ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА Российский патент 1997 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к выплавке металла в конвертере.

Наиболее близкой по технической сущности является фурма для продувки металла, включающая концентрично расположенные трубы подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцовую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля с выступающими над поверхностью внутренней тарелки в полость трубы подачи кислорода верхним входным участком и нижним выходным участком.

Недостатком известной фурмы для продувки металла является то, что в процессе продувки металла кислородом увеличивается угар металла в конвертере и вынос металла в виде капель и брызг в газоотводящий тракт, а также увеличивается расход шлакообразующих добавок и кислорода. Это объясняется тем, что при продувке металла кислородом через известную фурму истекающая из каждого сопла струя кислорода проникает в жидкий металл на значительную глубину. При этом происходит окисление углерода в расплаве в основном по одностадийной схеме:
2C + O₂ 2CO.

Большая часть кислорода расходуется на протекании этой реакции, при этом недостаточно интенсивно окисляются железо и марганец, находящиеся в металле. Недостаточное количество в шлаке окислов этих металлов приводит к замедлению процесса ассимиляции извести в шлак. При этом в ходе процесса продувки в конвертере образуется гетерогенный шлак с высокой температурой плавления. В этих условиях образуются нерастворимые куски извести, которые соединяются в конгломераты значительных размеров. Вследствие этого поверхность расплава покрывается шлаком лишь частично. Во время продувки такого расплава происходит интенсивное сгорание железа, сопровождающееся выбросами металла, которые образуют настыли в газоотводящем тракте конвертера. Последнее вызывает простои оборудования для устранения настылей.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении производительности и стабильности процесса продувки расплава.

Указанный технический эффект достигается тем, что фурма для продувки металла содержит концентрично расположенные трубы подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцевую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля с выступающим над поверхностью внутренней тарелки в полость трубы подачи кислорода верхним входным участком и нижним выходным участком.

Ось входного участка каждого сопла Лаваля наклонена в сторону продольной оси фурмы под углом к оси его выходного участка, равным 0,5 10^o. Торец входного участка выполнен с углом наклона к оси выходного участка, равным 75
89^o, и выступает над поверхностью внутренней тарелки на 0,05 0,3 наименьшего диаметра сопла Лаваля.

Повышение производительности и стабильности процесса продувки расплава будет происходить вследствие того, что при такой конструкции фурмы на периферийном участке истекающей из сопла Лаваля струи кислорода создается зона завихрения. Часть кислорода, движущаяся в этой зоне струи, будет иметь меньшую скорость, чем в центральной части струи. В этом случае при встрече с поверхностью металла эта часть струи кислорода будет проникать в металл на меньшую глубину. Сказанное приводит к увеличению доли углерода, окисляющегося по двухстадийной схеме
O₂ + 2Fe 2FO; FeO + C CO + Fe.

При этом возрастает количество свободных окислов железа в шлаке, что будет способствовать формированию жидкоподвижного гомогенного шлака. Продувка расплава при наличии жидкоподвижного гомогенного шлака позволяет уменьшить угар железа и уменьшить выброс металла в виде капель и брызг в газоотводящий тракт, уменьшится расход шлакообразующих добавок и кислорода для продувки расплава.

Диапазон величины минимального возвышения верхнего торца каждого сопла Ловаля над уровнем поверхности внутренней тарелки на 0,05 0,3 наименьшего диаметра сопла Лаваля объясняется закономерностями транспортировки кислорода из подводящей трубы в сопло. При меньших значениях не будут образовываться завихрения в поверхностном слое струи кислорода. При больших значениях будет происходить значительная пульсация истекающей струи кислорода, что приведет к подсосу в сопло Лаваля жидкометаллической эмульсии.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от величины минимального диаметра канала сопла Лаваля.

Диапазон величины угла наклона торца входной части сопла в пределах 75 - 89^o к оси нижней части сопла объясняется закономерностями истечения струи кислорода из подающей трубы. При меньших значениях увеличивается сопротивление движению кислорода из подающей трубы в сопло. При больших значениях также увеличивается сопротивление течению кислорода из подводящей трубы в сопло.

Указанный диапазон устанавливается в обратной пропорциональной зависимости от расхода кислорода через каждое сопло.

Диапазон значений угла между осями входного и выходного участков сопла в пределах 0,5 10^o объясняется закономерностями истечения кислорода из подводящей трубы через сопла и образования завихрений на поверхности струи. При меньших значениях не будут образовываться завихрения на поверхности струи кислорода. При больших значениях будет увеличиваться сопротивление транспортировке кислорода из подводящей трубы через сопло.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемой кислородной фурмы с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже показана в разрезе схема головки фурмы для продувки металла в конвертере.

Головка кислородной фурмы для продувки металла в ковертере состоит из труб 1, 2 и 3, наружной 4 и внутренней 5 тарелок, входной 6 и выходной 7 частей сопла, компенсатора 8, позиций 9 обозначена продольная ось фурмы, 10 - ось выходной части сопла, 11 ось входной части сопла, 12 торец входной части сопла, 13 корпус сопла, 14 распределитель, α угол между выходной части сопла и продольной осью фурмы, b угол между торцем входной части сопла и осью выходной частью сопла, g угол между осью входной частью сопла и осью выходной части сопла, d -минимальное возвышение торца входного участка сопла над поверхностью внутренней тарелки, d минимальное значение канала корпуса сопла.

Кислородная фурма для продувки металла в конвертере работает следующим образом.

Пример. В процессе продувки расплава в конвертере емкостью 160 350 т через фурму подается кислород с расходом 1200 2400 м³/ч. Фурма состоит из трубы 1, по которой подается кислород под давлением 1,0 1,2 МПа. Концентрично трубе 1 расположены трубы 2 и 3. В зазоры между трубами 2 и 3 подается охлаждающая вода под давлением 0,8 1,2 МПа. По зазору между трубами 1 и 2 вода отводится. На торце фурмы расположена головка. К торцу фурмы приварена внутренняя тарелка 5, а к торцу трубы 3 наружная тарелка 4. Подводимая вода распределяется по головке при помощи распределителя 14. Между тарелками 4 и 5 установлены корпуса 13 сопел Лаваля, состоящие из верхнего входного 6 и нижнего выходного 7 участков. Между тарелками 4 и 5 по центру установлен компенсатор 8.

Ось 11 входного участка 6 каждого сопла Лаваля наклонена в сторону продольной оси фурмы под углом a к оси 10 его выходного участка 7, равным 0,5 10^o. Торец 12 входного участка 6 выполнен с углом b наклона к оси 10 выходного участка 7, равным 75 89^o и выступает над поверхностью внутренней тарелки 5 на d = 0,05-0,3 наименьшего диаметра d сопла Лаваля.

В таблице приведены примеры работы кислородной фурмы с различными технологическими параметрами.

В первом примере вследствие малой величины δ и угла g не обеспечивается необходимое завихрение поверхностного слоя струи кислорода Кроме того, из-за большого значения угла b увеличивается сопротивление течению кислорода из подводящей струи в сопло.

В пятом примере вследствие большой величины d будет происходить пульсация истекающей из сопла струи кислорода, что приведет к подсолу в сопло жидкометаллической эмульсии. Из-за большого значения углов a и γ увеличивается сопротивление истечению струи кислорода.

В шестом примере (прототипе) вследствие отсутствия параметров b,γ и δ увеличивается угар металла в конвертере и вынос расплава из него в газоотводящий тракт, что снижает производительность и стабильность процесса продувки расплава в конвертере.

В примерах 2 4 вследствие оптимальных значений параметров b,γ и δ снижается угар металла в конвертере, уменьшаются выбросы расплава из нег в газоотводящий тракт, повышается стойкость оборудования.

Применение предлагаемой фурмы для продувки металла повышает производительность и стабильность процесса продувки металла в конвертере на 7 8

Использование: в металлургии, конкретнее при выплавке металла в конвертере для повышения производительности и стабильности процесса продувки расплава. Сущность изобретения: кислородная фурма для продувки металла в конвертере содержит три концентрические трубы с головкой фурмы на их торцах, которая состоит из наружной и внутренней тарелки и сопел, установленных в них и наклоненных под углом к продольной оси фурмы. Входной торец каждого сопла выступает над поверхностью внутренней тарелки не менее, чем на 0,05 - 0,3 наименьшего диаметра сопла и наклонен к оси выходного участка сопла на 75 - 89^o. Ось входного участка сопла наклонена в сторону продольной оси фурмы и составляет угол с осью выходного участка сопла в пределах 0,5 - 10^o. 1 ил., 1 табл.

Фурма для продувки металла, содержащая концентрично расположенные трубы подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцовую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля с выступающим над поверхностью внутренней тарелки в полость трубы подачи кислорода верхним входным участком и нижним выходным участком, отличающаяся тем, что ось входного участка каждого сопла Лаваля наклонена в сторону продольной оси фурмы под углом к оси его выходного участка, равным 0,5 10^o, при этом торец входного участка выполнен с углом наклона к оси выходного участка, равным 75 89^o, и выступает над поверхностью внутренней тарелки на 0,05 0,3 наименьшего диаметра сопла Лаваля.