Фурма для нагрева шихты и продувки металла Советский патент 1984 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для нагрева шихты газокислородным факелом и продувки сталеплавильной ванны кислородом.

Для интенсификации процесса выплавки металла в конверторах и других сталеплавильных агрегатах и увеличения расхода лома в шихте необходимость нагревать твердую мёталлозавалку непосредственно в рабочем пространстве (перед заливкой чугуна).

Известна многрсопловая охлажда;ема фурма, содержащая концентрично распо-15 ложенные трубы, образующие тракты подвода.и отвода охладителя, газоподводящий тракт, многосопловую головку и распределитель охладителя. Распределитель имеет центральное от верстие, соединяющее между собой тракты для подвода и отвода охладителя, и один ряд вырезов под газовы .сопла ij . Однако головки этой фурмы состоя из многих деталей и сложны в изгото лении. Фурмы имеют только один газо вый тракт и не могут применяться в качестве горелок, имеющих отдельные коаксиальные каналы для топлива и окислителя. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является фурма для нагрева шихты и продувки металла, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи топлива, кислорода, подвода и отвода воды и головку с двумя рядами сопл воды 2 , Однако в известной топливно-кислородной фурме каждое из топливных |сопл находится в одной вертикальной |плоскости с кислородным и несколько вьше его, поэтому киcлopoдньte струи кинематическая энергия которых в 45 раз больше газовых, направленные под углом 20-56 к вертикальной оси фурмы, не смешиваются с газовыми, а только частично эжектируют их. Кислоррдчые струи, направленные под углами 5-10 к газовым, не прижимают их к центру, а наоборот, отбивают их от поверхности расплава, образуя клубящийся факел. В связи с этим, эффективность нагрева и продувки металла низкая. Существенным недостатком из естных фурм является так же их низкая стойкость. Участки головки между.газовыми и кислородными соплами охлаждаются слабо и поэтому при работе в расплаве тело головки между соплами выплавляется, нарушается газодинамика струй и фурма прогорает.

Цельюизобретения является повьщение стойкости фурмы, интенсификация сжигания топлива и нагрев шихты, улучшение охлаждения торца головки.

Поставленная цель достигается тем, что в фурме для нагрева шихты и продувки металла, содержащей конЦентрично расположенные трубы. образующие тракты для подачи топлиг ва, кислорода, подвода и отвода воды, головку с двумя рядами сопл, сопла внешнего и внутреннего рядов расположены в головке равноудаленно от двух близлежащих сопл другого ряда, при этом расстояние между соседними соплами в рядах равно 2,54,0 калибра сопла соответствующего ряда, а расстояние между близлежалщми соплами разных рядов равно 3,0-4,5 калибра сопла внутреннего .ряда, при этом кольцевой тракт для отвода воды снабжен сухарями, расположенными в его нижней части. Причем, фурма снабжена распределителем воды, установленным на наружных поверхностях внутреннего ряда сопл и выполненным в виде кольцевой шайбы с боковыми параболическими по- . верхностями и торцовой поверхностью, выполненной в Ьиде усеченного конуса, при этом распределитель имеет с внутренней стороны вырезы под conrta внутреннего ряда. На фиг. 1 изображена фурма, разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (расположение сопл на выходе из торца головки); на фиг. 3 - распределитель воды; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - расположение и крепление сухаря к стенкам для отвода охлаждающей воды; на фиг. 6 разрез Б-Б на фиг., 5. Фурма содержит центральную трубу 1 для подачи топлива и коаксиальные трубы 2 - 4. Кольцевые тракты между трубами 1 ио2, 2 и 3, 3 и 4 предназначены соответственно для подвода охлаждающей воды, подачи кислорода и отвода водьь К нижним концам коаксиальных труб 1 - 4 по окружностям жестко прикреплена головка 5 с двумя рядами сопл. Ряд сопл,, .распо3 . ложенных ближе к центру, служит для подачи топлива, дальше от центра кислорода. Внутри головки 5 на наружных поверхностях внутреннего ряда сопл расположен фигурный -распределитель 6, выполненный в виде кольцевой шайбы с боковыми, параболическими поверхностями и торцовой в виде усеченного конуса и имеющий с внутренней стороны вырезы под сопла внутреннего ряда. Распределитель 6 жестко соединен с топливными соплами. При использовании лцтой головки фурмы он может. отливаЦься вместе с го- а овкой. Между коаксиальными труба-; ми 3 и 4 в нижней их части жестко установлены сухари 7, расположенные равномерно по периметру кольцевого тракта для отвода воды в нижней части кольцевого тракта, В головке фурмы сопла внешнего расположены равноудаленно от двух близлежапщх сопл внутреннего ряда и наоборот, расстояния между соседними соплами в рядах равно 2,5-4,О калибра сопла соответствующеГ;О ряда, а близлежащими соплами разных рядов - 3,0-4,5 калибра сопла внутреннего ряда.

Фурма раб Отает следующим образом, В конвертор подают все необходимое количество твердой металлозавалкй. Допускается завалка части металлошихты с последующей подвалкой по ходу нагрева. Затем через горловину конвертора вертикально вниз вводят фурму, не достигая поверхности металлошихты на О,5-1 м. После этого по центральной трубе 1 подают небольшое количество топлива С не более 15% от максимального расхода), которое, проходя по центральным соплам головки 5, на выходе загорается от раскаленной кладки конвертора. Затем для сжигания топлива подают необходимое количество кислорода, который вводят по кольцевому тракту между трубами 2 и 3 и далее через кислородные сопла на выход из фурмы. В дальнейшем расходы топлива и кислорода могут повьшгаться, поддер живая 0(), 1,1-1,2, где «if - коэффициент расхода кислорода. После нагрева металлошихты до заданной температуры отключают подачу топлива и кислорода и вьтодят фурму из конвертора. После заливки жидкого чугуна в конвертор вводят фурму, продувают топливный тракт инертным газом

./

27908.4. /

подают по обоим трактам кислород и ; продувают жидкий металл. После окон- ; чания плавки фурму выводят из конвертора в верхнее положение. 5 Охлаждение фурмы осуществляется следующим образом. Воду для охлаждения фурмы подают по кольцевому тракту, образованному наружной стенкой центральной трубы 1 и внутрен10 |«ей трубы 2, в головку 5. Встречая на своем пути фигурный распределитель 6, вода разделяется на два потока - центральный и периферийный. Центральный поток воды омывает

15 топливные сопла и центральный участок торца головки 5, а затем, проходя по кольцевому зазору между распределителем и торцом головки, смепивается с периферийным потоком

20 воды. Эта смесь, охлаждая кислородные сопла и периферийные части головки, поступает в тракт для отвода воды, поднимается по нему вверх, одновременно охлаждая кожух, и ухо25 дит из фурмы.

Расположение сопл в головке фурмы с предлагаемыми расстояниями между соседними соплами в рядах и между близлеж ащими соплами разных рядов

30 позволяет улучшить как охлаждение . головки, так и условия смещения газа и кислорода на выходе из нее. Расположение топливных сопл между и под кислородными создает условия для

5 полного сжигания топлива с кислородом и тем самым интенсифицирует нагрев металлошихты, а при продувке улучшает перемешивание ванны, выгорание углерода и вносит дополнительное ко0. личество feruia за счет частичного дожигания технологической окиси углерода до COj.

В тракте для отвода воды у голов5 ки фурмы равномерно установлены

сухарные соединения. Сухарь 7 в горизонтальном сечении представляет собой пластину Г-образной формы. Боковая прямоугольная поверхность одной 50 (большей) полки сухаря прилегает

к плоскости, выполненной на наружной поверхности трубы кислородного тракта, а другая (меньшая полка) расположена радиальнр и доходит до внутрен55 ней поверхности кожуха фурмы. Торцы обеих полок жестко закреплены по всей высоте сухаря с прилегакицими к ним трубами.

При продувке неталла головка и наружный кожух фурьад подвержены j температурному воздействию, нто вызывает их объемное расширение. Конструкция предлагаемого соединения 5 позволяет свободно расширяться внешней трубе в радиальном направлении и предохраняет фурму от возникновения трещин, перекосов и деформаций.

За счет сухарного соединения кожу-Ю ха с внутренними частями образуется полужесткая конструкция фурмы. При осевом линейном расширении кожуха она работает на растяжение как единое целое. При радиальном расширении 15 кожуха сухари, изгибаясь, равномерно воспринимают нагрузку на себя.

Распределитель предлагаемой конструкции делит охлаяздающую воду на два потока, расход которых пропорцио-20 нален поверхностям центрального и периферийного участков торца головки, и направляет эти потоки - меньший на охлаждение топливных сопл и центральной внутренней поверхности, боль-25 ший на охлаждение кислородных сопл и периферийную внутреннюю поверхность головки фурмы.

Поток воды, направляемый на периферию, обладает большей скоростью ЗО и эжектирует niDTOK воды, который после омывания топливных сопл и центрального участка торца головки, проходит через прерываемый соплами кольцевой зазор между основанием распределителя .и внутренней поверхностью торца головки,, затем вся вода охлаждает кислородные сопла и периферийный участокголовки.и по кольцевому тракту покида.ет .фурму. Все это позволяет значительно улучшить.условия охлаждения всей г,оловки фурмы. Распределитель жестко соединен с топливнь1ми соплами.Указанные признаки позволяют повысить стойкость фурмы.

Таким образом, предлагаемая фурма для нагрева шихты и продувки металла позволяет по сравнению с известлой (см. таблицу) интенсифицировать сжигание топлива, зффек.тивнее подогревать металлошихту в агрегате, тем самым увеличивая долю твердой завалки, а во время продувки кислородом обеспечивает вьщеление дополнительного количества тепла за счет лучшег дожигания техйологической окиси углерода, улучшает перенешивание ванны и .выгорание углерода, снижает угар железа. Фурма предлагаемой конструкции имеет также лучшую стойкость за счет улзп1шения охлаждения головки и компенсации внутренних напряжений.

Ожидаемый экономический эффект при максимальном объеме использования изобретения составит 122,73 млн. руб. в год. . -

cputZ

1. ФУРМА ДЛЯ НАГРЕВА ШИХТЫ И ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА, содержащая концентричио.расположенные трубы, образуюрцйе тракты для подачи топлива, кислорода, подвода и отвода воды, головку с Д9УМЯ рядами сопел, отличаю щ а я .с. я тем,, что, с целы повышения стойкости фурмы, интенсификации сжигания топлива и нагрева шихты, сопяа внешнего и внутреннего рядов расположены в головке равноудаленно от .двух близлежащих сопел другого ряда, при этом расстояние между соседними соплами в рядах равно 2,5-4,0 калибра сопла соответствукяцего ряда, а расстояние между близлежащими, соплами разных рядов равно 3,0-4,5 калибра сопла внутреннего ряда, при Э.ТОМ кольцевой тракт для отвода воды снабжен сухарями, расположенными в его нижней части. 2. Фурма ПОП.1, о тл и ч ающ а я с я тем, что, с целью улучшения охлаждения торца.головки, она . снабжена распределителем воды, установленным на наружных поверхностях (Л внутреннего ряда сопел и выполненным в виде кольцевой шайбы с боковыми параболическими поверхностями и торцовой поверхностью, выполненной в виде усеченного конуса, при этом распределитель имеет с внутренней стороны вырезы под сопла внутреннего ряда. QO х

Фиг. 5

Фиг.6