Киснева фурма для продувки розплаву

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (19) SU,,,, 1592345 А (51)5 С 21 С 5/48 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГННТ СССР 1 (21) 4452049/27-02 (22) 29.06,38 (46) 15.09.90. Бюл. № 34 (71) Мариупольский металлургический комбинат "Азовсталь" и Мариупольский металлургический институт (72) М.А.Поживанов, А.М.Поживанов, А.А.Булянда, В.А.Сахно, Е.А.Иванов и А.В.Сущенко (53) 669.184.244(083.8) (56) Заявка Франции № 2496699» кл. С 22 В, 9/05,С 21 С 5/32, • опублик. 1978. . Авторское свидетельство СССР * 1168608, кл. С 21 С 5/48, 1984. Авторское свидетельство СССР № 1439129, кл. С 21 С 5/4Р, 1987. (54) КИСЛОРОДНАЯ ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА (57) Изобретение относится к металлур гии, преимущественно к кислородно-кон вертерному производству стали. Цель изобретения - снижение расхода чугуна на плавку за счет повышения эффективности дожигания окиси углерода и уве личение стойкости фурмы. Фурма состоит из трех (или четырех при наличии автономного тракта подачи кислорода для дожигания) труб 1, образующих тракт(ы) подвода кислорода 1, тракты охладителя 3, и головки 4, которая имеет продувочные сопла Лаваля 5 и центральное сопло 6 для подачи кислорода в виде вихревой струи на дожигание СО. Сопло 6 снабжено установленным на входе в него завихрителем 7, состоит из цилиндрической части 8 и выходной части 9» плавно сопрягающей чгстъ 8 сопла 6 с нижней образующей 10 головки фурмы. Высота выходной части 9 сопла 6 составляет 0,1-0,3 высоты части 8, а соотношение площади проходного сечения каналов завихрителя Fo и площади проходного сечения части 8 сопла 6 (0,25-0,75):1. При исполнении фурмы без автономного тракта для подвода дожигающего кислорода соотношение площади F ^ и площади крити, ческих сечений сопл Лаваля 5 (0,050,25):1. 4 ил., 2 табл. •доем 00 Изобретение относится к металлургии , преимущественно к кислородно-конвертерному производству сталиЦель изобретения - снижение расхода чугуна на плавку за счет повышения эффективности дожигания окиси углерода и увеличение стойкости фурмы. Вихревой поток кислорода в центральном сопле без длинной конической части, с короткой резко расширяющейся выходной частью высотой не более 0,3 1г высоты цилиндрической части не успевает расшириться и на выходе из сопла резко раскрывается вблизи торца фурмы в виде вихревого зонтика, границы которого выходят за пределы периферийных струй. При этом кислородный вихрь раскрывается в пределах начального (газодинамического) участка срерхзвуковых периферийных струй, который характеризуется не развитым слоем смешения и слабой эжектнрующей 1592345 способностью. Поэтому периферийные струи пронизывают вихревой кислородный зонтик, практически не эжектируя его содержимое. В результате этого значительно увеличивается поверхность взаимодействия дожигающего кислорода с отходящими конвертерными газами и повышается эффективность дожигания СО. Выполнение выходной час10 ти центрального сопла плавно сопрягающей Цилиндрическую часть сопла с нижней образующей головки фурмы и имеющей высоту не менее 0,1 высоты цилиндрической части, позволяет обесJ5 печить надежное охлаждение аодой (бет образования застойных зон и завихрений) наиболее тешіонапряженного места фурмы - выходного участка центрального сопла, а также истечение дожигающего кислородного потока без отрыв- го ных течений. Область оптимальных значений отношения площади проходного сечения каналов завихрителя к площади проходного сечения цилиндрической 25 части центрального сопла находится в пределах (0,25-0,75):1t При отношении менее 0,25:1 для обеспечения подачи оптимальных расходов дожигающего кислорода необходимо значительное увели30 чение размеров центрального сопла. При этом резко увеличивается его поверхность, которая воспринимает мощные тепловые потоки от реакционной зоны и расплава, снижается стойкость 35 фурмы. Вихревой зонтик раскрывается очень близко от фурмы, что также снижает ее стойкость из-за приближения к торцу высокотемпературной зоны горения СО. Кроме того, из-за малого давления газа в выходной части сопла 40 возникает опасность попадания на стен ки последней брызг металла и шлака, что может привести к выходу фурмы из строя. При отношении большем чем 45 0,75:1 снижается интенсивность закрутки, вихревой поток становится неустойчивым, имеет малый угол раскрытия ч не выходит за пределы периферийных струй. Это приводит к резкому „ уменьшению поверхности взаимодейст _ 50 вия с отходящими газами дожигающего кислорода, неполному усвоению последнего на окисление СО непосредственно в подфурменной зоне, к снижению эф55 фективности процесса дожигания. При выполнении фурмы без автономного тракта для подвода дожигающего кислорода область оптимальных значений от ношения площади проходных сечений каналов завихрителя к площади критических сечений периферийных сопел находится в пределах (0,05-0,25)?!. При указанном отношении меньшем чем 0,05:1 вихревой поток дожигающего кислорода является энергетически слабым и практически не выходит за пре- ' делы периферийных струй. При контакте кислородного вихря с продувочными струями происходит их частичное взаимодействие, в результате которого часть дожигающего кислорода эжектируется энергетически "более сильными" периферийными струями. В результате этого заметно снижается эффективность дсжигания окиси углерода. При отношении площади проходных сечений каналов завихрителя к площади критических сечений периферийных сопел большем чем 0,25:1 на дожигание СО подается больше 17-20% (от суммарного) кислорода. При этом резко снижается эффективность дожигания СО из-за неусвоб-' ния части дожигающего кислорода в подфурменной зоне и ухудшается стойкость футеровки конвертера из-эа догорания неусвоенного кислорода в верхней части конвертера. Кроме того, переокисляется шлак и повышается угар металла. На фиг. 1 изображен вариант исполнения фурмы с дополнительным центральным трактом подачи кислорода; на фиг.2 - разрез А-А на фиг*1; на фиг.З - вариант исполнения фурмы без тракта подачи кислорода; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.З. Фурма состоит из трех (при исполнении фурмы без автономно го тракта псдачи кислорода для дожигания) или четырех (при наличии автономного тракта для подачи дожигающего кислорода) концентрично расположенных труб 1, образующих тракт(ы) 2 подвода кислорода, тракты 3 подвода и отвода охладителя и головки 4, которая имеет периферийные сопла Лаваля 5 для подачи кислорода в виде сверхзвуковых струй на продувку и дополнительное центральное сопло 6 для подачи кислорода в виде вихревой струи на дожигание СО. Центральное сопло 6 снабжено установленным на входе в него завихрите лем 7 газового потока, состоит из нерасширяющейся, например, цилиндрической части 8 и выходной части 9, плавно сопрягающей цилиндрическую 1592345 талла. Вместе с тем зона дожигания часть 8, сопла 6 с нижней образую- ~ 14 достаточно удалена от футеровки и щей 10 головки 4 фурмы. При этом высоэкранируется от последней вспененным та hg выходной части 9 сопла 6 составшлаком, так что стойкость футеровки ляет 0,1-0,3 высоты h 4 его цилиндрипри применении предлагаемой фурмы ческой части 8» а отношение площади практически не снижается. Поток ох- . проходного сечения Fg каналов завихлаждающей воды в головке 4 фурмы обтерителя 7 к площади F проходного сечекает выходную часть 9 сопла 6 без ния цилиндрической части 8 центральнообразования застойных зон и завихриго сопла 6 равно (0 >25—0,75):1. При телей, благодаря чему обеспечивается исполнении фурмы без автономного тракнадежное охлаждение наиболее теплота для подвода дожигающего кислорода напряженного места фурмы - ее торца (отсутствует четвертая труба) отношев области центрального сопла 6 и выние площади F_ проходных сечений каходного участка последнего. налов завихрителя 7 к площади F к р п критических сечений периферийных со- 15 Для определения оптимальных значепел 5 равно (0,05-0,25):! ний конструктивных параметров .предлагаемой фурмы и изучения картины взаиУстройство работает следующим обмодействия центральной (вихревой) и разом. Основной поток кислорода J1 посту- 20 периферийных струй проведена серия экспериментов ка газодинамическом пает к периферийным соплам Лавалл 5, стенде, оборудованном прибором для ускоряется в них и истекает в виде теневой фотосъемки и системой измере*сверхзвуковых струй 12 в ниэкоплотное ния полного и статического давления окружающее пространство конвертера, раскрываясь в нем под углом 10-14 . 25 в газовых потоках. Эксперименты проводились на модели пятисопловой фурмы Эти "жесткие" дальнобойные струи 350-тонного кислородного конвертера, используются только для рафинировавыполненной в масштабе 1:5, а также ния расплава. При взаимодействии их на выполненном в натуральную величис расплавом образуется реакционная ну центральном сопле с тангенциальным зона, где интенсивно протекают реак30 завихрителем. Кроме того, на 1/8 часции окисления углерода, преимущестти головки фурмы, ограниченной с бовенно до его окиси (СО), котюрая в ков прозрачными поверхностями из оргструйном режиме барботажа всплывает стекла , с соблюдением критериев гидв жидкой ванне и выделяется из нее родинамического подобия исследовалось преимущественно в подфурменной зоне. 35 течение потока охлаждающей воды в Дополнительный поток кислорода 13 г'оловке фурмы, в частности омывание ускоряется в тангенциальных соплах этим потоком центрального сопла. завихрителя 7 и поступает в нерасширяющуюся, например, цилиндрическую 8, Б табл.1 приведены результаты иса затем в выходную 9 части сопла 6. следования ВЛИЯНИЯ ВЫСОТЫ ВЫХОДНОЙ 40 части центрального сопла фурмы на Вихревой поток кислорода в центральном сопле 6 с резко расширяющейструктуру зоны дожигания и организася выходной частью 9 с указанным отцию течения потока охлаждающей воды в ношением высоты последней к высоте головке фурмы. нерасширяющейся (цилиндрической) часКак видно из табл.1, область опти 8 не успевает расшириться и на 45 тимальных значений отношения hg/hц выходе из сопла резко раскрывается лежит в пределах 0,1-0,3. При hg/Ьц