УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В КОНВЕРТЕР Российский патент 1994 года по МПК C21C5/40 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам для очистки газов, отходящих из сталеплавильного агрегата при выплавке стали.

Известно устройство для ввода акустической энергии в сталеплавильный агрегат, которое содержит газоструйные излучатели с резонаторами. Резонаторы выполнены в виде водоохлаждаемого блока, соединенного с источником сжатого газа. Газоструйные излучатели расположены между осями их резонаторов на расстоянии, равном длине волны работы излучателей.

Недостатком известного устройства для ввода акустической энергии в сталеплавильный агрегат является то, что из-за ограниченности размеров генератора в нем возбуждаются колебания f = (4...10) кГц. Эффективный радиус действия генератора составляет (0,03...0,10) м. Устройство приходится устанавливать непосредственно в горловине конвертера. Генератор быстро заметалливается и выходит из строя. Кроме того, генерируемая в устройстве высокая акустическая частота способствует осаждению в основном мелких частиц.

Изобретение предназначено для уменьшения запыленности отходящих из конвертера газов путем осаждения пыли акустическими колебаниями.

Размещение резонатора в виде кольцевого стакана, надетого на фурму, над горловиной конвертера позволяет за счет увеличения объема резонатора генерировать акустические колебания низкой частоты. Не нарушается режим работы основных сопл фурмы.

В рассматриваемом устройстве нет ограничений на размеры резонатора, поэтому частота колебаний может быть f = (40...10) Гц. Скорость звука а_тв устройстве, работающем на энергии отходящих из конвертера горячих газов, равна
а_т = = = 710 м/с, где Т ≈ 2000^оС - температура газа;
γ = 1.33 - показатель изоинтропы;
R = 19,3˙9,81 Дж/кг˙град - газовая постоянная.

Эффективный радиус действия генератора
R = = = 18 - 7 м.

Устройство позволяет осаждать взвешенные частицы практически во всем объеме конвертера.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1, открытый торец кольцевого стакана которого выполнен кососрезанным; на фиг. 3 - то же, перед входом в кольцевой стакан которого установлен конический уступ; на фиг. 4 - то же, к торцовому концу конического уступа которого герметично и соосно пристыкован второй патрубок.

Устройство для создания акустических колебаний в конвертере содержит фурму 1 с головкой 2, трубопровод и резонатор. Резонатор выполнен в виде кольцевого стакана 3, надетого на фурму 1 соосно и обращенного открытым торцом в сторону головки 2 фурмы 1. Трубопровод выполнен в виде патрубка 4, соосного фурме 1 и охватывающего стакан 3. Внутренняя полость a кольцевого стакана 3 и внутренняя полость b патрубка 4 сообщается с внутренней полостью конвертера. Открытый торец кольцевого стакана 3 может быть выполнен кососрезанным под углом 30...60^о к оси фурмы 1.

На корпусе фурмы 1 пеpед входом в кольцевой стакан 3 может быть выполнен конический уступ 5, обращенный расширяющимся концом в сторону стакана 3. К торцовому концу уступа 5 может быть герметично и соосно пристыкован второй патрубок 6. Длина l второго патрубка 6 равна 3...10 зазорам Δ между наружной поверхностью фурмы 1 и внутренней поверхностью стакана 3. Обращенный к головке 2 фурмы 1 торцовой конец патрубка 4 может быть выполнен в виде раструба 7.

Устройство для ввода акустической энергии в конвертер работает следующим образом.

Устройство опускают на конвертер таким образом, чтобы фурма 1 через горловину конвертера проходила во внутреннюю полость конвертера, а патрубок 4 или раструб 7 охватывал снаружи горловину конвертера. Тем самым сообщают внутреннюю полость конвертера с внутренними полостями a и b стакана 3 и патрубка 4. Набегающий поток газа из конвертера подходит к открытому концу стакана 3, имея неравномерный профиль скоростей с провалом у поверхности фурмы 1. Периферийные линии тока у кромки стакана 3 пережимают поток газа, втекающий в стакан 3. Во внутренней полости a стакана 3 накапливается газ. Давление в полости a повышается. Газ начинает истекать из стакана 3. В момент начала выхода газа образуются акустические волны. Процесс повторяется, так как является автоколебательным.

При кососрезанном торце стакана 3 расширяется диапазон скоростей истекающего из конвертера газа, при которых реализуется генерация акустических колебаний.

При установке перед входом в кольцевой стакан 3 конического уступа 5 поток газов отрывается от поверхности фурмы 1, теряя при этом устойчивость. Поверхность потока становится волнообразной. Поток хлопком замыкается на стенки стакана 3 и входит в полость a. Одновременно в полость a входит акустическая волна. Отражаясь от днища стакана 3, газ и акустическая волна выходят из полости a, отгибая в сторону патрубка 4 идущий навстречу поток газа. Давление у входа в стакан 3 падает, процесс повторяется. При этом возрастает амплитуда генерируемых акустических колебаний.

При установке на торце конического уступа 5 второго патрубка 6 при схлопывании потока газа на стенки стакана 3 часть газа и акустической волны распространяется во внутреннюю полость второго патрубка 6. При этом образуются акустические колебания двух частот, соотносящихся как длины стакана 3 и второго патрубка 6. Длина l второго патрубка 6 выбирается равной 3...10 зазорам Δ между наружной поверхностью фурмы 1 и внутренней поверхностью кольцевого стакана 3.

Испытания устройства для ввода акустической энергии в конвертер были проведены на двухфазном потоке газов, отходящих от 35-тонной мартеновской печи. В отходящих продуктах горения определялась концентрация пыли. Отбор продуктов горения осуществлялся с помощью водоохлаждаемой трубки с фильтром. Фильтр представляет собой трубку из молибденового стекла длиной 300 мм, заполненную стекловолокном. Концентрация пыли определялась без акустического воздействия на поток газа; с акустическим воздействием на поток газа с помощью акустического генератора, работающего от дополнительного источника сжатого воздуха; с помощью заявляемого устройства, отбирающего энергию отходящих газов для возбуждения акустических колебаний.

Расход воздуха на акустическое излучение составлял 550...600 м³/ч при расходе компрессорного воздуха на плавку 1650...1900 м³/ч.

Частота предлагаемого и известного резонаторов были выбраны одинаковыми при озвучивании двухфазного потока для того, чтобы получить сопоставимые результаты по интенсивности получаемых акустических колебаний и концентрации пыли в отходящих газах. Изменение частоты акустических колебаний достигалось уменьшением диаметра кольцевого стакана 3.

Проверялась эффективность устройства на отходящих газах при уменьшенных расходах газа по сравнению с известным устройством. При этом было достигнуто лучшее качество очистки отходящих газов при одновременном снижении акустического давления.

Устройство выполнялось из композитных материалов на основе углепластов.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Применение заявляемого устройства для ввода акустической энергии в конвертер повышает КПД процесса выплавки стали путем интенсификации ряда процессов выплавки стали и шлакообразования за счет повышения мощности акустических колебаний, улучшения теплообмена от газов в расплаве в конвертере. За счет осаждения пыли в конвертере значительно возрастает чистота выходящих из конвертера газов, снижается угар металла.

Использование: в процессах выплавки стали, в частности в устройствах для возбуждения акустических колебаний в конвертере во время плавки. Сущность изобретения: устройство для ввода акустической энергии в конвертер содержит фурму, трубопровод и резонатор. Резонатор выполнен в виде кольцевого стакана. Стакан надет на фурму соосно и обращен открытым торцом в сторону головки фурмы. Трубопровод выполнен в виде патрубка. Патрубок соосен фурме и охватывает стакан. Внутрянняя полость патрубка сообщена с внутренней полостью конвертера. Открытый торец кольцевого стакана может быть выполнен кососрезанным. На корпусе фурмы перед входом в кольцевой стакан может быть выполнен конический уступ. Расширяющийся конец конического уступа обращен в сторону кольцевого стакана. К торцовому концу конического уступа может быть герметично и соосно пристыкован второй патрубок. Обращенный к головке фурмы торцовой конец патрубка может быть выполнен в виде раструба. 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В КОНВЕРТЕР, содержащее фурму, трубопровод и резонатор, отличающееся тем, что, с целью уменьшения запыленности отходящих из конвертера газов путем осаждения пыли акустическими колебаниями, резонатор выполнен в виде кольцевого стакана, надетого на фурму соосно и обращенного открытым торцом в сторону головки фурмы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод выполнен в виде патрубка, соосного с фурмой и охватывающего стакан, при этом внутренняя полость трубопровода сообщается с внутренней полостью конвертера. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что открытый торец кольцевого стакана выполнен кососрезанным к оси фурмы. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на корпусе фурмы перед входом в кольцевой стакан выполнен конический уступ, обращенный расширяющимся концом в сторону кольцевого стакана. 5. Устройство по пп. 1 и 4, отличающееся тем, что к торцевому концу конического уступа герметично и соосно пристыкован второй патрубок. 6. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что обращенный к головке фурмы торцевой конец патрубка выполнен в виде раструба.