Фурма для факельного торкретування футеровки кисневих конверторів

1. Фурма для факельного торкретирования футеровки кислородных конвертеров, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты подвода и отвода воды, центральный тракт подачи торкретмассы и периферийный тракт подачи кислорода через концентрично расположенные сопла, состоящие из корпуса и выступающего в центральный тракт подачи торкретмассы полого сердечника, выполненного с центральным каналом из входного конического и выходного цилиндрического участков и со сквозными цилиндрическими каналами в стенках, направленных под углом к оси сопла, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она снабжена аэродинамическими резонаторами потока кислорода, установленными в соплах и выполненными в виде размещенной в тракт подачи кислорода диафрагмы с круговыми щелевыми отверстиями, отношение длины которых к их ширине составляет 6-8, а огь симметрии равноудалена от центра сопла с осями входных отверстий сквозных цилиндрических каналов, направленных под углом 8-16° по отношению к осям отверстий диафрагм. 2, Фурма для факельного торкретирования по п. 1 , о т л и ч а ю щ а я с я тем, что длина выступающей в центральный тракт подачи торкретмассы части полого сердечника составляет 0,1-0,2 диаметра центрального тракта подачи торкретмассы, а его диаметр составляет 0,4-0,6 диаметра тракта подачи торкретмассы. 3. Фурма для факельного торкретирования по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что длина входного конического участка полого сердечника составляет 0,15-0,25 от общей длины сердечника, а отношение диаметра большого основания конической поверхности входного участка к диаметру цилиндрического участка составляет 1,2-1,6. Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к устройствам для горячего ремонта футеровки кислородных конвертеров. Известна фурма для факельного торкретирования футеровки, содержащая концен трично расположенные трубы, образующие тракты подвода и отвода воды, раздельные тракты подачи торкретмассы на боковую поверхность и днище конвертера [1]. Недостатком известной конструкции является высокий расход торкретмассы о о 11120 вследствие неудовлетворительной организации ее потока При этом степень полезного использования огнеупорного материала незначительна, что требует повышения продолжительности торкретирования и ведет к снижению производительности конвертера. Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является фурма для факельного торкретирования конвертеров, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты подвода и отвода воды, центральный тракт подачи торкретмассы и периферийный тракт подачи кислорода через концентрично расположенные сопла, состоящие из корпуса и выступающего в центральный тракт подачи торкретмэссы полого сердечника, выполненного с центральным каналом из входного конического и выходного цилиндрического участков и со сквозными цилиндрическими каналами в стенках, направленными под углом к оси сопла [2] Данное техническое решение обеспечивает некоторое повышение турбулентности газопорошковой струи до выхода ее из сопла и, как следствие, более равномерное распределение юркретмассы в потоке кислорода, за счет чего повышается степень использования торкретмассы и снижается ее расход Однако, повышение равномерности распределения материалов носит макроскопический характер, при этом микронеравномерность температурного поля факелов, генерируемых каждым соплом в отдельности, достигает значений, при которых торкретпокрытие также приобретает неравномерную структуру, что приводит к снижению качества покрытия, т.е. ухудшению его служебных характеристик-термостойкости, шлакоустойчивости, коэффициенте сцепления с основным материалом и т.д Кроме того, микронеравномерность покрытия приводит к возникновению концентраторов напряжений в футеровке вследствие различия коэффициентов термического расширения отдельных участков покрытия, что ведет к его растрескиванию и механическому сколу отдельных фрагментов 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Задачей изобретения является повыше- 50 ние качества торкретпокрытия путем повышения однородности температурного поля факела. Поставленная задача решается тем, что фурма для факельного торкретирования фу- 55 теровки кислородных конвертеров, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты подвода и отвода воды, центральный тракт подачи торкретмассы и периферийный тракт подачи кислорода че рез концентрично расположенные сопла, состоящие из корпуса и выступающего в центральный тракт подачи торкретмассы полого сердечника, выполненного с центральным каналом из входного конического и выходного цилиндрического участков и со сквозными цилиндрическими каналами в стенках, направленными под углом к оси сопла, согласно изобретению, снабжена аэродинамическими резонаторами потока кислорода, установленными в соплах и выполненными в виде размещенной в тракт подачи кислорода диафрагмы с круговыми щелевыми отверстиями, отношение длины которых к их ширине составляет 6-8, а ось симметрии равноудалена от центра сопла с осями входных отверстий сквозных цилиндрических каналов, направленных под углом 8-16° по отношению к осям отверстий диафрагм. Длина выступающей в центральный тракт подачи торкретмассы части полого сердечника составляет 0,1-0,2 диаметра центрального тракта подачи торкретмассы, а ее диаметр составляет 0,4-0,6 диаметра тракта подачи торкретмассы Длина входного конического участка полого сердечника составляет 0,15-0,25 от общей длины сердечника, а отношение диаметра большого основания конической поверхности входного участка к диаметру цилиндрического участка составляет 1,2-1.6. Данное техническое решение обеспечивает повышение качества торкретпокрытия путем повышения однородности поля температур в факеле. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена фурма в поперечном разрезе. Фурма состоит из концентрично расположенных труб 1-4, образующих тракты для подачи торкретмассы (5), подвода кислорода (6), подоода и отвода охлаждающей воды (7-8), сопел, состоящих из корпуса 9 и полого сердечника (10) Сопла содержат систему возбуждения резонансных колебаний потока кислорода, состоящего из диафрагмы 11, с цилиндрическими щелевыми соплами 12 и системы выходных отверстий, состоящей из кольцевой щели 13 и цилиндрических сопел 14, соединенных резонаторной полостью 15. На фиг. 2 представлена система возбуждения резонансных колебаний. Отношение длины щелевого сопла диафрагмы к ширине составляет 6-8. Оси цилиндрических сопел составляют с осью сопел диафрагмы угол 8-16°. Часть сердечника (10) расположена в тракте подачи торкретмассы (5) Длина выступающей части сердечника Н. составляет 11120 0,1-0,2 диаметра тракта подачи массы До, а диаметр выступающей части сердечника Ді составляет 0,4-0,6 диаметра тракта подачи торкретмассы Д о . Канал сердечника состоит из двух участков - конического (Кі) длиной 5 0,15-0,25 общей длины (К) сердечника 10 и цилиндрической. Отношение диаметра большого основания конической поверхности Д2 к диаметру цилиндрической поверхности Дз составляет 1,2-1,6. 10 Фурма работает следующим образом. Торкретмзсса, подаваемая по тракту 5, интенсивно турбулизуется выступом сердечника Н, имеющего оптимальные размеры. Для исключения подавления турбулентно- 15 сти в сопле канал сердечника выполнен из двух участков конического и цилиндрического, что обеспечивает плавное диафрагмирование потока торкретмассы и не разрушает турбулентные вихри, образован- 20 ные на входе в сопло, чему способствует оптимизация параметров канала подачи торкретмассы всердечнике Такимобразом, совокупность этих конструктивных особенностей обеспечивает ввод торкретмассы в 25 рабочее пространство конвертера в состоянии интенсивной турбулизации. Поток кислорода, проходя по тракту 6, попадает в конический расширяющийся ресивер 16, после чего разгоняется до звуковой скорости в цилиндрических кольцевых щелевых со- 30 плах 12, диафрагмы 11 и через резонансную камеру 15 подается в систему кольцевой щели 13 и наклонных цилиндрических сопел 14. Поток кислорода при этом приобретает волновую структуру за счет возникновения об- 35 ратных ударов вследствие различия в формах отверстий диафрагмы и выходных отверстий и удаления пограничного слоя через кольцевую щель 13. Возникающая волновая структура усиливается наличием 40 резонансной камеры 15. На выходе из сопла при этом соприкасаются интенсивно турбулизированный поток торкретмассы и поток кислорода с интенсивными колебаниями давления высокой частоты. Взаимодействие 45 этих двух потоков обеспечивает интенсивное диспергирование потока торкретмассы потоком кислорода, полное взаимопроникновение потоков, равномерное объемное горение топлива торкретмассы в кислороде, 50 что обеспечивает сіабилизацию температурного поля факела в обьеме между фурмой и футеровкой Наносимое таким образом торкретпокрытие обладает высокой изотропностью вследствие практически идентичных 55 условий прогрева каждой частицы, равномерному распределению частиц в пространстве и одинаковой скорости всех частиц. Равномерность свойств покрытия по всем направлениям обеспечивает резкое повышение его качества за счет исключения микронеравномерностей свойств, ведущих к образованию сколов, отслаивания, локального износа и т.д В конечном итоге повышается стойкость торкретпокрытия и возрастает производительность конвертера. Использование в сопле аэродинамического резонатора потока кислорода, состоящего из диафрагмы с цилиндрическими щелевыми соплами и системы выходных отверстий, состоящей из кольцевой щели и цилиндрических сопел, соединенных резонаторной полостью, при оптимальных геометрических характеристиках обеспечивает получение наиболее интенсивных, колебаний при простой конструкции, применимой в производственных условиях. При отношении длины щелевого сопла диафрагмы к его ширине менее 6 не достигается существенного повышения скорости истечения кислорода из сопел диафрагмы, снижается интенсивность обратных ударов и снижается мощность колебаний потока кислорода. При отношении длины щелевого сопла^к ширине более 8 резко повышается частота колебаний, что приводит к их быстрому затуханию в околосопловой зоне рабочего пространства конвертера при этом снижается эффективность перемешивания кислорода и торкретмассы. Если угол между осями цилиндрических и щелевых сопел менее 8° - не происходит отражение потока кислорода от внутренней поверхности цилиндрических сопел, в результате чего снижается интенсивность колебаний давления потока кислорода. Если угол между осями цилиндрических и щелевых сопел более 16° снижается кинетическая энергия струи кислорода на выходе из фурмы, что приводит к снижению интенсивности взаимопроникновения потоков кислорода и торкретмассы некомпенсируемого повышением энергии колебательного движения вследствие того, что значительная часть энергии струи трансформируется не в колебательную энергию, а расходуется на преодоление местного сопротивления при изменении направления движения потока кислорода При расположении сердечника в центральном тракте подачиторкретмассы менее чем на длину 0,1 тот диаметра центрального тракта подачи торкретмассы не достигается достаточно интенсивной турбулизации потока торкретмассы, а при длине выступающего участка более 0,2 диаметра тракта подачи торкретмассы повышается гидравлическое сопротивление тракта, снижается 11120 8 поля факела, наличию градиентов плотноскорость потока, что приводит к ослаблести потока, что приводит к снижению качению турбулентности. При величине диаметства покрытия и снижению его стойкости. ра выступающей части сердечника менее 0,4 диаметра тракта подачи торкретмассы Отработка конструктивных параметров ее поток обтекает данное препятствие без 5 предлагаемой фурмы производилась на существенной турбулизации. При величине опытной установке факельного торкретиродиаметра более 0,6 снижается скорость пования с исследованием качества покрытия и тока торкретмассы, при этом эффективв промышленных условиях торкретированость смешивания компонентов снижается. ния 180 т конвертера. Параметры исследоПри длине конического участка менее 0,15 10 ванных фурм и результаты опробования общей длины сердечника турбулентность приведены в таблице. потока торкретмассы подавляется при изПараметры торкретирования во всех менении направления ее движения и резслучаях были следующими: торкретмасса ком сужении канала. При длине конического 70% магнезита, 30% кокса; участка более 0,25 общей длины сердечника 15 расход торкретмассы, не достигается усиление турбулентности и кг/мин 450 кг/мин; при переходе от конической к цилиндричерасход кислорода 140 м /мин; ской поверхности. температура футеровки При отношении диаметра большего осперед торкретированования конической поверхности к диамет- 20 нием, °С 1050+50°С ру цилиндрического участка менее 1,2 и Анализ приведенных в таблице данных более 1,6 не обеспечивается плавность пепоказывает, что при заявляемых режимных рехода потока из центрального тракта в капараметрах фурмы достигается существеннал сердечника, что приводит к затуханию ное повышение качества торкретпокрытий. турбулентности. 25 Определяющую роль в этом играет соблюдение требований по геометрии системы Во всех рассмотренных случаях наблюаэродинамического возбуждения, однако дается ухудшение условий смешения потоэффект несколько усиливается при одновреков торкретмассы и кислорода, что при менном выполнении требований по геометчрезвычайно малом времени нахождения частиц материала в факеле приводит к по- 30 рии сердечника и его расположения в тракте подачи торкретмассы. вышению неоднородности температурного Длина Отноше- Минималь- Максималь- Минималь- Максималь- Время рас- • Стойкость Доля длиОтношекон-го ние диа- ная толщи- ная толщи- ная прочние дианая прочтворения ны выступокрытия цилиндр метра уч-ка. доли метра на покры- на покрыщелевого ность ность образца на футеровпающей сопла к шисопел и покрытия покрытия части сер- выступаю- длины сер- большего тия на уча- тия на уча- покрытия ке 180 т осью сопел дечника от щей части дечника основания стке 1 м 2 , стке 1 м 2 на участке на участке 10 СМ 3 8 рине конвертедиафрагмы диаметра к диаметру конич часмм мм 1м2, 1м2, шлаке, ра, плавок 2 ти к цил тракта. кг/см МИН тракта кг/см подачи/ уч-ка масс Отноше Угол меж н и е ДЛИНЫ ду ОСЯМИ 5 6 7 8 12 8 9 9 8 7 6 5 5 6 7 8 9 5 6 7 8 9 5 6 7 8 9 5 6 7 8 9 Прототип 16 17 7 8 17 16 17 17 16 12 8 7 7 8 12 16 17 7 8 12 16 '17 7 8 12 16 17 0.05 0 10 0,15 0,20 0.21 0,05 0,10 0,15 0.20 0,21 0.21 0,20 0.21 0,10 0,05 0.05 0,10 0,15 0,20 0,21 0,05 0,10 0,15 0,20 . 0,21 0,05 0,10 0,15*" 0.20 0,21 0.3 0.4 0,5 0,6 0.7 0,3 0,4 0,5 0.6 0.7 0,3 0.4 0.5 0.6 0,7 0.7 0.6 0.7 0.4 0.3 0,3 0,4 0.5 0,6 07 0,3 0.4 0,5 0,5 0,6 0.10 • 1.1 2 0,15 1.2 14 8 8 1.6 1,7 3 12 22 4 21 1.1 1,2 1.4 1,6 1,7 1.1 1.2 3 25 8 3 8 5 3 В 6 8 3 5 8 5 8 4 12 26 12 12 15 23 14 24 13 13 0,20 0.25 0.30 0,10 0.15 0.20 0,25 0,30 0,10 0.15 0.20 0,25 0,30 0,10 0,15 0,20 0,25 0.30 0,30 0.25 0 0,15 0.10 0 10 0.15 0.10 0 25 0,30 1,4 1.6 1,7 1,7 1.2 1,4 1,6 1.7 1.1 1,2 1,4 1,6 1,7 17 1.6 1,7 12 1.1 26 12 12 11 21 23 20 22 1 '12 18 12 42 32 12 18 12 28 19 26 27 28 16 21 26 22 27 22 17 28 26 27 23 16 24 16 14 23 15 22 12 5 8 7 8 3 - 43 12 12 22 4 8 24 15 12 21 12 28 26 22 14 21 12 15 6 8 4 3 14 8 8 8 3 3 8 3 95 128 108 126 99 В 6 8 3 96 2 8 6 93 126 29 27 22 23 118 127 94 102 125 92 12Э 98 94 128 112 127 97 СО 4 8 4 4 18 23 27 24 28 24 19 26 22 27 23 20 26 22 16 21 13 15 97 124 128 127 95 91 127 98 128 96 8 . 4 3 В 6 8 3 2 8 6 8 4 4 N3 О 11120 /4 AS Вид А в Упорядник Замовлення 4048 Техред М.Моргентал Коректор А. Обручар Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м, Ужгород, вул.ГагарІна, 101