ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА Российский патент 2014 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к производству стали, в частности к кислородно-конвертерному процессу.

Известна фурма, содержащая медную головку, трубу подвода кислорода, наружную и разделительные трубы системы охлаждения, в которой для увеличения стойкости фурмы, торец выполнен трапециевидным с рифлением по наружной поверхности, на верхней торцевой поверхности медной головки выполнен кольцевой трапециевидный паз, в которую завальцован рифленый торец наружной трубы [Фурма. Авторское свидетельство №1371978, C21С 5/48. Опубл. 07.02.88, Бюлл. №5].

Недостатком такой фурмы является плохое охлаждение торцевой части, вызывающее прогары и преждевременный выход фурмы из строя.

Наиболее близкой по своей технической сущности является фурма для продувки металлургических расплавов, содержащая головку с соплами из коаксиальных труб с зазором между ними, которая для увеличения срока службы снабжена вкладышем толщиной 0,8-0,9 величины кольцевого зазора и длиной дуги 160-200°, размещенным в зазоре между трубами на расстоянии 4-10 приведенных калибров от среза сопла, со стороны центральной оси фурмы, симметрично вертикальной плоскости, проходящей через оси фурмы и сопла, где приведенный калибр - отношение между нижним срезом вкладыша и срезом сопла к величине кольцевого зазора между трубами [Фурма. Авторское свидетельство №1361177, C21С 5/48. Опубл. 23.12.87, Бюлл. №47].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, дороговизна изготовления головки фурмы с соплами из коаксиальных труб и недостаточная степень охлаждения торца фурмы потоком кислорода.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является охлаждение торца наконечника (головки) фурмы с соплами посредством направленной циркуляции воды через наконечник фурмы в промежутке между соплами.

Поставленная задача достигается тем, что фурма для продувки металла, содержащая три концентрично расположенные трубы, образующие тракт для подвода и отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник с соплами Лаваля, согласно изобретению в промежутке между соплами наконечника под разными углами выполнены по два отверстия таким образом, что все отверстия сходятся в точке, расположенной на оси фурмы и сообщаются между собой, образуя тракт для подвода и отвода воды в торец наконечника, при этом верхнее отверстие соединяется с трактом для подвода воды, а нижнее - с трактом для отвода воды, причем торец центральной трубы тракта для подвода воды в фурму располагается ниже верхнего входного отверстия на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды из наконечника фурмы, а отверстие для подвода воды выполнено под углом β=39…45° и входная часть отверстия имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра самого отверстия на длине 15…30 мм, отверстие для отвода воды выполнено под углом γ=15…22°, при этом толщина стенки в торце наконечника составляет h₂=10…14 мм.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема наконечника фурмы, на фиг.2 вид А на фиг.1.

Технический результат от использования изобретения достигается тем, что в наконечнике фурмы создается направленная циркуляция охлаждающей воды, что позволяет эффективно охладить торец наконечника и область сопел Лаваля - самые уязвимые части наконечника фурмы, контактирующие с высокотемпературной реакционной зоной в месте внедрения кислородной струи в жидкий металл.

Фурма для продувки металла (фиг.1), содержащая три концентрично расположенные трубы 1, 2, 3, образующие тракт для подвода, отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник 4 с соплами Лаваля 10. В промежутке между соплами 10 наконечника 4 (фиг.2) под разными углами выполнены (фиг.1) по два отверстия 6, 7 таким образом, что все отверстия сходятся в точке, расположенной на оси фурмы и сообщаются между собой, образуя тракт для подвода и отвода воды в торец 9 наконечника 4. Верхнее отверстие 6 соединяется с трактом для подвода воды, а нижнее 7 - с трактом для отвода воды, причем торец центральной трубы 8 тракта для подвода воды в фурму располагается ниже верхнего входного отверстия 6 на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды 7 из наконечника фурмы 4. Отверстие 6 для подвода воды выполнено под углом β=39…45°, а диаметр входной части отверстия в 1,3…1,4 раза больше диаметра самого отверстия на длине 15…30 мм, отверстие 7 для отвода воды выполнено под углом γ=15…22°, при этом толщина стенки в торце 8 наконечника 4 составляет h₂=10…14 мм.

Фурма для продувки металла работает следующим образом (фиг.1). Подача кислорода к соплам Лаваля 10 осуществляется по внутренней трубе 1. Охлаждающая вода по кольцевому зазору между трубами 1 и 2 подводится к наконечнику фурмы 4 и через верхнее отверстие 6 поступает в наконечник фурмы 4, омывает и охлаждает сопла Лаваля 10, торец 9 наконечника 4 и по каналу 7 отводится из наконечника 4 фурмы в тракт для отвода воды из фурмы, расположенный между трубами 2 и 3. Для лучшего подвода воды в торец наконечника, посредством уменьшения сопротивления в канале, входная часть 5 отверстия 6 для подвода воды имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра самого отверстия на длине 15…30 мм. Отверстия для подвода 6 и отвода 7 воды в наконечник фурмы 4 располагаются (фиг.2) между соплами Лаваля 10.

Торец 8 центральной трубы 3 тракта для подвода воды в фурму располагается ниже верхнего входного отверстия 6 на уровне h верхнего края нижнего отверстия 7 для отвода воды из наконечника 4 фурмы. Это позволяет направить часть потока охлаждающей воды через верхнее отверстие 6 в наконечнике 4 фурмы для охлаждения сопел Лаваля 10 и ее торца 9. Вместе с тем торец центральной трубы 2 фурмы не должен быть ниже h верхнего края отверстия 7, служащего для отвода воды из наконечника 4 фурмы, чтобы не препятствовать отводу воды из наконечника фурмы и придать ей циркуляционное движение через наконечник 4.

Отверстие для подвода воды 6 выполнено под углом β=39…45° в связи с тем, что при угле менее 39° подвод воды в наконечник приближается к отверстию для отвода воды 7 и теряется эффект направленного циркуляционного движения охладителя через наконечник 4 фурмы. Величина угла более 45° ограничивается высотой наконечника фурмы 4, которая в свою очередь определяется (фиг.1) длиной l сопла Лаваля 10.

Входная часть 5 отверстия 6 для подвода воды имеет диаметр больше диаметра самого отверстия. Это уменьшает сопротивление канала и улучшает подвод воды в торец наконечника 9, так как сопротивление любого трубопровода для подвода воды, при прочих равных условиях, зависит от его диаметра, и с увеличением диаметра сопротивление проходу воды уменьшается. Увеличение диаметра канала для подвода воды 6 в 1,3…1,4 раза ограничивается с большей стороны приближением к трубе 1 для подвода кислорода. В меньшую сторону ограничения нет, так как теряется эффект снижения сопротивления канала проходу воды. Длина входной части 5 отверстия 6 для подвода воды 15…30 мм ограничивается с большей стороны приближением к отверстию 7 для отвода воды, а с меньшей - эффектом уменьшения сопротивления канала для подвода воды в торец наконечника 9.

Величина угла γ наклона отверстия 7 для отвода воды ограничивается с большей стороны (22°) приближением к отверстию 6 для подвода воды и снижением эффекта направленного циркуляционного движения охладителя через наконечник 4 фурмы, а с меньшей стороны (менее 15°) - конструкцией наконечника фурмы, обусловленной углом раскрытия сопел (α), который обычно лежит в пределах α=15…22°. Толщина стенки в торце наконечника (фиг.1) составляет h₂=10…14 мм, так как при меньшей толщине увеличивается вероятность прогара в этом участке наконечника. Большая толщина стенки не позволяет отвести необходимое количество тепла от участка наконечника, контактирующего с высокотемпературной реакционной зоной.

Использование предложенной фурмы данной конструкции обеспечивает интенсивную циркуляцию воды через наконечник фурмы, эффективное охлаждение сопел и торца наконечника, меньший износ и повышенную стойкость кислородной фурмы.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к кислородно-конвертерному процессу. Фурма для продувки металла содержит три концентрично расположенные трубы, образующие тракт для подвода и отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник с соплами Лаваля. В промежутке между соплами Лаваля наконечника под разными углами выполнены по два отверстия, сходящиеся в точке, расположенной на оси фурмы и сообщающиеся между собой, образуя тракт для подвода и отвода воды в торец наконечника. Верхнее отверстие соединено с трактом для подвода воды, а нижнее - с трактом для отвода воды. Торец центральной трубы тракта для подвода воды в фурму расположен ниже верхнего входного отверстия на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды из наконечника фурмы. Отверстие для подвода воды выполнено под углом β=39…45°, входная часть отверстия имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра этого отверстия на длине 15…30 мм. Отверстие для отвода воды - под углом γ=15…22°. Толщина стенки в торце наконечника составляет h₂=10…14 мм. Использование изобретения обеспечивает уменьшение износа и повышенную стойкость фурмы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фурма для продувки металла, содержащая три концентрично расположенные трубы, образующие тракт для подвода и отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник с соплами Лаваля, отличающаяся тем, что в наконечнике в промежутке между соплами под разными углами выполнены по два отверстия, при этом все отверстия выполнены сходящимися в точке, расположенной на оси фурмы, и сообщающимися между собой, причем верхнее отверстие соединено с трактом для подвода воды, а нижнее - с трактом для отвода воды из фурмы.

2. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что торец центральной трубы тракта для подвода воды расположен ниже верхнего входного отверстия на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды из наконечника фурмы.

3. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что отверстия для подвода воды выполнены под углом 39…45°, а для отвода воды - под углом 15…22°, при этом толщина стенки в торце наконечника составляет 10…14 мм.

4. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что входная часть отверстия для подвода воды в наконечник имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра отверстия для подвода воды на длине 15…30 мм.