КИСЛОРОДНАЯ ФУРМА Российский патент 1996 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкциям фурм для верхней продувки металла кислородом, и может быть использовано в сталеплавильном производстве при плавках стали в конвертерах и других сталеплавильных агрегатах.

На фиг. 1 изображена фурма, продольный разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1.

Фурма горячая (фиг.1) содержит внешнюю 1, внутреннюю 2 и центральную 3 трубы, образующие центральный канал 4, внутренний 5 и внешний 6 кольцевые каналы. Снизу все каналы ограничены наконечником 7 с соплами 8, а каналы 5 и 6 связаны между собой через кольцевой зазор 9. Сверху фурма заканчивается заглушкой 10 внешней трубы 1 и патрубком 11, предназначенным для подачи окислителя во внутренний кольцевой канал 5.

Фурма горячая снабжена оребренными внешней трубой 1 с ребрами 12 и наконечником 7 с ребрами 13 (фиг.1, 2 и 3), при этом ребра 12 и 13 размещены на их внутренних поверхностях и расположены вдоль (по длине) трубы 1 (фиг.1 и 2) и по радиусу наконечника 7 (фиг.1 и 3). Внутренняя труба 2 нижним концом контактирует с ребрами 13 наконечника через фланец 14, а верхним сопряжена со стенкой центральной трубы 3 через фланец 15 и скользящее уплотнение 16, причем в стенке внутренней трубы 2 на 1/3 ее длины от нижнего конца выполнена серия рассредоточенных сквозных отверстий сопл 17 (фиг.1 и 2), дополнительно связывающих внешний кольцевой канал 6 с внутренним кольцевым каналом 5, и имеющих суммарную площадь, равную 1,8-2,0 площади кольцевого зазора 9 между кромкой фланца 14 и наконечником 7, при этом внешний кольцевой канал 6 связан с центральным каналом 4 через пространство 18 под заглушкой 10, а межсопловое пространство наконечника 7 заполнено огнеупорной массой 19. Кроме того, сопла 8 выполнены сменными (на резьбе) из жаростойкого материала, например, из сплава меди с кобальтом (по 50% каждого элемента), а на внешнюю округленную поверхность наконечника 7 (который может быть выполнен в данном случае, как из стали, так и из меди) нанесен защитный слой 20 материала с высокой теплопроводностью и низкой адгезией к жидкому металлу, например, тот же сплав меди с кобальтом.

Для надежного обеспечения рабочего теплового режима (баланса тепла, поступающего на фурму из рабочего пространства конвертера и тепла, отбираемого от нее кислородом на его нагрев и возвращаемого этим же кислородом в металлическую ванну агрегата) фурмы горячей, она снабжена сквозными отверстиями соплами, выполненными на 1/3 длины внутренней (разделительной) ее трубы, т. е. на участке фурмы, наиболее теплонагруженном, и фланцем на нижнем конце этой же трубы, при этом внутренний размер фланца по кромке выполнен таким образом, чтобы через зазор, образованный между последней и наконечником, кислорода к охлаждению наконечника от всего объема, поданного во внутpенний канал, прошло около 1/3, а остальной объем кислорода из внутреннего канала проходит (вдувается) во внешний канал через отверстия-сопла и, встретившись с кислородом движущимся по внешнему каналу (от наконечника), будет нагреваться теперь совместно с этим кислородом, охлаждая при этом как последний, так и дополнительно оребренную внутреннюю поверхность внешней трубы. Именно этот дополнительный охлаждающий эффект кислорода и позволяет надежно предотвратить (исключить) прогар внешней трубы фурмы. Это обуславливается следующим. Вдуваемый через отверстия-сопла кислород во внешний канал в поток движущегося кислорода дополнительно турбулизирует последний и разрушает тонкий ламинарный пристаночный его слой, возникающий в результате "прилипания" газа (причинами этому, в данных условиях, могут быть давление и температура газа, а также температура контактируемой с ним внутренней оребренной поверхности внешней трубы). Разрушение этого слоя способствует увеличению коэффициента теплоотдачи от поверхности трубы к газу. Кроме того, этому же способствует и непосредственный обдув внутренней поверхности стенки трубы и поверхности ее ребер более холодным кислородом, струи (получение их обеспечивается ввиду различного давления во внутреннем и внешнем каналах фурмы из-за разных скоростей потока кислорода в этих каналах) которого направлены во впадины между ребрами (фиг.2). Таким образом, суммарный охлаждающий эффект движущегося в каналах фурмы кислорода (по типовой технологической инструкции ТТИ-1.3-15-22-86, скорость его 50-80 м/с) надежно обеспечивает охлаждение внешней трубы фурмы до допустимой рабочей температуры (400-450^оС, т. е. внутренней оребренной ее стенки) и, одновременно нагреваясь в ней до 300-350^оС, возвращает тепло в металлическую ванну конвертера (или другого металлургического агрегата). Движение кислорода в фурме осуществлено особым образом, т. е. он из внутреннего канала попадает во внешний по двум взаимопересекающимся направлениям. Одна часть его объема (около 1/3 поданного во внутренний канал) направлена во внешний канал через кольцевой зазор, в первую очередь, для охлаждения наконечника, а 2/3 (1,8-2,0) частей его объема направлены через отверстия-сопла, и в первую очередь, для охлаждения ребер и интенсификации турбулентности всего объединенного потока кислорода во внешнем канале. Упрощенный (оценочный) расчет подтверждает, что суммарная площадь (проходное сечение) отверстий-сопл должна быть в 1,8-2,0 раз больше площади (проходного сечения) кольцевого зазора. При увеличении суммарной площади отверстий-сопл появляется опасность прогара наконечника, а при уменьшении ее возникает опасность прогара стенки внешней трубы фурмы.

Фурма работает следующим образом.

Для выплавки стали, например, в конвертере, с использованием фурмы горячей, последнюю опускают в него, и когда наконечник фурмы окажется ниже горловины подают в фурму через патрубок 11 газообразный кислород под давлением 1,2-1,5 МПа. Из патрубка кислород попадает во внутренний кольцевой канал 5, из которого двумя раздельными потоками проходит во внешний кольцевой канал 6 с ребрами 12. Один из потоков (первый), который составляет, пример, 1/3 от всего объема кислорода, поданного во внутренний канал 5, направлен через зазор 9 в пространство наконечника 7 с ребрами 13 и, отобрав тепло от наконечника, попадает во внешний канал 6. В этот же канал через отверстия-сопла 17 попадает и второй (остальной) поток кислорода, объем которого, примерно, в 2 раза больше объема первого потока. Образовавшийся общий поток кислорода приобретает во внешнем оребренном кольцевом канале 6 суммарно-максимальный охлаждающий эффект, ввиду выше рассмотренных факторов и, охладив внешнюю трубу 1 фурмы и нагревшись, попадает через пространство 18 (под заглушкой 10) в центральный канал 4 фурмы, из которого через сопла 8 вдувается в металлическую ванну конвертера.

В процессе работы фурмы обеспечивается: 1) подогрев вдуваемого кислорода; 2) значительно меньшее заметалливание фурмы, так как наружный слой настыли на горячей фурме будет оплавляться из-за отсутствия интенсивного отвода от нее тепла; 4) значительно меньшее поступление тепла на наконечник, так как он имеет округленную (тороидальную) торцевую поверхность при одновременной защите его межсопловой центральной части огнеупорной массой.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к конструкциям фурм для верхней продувки жидкого металла кислородом в конвертере или других сталеплавильных агрегатах. Фурма выполнена с оребренными внешней трубой 1 с ребрами 12 и наконечником 7 с ребрами 13. Ребра размещены на их внутренних поверхностях. Внутренняя труба 2 нижним концом контактирует с ребрами 13 наконечника 7 через фланец 2, нижним концом контактирует с ребрами 13 наконечника 7 через фланец 14, а верхним сопряжена со стенкой центральной трубы 3 через фланец 15 и скользящее уплотнение 16. Кроме того, на 1/3 ее длины от нижнего конца выполнена серия рассредоточенных сквозных отверстий-сопл 17, имеющих суммарную площадь, равную 1,8-2,0 площади кольцевого зазора 9 между кромкой фланца 14 и наконечником 7. Наконечник 7 выполнен из листовой углеродистой стали в виде однотарельчатой полутороидальной формы с радиальными ребрами 13 и со сменными соплами 8, при этом центральная его часть с соплами 8 защищена от высокотемпературного воздействия реакционной зоны огнеупорной массой 19, а периферийная /полутороидальная/ защищена от заметалливания слоем 20 из сплава с низкой адгезией к жидкому металлу. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. КИСЛОРОДНАЯ ФУРМА, содержащая торцевую головку с дутьевыми соплами, жестко соединенные с ней три концентрически расположенные трубы, средняя из которых образует верхней своей частью зазор с крышкой фурмы, оребрение, выполненное на внутренней стороне наружной трубы, при этом наружная поверхность торцевой головки выполнена в виде полуторов, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности производства стали за счет возврата тепла в металлургический агрегат, удешевления стоимости выплавляемой стали, оребрение выполнено на внутренней поверхности торцевой головки, а в стенках средней трубы на 1/3 ее длины от нижнего торца выполнены отверстия, на нижнем торце внутренней трубы выполнен фланец, размещенный с образованием зазора относительно оребрения торцевой головки, суммарная площадь отверстий составляет 1,8 - 2,0 площади кольцевого зазора между кромкой фланца и торцевой головкой, межсопловое пространство торцевой головки заполнено огнеупорной массой и средняя труба выполнена с патрубком для подачи кислорода. 2. Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что сопла наконечника выполнены сменными из жаростойкого материала, например из сплава меди с кобальтом. 3. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что на внешнюю округленную поверхность наконечника нанесен защитный слой материала с высокой теплопроводностью и низкой адгезией к жидкому металлу, например из сплава меди с кобальтом.