Фурма для продувки металла в конвертере Советский патент 1992 года по МПК C21C5/48 

PC&JL

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к устройствам для продувки металла в кислородных конверторах.

Известна конструкция фурмы, в кото- рой для дожигания окиси углерода отходящих газов выполнены дополнительные сопла, расположенные во втором ярусе на значительном расстоянии от среза основных сопел, а именно, на расстоянии /32- 38/d , где d и п - критический диаметр дутьевого сопла и количество дутьевых сопел. Применение этой фурмы обеспечивает снижение расхода жидкого чугуна в метал- лошихте на 30-50 кг/тя стали.

Недостатком известной конструкции является неоптимально выбранная область зажигания окиси углерода, что снижает эффективность усвоения тепла металлом в конвертере.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является фурма для продувка металла в конвертере, содержащая концен- трично расположенные трубы для подвода кислорода подвода и отвода охлаждающей воды и головку с основными соплами типа сопла Лаваля, каждое из которых имеет вспомогательные сопла с-суммарным проходным сечением, равным 0,2-0,5 площади критического сечения сопла Лаваля, соединенные с кислородподводящим трактом.

Недостатком фурмы является низкая тепловая эффективность процесса, поскольку при параллельном расположении осей сопла Лаваля и окружающих его отверстий вторичный поток кислорода из отверстий эжектируется основным потоком и взаимодействует, главным образом, с металлом, не образуя достаточно распростра- ненной в объеме конвертера зоны дожигания СО и СОг и соответственно, не влияя существенно на тепловую эффективность кислородно-конвертерного процесса. Кроме того, фурма сложна в изготовлений: требует высокой точности исполнения со- ставляющих ее деталей, наличие дополнительных сварных и резьбовых соединений а головке фуры затрудняет обеспечение ее герметичности.

Общими признаками известной фурмы, принятой за прототип, наличие основных сопел и вспомогательных, расположенных вблизи основных.

Целью изобретения является повышение тепловой эффективности кислородно- конвертерного процесса и снижение трудоемкости изготовления фурмы.

Поставленная цепь достигается тем, что в известной фурме для продувки металла а

5

0

0

0

5

5 О 5

0

5

конвертере, содержащей концентрично расположенные трубы для подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды и головку с основными соплами и типа сопла Лаваля, каждое из которых имеет вспомогательные сопла с суммарным проходным сечением равным 0,2-0,5 площади критического сечения сопла Лаваля, вспомогательные сопла выполнены исходящими из диффузоров сопел типа сопла Лаваля, образующими радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы под углом 60-80° к оси фурмы, причем верхние срезы вспомогательных сопел расположены на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла типа сопла Лаваля от начала диффузора.

Применение данной фурмы улучшает шлакообразование в конвертере, уменьшает выбросы и угар металла за счет более мягкой продувки, что позволяет повысить выход годного металла.

Сущность изобретения состоит в том, что под воздействием проникаюа;их в расплав метала кислородных струй, истекающих из основных сопел типа сопла Лаваля, поднимаются потоки СО, которые пересекают кислородную завесу, создаваемую расходящимися струями, истекающими из вспомогательных сопел, выполненных в диффузорах сопел Лаваля. площадь вспомогательных сопел, как и в прототипе, равна 0,2-0.5.

Расположение вспомогательных сопел в закритической части сопел Лаваля улучшает перемешивание взаимодействующих потоков СО и 02 в зоне дожигания, за счет нестационарного режима истечения кислорода из вспомогательных сопел, и одновременно максимально приближает зону дожигания к расплаву. Улучшение перемешивания повышает степень дожигания СО до С02. а приближение зоны дожигания к расплаву - степень усвоения ванной тепла, выделяющегося при дожигании.

Выполнение вспомогательных сопел расходящимися, образующими радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы, позволяет равномерно распределить вспомогательные потоки кислорода, а следовательно и зону дожигания, над расплавом.

Выполнение вспомогательных сопел на расстоянии их верхнего среза /0,1-0,5/dicp от критического сечения под углом 60-80° к вертикальной оси фурмы позволяет получить макстимзльную тепловую эффективность кислородно-конвертерного процесса, что выражается а получении наибольшей температуры ванны после продувки.

При выходе за заявляемые пределы параметров фурмы, т.е. при удалении вспомогательных сопел на расстояние более 0,5 dKp и приближении их менее 0,1 икр от критического сечения, а также при расположении сопел под углом меное 60 и более 80° к вертикальной оси тепловая эффективность процесса снижается за счет ухудшения процессов дожигания СО и СОг и усвоения ванной тепла от дожигания,

Фурма проста в изготовлении, поскольку головка ее состоит всего из одной детали и не содержит сварных и резьбовых соединений, что облегчает сборку и гарантирует герметичность фурмы. Резьба и сварка применяются только в местах соединений головки с трубами для подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды.

Новым в изобретении является область размещения сопел для дожиганя СО. -Выполнение их исходящими из диффузора, т.е. в закритической области сопел Лаваля, является новым, ранее не использовавшимися ни в каких областях техники,признаком.

В совокупности с известными признаками изобретение позволяет получить более высокий результат по сравнению с прототипом - увеличить количество и степень усвоения тепла ванной за счет создания условий для равномерного и эффективного смешивания взаимодействующих потоков СО и СО- в результате нестационарного истечения вторичных потоков кислорода в сочетании с рассредоточением из вблизи расплава, что позволяет повысить температуру металла после продувки, или снизить расход теплоносителя /чугуна/ на плавку. Кроме того, данная конструкция фурмы менее трудоемка з изготовлении.

На фиг. 1 изображена фурма, продольный разрез; на фиг. 2 - вид фурмы с торца.

Фурма включает в себя концентрично расположенные трубы, образующие кисло- родподводящий тракт 1, тракты 2,3 подвода и отвода 3 охлаждающей воды, головку 4 с соплами 5 Лаваля, в диффузоре 6 которых выполнены вспомогательные отверстия 7.

Фурма работает следующим образом,

В начальный момент при опускании в конвертер в фурму подается охладитель /например, вода/. При подходе фурмы к расплаву по центральной трубе подается кислород, который проходя через сопла Лаваля, достигает сверхвуковой скорости. Сверхзвуковые струи кислорода, проникая в металл, взаимодействуют с углеродом с образованием СО.

Из вспомогательных отверстий 7, расположенных в непосредственной близости от критического сечения на наружной поверхности диффузоров под углом 60-80° к оси фурмы, истекают нестационарные вспомогательные струи кислорода для дожигания СО. Нестационорность их обусловлена сверхзвуковой скоростью основного недорасширенного потока, наличием перепада давления кислорода между верхним и нижним срезом вспомогательных сопел, а также изменение структуры и торможением части основного потока при входе его во вспомо0 гательное сопло.

Поднимающиеся потоки СО перемешиваются со вспомогательными струями кислорода за счет их нестационарности равномерного рассредоточения над всей

5 поверхностью расплава, что позволяет получить высокую степень дожигания СО до СОа. В результате дожигания СО до С02 вблизи расплава достигается высокая степень усвоения тепла ванной. Это позволяет

0 получить высокую тепловую эффективность конвертерного процесса.

Конструктивные параметры фурмы отрабатывались экспериментально.

На опытном заводе УралНИИчермета

5 было изготовлено несколько вариантов 2-х сопловых фурм согласно изобретению с йкр- 6 мм и диаметром вспомогательных сопле 1,9-3 мм и одна фурма известной конструкции и опробованы на полупромышленном

0 кислородном конвертере.

Площадь сечения 2-х вспомогательных сопел к каждому основному соплу, по аналогии с прототипом, составляла 0,2-0,5 площади критического сечения. Вспомогательные

5 отверстия были выполнены в форме цилиндра.

Отверстия на диффузоре сопла Лаваля были размещены на различных расстояниях от критического сечения и под разными уг0 лами к оси фурмы.

В конвертер заливали 300 кг углеродистого полупродукта с температурой 1370°С, содержащего 3,0% углрода. Плазки проводили без использования лома. Ванну проду5 вали кислородом с суммарным расходом через основные и вспомогательные сопла 0,65 м /мин. По ходу продувши в конвертер присаживали 25 кг извести для фоомирова- ния шлака. Продувку заканчивали по израс0 ходовании 10 м3 кислорода па плавку. Тепловую эффективность кислородно-конвертерного процесса определяли по температуре металла после продувки.

Результаты исследований представле5 ны в табл. 1. Из табл. 1 видно, что при продувке ванны новой фурмой /опыты 2-7/ по сравнению с известной /опыт 1/ при разных условиях /параметры ппсдувки, условия работы с расплавом/ получена более

высокая температура металла после продувки (1675-1695°С против 1570°С при продувке известной фурмой), что свидетельствует о повышении тепловой эффективности плавки.

При выходе за заявляемые пределы параметров фурмы /опыты 8-11 / наблюдается резкое снижение температуры металла до 1625-1640°С. Кроме того, при угле наклона вспомогательных сопел к оси фурмы 90° /опыт 11/ наблюдался разгар футеровки на уровне расположения в конвертере вспомогательных сопел.

Проведено опытно-промышленное испытание фурмы новой конструкции в кислородно-конвертерномцехеНижнетагильского меткомбината. Была использована 4- сопловая фурма с основными соплами типа сопла Лаваля с критическим диаметром 32 мм.

На расстоянии 10 мм от критического сечения было просверлено по 2 отверстия диаметром 12 мм, направленных редиаль- но, под углом 70° к оси фурмы.

Перерабатываемый углеродистый полупродукт с температурой 1380-1390°С содержал 2,8-3,0% углерода. Для получения заданной температуры металла после продувки /1600-1615°С/ в качестве охладителя использовали металлолом. Продувки кислородом проводили при одинаковом положе- нии фурм предлагаемой и известной кострукции над уровнем ванны. Давленые кислорода составляло 1,5 МПа. Расход кислорода на продувку и дожигание СО состав- лял 300м3/мин, Продувку заканчивали при содержании углерода около 0,10%. По ходу продувки в ванну вводили шлакообразую- щие материалы /известь, руду/.

5

0

5

0

5

0

Технологические данные опытно-промышленной компании приведены в табл. 2, из которой видно, что использование новой фурмы позволяет дополнительно переработать в среднем 67 кг лома на 1 т стали и снизить трудозатраты на изготовление фурмы на 32 чел./ч.

Таким образом, предлагаемая фурма для продувки металла в конвертере по сравнению с фурмой, принятой за прототип, позволяет дополнительно переработать 60-74 кг лома на 1 т стали за счет повышения тепловой эффективности кислородно-конвертерного процесса а также снизить трудоемкость изготовления фурмы в 2,3 раза.

Формула изобретения

Фурма для продувки металла в конвертере, содержащая концентрично распол- женные трубы для подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды и головку с основными соплами Лаваля, каждое из которых имеет вспомогательные сопла с суммарным проходным сечением, равным 0,2-0,5 площади критического сечения сопла Лаваля, отличающаяся тем, что, с целью повышения тепловой эффективности кислородно-конверторного процесса и снижения трудоемкости изготовления фурмы, вспомгательные сопла выполнены исходящими из диффузоров сопл Лаваля, образующих радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы под углом 60-80° к оси фурмы, причем верхние срезы вспомогательных сопел расположены на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла Лаваля от начала диффузора.

Таблица 1

Использование: черная металлургия при производстве стали в кислородных конвертерах. Сущность; фурма состоит из кон- центрично расположенных труб, образующих тракты 1, 2,3 подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды соответственно, головку 4 с основными соплами 4 Лаваля и вспомогательными соплами 7. Вспомогательные сопла 7 выполнены суммарным сечением 0,2-0,5 площади критического сечения сопла 5 и исходят из диффузоров 6 сопла 7. Вспомогательные сопла 7 образуют радиальные проекции на плоскость, перпендикулярную оси фурмы, и распотожены под углом 60-80° к ее оси. Верхние срезы вспомогательных сопел 7 распо: ложены на расстоянии 0,1-0,5 диаметра критического сечения сопла Лаваля от начала дифузора 6. 2 ил. 2 табл. сл С ч о 00 о 4Ь 00 6

Типа сопла Лаваля

То ке

То же

2 3 h 5 6 7 8 9 10 11

15

70 75 75 60 70 80 70 70 50 ЭО

1570

1680 i6go 1675 1685 1680 1690 1630 1640 1625 1640

Примечание, Числитель - пределы колебаний, знаменатель - средее.

Таблица 2