Фурма для продувки расплава в конвертере Советский патент 1988 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к черной металлургии, преимущественно к кислородно-конвертерному пр оизводству ста ли..

Целью изобретения является снижение расхода чугуна на плавку за счет поньшения эффективности долсигания окиси углерода.

На фиг а 1 дана фурма; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Фурма состоит из трех концентрич- но расположенных труб.1, образующих тракт 2 подвода кислорода, тракты 3 ; подвода и отвода охлаждающей воды, и головки, которая имеет периферийные сопла Лаваля 4 для подачи кислорода в виде сверхзвуковых струй на продувку и дополнительное центральное сопло 5 для подачи кислорода в виде вихревой струи на дожигание газообразной окиси углерода. Централь но.е сопло 5 состоит из завихрителя 6 с тангенциальными соплами для подвода кислорода (в общем слууае кон- струкция завихрителя может быть иной например может использоваться зави- хритель С направляющими лопатками), переходной цилиндрической части 7 (в общем случае она может отсутстзо- вать) и расширяющейся конической части 8.

Устройство работает следующим образом.

Основной поток 9 кислорода посту- пает к периферийным соплам Лаваля А, ускоряется в них и истекает в. виде сверхзвуковых струй 10 в низко- плотное окружающее пространство конвертера, раскрываясь в нем под углом 10-14°. Эти жесткие дальнобойные струи используются только для рафинирования расплава. При взаимодействии их с расплавом образуется реакционная зона, где интенсивно проте- кают реакции окисления углерода преимущественно до его окиси (СО), которая в струйном режиме барботажа вспльшает в жидкой ванне и вьщеляет- ся из нее преимущественно в подфур- менной зоне. Дополнительный поток 11 кислорода ускоряется в тангенциальных соплах завихрителя 6 и поступает в цилиндрическую 7, а затем в коническую 8 части центрального соп- ла фурмы. Получив достаточно высокий момент количества движения, он в виде спиралеобразного вихря 12 истекает КЗ сопла со свободным осевым выхоцсТм в полость конвертера, раскрываясь в ней под углом, зависящим от угла раскрытия конической части центрального сопла фурмы. При давлении кислорода перед соплами, равном 1-2 МПа, на выходе из сопла 5 зарождается сильно закрученная полая струя в центральной части которой образуется зона 13 отрицательного давления, и по этой причине формируется область 14 обратных течений окиси углерода. В эту , приосевую. область 14 вихревого потока интенсивно засасывается окись углерода и эффективно дожигается во вращающемся спиралеобразном вихре 12. Внещнее поле вихревого потока также обладает по- вьшенной эжекционной способностью, что обуславливает интенсивное перемешивание окислителя с выделяющимся из реакционной зоны конвертерным

газом и его дожигание непосредственно вблизи расплава. Вихревая струя спиралеобразного вихря 12, истекающая из центрального сопла 5, с углом раскрытия конической части |3 . имеет максимально возможную (для определенного соотношения конструктивных размеров фурмы) поверхность мас- сообмена с потоками восходящей окиси углерода, обладая при этом достаточной устойчивостью, что способствует эффективному дожиганию СО отходящих газов кислородом центральной струи.

Дпя определения оптимального угла раскрытия конической части 8 централного сопла 5 фурмы и получения достоверной картины взаимодействия центральной и периферийных струй проводя серию экспериментов с использованием стробоскопа и теневой фотосъемки. Экпериментальные данные вместе с несложными геометрическими построениями (рассматривают треугольник, .одной стороной которого является отрезок, соединяющий центры выходных сечений центра/1ьного и периферийных сопл, а другой стороной - отрезок проекции границы центральной струи от среза сопла до начала интенсивного взаимодействия, с периферийными струями) позволяют получить полуэмпирическую формулу для определения оптимального угла раскрытия конусной части центрального сопла фурмы. Эксперименты проводят на моделях кислородных фурм 350, и 160-тонных конвертеров, вьшол- ненных в масштабах 1:5 и 1:2. В

честве продувочного газа используют компрессорный воздух. Для каждой модели центральное сопло изготавливают разборным с набором конических частей, вьтолненных с различными углами раскрытия от О (цилиндрическое сопло) до 75°.Меняя конические части центральных сопл, добиваются оптимальной (с точки зрения дожигания СО в конвертере) структуры зоны дожигания . Зная конструктивные размеры моделей фурм и найденные экспериментально углы раскрытия центральных сопл, определяют оптимальные коэф- фициенты К,. Как показали результаты проведенных исследований, область оптимальных значений коэффициентов К, лежит в пределах 10-30 диаметров При dc ц происходит уменьшение поверхности взаимодействия СО с окислителем, увеличивается дальнобойность центральной струи. Это приводит к уменьшению эффективности дожигания окиси углерода. При d ц по является опасность эжекции COj из области дожигания в периферийные струи разрушается зона устойчивого дожигания в вихревом потоке, что также резк снижает эффективность дожигания СО.

Применительно к пятисопловой фурме 350-тонного конвертера (расстояние между центрами выходных сечений центрального и периферийных сопл а 119 мм; выходной диаметр перифе- рийных сопл df 60 мм, угол наклона периферийных сопл к вертикальной оси фурмы oi. 18 , угол раскрытия периферийных сопл Лавадя V 12 при условии, что диаметр выходной части центрального сопла фурмы d 60мм) диапазон оптимальных углов раскрытия конической части центрального сопла фурмы составляет ( 28-35 . В головку опытной фурмы устанавливают цент- ральное сопло с углом раскрытия fi 29° .

29

Испытание на 350-тонном конвертер показьшает, что применение опытной фурмы позволяет за счет увеличения степени дожигания окиси углерода в отходящих конвертерных газах снизить долю чугуна в шихте конвертерной плавки и увеличить долю металлического лома. В расчете на I т стали расход чугуйа снижается на 4,8 кг/т, а расход лома увеличивается на 5,3 Кг/т

Влияние величины угла раскрытия центрального сопла и коэффициента структуру зоны дожигания показано в таблице.

Формула изобретения

Фурма для продувки расплава в конвертере, содержащая головку с центральным и периферийными соплами, о т личающаяся тем, что, с целью снижения расхода чугуна на плавку за счет повьппения эффективности дожигания окиси углерода, центральное сопло снабжено завихрителем потока и выполнено с выходной конической частью, угол раскрытия которой составляет

fi 2ot- У + 2 arcs in х

р - 0,5Uc-dc.J (./2),

где ci угол наклона периферийных

сопл к вертиальной оси фурмы, град, - угол раскрытия периферийных

сопл, град,- а - расстояние между центрами

выходных сечений центрального и периферийных сопл, м;

dc,

d - выходные диаметры периферийных и центрального сопл соответственно, Mf К, (10- 30)djm- эмпирический коэффициент, м.

А К,4, калибры цент Структура зоны дожигания

град. рального сопла

Фурма 350 т конвертера (а 119, мм} d 60 мм; d 60 мм; 0 Jf 12°).

45 5,3Наблюдается разрушение зоны

дожигания, эжекция значительной доли центрального потока периферийными струями

40 7, Заметная эжекция газа из зоны

дожигания в периферийные струи

37 8,5Устойчивая зона дожигания с развитой поверхностью массообмена

35 10

30 30

2740Начинается 3aMet4oe снижение

эжектирующей способности центральной струи и поверхности массообмена

25 100Увеличивается дальнобойность

центральной струи.

Фурма 160 т конвертера (а 52 мм,- д.- 35 мм; ас,ц 25 мм; tL J 12)

32 .7Заметная эжекция газа из зоны

дожигания в периферийные струи, неустойчивая зона дожигания

30 8,3 .То же

2810Устойчивая зона дожигания с развитой поверхностью массообмена 25 14,2. То же

24 - 16, 25

21 33Заметное снижение эжектирующей

способности центральной струи и поверхности массообмена

Вода

Кислород

Вода

Изобретение относится к -черной металлургии, преимущественно к кислородно-конвертерному производству стали. Цель изобретения --снижение .расхода чугуна на плавку за счет повьшения эффективности дожигания окиси углерода. Фурма состоит из трех концентрично расположенных труб, образующих тракты подвода кислорода. подвода и отвода охлаждающей воды, и головки, которая имеет периферийные сопла Лаваля для подачи кислорода в виде сверхзвуковых струй на продувку для рафинирования расплава и дополнительное центральное сопло для подачи кислорода в виде вихревой струи на дожигание окиси углерода. Центральное сопло снабжено завихри- телем потока и имеет выходную коническую часть, угол раскрытия которой определен из выражения Л 2ы. - У + + 2arcsin a-0,5(dj; +d(..u,}/К ( xcos( fti - /2)1 где oi - угол наклона периферийных сопл к вертикальной оси фурмы, град; - угол раскрьЬия пери- g ферийных сопл, град; а - расстояние между центрами выходных сечений центрального и периферийных сопл, м; dg - выходные диаметры центрального и периферийных сопл, м; К (Ю- 30) е.ц эмпирический коэффициент, м. Использование изобретения позволяет в расчете на 1 т стали снизить расход чугуна на 4,8 кг, а расход лома увеличить на 5,3 кг. 2 ип., 1 табл. СО

Фиг.1

Фиг.1