачі сипких матеріалів, виконаний у вигляді шнека, встановленого аксіально вставці, яка виконана телескопічною І верхнім кінцем жорстко з'єднана з бункером, встановленим з можливістю обертання, а шнек нерухомо закріплений над трактом подачі сипких мате см со о 10372 вки фурми до термічних напруг при її роботі в зоні рідкого розплаву. Конструкція відомої фурми не дозволяє забезпечити рафінування рідких металу і шлаку по всьому об'єму ванни, що призводить до неповного засвоювання реагентів і, як наслідок, до малої ефективності процесу. В основу корисної моделі поставлено завдання удосконалення конструкції зануреної фурми для продувки та вводу реагентів в розплав, в якій внаслідок введення змінної труби з насадовим профільованим соплом і торцевим фланцем, а також введення додаткових фігурних компенсаторів розвантаження термічних напружень головки, забезпечується подовження терміну експлуатації" та надійність роботи фурми і за рахунок цього збільшується продуктивність плавильних агрегатів. Поставлена задача вирішується тим, що занурена фурма для продувки та введення реагентів у розплав, яка містить охолоджуючий корпус з сальниковим компенсатором термічних напружень І патрубками для підведення та відведення охолоджуючої води, введення газових і газопорошкових реагентів, розташованими у верхній частині фурми, у нижній частині якої встановленасферична головка з соплами для продувки газоподібними реагентами, розміщеними під кутами до вертикальної осі, і центральним соплом для подавання газопорошкових реагентів, з'єднаним з центральною трубою, а всередині фурми співвісно встановлені труби для підводу і відводу охолоджувача і подачі газових і газопорошкових реагентів, а також пристрій сигналізації, згідно пропозиції, обладнана розташованою співвісно з центральною трубою і з'єднаною з пристроєм сигналізації змінною трубою для введення газопорошкових реагентів у розплав з верхнім торцевим фланцем і розташованим всередині центрального сопла насадковим профільним соплом, з'єднаним з змінною трубою, а також додатковими фігурними компенсаторами розвантаження термічних напружень головки фурми, які нижніми кінцями встановлені в головку, а верхніми - з'єднані з зовнішньою поверхнею внутрішньої'труби для виведення охолоджувача. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що в нижній частині змінної труби встановлена обойма, всередині якої розташований верхній кінець насадового профільного сопла. Друга додаткова ВІДМІННІСТЬ - додаткові компенсатори розвантаження термічних напружень головки фурми виконані з фігурних елементів Zподібної форми. Суттєво допомагаючи інтенсивному перемішуВиконання труби для транспортування газопованню розплаву, така фурма здатна швидко вихорошкових реагентів в розплав з верхнім торцевим дити з ладу у зв'язку з абразивним розмиванням фланцем і насадковим профільним соплом змінцентральної труби, при цьому зменшується її стійною дозволяє, по-перше, багаторазово змінювати кість. Оскільки конструкція багатоблочна і її реїї після виходу з ладу, залишаючи для подальшого монт трудоемкий, то за умови найменшого ушковикористання основний каркас фурми, який дорого дження пристрою необхідна його повна заміна, що коштує, і тим самим використовуючи його для повпливає на тривалість процесу плавки. дальшої праці. По-друге, ефективно використовуУ відомому пристрої його основна частина ється кільцевий проміжок між центральною та головка складна не тільки конструктивно, але і в змінною трубами для системи оперативної сигназварювальному виконанні, що погіршує конструклізації абразивного зносу змінної труби. При процію і створює складність здійснення підводу енерриві змінної труби в закритій повітряній порожнині гоносіїв, а також знижує надійність І стійкість голопроміжку між центральною і змінною трубами підвищується тиск і внаслідок цього надходить сигнал ріалів, при цьому кінцевик виконано з профільними соплами для подачі кисню. Відомий пристрій не може забезпечити інтенсивне перемішування і повне використання у процесі рафінування сипких матеріалів, що подаються самопливом в розплав, тому що значна їх частина виноситься відхідними газами. Пристрій не тільки складний в конструктивному виготовленні (обертовий бункер жорстко з'єднаний з телескопічною вставкою, нерухомий шнек, електродвигун з шестерневою парою і т.п.), але і в експлуатації. Незначна поломка або перекос в системі призведуть до змушеної зупинки. Система подачі кисню в розплав знаходиться під тиском і тому порушення телескопічного з'єднання центральної змінної вставки з трубою з'єднуючою її з бункером подачі сипких матеріалів, призведе до випуску кисню в навколишнє середовище, і як наслідок - до аварійної ситуації. Під час подачі сипких матеріалів по тракту полої змінної вставки може відбуватись стирання вставки і кисень, потрапляючи в порожнину змінної вставки з сипкими матеріалами, не тільки порушить режимні характеристики процесу продувки металу, але й може призвести до загоряння всього пристрою, що приведе до аварії. З числа відомих водоохолоджуваних занурених пристроїв для одночасної подачі дуттьових газів і порошкових реагентів в розплав в плавильному агрегаті з метою рафінування до запропонованої по технічній сутності і здобутому ефекту найближчою є фурма для пічних ванн, яка використовує газоподібні і сипкі реагенти [патент ЕПВ №0109916, М. кл 3 С21С5/46, 1983р.]. Занурена фурма має зовнішній корпус з сальниковим компенсатором термічних напружень і патрубками для підводу та відводу охолоджуючої води, розташованими в верхній його частині, а у нижній - сферичну головку з центральним соплом для вводу порошкових рафінуючих реагентів в потоках газів. Головка також має розміщені вище центрального сопла яруси, розосереджені між собою, вихідні отвори різних діаметрів, спрямовані під кутами до вертикальної осі, ВІДПОВІДНО, 10-15°, 30-45° та 60-120° для продувки рідкої ванни газоподібними потоками. Для підводу газопорошкових рафінуючих реагентів співвісно відносно інших труб розміщена окрема центральна труба, в верхній частині якої є патрубок для вводу газопорошкових реагентів, який розміщено вище верхньої частини корпусу. Фурма обладнана пристроєм для сигналізації порушення системи охолодження. на аварійну систему. По-третє, що найбільш важливо - це можливість продовжувати продувку і введення газопорошкових реагентів до закінчення плавки при отриманні сигналу про абразивні стирання змінної труби. При цьому заповнюється порошками не тільки змінна труба, але й повітряна порожнина проміжку між центральною і змінною трубами, а введення газопорошкових та газових реагентів у розплав продовжується. При знаходженні металевої головки фурми у рідкому розплаві, тобто у зоні високих температур, відбувається розширення її в об'ємному і ваговому напряму, а поза рідкого розплаву - навпаки. Це явище має назву "гармонь", тобто постійно відбуваються змінювання форми головки - плюсові і мінусові коливання. Введення додаткових компенсаторів розвантаження термічних напружень головки фурми, виконаних у вигляді Z-подібних фігурних елементів, дозволяє при знаходженні нижньої' частини корпуса і головки фурми у розплаві чи поза нею розвантажувати (компенсувати) термічні напруження, попереджаючи і запобігаючи появі тріщин, перекосів і розривів не тільки у головці, але й у кільцевих з'єднаннях головки і труб, збільшуючи стійкість і надійність всієї конструкції фурми у роботі. Запропонована занурена фурма володіє ще однією найважливішою особливістю - багатофункціональністю. При зміні кута нахилу сопел окислювача та подачі палива по змінній трубі з профільним соплом занурена фурма буде використовуватися як - пальник (пальник-фурма). У першому періоді процесу після завантаження металевої шихти фурму-пальник можна використати для нагріву та плавлення, а потім після перемикання подавати змінною трубою через профільне сопло рафінуючі або модифікуючі реагенти потоком нейтрального газу. Тому запропонована конструкція зануреної фурми дозволяє використовувати й у різних агрегатах для нагріву, плавлення і продування, а також у пристроях позапічної обробки розплавів з метою рафінування, наприклад у ковшах, міксерах та інш. Відмінні ознаки пропозиції підтверджують не тільки оригінальність і новизну пропонованого пристрою, а також дозволяють забезпечити подовження терміну експлуатації" та надійність роботи фурми і за рахунок цього збільшують продуктивність плавильних агрегатів. Далі суть пропозиції пояснюється докладним описом запропонованої зануреної фурми з посиланням на креслення, де відображено: на Фіг.1 - повздовжній розріз нижньої частини фурми; на Фіг.2 - повздовжній розріз верхньої частини фурми; на Фіг.З - загальний вигляд фурми з частковим повздовжнім розрізом сальникового компенсатора термічних напружень; на Фіг.4 - поперечний розріз фурми по А-А з місцем встановлення фігурного компенсатора термічних напружень. На Фіг.5-7 - фігурний компенсатор Z-образної форми, загальний вигляд. Занурена фурма для продувки і введення реагентів в розплав включає зовнішній охолоджува 6 10372 ний трубний корпус 1 і концентрично розміщені з зазорами труби - внутрішню - 2, роздільну - З, центральну - 4 і змінну - 5, яка розташована всередині труби 4 з зазором. Кільцеві зазори призначені між корпусом 1 і внутрішньою трубою 2 - для виведення охолоджувача, між трубами 2 і 3 - для подачі окислювача, між трубами 3 і 4 - підводу охолоджувача, між трубами 4 І 5 - для підключення системи сигналізації виходу з ладу змінної труби 5 для подавання газопорошкових реагентів. До корпусу 1 та внутрішньої 2, роздільної 3 і центральної 4 труб в нижній їх частині по кільцю приєднана для створення єдиного охолоджуваного контуру кільцева головка 6 з розміщеним по центру соплом 7, до верхньої частини якого жорстко приєднана нижня частина центральної труби 4. Всередині центрального фігурного сопла 7 розміщено насадкове профільне сопло 8, яке з'єднано верхньою частиною з нижньою частиною змінної труби 5 за допомогою жорстко приєднаної до нього обойми 9 з внутрішнім пазом у стінці, в якому встановлено еластичне кільце 10, наприклад з гуми. В головці 6 також виконані з наклоном до вертикальної осі і розосереджені по периферії вихідні сопла 11 для виводу окислювача. Вище вихідних сопел 11 по колу кільцевої стінки головки 6 виконані отвори 12. Між зовнішнім трубним корпусом 1 і трубою 2 встановлений сальниковий компенсатор термічних напружень 13, жорстко зв'язаний з верхнім кінцем корпуса 1. Нижче сальникового компенсатора 13 розміщений патрубок 14 для відводу охолоджувача. Між трубним корпусом 1 і внутрішньою трубою 2 по колу встановлені додаткові фігурні компенсатори 15 для розвантаження термічних напружень головки 6 у вигляді елементів Z-подібної форми з верхніми 16 і нижніми 17 кінцями. Компенсатори 15 нижніми кінцями 17 жорстко встановлені в отвори 12 кільцевої стінки головки 6, а верхніми 16 жорстко зв'язані з зовнішньою поверхнею нижнього кінця труби 2. Головка 6 верхньою частиною по колу з'єднана з нижньою частиною внутрішньої труби 2. У верхній частині труби 2 між трубами 2 і 3 розміщена кільцева заглушка 18. Нижче заглушки 18 на зовнішній поверхні труби 2 розміщений патрубок 19 для підводу окислювача. Головка 6 верхньою частиною по колу з'єднана також з нижньою частиною роздільної труби 3. У верхній частині труби 3 між трубами 3 \ 4 розташована кільцева заглушка 20. Нижче заглушки 20 на зовнішній поверхні труби 3 розміщений патрубок 21 для підводу охолоджувача. У верхній частині центральної труби 4 встановлено кільцевий нижній фланець 22. Нижче кільцевого нижнього фланця 22 на зовнішній поверхні центральної труби 4 розташований патрубок 23 з пристроєм 24 сигналізації абразивного зношення змінної труби 5. З нижнім кільцевим фланцем 22 центральної труби 4 з'єднаний зворотній фланець 25 з верхнім патрубком 26 для подачі газопорошкових реагентів. 10372 8 нологічних параметрів плавки була випробувана запропонована конструкція фурми. На 31-му плавленні змінна труба 5 для подання газопорошкової суміші вийшла з ладу. Отримавши сигнал попередження від сигналізатора 24 про абразивний знос змінної труби 5, продовжували продувку плавки окислювачем і рафінування металу інертним газом з подачею порошку. Після закінчення процесу плавки (під час завалки шихти для наступної плавки) замінювали фурму на нову, а стару відправляли на стенд для заміни змінної1 труби, що дозволяло не переривати процес плавки. Після заміни змінної труби на стенді, занурена фурма знову вступає у технологічний процес. Усього запропонована конструкція пропрацювала 90 плавок з двома змінами змінної труби 5. Після заливки рідкого чавуну фурму вводять в конвертор і подають через ВИХІДНІ сопла 11 голоТаблиця. вки 6 необхідну кількість окислювача, а потім по змінній трубі 5 крізь профільоване сопло 8 вводять Порівняльні показники промислових в рідкий розплав газопорошкову суміш (наприклад, випробувань (за прототипом та корисною моделлю) порошок - вуглецевий матеріал, пил від установок Занурені фурми сухого гасіння коксу в потоці інертного рафінуючо№ за корисго газу - аргону). Після вводу необхідної кількості Показники процесу за проп/п ного суміші невелику кількість газу залишають на відтотипом моделлю дув, а окислювач продовжують подавати у ВІДПОПродуктивність конвертора ВІДНОСТІ до режимних параметрів технології плавза рік, т 2313360 2330496 1 ЗО 90 ки. СТІЙКІСТЬ фурми, топлень 2 З верхнім зворотнім фланцем 25 з'єднаний торцевий фланець 27 у верхній частині змінної труби 5, а кільцевим нижнім фланцем 22 з центральною трубою 4. Пропонована фурма працює таким чином. В конвертер подають всю необхідну кількість металозавалки і до 40% від загальної кількості вапна на розплав. Допускається завалка металобрухту в декілька прийомів. Після цього заливають рідкий чавун. Воду на охолодження подають через патрубок 21 в кільцевий зазор поміж трубами З І 4, яка надходить всередину головки 6, омиваючи вихідні сопла 11 і фігурне сопло 7. Потім вода поступає в тракт відведення води, утворений трубним корпусом 1 і трубою 2 і виходить назовні через патрубок 14, виходу води. Випробування фурм прототипу і запропонованої проводили в конверторному цеху ВАТ "Азовсталь". На конверторі ємністю 350т проводили випробовування зануреної фурми по прототипу із збереженням всіх режимів і технологічних параметрів плавки. В конвертор ємністю 350т (з розрахунку на одну тону рідкої сталі) завантажували 322 кг металевого брухту і заливали 798 кг чавуну наступного складу, %: С - 4,7; Si - 0,64; Mg - 0,24; S - 0,017; P 0,053; 3 температурою 1400°C. Потім занурювали фурму І починали продувку металу киснем з одночасним вдуванням коксового дрібняка (відходів установки сухого гасіння) з Інтенсивністю подачі порошку 1,8кг/хв на одну тону металозавалки. Через 25% часу продувки (на 16-й хвилині) інтенсивність подачі порошку знижували до 0,35кг/хв і закінчували його вдувати при КІНЦІ 75% терміну продувки (на 45-й хвилині). На 40-й хвилині продувки вводили в конвертор плавиковий шпат кількістю 1,3кг/т рідкої сталі. По закінченні продувки температура розплаву дорівнювала 1640°С при наступному складі металу, %: С - 0,07; Si - 0,02; Mg - 0,12; Р - 0,01. Вихід рідкої сталі склав 357т (89,2%). Тривалість плавки 60 хвилин. При вказаних режимах проводження плавки фурма по прототипу пропрацювала ЗО плавок. На 31-му плавленні фурма вийшла з ладу, в насідок абразивного зносу центральної труби. Тому, що конструкція фурми виконана суцільно зварною і монолітною, її повністю замінювали на іншу і закінчували продувку плавки. Втрата часу на заміну нової фурми складала 10 хвилин, що становило втрату чистого часу, коли метал не продувався. В тому ж конверторі ємністю 350т з дотриманням і виконанням тих же операцій, режимних і тех 3 4 5 Тривалість плавки, год Витрати ф/рм за рік, шт Скорочення часу на заміну фуры за рік, год 1.0 216 1 0 72 48 Попередній розрахунковий економічний ефект за рік від впровадження запропонованої зануреної фурми складає: Э=17136х1850+144х3000=32133,6тис.грн, де 17136 - збільшення продуктивності конвертора за рік за рахунок скорочення часу на заміну фурм, т: 1850 - вартість 1 т витопленої сталі, грн; 144 - економія запропонованих фурм за рік за рахунок збільшення стійкості, шт; 3000 - вартість однієї фурми, грн. Таким чином, показники промислових випробувань доводять, що запропонована занурена фурма для продувки І вводу реагентів в розплав дозволяє, у порівнянні з відомою, ПІДВИЩИТИ термін її експлуатації у три рази (з 72 до 216 плавок), надійність у роботі, а також збільшити продуктивність агрегату на 17136т металу (на 0,7%) за час економ» при його простоях для повної зміни аварійного продувочного пристрою (зануреної фурми) і отримати економічний ефект 32133,6тис.грн за рік. Додатковою перевагою запропонованої конструкції зануреної фурми є можливість продовжувати продувку і обробку рідкого розплаву до закінчення процесу при надходженні сигналу внаслідок абразивного зносу змінної труби. При продувці фурми по прототипу як тільки відбувається абразивний знос труби для подачі газо - порошкових реагентів припиняється продувка метала і фурма виводиться з плавильного агрегату, тому що існує можливість вибуху внаслідок витоку охолоджуючої води в рідкий метал. 10372 10 газторошха&іи реягет 26 Фіг 4 Комг ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Украінський-інститут промислової власності" вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601