Двоярусна киснева фурма

Реферат: Двоярусна киснева фурма містить концентрично розташовані внутрішню, розділову і зовнішню труби, що утворюють відповідно тракти підведення кисню, підведення і відведення охолоджуючої води, верхню і нижню головки, в яких розташовані яруси сопел під кутом до осі фурми у напрямку конвертерної ванни і міжсоплові канали для проходження води, установлений у кисневому тракті перед верхньою головкою розподільник із кільцевим канальним забірником, який розподіляє потік кисню на додатковий і основний і забезпечує підведення додаткового потоку кисню до циліндричних сопел верхньої головки і основного потоку кисню до сопел Лаваля нижньої головки. Перед верхньою головкою встановлені передсоплова камера і з'єднаний з нею розподільник із кільцевим канальним забірником, який містить розташовані під кутом 90° до осі фурми циліндричні канали для проходження додаткового потоку кисню у передсоплову камеру і щілиноподібні канали для проходження води до нижньої головки. UA 83046 U (12) UA 83046 U UA 83046 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі чорної металургії, зокрема до конструкцій верхніх двоярусних фурм для продувки конвертерної ванни киснем. З практики експлуатації верхніх двоярусних кисневих фурм відомо, що використання для продувки конвертерної ванни конструкцій фурм, які містять нижню багатосоплову головку і верхній, розташований на стовбурі фурми, ярус сопел, дозволяє збільшити частину переробленого в конвертері металевого брухту шляхом поліпшення теплового балансу плавки в результаті допалювання монооксиду вуглецю відхідних газів в порожнині агрегату. Разом з тим, спостерігається прискорений знос футерівки під горловиною конвертера, що призводить до передчасної зупинки агрегату і зниження продуктивності киснево-конвертерного процесу. Через це важливо забезпечити оптимальний перерозподіл кисню, що подається між ярусами сопел, щоб поліпшити допалювання відхідних газів і уникнути локального зносу футерівки конвертера. Для поліпшення допалювання монооксиду вуглецю над металом в порожнині конвертера винайдена конструкція водоохолоджуємої фурми [АС СРСР №183781, Кл. С21С 5/48, опубл. 09.07.1966, Бюлетень №14], яка виконана із верхньої і нижньої частин, між якими розташована кільцева щілина для подавання кисню на допалювання відхідних газів під кутом 45-80° до осі фурми у напрямку конвертерної ванни. Нижня частина фурми містить багатосопловий наконечник для продувки конвертерної ванни. Обидві частини фурми з'єднані між собою порожнистими втулками для проходження охолоджуючої води. Недоліками є: - значне ускладнення конструкції, яке полягає у необхідності виготовлення поверхонь кільцевої щілини і порожнистих втулок із міді, важкості виконання зварних швів між ними і сталевими трубами стовбура фурми, що призводить до підвищення вартості дуттьового пристрою і трудомісткості його виготовлення; - значна складність виконання ремонтних операцій по заміні з'єднувального вузла верхньої та нижньої частин фурми. Відома конструкція фурми для продувки рідкого металу, яка містить наконечник з соплами для кисню і розташовані над ним в два ряди по колу сопла Лаваля, які розміщені у шаховому порядку під одним нахилом (від 45 до 60°) до осі фурми [АС СРСР № 255306, Кл. С21С 5/48, опубл. 28.10.1969, Бюлетень №33]. Недоліком даної конструкції є значне ускладнення і низька стійкість останньої через окрему зварку і закріплення кожного сопла Лаваля в трубах стовбура фурми під нахилом до вертикальної осі. Під дією термічних напружень і пластичних деформацій, які виникають під час продувки конвертерної ванни, зовнішня труба фурми деформується, що призводить до відривання сопел Лаваля з отворів труби і порушення герметичності зварних швів навколо сопел через їх низьку міцність. Таким чином фурма стає непридатною для подальшої експлуатації. Крім цього розміщення сопел Лаваля під кутом 45-60° до осі фурми, як і розміщення кільцевої щілини під кутом 45-80° у випадку конструкції [АС СРСР № 183781, Кл. С21С 5/48, опубл.09.07.1966, Бюлетень № 14], призводить до того, що високотемпературні окислювальні струмені, які створюються при допалюванні монооксиду вуглецю відхідних газів, безпосередньо діють на футерівку верхньої конусної частини конвертера. Це сприяє прискореному локальному зносу футерівки під горловиною конвертера і супроводжується передчасною зупинкою останнього із зниженням техніко-економічних показників виплавки сталі. Найбільш близьким аналогом є двоярусна киснева фурма [Patent USA №5830259, Int.C1. C21B 15/00, nov.3, 1998],яка містить концентрично розташовані внутрішню, розділову і зовнішню труби, що утворюють відповідно тракти підведення кисню та підведення і відведення охолоджуючої води, верхню и нижню головки, в яких розташовані яруси сопел під кутом до осі фурми у напрямку конвертерної ванни і міжсоплові канали для проходження води, установлений в кисневому тракті перед верхньою головкою розподільник із кільцевим канальним забірником, який розподіляє потік кисню на додатковий і основний і забезпечує підведення основного потоку кисню до сопел Лаваля нижньої головки. В цій конструкції фурми сопла верхнього ярусу, які призначені для подавання кисневих струменів на допалювання відхідних газів в порожнині конвертера, розміщені у суцільноточеній голівці і не мають навколо сопел зварних швів. Це позитивно відбивається на простоті конструкції фурми і стійкості останньої, призводить до зменшення обсягу робіт по обслуговуванню дуттьового пристрою. Недоліками цієї фурми є: - конструкція розподільника із кільцевим канальним забірником не дозволяє забезпечити швидкість додаткових кисневих струменів менше 100 м/с, що необхідно для підвищення ефективності допалювання відхідних газів при даній витраті кисню без ушкодження вогнетривкої футеровки конвертера під горловиною. Це пов'язано з розташуванням вхідних 1 UA 83046 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перерізів сопел верхнього ярусу безпосередньо в кільцевому канальному забірнику у напрямку подавання потоку кисню; - складна конструкція суцільноточеної верхньої мідної головки унаслідок виготовлення в ній міжсоплових каналів для підведення і відведення охолоджуючої води до нижньої головки фурми; - обмежена можливість для підвищення ступеню допалювання відхідних газів, зменшення випадків утворення металошлакових охолодів на стовбурі фурми, ділянках горловини і конусної частини футерівки конвертера. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення підвищення ефективності допалювання монооксиду вуглецю відхідних газів, збільшення частки переробленого в конвертері металевого брухту, запобігання прискореного локального зносу футерівки під горловиною агрегату і утворення металошлакових охолодів на стовбурі фурми, ділянках горловини і конусної частини футерівки конвертера. Технічний результат - організація підвищеної кількості додаткових кисневих струменів зі швидкістю витікання менше 100 м/с для створення своєрідної завіси над зоною продувки конвертерної ванни із подавлениям виносу крапель металу і шлаку на стовбур фурми і горловину конвертера, а також організації протікання реакції допалювання СО до СО2 на безпечній відстані від футерівки агрегату. Поставлена задача вирішується тим, що у двоярусній кисневій фурмі, яка містить концентрично розташовані внутрішню, розділову і зовнішню труби, що утворюють відповідно тракти підведення кисню, підведення і відведення охолоджуючої води, верхню і нижню головки, в яких розташовані яруси сопел під кутом до осі фурми у напрямку конвертерної ванни і міжсоплові канали для проходження води, установлений в кисневому тракті перед верхньою головкою розподільник із кільцевим канальним забірником, який розподіляє потік кисню на додатковий і основний і забезпечує підведення додаткового потоку кисню до циліндричних сопел верхньої головки і основного потоку кисню до сопел Лаваля нижньої головки, згідно з корисною моделлю, перед верхньою головкою встановлені передсоплова камера і з'єднаний з нею розподільник із кільцевим канальним забірником, який містить розташовані під кутом 90° до осі фурми циліндричні канали для проходження додаткового потоку кисню у передсоплову камеру і щілиноподібні канали для проходження води до нижньої головки. При цьому сума площин перерізів каналів в розподільнику для проходження додаткового потоку кисню у передсоплову камеру складає 0,050,15 від площі перерізу тракту підведення кисню і відноситься до суми площин перерізів циліндричних сопел верхньої головки як 1:(1,11,3). Встановлення перед верхньою багатосопловою головкою передсоплової камери і з'єднаного з нею розподільника із кільцевим канальним забірником, який містить розташовані під кутом 90° до осі фурми циліндричні канали для проходження додаткового потоку кисню у передсоплову камеру дозволяє суттєво зменшити швидкість і далекодію кисневих струменів, що призначені для допалювання монооксиду вуглецю відхідних газів. Зниження швидкості струменю досягається тим, що відібраний забірником із кисневого тракту додатковий потік кисню не надходить безпосередньо до циліндричних сопел верхньої головки, а змінює напрямок руху під кутом 90° при вході в передсоплову камеру через циліндричні канали. При визначеній витраті додаткового потоку кисню, більшій кількості циліндричних сопел верхньої головки відносно до кількості циліндричних каналів для проходження додаткового потоку кисню у передсоплову камеру, це призводить, за рахунок втрати тиску, до зниження швидкості кисневих струменів, підвищення площі взаємодії їх із відхідними газами і ефективності допалювання СО до СО 2 без агресивної дії високотемпературних факелів на футерівку конвертера. Виконання у розподільнику щілиноподібних каналів для проходження охолоджуючої води до нижньої головки призводить до спрощення конструкції суцільноточеної верхньої мідної головки, так як необхідно в ній утворювати канали тільки для відведення води із фурми. Сумарна величина площі перерізів циліндричних каналів в розподільнику для проходження додаткового потоку кисню у передсоплову камеру не повинна бути менше 0,05 від площі перерізу тракту підведення кисню, так як утворюються дозвукові кисневі струмені з недостатньою далекодією, щоб створити належну завісу над зоною продувки конвертерної ванни і попередити інтенсивне заметалювання стовбура фурми і горловини конвертера. У випадку, коли сума площин перерізів каналів в розподільнику перевищує 0,15 від площі перерізу тракту підведення кисню зростає суттєво далекодія кисневих струменів, що призводить до прискореного зносу футерівки конусної частини конвертера в результаті агресивної дії високотемпературних факелів допалювання монооксиду вуглецю відхідних газів. Вибране співвідношення суми площин перерізів каналів в розподільнику до суми площин перерізів циліндричних сопел верхньої головки 1:1,1 є нижньою границею. При зменшенні 2 UA 83046 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вказаного співвідношення відносно нижньої границі 1:1,1 утворюються кисневі струмені, які розповсюджуються до футерівки конвертера, що призводить до прискореного локального зносу останньої. Коли вищезгадане співвідношення перевищує верхню границю 1:1,5, то знижується далекодія кисневих струменів і виникають проблеми зі створенням належної завіси над зоною продувки з метою запобігання створенню металошлакових охолодів на стовбурі фурми і горловині конвертера. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на фіг. 1 показаний загальний вид двоярусної фурми; на фіг. 2 зображена верхня головка з передсопловою камерою і розподільником. Двоярусна киснева фурма складається із патрубків підведення кисню 1, підведення 2 і відведення 3 охолоджуючої води, стовбура фурми, верхньої і нижньої головки. Стовбур фурми складається із трьох частин. Верхня частина стовбура містить три концентрично розташовані верхні внутрішню 4, розділову 5 і зовнішню 6 труби. В середній частині стовбура фурми перед верхньою головкою розміщена зовнішня трубна вставка 7, яка герметично закрита кришкою 8. Трубна вставка 7 з'єднана за допомогою зварки з мідним сопловим блоком 9 верхньої головки, в якому виконані під кутом до осі фурми циліндричні сопла 10 для подавання в порожнину конвертера додаткового потоку кисню. Для проходження охолоджуючої води в міжсопловому просторі блока 9 є щілиноподібні канали 11. З мідним сопловим блоком 9 за допомогою зварки з'єднані зовнішні нижня 12 і проміжна 13 сталеві труби та внутрішня проміжна сталева вставка 14. З проміжною 13 і внутрішніми верхньою 4 та нижньою 15 трубами шляхом зварки з'єднано сталевий розподільник 16, який містить циліндричні канали 17 для проходження додаткового потоку кисню у передсоплову камеру і щілиноподібні канали 18 для проходження води до нижньої головки 19. Передсоплова камера створена із герметично з'єднаних зваркою нижньої розділової труби 13, внутрішньої проміжної вставки 14, кришки 20 і вставки 22, яка телескопічно входить у вставку 23, що герметично поєднана зваркою з торцем розділової труби 5 перед розподільником 16. Нижня частина стовбура фурми містить концентрично розташовані внутрішню 15, розділову 13 і зовнішню 12 труби. При цьому внутрішня 15 труба в нижній частині перед нижньою головкою 19 обладнана металевошланговим компенсатором 21. Двоярусна киснева фурма працює наступним чином. Потік кисню від підвідного патрубка 1 по внутрішній трубі 4 надходить до розподільника 16. В розподільнику 16 потік кисню розділяється на основний, який по нижній внутрішній трубі 15 нижньої частині стовбура фурми направляється до нижньої головки фурми 19 з соплами Лаваля, яка забезпечує формування надзвукових кисневих струменів і продувку конвертерної ванни з глибоким зануренням їх в розплав при робочій висоті фурми, інтенсивне перемішування і зневуглецьовування конвертерної ванни. Крім цього розподільником 16 формується додатковий потік кисню, який через циліндричні канали 17 розподільника 16 направляється у передсоплову камеру, яка створена із герметично з'єднаних зваркою нижньої розділової труби 13, внутрішньої проміжної вставки 14, кришки 20 і вставки 22, і подається через циліндричні сопла 10 мідного соплового блока 9 верхньої головки, що призводить до формування своєрідної завіси із дозвукових кисневих струменів на шляху зустрічного потоку відхідних конвертерних газів, що несуть у завислому стані краплі металу і шлаку. Тим самим знижується інтенсивність покриття металошлаковими охолодами стовбура фурми і горловини конвертера. При цьому допалювання монооксиду вуглецю відхідних газів здійснюється без агресивної дії високотемпературних факелів безпосередньо на футерівку верхньої частини конвертера. Охолодження двоярусної кисневої фурми здійснюється наступним чином. Охолоджуюча вода від підвідного патрубка 2 надходить в кільцевому зазорі між внутрішньою 4 і розділовою 5 трубами верхньої частини стовбура фурми до розподільника 16, потім по щілиноподібним каналам 18 розподільника 16, в кільцевому зазорі між внутрішньою 15 і розділовою 13 трубами нижньої частини стовбура фурми вода направляється до нижньої головки 19. Після проходження по міжсопловим каналам головки 19 зворотній потік води надходить в кільцевий зазор між розділовою 13 і зовнішньою 12 трубами нижньої частини стовбура фурми, проходить через щілиноподібні канали 11 соплового блока 9 і в кільцевому зазорі між розділовою трубою 5 і зовнішньою трубною вставкою 7 середньої частини стовбура фурми, що герметично закрита кришкою 8, а потім в зазорі між розділовою трубою 5 і зовнішньою 6 трубою верхньої частини стовбура фурми надходить у відвідний патрубок 3. Компенсація теплового розширення стовбура фурми під час продувки конвертерної ванни забезпечується за допомогою металошлангового компенсатора 21 і роз'ємного з'єднання вставок 22 і 23, які телескопічно входять одна в одну. Застосування описаної конструкції двоярусної кисневої фурми дозволить отримати значний економічний ефект в результаті: 3 UA 83046 U 5 - збільшення частки переробленого в конвертері металевого брухту за рахунок поліпшення теплового балансу конвертерної плавки; - збільшення стійкості футерівки конвертера унаслідок підвищення ефективності допалювання монооксиду вуглецю відхідних газів з ліквідацією агресивної дії факелів допалювання на футерівку конвертера; - підвищення виходу придатного металу в результаті запобігання утворенню металошлакових охолодів на стовбурі фурми і горловині конвертера; - підвищення продуктивності конвертера унаслідок скорочення простоїв на очищення стовбура фурми і горловини агрегату від металошлакових охолодів. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Двоярусна киснева фурма, яка містить концентрично розташовані внутрішню, розділову і зовнішню труби, що утворюють відповідно тракти підведення кисню, підведення і відведення охолоджуючої води, верхню і нижню головки, в яких розташовані яруси сопел під кутом до осі фурми у напрямку конвертерної ванни і міжсоплові канали для проходження води, установлений у кисневому тракті перед верхньою головкою розподільник із кільцевим канальним забірником, який розподіляє потік кисню на додатковий і основний і забезпечує підведення додаткового потоку кисню до циліндричних сопел верхньої головки і основного потоку кисню до сопел Лаваля нижньої головки, яка відрізняється тим, що перед верхньою головкою встановлені передсоплова камера і з'єднаний з нею розподільник із кільцевим канальним забірником, який містить розташовані під кутом 90° до осі фурми циліндричні канали для проходження додаткового потоку кисню у передсоплову камеру і щілиноподібні канали для проходження води до нижньої головки. 2. Двоярусна киснева фурма за п. 1, яка відрізняється тим, що сума площин перерізів каналів в розподільнику для проходження додаткового потоку кисню у передсоплову камеру складає 0,050,15 від площі перерізу тракту підведення кисню і відноситься до суми площин перерізів циліндричних сопел верхньої головки як 1:(1,11,3). 4 UA 83046 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 5