Способ охлаждения фурмы для продувки металла Советский патент 1976 года по МПК C21C5/48 

1

Изобретение относится к сталеплавильному производству черной металлургии, в частности к выплавке стали с применением фурм для подачи кислорода.

Известен способ охлаждения фурмы для продувки металла, включающий воздействие на поток воды, подаваемой через соответствующий тракт к поверхности теплообмена, импульсов ультразвуковых колебаний с частотой повторения 10-100 в секунду. При этом интенсивностьколебанийсоставляет

1 10 Вт/м в импульсе. Такой способ охлаждения уменьщает образование накипи на поверхности теплообмена и повышает стойкость фурмы.

Вследствие применения для охлаждения фурмы холодной воды, неочищенной от солей жесткости, и высокой температуры ее в пограничном слое теплопередающая поверхность отводящего тракта фурмы подвержена довольно быстрому загрязнению различными осадками, что приводит к необходимости повыщения интенсивности ультразвука до высоких значений, в частности не менее (10 Вт/см). Это значительно удорожает и усложняет процесс очистки теплонапряженной поверхности от накипи, вследствие того что энергия излучателя (вибратора), преобразуемая в полезный эффект, невелика и составляет менее 1%. При интенсивности ультразвуковых колебаний порядка 10 Вт/см плотность облака кавитационных пузырьков настолько увеличивается, что приводит к усиленному эрозионному разрушению непосредственно поверхности теплообмена фурмы, а это резко снижает стойкость фурмы и приводит к быстрому выходу ее из строя.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса охлаждения фурмы - достигается тем, что ультразвуковые колебания осуществляют непрерывно в следующей последовательности: в начальный период эксплуатации фурмы до образования шероховатостей (эрозии) на поверхности теплообмена глубиной, равной 0,025-0,05 величины зазора тракта для отвода воды, в кавитационном режиме, а затем до окончания срока службы фурмы в докавитационном режиме.

Ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют с частотой 16- 20 кГц и интенсивностью 2-3 Вт/см, а в докавитационном режиме - с частотой 200- 430 кГц и интенсивностью 0,2-0,6 Вт/см.

Воздействие на поверхность теплообмена непрерывными ультразвуковыми колебаниями в кавитационном режиме с указанной частотой и интенсивностью обеспечивает образование на ней шероховатостей, соизмеримых с толщиной пристенного слоя. Такие шероховатости обеспечивают возникновение на указанной поверхности или в непосредственной близости от нее небольших возмущений, характеризующихся весьма значительным градиентом скорости. Возникшие возмущения турбулизируют пристенный слой охладителя и повышают его турбулентную проводимость вследствие беспорядочного турбулентного обмена жидкими массами, что интенсифицирует теплоотдачу в отводящем тракте фурмы. Естественно, что в данном режиме очистка поверхности теплообмена от накипи, загрязнений и паровой пленки составляет более 100%, т. е. имеет место эрозионное разрушение поверхности теплообмена за счет мощных кавитационных ударов. Осуществление ультразвуковых колебаний после образования шероховатостей определенной высоты на поверхности теплообмена в докавитационном режиме обеспечивает высокую степень очистки и массопереноса в слоях охладителя за счет интенсивного перемешивания его слоев и уноса загрязнений гидропотоками, вызванными пульсирующими пузырьками. Шероховатость поверхности теплообмена способствует образованию в этом случае дополнительных микропотоков непосредственно в пограничном слое. При этом дальнейшее эрозионное разрушение поверхности теплообмена прекращается, а степень очистки ее составляет 100%. Эффективность ультразвуковых колебаний увеличивается, а энергозатраты сокращаются. Все это повышает эффективность процесса охлаждения фурмы. Пример. Охлаждение фурмы для продувки металла осуществляют водой, подаваемой под давлением 1,0-1,2 Мн/м (10-12 ат) через соответствующий тракт к поверхности теплообмена, на которую воздействуют ультразвуковыми колебаниями. Ультразвуковые колебания осуществляют непрерывно в следующей последовательности: в начальный период эксплуатации фурмы до образования шероховатостей (эрозии) на поверхности теплообмена, в кавитационном режиме, а затем до окончания срока службы фурмы в докавитационном режиме. Ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют до образования на поверхности теплообмена шероховатостей высотой, равной 0,025-0,05 величины зазора тракта для отвода воды. Ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют с частотой 16-20 кГц и интенсивностью 2-3 Вт/см, а в докавитационном режиме - с частотой 200-430 кГц и интенсивностью 0,2-0,6 Вт/см2. Наибольшее значение на повышение теплообмена, разрушение паровой пленки и предотвращение образования накипи на поверхности теплообмена показывает явление кавитации, заключающееся в образовании разрывов сплошности охлаждаемой воды, возникновении полостей, заполненных в той или иной мере паром жидкости и газом, растворенным в ней, и захлопывании этих полостей. сопровождающимся интенсивными ударами. Появление кавитации в охлаждающей воде связано с тем, что в реальной жидкости всегда содержится множество парогазовых нерастворенных пузырьков и мельчайших частиц различных размеров. В полупериод растяжения кавитационные пузырьки изотермически расширяются и в охлаждающей воде образуются полости, которые в полупериод сжатия адиабатически сокращаются. Ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют до образования шероховатостей (эрозионных ямок) глубиной, равной 0,025-0,05 величины зазора тракта для отвода воды. Время воздействия на поверхность теплообмена ультразвуковыми колебаниями в кавитационном режиме зависит от материала поверхности и глубины шероховатостей, величина которых, в свою очередь, зависит от величины зазора тракта для отвода воды. Опыты показывают, что для образования шероховатостей (эрозионных ямок) глубиной 0,5 мм (0,05 величины зазора тракта для отвода воды, который равен 10 мм) на поверхности теплообмена из стали 3 по ГОСТу 380-70 требуется подвергнуть ее кавнтационному воздействию в течение 6-8 ч. Ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют в течение 4-15% от общего срока службы фурмы. Благодаря искусственной турбулизации потока, характерной для принятой формы обтекаемой поверхности теплообмена внутри общего потока охлаждающей воды в пограничном слое, скорости струй изменяются в двух плоскостях: перпендикулярно общей плоскости потока охлаждающей воды и параллельно ей. При этом достигается высокая степень искусственной турбулизации и размыва пограничного слоя, а коэффициент теплопередачи достигает высоких значений уже при скорости потока 0,2-0,5 м/с. Кроме того, турбулизация пограничного слоя уменьшает образование накипи и других загрязнений на поверхности теплообмена, ликвидирует паровую пленку на указанной поверхности и резко снижает затраты ультразвуковой энергии на полную очистку накипи. После образования на поверхности теплообмена шероховатостей глубиной 0,025-0,5 величины зазора тракта для отвода воды ультразвуковые колебания осуществляют непрерывно до окончания срока службы фурмы в докавитациоином режиме с частотой 200- 30 кГц и интенсивностью 0,2-0,6 Вт/см. ри осуществлении ультразвуковых колебаий с указанными параметрами число захлоывающихся пузырьков уменьшается, а пуль-ирующих увеличивается. Другими словами, ахлопывающиеся пузырьки вырождаются в ульсирующие, что подавляет кавитационные роцессы и тем самым предохраняет поверхость теплообмена от дальнейшего кавитаионного разрушения. Формула изобретения 1. Способ охлаждения фурмы для продувки металла, включающий подачу воды в соответствующий тракт фурмы к поверхности теплообмена и воздействие на йёе ультразвуковыми колебаниями, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса охлаждения, ультразвуковые колебания осуществляют непрерывно в следующей последовательности: до образования шероховатостей на поверхности Тёйлообмена глубиной, равной 0,025-0,05 величины зазора тракта для отвода воды, в кавитационном режиме, затем в докавитационном режиме. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют с частотой 16- 20 кГц и интенсивностью 2-3 Вт/см а в докавитационном режиме - с частотой 200- 430 кГц и интенсивностью 0,2-0,6 Вт/см.