СПОСОБ ПЫЛЕОСАЖДЕНИЯ НАД ЗОНОЙ ПРОДУВКИ В КОНВЕРТЕРЕ Российский патент 2009 года по МПК C21C5/38 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к способу продувки металла кислородом или другим газом в рабочем пространстве конвертера при производстве стали или цветных металлов.

Известны способы организации газоструйной защиты над зоной продувки металла в конвертере [1, 2], позволяющие осуществить пылеподавление и осаждение пыли путем воздействия встречных струй кислорода (воздуха или других газов) на поток отходящих газов из зоны продувки конвертера.

Недостатки всех этих способов в конвертере вытекают из сложности конструкции устройств [2, 3], реализующих известные способы подавления пыли и очистки отходящих газов от пыли над зоной продувки металла по причине расположения струй дутья из кислорода внутри экрана, погруженного примерно на треть в расплав шлака и металла.

В этом ограниченном пространстве в результате дожигания окиси углерода кислородом образуется к тому же дополнительное количество пыли в результате окисления брызг металла и их разрывов на мелкие капельки металла. В результате отсутствия над системой струй дутья [1, 2] дополнительной газоструйной системы, например, из кислорода или другого газа степень подавления и очистки газов от пыли является в данном случае крайне не эффективной.

Недостатком этих известных способов является то обстоятельство, что пылеподавление и очистка газов не обеспечивает требуемую эффективность пылеосаждения над зоной продувки в конверторе из-за сложности конструктивных решений в аналогах [1, 2] и не обеспечения соответствующих газодинамических условий по противодавлению встречному потоку отходящих из зоны продувки газов.

Известен также способ [3] подавления и очистки газов над зоной продувки металла в конверторе или в другом агрегате, основанный на применении двухъярусных кислородных фурм с отдувом, позволяющие создавать над зоной продувки систему струй дутья из кислорода и многоструйную конусообразную газовую систему. Причем эта конусообразная газовая система с шахматным и однорядным расположением струй кислорода или другого газа располагается над системой струй дутья и поверхностью металла в зоне продувки, что позволяет осуществлять определенное пылеподавление и очистку отходящих из зоны продувки газов от пыли.

Однако такой способ не эффективен, т.к. не обеспечивает требуемый уровень пылеосаждения над зоной продувки в конверторе, вследствие того, что в нем не предусматривается создание организованного движения струй в двух газовых системах и регулирование степени стесненности струй между собой, а это не обеспечивает эффект противодавления для потока отходящих газов.

Кроме того, в аналоге [3] системы газовых струй не учитывают размеры локальной зоны продувки, откуда поднимается вверх поток отходящих газов с газодинамическим импульсом силы , кг·м/с². Здесь Д_р·з - диаметр реакционной зоны продувки на поверхности металла в конвертере, м; ρ_г - плотность потока отходящих газов, кг/м³; - усредненная скорость потока отходящих из зоны продувки газов, м/с.

В то же время навстречу потоку отходящих газов подают [3] конусообразную газовую систему из струй кислорода или другого газа с импульсом силы , кг/с², где d_c·к - диаметр одной струи конусообразной газовой системы, м; - скорость струи газа на выходе из сопла фурмы, м/с.

По аналогии определяется и импульс силы для струй системы кислородного дутья , кг·м/с², где d_c·∂ - диаметр струи дутья на выходе из сопла фурмы, м; ρ_с - плотность струи дутья, кг/м³; - скорость струи кислородного дутья на выходе из сопла, м/с.

Технический результат изобретения - создание эффективной системы пылеосаждения над зоной продувки путем увеличения степени очистки от пыли отходящих из зоны продувки газов.

Технический результат изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе пылеосаждения над зоной продувки в конвертере осуществляют продувку металла струями кислородного дутья, размещают над системой кислородного дутья многоструйную конусообразную газовую систему, направляют струи газа конусообразной газовой системы навстречу потоку отходящих запыленных газов и обеспечивают противодавление этому потоку при соблюдении условия где , , - импульсы сил потоков струй газов системы кислородного дутья, конусообразной газовой системы и отходящих запыленных газов, кг·м/с².

При этом в способе обеспечивают противодавление потоку отходящих запыленных газов со стороны направленных навстречу ему струй многоструйной конусообразной газовой системы и струй кислородного дутья за счет образования на осях потоков этих двух систем максимальной скорости , где: - скорость потока на оси каждой струи, м/с, причем - усредненная скорость потока отходящих газов, м/с.

Кроме того, в способе дополнительно по оси системы кислородного дутья располагают центральную газовую струю, которую вращают вокруг этой оси.

На фиг.1 изображена схема, поясняющая описываемый способ пылеосаждения над зоной продувки металла в конвертере.

На фиг.2 изображена схема пылеосаждения над зоной продувки металла в 5-тонном конвертере.

Предлагаемый способ пылеосаждения осуществляется следующим образом.

В соответствии со схемой на фиг.1 на поверхности металла (1) в результате его продувки струями дутья из кислорода (3) образуется реакционная зона (2), из которой выделяются отходящие технологические газы с импульсом силы i^г _отх (кг·м/с²). Этот поток отходящих газов поднимается вверх и встречается с многоструйной конусообразной газовой системой (4), причем струи газа этой системы истекают из сопел отдува (6) фурмы (5), а импульс силы струй конусообразной газовой системы равен i^к _с, кг·м/с².

Струи системы кислородного дутья (3) вытекают из сопел дутья (7), расположенных в корпусе фурмы (5). При этом струи дутья из кислорода (3) внедряются в жидкий металл (2), где осуществляется реакция окисления углерода с кислородом и выделение оксида углерода. После чего пузырьки окиси углерода с пылью и мелкими брызгами поднимаются вверх из зоны продувки (2) и встречаются затем струями кислорода (4) конусообразной газовой системы. Для торможения потоку отходящих газов с импульсом силы i^г _отх дополнительно по оси системы струй кислородного дутья (3) располагают центральную газовую струю (9), которую для увеличения эффекта пылеосаждения вращают вокруг своей оси.

Таким образом в соответствии со схемой способа пылеосаждения (фиг.1) поток отходящих газов с импульсом силы i^г _отх (кг·м/с²) встречается с вихревым потоком центральной газовой струи (9), соударяется после этого со струями системы кислородного дутья (3) с импульсом силы i^∂ _c (кг·м/с²), а затем попадает в много - струйную конусообразную систему (4) с импульсом силы i^к _с (кг·м/с²). Организация такой многоуровневой системы противодавления (фиг.1) встречному потоку отходящих газов и позволяет обеспечивать высокую степень пылеосаждения над зоной продувки в конвертере.

Ниже в таблице 1 приведены расчетные данные импульсов силы для потока отходящих из зоны продувки газов (i^г _отх), струй системы дутья (i^∂ _c) и многоструйной конусообразной газовой системы (i^к _с) по приведенным ранее формулам.

Таблица 1 Вариант Диаметр, м Скорость , м/с Р_{г, кг/м} ³ 0,25·3,14 Значение импульса, кг·м/с² 1 1,5 0,5 1,29 0,785 i^г _отх 0,60 2 0,04 200 1,29 0,785 i^∂ _c 64,8 3 0,02 100 1,29 0,785 i^к _с 4,05

В таблице 1 для расчета взяты данные работы 150 т конвертера с продувкой металла кислородом при удельном расходе его на струи дутья 3 м³/(т·мин) и 1 м³/(т·мин) на многоструйную конусообразную систему. Другие значения приняты из данных результатов выполненных исследований [1, 2] и данных аналогов [2, 3].

Каждая струя в обеих системах на оси имеет текущую скорость , a при соответствующем взаимодействии струй между собой (например, при контакте этих струй вблизи поверхности металла) на оси фурмы, т.е. на оси обеих систем, образуется максимальная скорость из-за того, что максимумы скоростей в системе струй дутья и в многоструйной конусообразной системе при контакте этих струй между собой у поверхности металла смещаются от осей этих струй (где , м/с) к оси фурмы (5) на фиг.1, т.е. наступает момент, когда .

Как видно из схемы (фиг.1), в корпусе фурмы (5) расположены две медные головки с соплами отдува (6) и соплами дутья (7), которые и обеспечивают подачу кислорода или другого газа на поверхность металла (1) для осуществления продувки металла кислородом с обеспечением пылеосаждения над зоной продувки.

Режим пылеосаждения струями системы кислородного дутья (3) и конусообразной газовой системой (4) организуется таким образом, чтобы усредненный поток импульса силы струй дутья i^∂ _c превышал поток импульса силы струй конусообразной газовой системы i^к _с, а усредненные эти потоки (i^∂ _c и i^к _с) превышали бы усредненный поток импульса силы отходящих газов i^г _отх, кг·м/с² или Н.

Импульс силы потока в системе струй дутья всегда превышает таковой для струй в конусообразной системе, т.е. i^∂ _c>i^к _с, т.к. расходы кислорода на продувку металла заметно превышают расход кислорода или воздуха подаваемых на пылеподавление или дожигание оксида углерода над зоной продувки в конвертере.

В результате подсасывющих свойств струй дутья поток запыленных газов из зоны продувки вынужден поворачивать в сторону этих струй, а затем и в сторону струй конусообразной газовой системы.

Об эффективности применения предлагаемого способа пылеосаждения над зоной продувки в конвертере свидетельствуют результаты выполненных исследований на 5 т агрегатах (фиг.2), выполненных в условиях ЗАО рНП «COMЗ».

Зона продувки в 5 т конвертере (фиг.2) создавалась за счет подачи компрессорного воздуха (вместо кислорода) через боковые сопла (8) с расходом воздуха около 6 тыс.м³/ч. Режим пылеосаждения над зоной продувки (2) осуществляли при помощи двухъярусной фурмы (5), причем через нижние сопла дутья (7) подавали воздух для создания системы струй (3) дутья (расход воздуха около 1-2 тыс.м³/ч) у поверхности металла (1) в зоне продувки (2), а через верхние сопла отдува (6) подавали воздух (около 3 тыс.м³/ч) для создания многоструйной конусообразной газовой системы (4). Расходы воздуха в струи дутья (3) и конусообразной системы (4) обеспечивали условие, что i^д _с≥i^к _с i^г _отх. Результаты исследования (табл.2) свидетельствуют о существенном улучшении показателей по снижению пылеуноса из горловины конвертера, что подтверждает эффективность применения предлагаемого способа пылеосаждения (фиг.1) в производственных условиях, т.е. в условиях, например, конвертерного производства.

Таблица 2
Содержание брызг и пыли дымовых газах 5 т в конвертерной плавки стали. № п/п Результаты опытных данных по пылеуносу из конвертера Режимы продувки конвертерной ванны Типовой - боковое дутье Двухъярусная фурма с
отдувом   Нижний ряд сопел Нижний и верхний ряды сопел 1 Расход воздуха на струи дутья, м³/ч I_о2≈4 м³/(т·мин) 6000 6000 6000 2 Соотношение I_о2 ^дож/I_о2 - 0,33 0,66 3 Брызгоунос у горловины, кг/(м²·мин) 1,52 1,08 0,63 4 Состав дымовых газов, %       а) монооксид углерода 85,0 65,8 68,9 б) диоксид углерода 8,8 21,5 24,7 5 Содержание технологической пыли, г/м³ 30,2 17,3 16,0

Анализ данных табл.2 свидетельствует о практической возможности в производственных условиях осуществления способа пылеосаждения над зоной продувки в конвертере по схеме, приведенной на. фиг.2.

По мере увеличения расхода кислорода (воздуха) в струи конусообразной системы (табл.2) при постоянном расходе (I_o2=const) кислорода (воздуха) в струи дутья эффект по пылеосаждению возрастает, т.к. показатели по брызгоуносу (кг/(м²·мин)) и содержанию пыли (г/м³) в отходящих газах заметно улучшаются.

Список литературы

1. Авт. свид. СССР №355230, кл. С21С 5/48, 1969.

2. Авт. свид. СССР №(11)1002365, С21С 5/48, БИ №9, 1983.

3. Авт. свид. СССР №255306, кл. С21С 5/48, 1967 и авт. свид. СССР №414312, БИ №20, 1972.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу пылеосаждения над зоной продувки металла в полости конвертера. Способ включает продувку металла струями кислородного дутья. Над системой кислородного дутья размещают многоструйную конусообразную газовую систему и направляют струи газа этой системы навстречу потоку отходящих запыленных газов, обеспечивая противодавление этому потоку при соблюдении условия где , , - импульсы сил потоков струй газов системы кислородного дутья, конусообразной газовой системы и отходящих запыленных газов, кг·м/с². Использование изобретения обеспечивает повышение эффективности пылеосаждения над зоной продувки в полости конвертера. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ пылеосаждения над зоной продувки в конвертере, характеризующийся тем, что осуществляют продувку металла струями системы кислородного дутья, размещают над системой кислородного дутья многоструйную конусообразную газовую систему, направляют струи газа конусообразной газовой системы навстречу потоку отходящих запыленных газов и обеспечивают противодавление этому потоку при соблюдении условия где , , - импульсы сил потоков струй газов системы кислородного дутья, конусообразной газовой системы и отходящих запыленных газов, кг·м/с².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают противодавление потоку отходящих запыленных газов со стороны направленных навстречу ему струй многоструйной конусообразной газовой системы и струй системы кислородного дутья за счет образования на осях потоков этих двух систем максимальной скорости , где - скорость потока на оси каждой струи, м/с, причем где - усредненная скорость потока отходящих газов, м/с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно по оси системы кислородного дутья располагают центральную газовую струю, которую вращают вокруг этой оси.