Фурменный блок для донной продувки Советский патент 1992 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к области чер-- ной металлургии,.в частности к конструкци-, ям донных фурм, применяемых в% конвертерах с комбинированной продувкой металла.

. Целью изобретения является повыше- ние стойкости фурменного блока для донг ной продувки за счет периодического формирования сверхзвуковых струй технологических газов.

Сущность изобретения заключается в том, что размещенные с определенным шагом на поверхности фурменной трубы втул- . ки из экзотермического материала позволяют в процессе эксплуатации фурменного блока, например в днище конвертера, периодически, по мере торцового прогрева блока, сгорания ближайшей к го рячему торцу блока втулки, локального прогрева фурменной трубы и оплавления

внутреннего покрытия в месте расположения этой втулки формировать внутри фурменной трубы профиль сопла Лаваля, Подаваемый по цилиндрическим трубам газ при перепаде давлений .на входе и выходе 0,5-1,5 МПа имеет низкую температуру. Температура фурменной трубы с внутренним покрытием также мала, поскольку поступающего из футеровки днища конвертера тепла недостаточно для ее прогрева более 200°С, и только горячий торец фурменного блока, непосредственно контактирующий при эксплуатации конвертера с жидким металлом, прогревается до высокой температуры. При торцовом нагреве блока до 1200°С воспламеняется и сгорает ближайшая к горячему торцу блока втулка из экзотермического материала, расположенная снаружи фурменной трубы. Расположенный между первой и второй втулками огнеупор

сл со

о

го

Ј

не позволяет выделившемуся теплу достичь и воспламенить вторую втулку, все выделившееся при экзотермической реакции сгорания первой втулки тепло расходуется на нагрев окружающего ее огнеупора и локальный нагрев участка фурменной трубы, на котором она расположена. Состав и количество экзотермического материала, из которого изготовлена втулка, подбирается таким образом, чтобы выделившегося тепла при ее сгорании хватило для нагрева участка трубы под ней до температуры, при которой происходит локальный нагрев и оплавление внутреннего покрытия фурменной трубы. Образующийся на внутренней поверхности фурменной трубы пояс из силикатного (в зависимости от химсостава внутреннего покрытия) расплава под действием движущегося по фурме газа натекает и охлаждается на более холодном участке внутреннего покрытия. Образующийся натек из расплавленного материала внутреннего покрытия фурменной трубы придает внутренней поверхности фурменной трубы в месте расположения первой (сгоревшей) втулки профиль сопла Лаваля. Это, в свою очередь, при неизменных давлениях в подводящих трубопроводах и расходе газа позволяет ускорить подаваемый газ до сверхзвуковой скорости на выходе из фурмы. Сверхзвуковая скорость газа позволяет переместить зону взаимодействия струи и металла вглубь ванны и ликвидировать вихревую турбуленцию металла на поверхности донного фурменного блока, что значительно увеличивает его стойкость. По мере поплавочной эрозии днища конвертера вместе с фурменными блоками спрофилированное на внутренней поверхности фурмы сопло Лаваля также укорачивается, характер истечения газовой струи изменяется, скорость газа уменьшается, но по мере прогрева торца блока срабатывает следующая втулка из экзотермического материала и на внутренней поверхности фурмы вновь профилируется сопло Лаваля и т.д., вплоть до полного износа фурменного блока.

Применяемые донные фурмы снабжены трубами с наружным диаметром 8-40 мм и толщиной внутреннего износостойкого покрытия 0,5-2 мм. Параметры, характеризующие длину втулок из экзотермического материала и шаг их расположения на наружной поверхности трубы, отрабатывались экспериментально и представлены в таблице сравнительных испытаний известного и предложенного фурменных блоков. С этой целью в футеровке днища индукционной печи стационарно устанавливают от 2 до 4

направляющих стальных труб и прикрепляют их к корпусу печи фланцами. На фурмен- ных трубах различного диаметра с внутренним покрытием укрепляют втулки 5 одинаковой длины с различным шагом или изменяют длину втулок при постоянном шаге. Первую втулку всегда укрепляют на горячем торце трубы. Пространство между втулками заполняют периклазовым порош0 ком на растворе сернокислого магния. В собранном виде фурменные трубы плотно устанавливают в направляющих в футеровке печи, подключают газопроводы с индиви- дуальным регулированием расхода,

5 включают подачу азота и заливают расплавленный во второй печи металл. Температуру металла поддерживают на уровне 1550- 1600°С. После 10-минутной выдержки металла в печи с продувкой газом по донным

0 фурмам расплав сливают и извлекают фурменные трубы из направляющих. Наружным осмотром убеждаются в целости втулок или их сгорании, наличии прогаров на фурменных трубах. После распиловки труб по

5 образующей определяют эффект формирования внутреннего профиля Лаваля и зависимость его от шага нанесения и длины наружныхг втулок.

В результате проведенных испытаний

0 установлено, что дл$} профилирования сопел Лаваля из материала внутреннего покрытия фурменных труб целесообразно применять втулки длиной именно 0,4-6,0 калибров фурменных труб, так как при мень5 ших длинах в образующемся внутри трубы профиле сопла конфузорная часть короткая, угол раскрытия диффузора мал, а критический диаметр незначительно отличается от начального значения. При большей длине

0 втулки на внутренней поверхности трубы образуются чешуйчатые натеки, не воспроизводящие профиль сопла Лаваля.

Указанные значения щага, с которым размещаются на наружной поверхности

5 фурменной трубы втулки из экзотермического материала 1,4-10,0 калибров, обеспечивают, во-первых, сохранность ниже лежащей на трубке втулки за счет размещенного между ними огнеупорного матери0 ала, из которого формуется блок, а во-вторых, максимальную продолжительность сверхзвукового истечения газа по фурменной трубе со спрофилированным внутри соплом Лаваля. При шаге менее 1,4

5 калибра возможно воспламенение двух соседних втулок снаружи трубы; более 10 калибров - после разрушения сопла Лаваля в блоке вследствие его по плавочной Эрозии увеличивается промежуток времени до сгорания следующей втулки и формирования

очередного сопла и, соответственно, дозвукового истечения газа из фурменного блока, ускоряющего износа блока (относительно износа при сверхзвуковом истечении).

Толщина втулок из экзотермического материала не оговаривается, поскольку она зависит от конкретных условий изготовлег ния фурменного блока - толщин стенки металлической трубы из нержавеющей или обычной стали и внутреннего покрытия на ней, состава экзотермического материала втулок, и, соответственно, количества выделяемого при их сгорании тепла. Важно лишь, чтобы экзотермический материал сгорал максимально быстро и развиваемая температура не превышала температуру плавления материала трубки, но была достаточной для расплавления на локальном участке внутреннего покрытия на фурменной трубе. ,

Нафиг.1 изображена запрессованная в огнеупорный материал 1 металлическая труба 2 с внутренним Покрытием 3 и размещенными с определенным шагом втулками из экзотермического материала 4; на фиг.2 - этот жечблок после размывания его части в процессе эксплуатации в днище конверте- ра. Ближайшая к горячему торцу блока втулка 5 после сгорания сформировала на внутренней поверхности фурменной трубы сопло Лаваля со свойственными ему параметрами - критическим диаметром dKp и углом раскрытия диффузора а.

Пример изготовления и сравнительного испытания (см. таблицу), фурменных бло- ков.

На внутреннюю поверхность двух труб длиной 500 мм с наружным диаметром 10,2 мм и толщиной стенки 2 мм наносят эмалевое покрытие толщиной 1 мм. Состав эмали, мас.%: Si02 51; ВаОз 27, СаО 4,3; 2,3; Мп20з 0,5; №20 12,5; К20 1,2; (Co+Ni)0 1,2, т.пл. 950°С. В одной половине разрезанного блока БПГК-11 сверлят центральное отверстие диаметром 10,2 мм и впрессовывают в него одну трубку, в дальнейших испытаниях этот блок имитировал блок-прототип./

При изготовлении предлагаемого фурменного блока втулки прессуют из алюмо- термитной массы на связке и$ каменноугольного пека и натриевой селитры с 98% NaNOa с температурой горения 1250°С. Длина втулки 20 мм, толщина стенок 10 мм. Четыре втулки наклеивают с ша-

том 50 мм на наружную поверхность второй трубы, начиная с горячего торца. Во второй половине блока БПГК-11 длиной 460 мм рассверливают центральное отверстие до диаметра 31 мм. Полученный при сверлении порошок используют, смешав с жидким стеклом, для заполнения пространства между втулками и уплотнения зазора при монтаже фурменной трубы в блок. Блоки устанавливают в днище 300 кг опытного конвертера на опытно-экспериментальном заводе УралНИИчермета. После комбинированной продувки 15 плавок с подачей по донным фурмам азота с интенсивностью 0,28 м3/мин конвертер охлаждают, отсоединяют днище, извлекают блоки и замеряют их износ. Блок-прототип укорочен на 27 мм, второй на 9 мм, в нем сгорела одна торцовая втулка. После извлечения из блоков фурменные трубы разрезают по диаметру. Визуально установлено, что вблизи оплавленного торца труб внутреннее эмалевое покрытие сохранилось в различной степени. В первом блоке-прототипе эмалевое покрытие незначительно утончено, во второй фурменной трубе сформирован из эмалевого покрытия профиль, подобный соплу Лаваля, с критическим диаметром 2,8 мм и углом раскрытия диффузорной части 7-8 град.

Предложенная конструкция фурменного блока позволяет получать внутри фурменнойтрубыпериодическивосстанавливаемые сопла Лаваля. Струи газа из фурм с соплами имеют сверхзвуковые скорости, что обеспечивает повышение стойкости фурменных блоков для донного дутья за счет перемещения зоны взаимодействия газа с металлом в ванну расплава.

Технико-экономические преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в повышении стойкости фурменных блоков не менее чем в 2-2,5 раза.

Формула изобретения

Фурменный блок для донной продувки металла, включающий запрессованную в ог- неупор трубу с внутренним покрытием из материала с температурой плавления меньшей, чем у трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости путем периодического формирования сверхзвуковых струй технологических газов, блок снабжен втулками из экзотермического материала длиной 0,4-6 калибров фурмен- ной трубы, размещенными на ее наружной поверхности с шагом 1,4-10 калибров.

(Due. 2

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для донной или комбинированной продувки металла в конвертерах или других сталеплавильных агрегатах. Целью изобретения является повышение стойкости фурменного блока для донной продувки за счет периодического формирования сверхзвуковых струй технологических газов. Конструкция фурменного блока содержит размещенные на поверхности фурменной трубы с шагом, равным 1,4-10 калибрам трубы, втулки длиной 0,4-6 калибров из экзотермического материала, что способствует формированию внутри фурменной трубы при торцовом прогреве блока и сгорания втулок профиля сопла Лаваля из материала внутреннего тугоплавкого блока и сгорании втулок профиля сопла Лаваля из материала внутреннего тугоплавкого покрытия фурменной трубы. 2 ил., 1 табл. Ё