Фурма Советский патент 1982 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве стали в конвертерах с глубинной продувкой. . с

Наиболее близкой по технической ; сущности и достигаемому результат к изобретению является фурма погружения, содержащая концентрично распо- ю ложенньае трубы, образующие тракт подачи окислителя, замкнутую полость испарительного охлаждения, внутренняя поверхность которой покрыта капиллярнОпорйстым материалом, и теплообменник, охватывающий верхнюю часть полости испарительного охлаждения, в полости испарительного охлаждения создано небольшое разрежение. Нижняя часть полости частично заполнена те- 20 плоносителем (тетрахлордифинилом Hg Cfc,) . При погружении фурмы в расплав.теплоноситель испаряется в наконечнике,, а пары по полости ко-, рпуса поднимаются в теплообменник и -с конденсируются, передавая скрытое тепло парообразования вторичному контуру охлаждения. Жидкий теплоноситель по капиллярнопористому материалу поступает снова в зону нагрева, что Q создает замкнутое его перемещение 1.

. Недостатком известной конструкции фурмы является существенный нагрев потока окислителя вследствие изотермичности корпуса и наличия теплового потока по всей его длине, направленного в сторону вдуваемого газа. Повьдление температуры окислителя приводит к изменению его давления перед соплами и работе последних в нерасчетном режиме, при котором наблюдается либо истечение сжатых струй и, следовательно, неравномерный, пульсирующий характер движения, либо отрыв струй от стенок сопл с образованием в них участков разрежения.. Пульсация струй окислителя передается ванне, способствуя возникновению брызг неравномерного газовыделения, движения в ванне и выбросов. Разрежение в соплах приводит к подсосу в них металло-шлаковой эмульсии,окружающей фурму, быстрому износу и прогару последней. Кроме того, изменение аэродинамики,кислородных струй обуславливает уменьшение их выходной скорости и плотности, глубины проникновения окислительного газа в металл, а также мощности перемешивания ванны, что снижает тепло и- массоперенос из зоны продувки в Объем расплава и приближает реакцион ную зону к наконечнику фурмы. Все эт снижо;ет стабильность режима -продувки и стойкость фурмы. При погружении фу рмы в расплав нижняя ее часть оказывается нагруженной тепловым потоком, плотность которого достигает величины 5:10 вт/м. При указанной величине теплового потока кадиллярнопористый материал не справляется с быстро растущим количеством сконденг сированного в теплообменнике теплоносителя. В результате зона нагрева корпуса фурмы начинает недополучать теппоноситель. Это приводит к наруше нию изотермической работы нижней части корпуса, подсыханию капиллярно пористого материала, ухудшению теплосъема и повьлшению температуры на этом участке, что может привести к выходу фурмы из строя. Цель изобретения - повышение стабильности режима продувки и стойкости фурмы..Поставленная цель достигается тем, что фурма для подачи оки слителя ниже уровня расплава, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие .тракт подачи окислителя, замкнутую плотность испарите льного охлаждения, внутренняя повер ность которой покрыта капиллярно-пористым материалом, и теплообменник, охватывающий верхнюю часть полости испарительного охлаждения, снабжена дополнительной промежуточной трубойдефлектором, жестко установленным во внутренней трубе тракта подачи окислителя с кольцевым зазором по всей длине, составляющим 0,028-0,085 толщины стенки этой трубы и открыты: в нижнем конце тракта, и кожухом, охватывающим нижнюю часть полости испарительного охлаждения, установле ным вокруг нее с зазором, составляю щим 0,3-0,7 толщины стенки кожуха и открытым снизу. При этом концевая часть дифлектор выполнена в виде разрезного сопла. На фиг. 1 изображена предлагаемая фурма, продольный разрез; на фиг. 2 узел I на фиг. 1. Фурма состоит из корпуса 1, выпол венного из наружной и внутренней тру 2 и 3, соединенных в. нижней части с наконечником 4. В наконечнике устано лены под необходил4ым углом дутьевые сопла 5 Лаваля, угол наклона которых и их количество;определяется технологическим режимом продувки. Верхняя часть корпуса заключена в теплообмен ник б, представляющий собой вторичный контур охлаясдения фурмы. Элемен.ты корпуса фурмы образуют герметичкую отвакуумированную полость 7, вну тренняя поверхность которой покрыта слоем капиллярно-пористого материала 8, причем полость частично заполнена теплоносителем 9.Фурма снабжена дефлектором 10, который жестко установлен во внутренней трубе и верхней ее части и образует с ней по всей .длине окислительного тракта кольцевой зазор 11, открытый со стороны сопл. Нижняя часть корпуса фурмы до еплообменника помещена с зазором 12 в открытый снизу кожух 13, выполненный из материала, анал.огичного материалу корпуса. Концевая часть дефлектора выполненна в виде разрезного сопла 14. Величина зазора между дефлектором и внутренней трубкой 0,28-0,085 толщины стенки этой трубы. Такое решение исключает передачу тепла окислительному газу, вследст вие создания пониженного давления газа в зазоре 11 путем использования здектирующего действия подаваемого потока окислителя. Пониженное давление в зазоре и . дефлектор, служащий также тепловым экраном резко увеличивают термическое сопротивление кислородного тракта и обеспечивают стабильность режима продувки, а также повышение стойкости фурмы. Значительное уменьшение передачи тепла окислителю устраняет также излишнюю конденсацию и скопление теп- . лоносителя на стенках и в полости теплонапряженной части корпуса, что обеспечивает оптимальность работы первичного контура охлаждения и повышает надежность работы фурмы. Уменьшение зазора не обеспечивает необходимого термического сопротивления тепловому потоку и работу сопл в расчетном режиме. Увеличение зазора приводит к пережиму газового тракта и незначительному понижению давления в зазоре, что с одной стороны, требует увеличение размеров корпуса фурмы, а с дру1ои - не обеспечивает неоьходимой стаоильности продувки Зазор между кожухом и корпусом 0,3-0,7 толщины стенки наружной трубы корпуса фурмы. УказаннаяВеличина зазора способствует заполнению его шлаком, что в свою очередь обеспечивает дальнейшее увеличение термического сопротивления корпуса фурмы, снижает требования к выбору материала корпуса, капиллярной структуры, теплоносителя и их совместимости. Увеличение зазора приводит к оплавлению кожуха и последующему его разрушению, а уменьшение зазора - к снижению градиента температуры и к образованию интермеТаллических соединений. Это п-озврляет использовать в качестве материалов для корпуса и кожуха нержавеющую сталь вместо дорогостоящих и, дефицитных сплавов, а -в качестве капиллярной структуры - сетку из нержаеющей стали. В качестве теплоноителя вместо висмута, теллура, сурьмы, свинца, стронция, серебра или индия используют щелочные металлы калий или натрий.

Фурма работает следукнцим образом.

После завалки шихты и установки конвертера в рабочее положение в его олость вводят фурму и одновременно подают окислитель. В зависимости от ринятого технологического режима урму погружают в расплав на заданную глубину и осуществляют продувку. Под воздействием внешнего теплового потока теплоноситель 9 в полости V корпуса 1 фурмы испаряется,а его пары проходя через капиллярно-пористый материал 8,перемещаются из зоны наг грева в зону конденсации теплообменника б, вследствие наличия перепада давления между этими зонами. Сконденсированный в жидкость теплоноситель по транспортному каналу между капиллярно-пористым материалом и корпусом возвращается вследствие капиллярного эффекта в зонунагрева. Это обеспечивает непрерывную циркуляцию теплоносителя в полости кор-пуса и его охлаждение. Тепло, отданное теплоносителем в теплообменнике, отводится охлаждающей жидкостью вторичного контура охлаждения. П|)и прохождении окислительного газа через дефлектор, вследствие эжектирующего действия сопла 14 в зазоре 11 между дефлектором и корпусом фурмы создается пониженное давление газа, которое повышает термическое сопротивление газового тракта и значительно уменьшает количество тепла, передаваемого газу. Это исключает изменение температуры и давления окислителя и обеспечивает работу сопл Лаваля в расчетном режиме. В этом случае волны расширения - сжатия и пульсации струй не возникают, способствует спокойному ходу продувки, уменьшению брызгоуноса и выбросов. Устранение участков разрех ения в соплах исключает подсос окружающей металлошлаковой эмульсии, преждевременный износ и прогар фурмы. Стабилизации аэродинамики кислородных струй обеспечивает заданную

глубину проникновения их в расплав, интенсивное перемешивание ванны и увеличение тепломассопереноса из зоны продувки в объем расплава. При этом реакционные зоны смещаются в

глубь расплава от фурмы на расстояние 35-40 калибров отдельного сопла (вместо 10-15, как в известном решении) . Использование предлагаемой фурмы

повышает стабильность режима продувки, интенсивность процесса рафинирования и стойкость фурмы.

Экономический эффект от внедрения данного изобретения 18-25 тыс.

руб. на 1 фурму.

Формула изобретения

1 Фурма для подачи окислителя ниже уровня расплава , содержащая концентрично расположенные трубы, образующие подачи окислителя, замкнутую полость испарительного охлаждения, внутренняя поверхность которой покрыта капиллярно-пористым материалом, и теплообменник, охватывающий верхнюю часть полости испарительного охлаждения, о.т л и чающаяс-я тем, что, с целью повышения стабильности режима продувки, и стойкости фурмы, она снабжена дополнительной промежуточной трубой - дефлектором, жестко установленным вовнутренней трубе тракта подачи окислителя с ко льцевым зазором по/ всей длине, составляющим 0,028-0,085 толщины стенки этой трубы и открытым в нижнем конце тракта, и кожухом, охватывающим нижнюю

часть полости испарительного ох- , лаждения, установленным вокруг нее, с зазором составляющим 0,3-0,7 толщины стенки кожуха и открытым снизу. 2.-Фурма по П.1, о т л и ч .-а ю Щ а я о я тем, что, концевая часть дефлектора выполнена в виде разрезного сопла. .

Источники информации, CQ принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 324272, кл. С 21 С 5/48, 1969.