Фурма для донной продувки металла Советский патент 1984 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструк ции фурм для донной продувки металла в конвертерах, и может быть использовано при выплавке стали в агрегатах, работающих с продувкой металлической ванны под ее уровень. Известна фурма для донной продув ки металла, состоящая из двух коаксиальных труб, встроенных в огнеупо ный пористый блок, снабженная патрубками независимого подвода кислорода к центральной трубе защитной среды в кольцевой зазор между труба ми и к пористому блоку Cll. Недостатком данной фурмы является то, что она не обеспечивает рассредоточенный подвод кислорода в об ем металлической ванны. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является фурма для донной продувки металла, включающая центральную кислородподводящую трубу с несколькш/ш соплами в ее выходной части, расположенными по осе симметричной окружности под углом к вертикальной оси фурмы и встроенными в пористый огнупорный блок, герметично заключенный в коаксиальную промежуточную трубу подвода защитной среды, установленную с кольцевы зазором в наружную трубу подвода за идатной среды. Конструкция фурмы обеспечивает вдувание кислорода в темаллическую ванну ,рассредоточенными струями, что способствует организации мягкой продувки при большом расходе кислорода CZ. Недостатком известной фурмы явля ется пониженная ее стойкость из-за слабой защиты межсопельного простра ства рабочей поверхности пористого огнеупорного блока от агрессивного воздействия высоких температур, развивающихся 1;три взаимодействии кислородных струй с металлом. Это объясняется невозможностью обеспечения подачи надлежащего, количества защитной среды через поры огнеупорного блока и отсутствием более эффективного с точки зрения стойкос фурмы потока защитной среды вокруг каждой кислородной струи. Ограниче ние в расходе защитной среды (напри мер, природного газа) снижает также эффективность использования фурмы как горелки для предварительного по догрева скрапа в конвертере перед плавкой. Кроме того, в процессе износа данной фурмы по мере разрушеНИ9 днища конвертера расстояние меж ду соплами на поверхности блока все время уменьшается, что сопровождает ся ухудшением условий защиты межсопельного пространства, объединением кислородных струй вблизи торца блока, а следовательно, снижением стойкости фурмь: и эффективности продувки. Известная конструкция фурмы не обеспечивает подвод и создание кольцевого потока защитной среды вокруг каждого кислородного сопла, размещенного в огнеупорном блоке. Блок с соплами представляет неразъемную конструкцию с кислородподводящей и промежуточной трубами фурмы, а поэтому побывавшая в эксплуатации фурма не подлежит ремонту путем замены изношенного блока с соплами на новый. Это ведет к повышенным непроизводительным затратам времени и материалов при изготовлении фурм. Кроме этого, указанная конструкция фурмы не позволяет повысить эффективность перемешивания ванны и выхода жидкой стали, а также способствует снижению стойкости футеровки стен конвертера, что связано с расположением сопел в огнеупорном блоке только по окружности относительно одного центрального сопла под углом к вертикальной оси фурмы. При таком варианте р азмещения сопел в блоке не реализуется вращательное движение потоков металла и шлака в горизонтальной плоскости конвертерной ванны, способствующее интенсификации тепло- и массообменных процессов между шлаковой и металлической фазами и, как результат, снижению Содержания окислов .железа в шлаке и увеличению выхода жидкой стали. Цель изобретения - повышение стойкости , технологичности изготовления и ремонта фурмы, а также повышение эффективности перемешивания ванны и выхода жидкой стали. Поставленная цель достигается тем, что в. фурме для донной продувки металла, включающей центральную кислородподводящую трубу с несколькими соплами в ее выходной части, расположенными по осесимметричной окружности под углом к вертикальной оси фурмы и встроенными в пористый огнеупорный блок, герметично заключенный в коаксиальную промежуточ- ную трубу подвода защитной среды, установленную с кольцевым зазором в наружную трубу подвода защитной среды, кислородподводящая и промежуточные трубы.в выходной части снабжены съемным распределительным коллектором, выполненным в виде двух герметично соединенных нижней и верхней металлических чаш, образующих между собой полость, сообщающуюся через расположенные в нижней чаше каналы с трактом подвода защитной среды по промежуточной трубе, причем в верхней и нижней чашах коллектора соосно размещены отверстия, в которых закреплены с помоьчью разъемных герметичных соеди 1зений сопла, выполненные из двух концентрично установленных с зазором труб, при этом наружные трубы с пел , встроенные в пористый огнеупор ный блок, закреплены в отверстиях верхней чаши с выходом нижних торцов в полость коллектора, пористый огнеупорный блок заключен в съемную металлическую обечайку, установленную на верхней чаше с кольцевым заз ром по отношению к наружной трубе подвода защитной среды, а внутренние трубы сопел.закреплены в отверстиях нижний чаши с выходом нижних торцов в ки слородподв.одящую трубу. в верхней чаше выполнены каналы подвода защитной среды из полости коллектора в пористый огнеу.порчый блок. Сопла размещены в чашах коллектора и в пористом.огнеупорном блоке тангенциально относительно вертикал ной оси фурмы. Кроме того, сопла выполнены с из гибом по длине по полувитковой цили дрической винтовой линии и размещены в чашах коллектора и в пористом огнеупорном блоке по концентрически окружностям относительно вертикальной оси при чередующемся направлении изгиба сопел через каждый ряд п правой и левой резьбе. На фиг. 1 изображена фурма, вертикальный разрез; на фиг. 2 - сечение А-Л на фиг. 1; на фиг. 3,- сечение Б-Б на фиг. 4, распределитель ный коллектор с пористым огнеупорным -блоком при размещении в них прямолинейных сопел с двумя углами наклона к вертикальной и горизонтал ной плоскостям фурмы (тангенциально относительно вертикальной оси фурмы) ; на фиг. 4 - вид В на фиг. 3; на фиг. 5 -.распределительный колле тор с пористым огнеупорным блоком при размещении в. них сопел, выполненных с изгибом по длине по полувитковой цилиндрической винтовой линии, вертикальный разрез; на фиг. 6 - вид Г на фиг. 5. Фурма состоит из трех коаксиаль ных труб 1-3 с патрубками 4, обраЗУЮ1Т1ИМИ тракты для подвода кислоро да и защитной среды. Трубы 1-3 в нижней части снабжены фланцами 5 и герметично закрепляются между собо с помощью фланца 5 и шпилек б. Внутренняя кислородподводящая труб 1 и промежуточная труба 2 подвода защитной среды в выходной части 7 снабжены съемным распределительным коллектором выполненным в виде дв герметично соединенных нижней 8 и верхней 9 металлических чаш, образ их между собой полость 10, сообщаюуюся через расположенные в нижней аше по кругу цилиндрические каналы 11 с трактом 12 подвода защитной среды-по промежуточной трубе 2. Чаши 8 и 9 коллектора соединяются между собой шпильками 13. В верхней 9 и нижней 8 чаишх коллектора соосно размещены отверстия 14, в которых закреплены с помощью сальниковых уплотнений 15 сопла из двух концентрично установленных с зазором труб. Наружные трубы 16 сопел, встроенные в пористый огнеупорный блок 17, закреплены в отверстиях верхней чаши 9 с выходом нижних торцов 18 в полость 10 коллектора. Блок 17 заключен в съемную металлическую обечайку 19, установленную на верхней чаше 9 на резьбовом соединении 20 с кольцевым зазором к наружной трубе 3 подвода защитной среды. Внутренние трубы 21 сопел закреплены в отверстиях 14 нижней ча1чи 8 с выходом нижних торцов 22 в кислородподводящую трубу 1. В собранном виде распределительный коллектор с пористым огнеупорным блоком и соплами герметично крепится через патрубок 23 нижней 8 ча1чи на резьбовом соединении с уплотнительной прокладкой 24 к кислородподводящей трубе 1.При этом нижняя чаша 8 .коллектора по периферии своей проточкой 25 плотно стыкуется с выходной частью промежуточной трубы 2. Верхняя чаша 9 коллектора снабжается каналами 2G для подвода защитной среды из полости 10 коллектора в пористый огнеупорный блок 17. Четыре прямолинейных сопла из концентрично установленных с зазором труб 16 и 21 размещены в чашах коллектора и в блоке 17 по окружности относи-тельно вертикальной оси фурмы Под углом 45- к ней (фиг. 1 и 2). Для повышения эффективности перемешивания ванны четыре прямолинейных сопла из труб 16 и 21 могут быть размещены в чашах коллектора и в блоке 17 с двумя углами наклона к вертикальной и горизонтальной плоскостям фурмы (фиг. 3 и 4). При этом углы наклона и разворота сопел равны между собой и составляют 45°. Повышение эффективности перемешивания ванны при одновременном сохранении межсопельного расстояния на поверхности пористого огнеупорного блока фурмы по мере ее износа достигается выполнением сопел с изгибом по длине по полувитковой цилиндрической винтовой линии концентрично установленных с зазором труб 16 и 21 (фиг. 5 и 6). При этом три сопла, установленных по внутренней концентрической окружности 27, имеют изгиб по правой резьбе, а три сопла. размещенные по наружной окружности 28, изогнуты по левой резьбе. При тангенциальном размещении с пел в чашах коллектора и в блоке (с двумя углами наклона к вертикал ной и горизонтальной плоскостям) угол наклона сопел к вертикальной плоскости фурмы в во является вер ним пределом и не может быть больш этой величины, так как в этом случае происходит интенсивное разруше ние дни1ца конвертера , из-за слишком близкого расположения к последнему высокотемпературных реакционных зо возникающих в местах взаимодействи кислородных струй с металлом. По этим же причинам у гол наклона р ворота сопел к горизонтальной плоско ти фурмы в 10 является нижним предел и неможёт быть меньше этой величины расположения сопел в 10 к вертикальной плоскости фурмы являе ся нижним пределом на том основании что дальнейшее уменьшение этой вел чины ведет к слиянию кислородных струй в общий поток и чрезмерно бур ному ходупродувки с образованием зна.4 и тельных выбросов металла и шла ка из агрегата. Последнее способствует снижению выхода жидкой стали. На этом же основании угол накло (разворота) сопел к горизонтальной плоскости фурмы в 80 является верх ним пределом и не может быть больше этой величины. Фурма работает следующим образом По внутренней трубе 1 кислород под давлением поступает к выходной части 7 кислородной трубы 1 и герметично соединенному с ней патрубку 23 нижней чаши 8 коллектора и через внутренние трубы 21 сопел рассредо точенными струями вдувается в метал лическую ванну, что способствует организации мягкой продувки при .большом расходе кислорода. При этом в случае размещения сопел в чашах коллектора и в блоке танген циально относительно вертикальной оси фурмы одновременно достигается улучшение перемешивания ванны за счет организации дополнительного . вращения металла относительно оси каждой фурмы. Если выполнение с .изгибом по длине по полувитковой цилиндрической винтовой линии сопла размещены в чашах коллектора и в блоке по двум концентрическим окружностям относительно вертикальной оси фурмы при направлении изгиба сопел в одном ряду по правой резьбе, а в другом по левой, то обеспечивается дополнительное вращательное движение металла в пределах реакционной зонь в противоположных направлениях, что позволяет интен.сифицировать массо- и теплообменные процессы в ней. Кроме того, использование сопел с изгибом по длине по полувитковой спирали не сопро-г воадается Уменьшением расстояния между соплами по мере износа фурмы, что повышает стойкость фурмы и эффек-, тивность продувки за счет лучших условий защиты межсопельного пространства и предотвращения слияния кислородных струй в общий поток. Один поток защитной среды, например природного газа, от патрубка подается между трубами 1 и 2 и через каналы 11 нижней чаши 8 в полость 10 коллектора, а затем поступает по кольцевой щели между внутренней 21 и наружной 16 труба ли сопел на рабочую поверхность пористого огнеупорного блока 17, обеспечивая индивидуальную кольцевуюоболочку защитной среды вокруг каждой кислородной струи и,.тем самым, надежную защиту рабочей поверхности огнеупорного блока от высокотемпературного физического и химического воздействия газовой, металлической и шлаковой фаз реакционной зоны.. Природный газ из полости 10 коллектора поступае.т также по каналам 26 верхней чакш 9 в пористый огнеупорный блок, проходит через поры на его рабочую поверхность, дополнительно защищая межсопловое пространство поверхности блока. Второй поток защитной среды от патрубка подается в зазор между наружной 3 и промежуточной 2 Трубами и выходит в металл в виде кольцевой струи, надежно защищая весь торец фурмы от разрушения. Помимо увеличения стойкости фурмы, создание индивидуальной кольцевой оболочки защитной среды вокруг каждой кислородной струи способствует повышению эффективности использования предлагаемой конструкции фурмы в роли горелки для предварительного подогрева скрапа в конвертере. Это обеспечивается в результате большего расхода защитной среды и лучшей организации перемешивания топлива с кислородом. Данная конструкция обеспечивает быструю ее замену в днище конвертера в ходе компании без смены самого днища. При этом из наружной трубы 3 фурглы, закрепленной в днище конвертера, после разъединения фланцевых соединений вынимается как единое целое кислородподводящая 1 и промежуточная 2 трубы и соединенные с ними коллектор и пористый огнеупорный блок с соплами. Коллектор и огнеупорный блок с соплами отделяются от кислородподводящей 1.и Промежуточной 2 труб и заменяются новыми, заранее подготовленныг/ш, а фурма собирается в обратной последовательноети.С целью сокращения времени на замену фурмы и повышения производительности агрегата целесообразно сразу осуществлять замену сборного узла состоящего из кислородподводящей, промежуточной труб и соединенных с ними коллектора и огнеупорного блока с соплами, на новый, заранее подготовленный. .I

Преимущество предлагаемой конструкции фурмы заключается также в том, что изнашиваемыми до определенной степени в процессе эксплуатации узлами являются только внутренняя 21 .и наружная 16 трубы сопел, пористый огнеупорный.блок 17 с металлической обечайкой 19, что позволяет осуществлять их Зс1мену н.а участке подготовки фурм в цехе при монтаже узла фурмы, состоящего из верхней чаши коллектора 9 и крепящихся к ней наружных труб, 16 сопел, встроенных в пористый огнеупорныйблок 17, заключенный в металлическую обечайку 19, а также при соединении этого узла с нижней чашей 8 коллектора.

Это повышает технологичность изготовления и ремонта фурмы по сравнению с известными образцами.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция фурмы позволяет

повысить ее стойкость, производить быструю замену износившихся фурм в |днище конвертера по ходу кампании без смены самого днища и тем car/jnM ликвидировать простой конвертера и повысить производительность агрегата, повысить эффективность использования фурмы как горелки для предвр ительного подогрева скрапа в конветере, за счет этого увеличить долю скрапа в металлошихте и производительность процесса,увеличить эффективность перемешивания ванны и выхо жидкой стали, повысить технологичность изготовления- и ремонтоспособность фурмы. Кроме того, по сравнению с прототипом предлагаемая фурма надежнее в эксплуатации, ее стойкость должна быть минимум на 30% выше. В результате ликвидации простоев конвертера по замене днища в ходе кампании, доведения стойкости Днища до стойкости футеровки конвертера прчизводительность конвертеров возрастает минимум на 2%. 1

Ориен ировочный экономический эффект от внедрения составляет 112 тыс. руб. в год за счет повыигенйя стойкости фурм.

26

26

26

1. ФУРМА ДЛЯ ДОННОЙ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА, включающая центральную, кислородподводящую трубу с несколькими соплами в ее выходной части, расположенньоми по осесимметричной окружности под углом к вертикальной оси фурмы и встроенньили в пористый огнеупорный блок, герметично заключенный в коаксиальную промежуточную трубу подвода защитной среды, установленную с кольцевым зазором в наружную трубу подвода защитной среды, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости, технологичности изготовления и ремонта фурмы, кислородподводящая и промежуточная трубы в выходной части снабжены съемньтм распределительным коллектором, выполненным в виде двух герметично соединенных нижней и верхней металлических чаш, образующих между собой полость, сообщающуюся через расположенные в нижней чаше каналы с трактом подвода защитной среды по промежуточной трубе, причь М в верхней и нижней чашах коллектора соосно размещены отверстия, в которых закреплены с помощью разъемных герметичных соединений сопла, выполненные из двух концентрично установленных с зазором труб, при этом наружные трубы сопел, встроенные в пористый огнеупорный блок, закреплены в отверстиях верхней чаши с выходом нижних торцов в прлость коллектора, пористый огнеупорный блок заключен в съемную металлическую обечайку ,установленнну 1о на верхней чаше с кольцевым зазором по отношению к наружной трубе подвода защитной среды, а внутренние трубы сопел закреплены в отверстиях нижней чаши с выходом нижних торцов (Л в кислородподводящую трубу. 2.фурма по П.1, отлич аюс щ а я с я тем, что в.верхней чаше выполнены каналы подвода защитной среды из полости коллектора в пористый . огнеупорный блок. 3.Фурма по ПП.1 и 2, о т л и чающаяся тем, что, с целью повьлиения эффективности перемеши05 вания ванны и выхода жидкой стали, сопла размещены в чашах коллектора VI и в пористом огнеупорном блоке тано генциально относительно вертикальной оси . СП 4.Фурма по пп.1-3, отлича4 ющаяся тем, что сопла выполнены с изгибом по длине по полувит.ковой цилиндрической винтовой линии и размещены в чашах коллектора и в пористом огнеупорном блоке по конпентрическим окружностям относительно вертикальной оси при чередующемся направлении изгиба сопел через каждый ряд по правой и левой резьбе.

б-Б

Фиг. 5

21

16