Фурма для продувки расплава газовым потоком Советский патент 1984 года по МПК C21C5/48 

О) 00 4 CD

Изобретение относится к металлургии, в частности к дутьевым устройствам, обеспечиваквдим непрерывную и пульсирующую подачу газа, и может быть использовано при переделе чугуна, в частности ниэкомарганцовистых, в кислородных конвертерах и продувке расплава инертным газом как в самом сталеплавильном агрегате, так и при внепечной обработке стали.

Известны ФУРМЫ для акустической продувки металла в кислородном конвертере.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является фурма для. продувки расплава газовым потоком, содержащая головку с соплами и тракты для подачи га и охладителя, образованные концентрично расположенными трубами tl

Однако известная фурма имеет низкую стойкость резонаторов, вызванну эрозионным воздействием капель металла на них и незащищенность резонаторов от налипания металла. Это приводит к снижению эффективности работы фурмы и выходу резонаторов из строя. Кроме того, наиболее эффективное воздействие пульсаций кис лородного дутья на процессы, протекающие в реакционной зоне конвертора, имеет-место при частотах пульсаций 500-800 Гц, т.е. на порядок ниже, чем обеспечивание указанной фурмой. Недостатками также являются трудность получения большой амплитуды колебаний давления газа в предсопловом объеме фурмы- и ограниченная стойкость, вызываемая перегревом подшипников дискового пульсатора и перегревом электродвигателя, что приводит к частым ремонтам фурм

Целью изобретения является повышение стойкости фурмы и .интенсиф ика ция процессов рафинирования стали и шлакообразования по ходу плавки путем пульсирукщей подачи газа и возбуждения акустических колебаний

при его использовании.Поставленная цель достигается тем, что в фурме для продувки рас плава газовым потоком, содержащей головку с соплами и тракты для подачи газа и охладителя, образованные концентрично расположенными трубами , центры выходных сечений сопл расположены на одной окружности o.,j(0,4-0,6)6f по торцу сопловой гочповки, которая удалена на расстояние 8 (4-6)61 6т. среза фурмы, выполненного в виде насадка, состоящего и цилиндрической части диаметром d, длиной Kg-(О,5-1,5)d к коническ асти с углом раскрытия конусноеТТЛ (Ь- 1-14, направленные к срезу фурмы.

Оси сопл проходят под углом IsO, 1-1 о.к оси .

Сопла выполнены в виде сопл Лаваля.

На фиг.1 показана фурма, у которой оси српл Лаваля параллельны продольной оси фурмы, т.е. на фиг. 2 - то же, у которой оси сопл Лаваля пересекаются под углом У 7.

Фурма содерх;йт сопловую головку 1 с соплами 2 Лаваля, связанную с источником сжатогр газа с помощью водоохлаждаемого газового тракта, образованного трубой 3. Труба 3 заключена в концентрично расположенные трубы 4 и 5, которые образуют водоохлаждаемую рубашку. За срезом сопловой головки 1 внутри фурмы установлен насадок б диаметром 6(, цилиндрическая часть которого длной о (0,5-1, 5)( переходит в расширяющуюся коническую 7 с углом (конусностир 1-14°. Оси сопл Лаваля проходят под углом 0,1-10 к .оси фурмы. Выходные срезы сопл Лаваля образуют уступ по торцовой поверхности сопловой головки.

Удаление содловой головки от среза фурмы позволяет защитить сопла и торцовую поверхность головки от налипания металла при случайных выбросах его. Наличие цилиндричесKof-o .участка насадка позволяет стаб лизировать процесс пульсационного. истечения газа при соответствующем давлении дутья. Наличие конической расширяющейся части насадка и сходимость осей сопл Лаваля способствуют интенсификации отрывных течений на срезе насадка фурмы.

Фурма работает следующим образом

Сжатый газ подается по газовому тракту 3 и сверхзвуковые струи истекают из среза сопла Лаваля 2, не взаимодействуя с цилиндрической частью насадка 6. При достижении некоторого значения полного давления газа РО струи газа начинают взаимодействовать со стенками насащка в режиме периодического прилипания и отлипания с частотой 400-600 и со среза фурьал истекает единая пульсирующая струя, изменяющая свои параметры также- с частотой 400-700 Гц. При дальнейшем повышени давления струи газа устойчиво прилипают в стенке цилиндрической части насадка, а ча его конической возникают периодические отрывjiHe течения, вызванные перерасширением струи и проникновением внешнего для фурмы давления в конвертер.

Таким образом, благодаря особенностям взаимодействия сверхзвуковых струй, истекающих в каналы с адиабатическим расширением поперечного сечения - в рассматриваемом случае это насадок фурмы диаметром с - появляется возможность генерации со среза фурмы пульсирующей сверхзвуковой струи с определенной и регули- 5 руемой в зависимости от полного давления дутья частотой.

Испытания моделей фурмы с 4-х и б-тью--сопловой головкой с углом конусности/5 0-20° подтверждаютtO

работоспособность и показывают стабильность генерации пульсирующей подачи газа и возбуждения акустических колебаний, сопровождающих процесс пульсационного исте- 15 чения, в диапазоне варьирования геометрических и режимйэх параметров, к которьм относится число сопл и диаметр критического сечения одioro сопла d pполная длина насадка fn 2Q длина его цилиндрической части (Q , угол конусности расширяющейся части , угол наклона сопл к оси фурыы/jn давления дутья Рр .

Стабильная генерация пульсирую-. 25 щей подачи газа реализуется при изменении угла конусности /3 в диапазоне 1-14. Угол конусности меньше I не позволяет получить устой«ч чивую генерацию колебаний при ряде сочетаний диаметров критического сечения соплаи насадка. При угле конусности больше 14 генерация колебаний также становится неустойчивой.

Уменьшение диаметра окружности, на которой расположены центры выход- 35 ных сечений сопл Лаваля ниже, чем величина 0,4 d , приводит к срыву устойчивого воз уждения колебаний. Аналогичный процесс наблюдается и при увеличении диаметра окружности, 40 на которой расположены центры сопл выше, чем величина 0,6d . Стабильная генерация колебаний реализуется при удалении торца сопловой головки от среза фурмы на расстоянии в ди- 45 апаэоне 4-6 диаметров насадка. Устойчивая генерация колебаний наблюдается в насадках г состоящих из цилиндрической части, имегацей длину 0,5 l,5d и расширяящейся кqничecкoйJQ

части с указаннил углсян конусности.

Кроме того, устойчивая генерация колебаний реализуется в том случае, когда угол у, под которым оси сопл Лаваля пересекают ось фурмы, изменяеася в диапазоне 0,1-10.

Перечисленные диапазоны изменени основных параметров фурмы явЛяются оптимальными и позволяют подбором геометрических параметров получать необходимые частотные характеристики пульсирующей подачи газа.

Использование предлагаемого изобретения обеспечит существенное повышение стойкости фурмы за счет уменьшения налипания металла на боквые поверхности фурмы и торцовую поверхность соплового блока. Увели71ение срока службы фурмы составит 35-50%. Продувка конвертерной ван-ны пульсирукщим потоком кислорода значительно облегчит шлакообразование за счет ускорения процесса ассимиляции извести, что имеет важное значение при переработке в ки-, слородных конвертерах низкомарганцевистых чугунов и углеродистого полупродукта, получаемого пр1и переработке ванадиевого чугуна. За счет этого выход годной стали увеличивается на 0,3-0,7%. Применение пульсирующего дутья с большой глубиной пульсации, обеспечиваемой предлагаемой фурмой, на первой стадии передела ванадиевого чугуна позволяет повысить степень извлечения ванадия- в ванадиевый шлак, за счет снижения остаточного содержания ванадия в металле с 0,033 до 0,020%. Продувка стали пульсирующим потоком инертного газа при внепечной обработке обеспечит при неизменном расходе аргона более развитую поверхность раздела расплав-газ за счет создания пузырьков меньшего размера, что позволит повысить эффективность процессов дегаз.ации стали.

Ожидаемый экономический аффект от внедрения предлагаемого изобретения при конвертерном переделе низкомарганцевистых и ванадиевочугунов составляет около 2,67 млн.руб

.f

7

Фи.1

1. ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА ГАЗОИда ПОТОКОМ, содержащая головку с соплами и тракты для подачи газа и охладителя, образованые концентрично расположенными тру- бами, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости фурмы и интенсификации процессов рафинирования стали и шлакообразования по ходУ плавки путем пульсируквдей подачи газа и возбуждения акустических колебаний при его истечении, центры выходных сечений сопл расположены на одной окруж- ности dy /