Результат интеллектуальной деятельности: ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструкции фурм для продувки жидкого расплава кислородом в конвертерах.

Из предшествующего уровня техники известны фурмы, предназначенные для верхней продувки расплава металла в конвертере, см., например, В.П. Григорьев и др. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства, М.: МИСИС, 1995 г., с. 54-61.

Однако продувка расплава через эти фурмы сопровождается вибрацией конвертера из-за неравномерного выхода газовых пузырей на поверхность расплава, а также разбрызгиванием металла и шлака на поверхность футеровки, что снижает время безаварийной работы конвертера.

Для обеспечения высокой степени перемешивания металла в конвертере и повышения стойкости футеровки используются фурмы с тангенциально-наклонными дутьевыми соплами, см., например, патенты России 2111262, С 21 С 5/28, 1997 г. и 2103378, С 21 С 5/28-5/35, 1997 г.

Особенностью таких фурм является пространственная ориентация дутьевых сопел, под действием струй которых в верхнем слое расплава формируется вращающийся стационарный вихревой слой.

В одном из вариантов осуществления изобретения по патенту 2111262 приведена конструкция фурмы с центральным продувочным каналом и продувочными соплами, ориентированными тангенциально-наклонно к оси фурмы.

В подобных фурмах-аналогах тангенциально-наклонное положение продувочных сопел определяется центральным расположением продувочного тракта (соответственно тракты подвода и отвода охлаждающей воды расположены в периферийных кольцевых концентричных каналах). Это определяет максимально возможное расстояние, на котором могут быть расположены продувочные сопла от центра фурмы и между собой. В свою очередь положение сопел и расстояние между двумя противоположно расположенными дутьевыми соплами определяет плечо пары сил, вращающий момент от которых передается при продувке на расплав металла.

Однако в указанных фурмах внутреннее устройство наконечников (подключение дутьевых сопел к тракту подачи дутьевого агента расположено за трактами подачи и отвода охлаждающей воды) ограничивает возможность ориентации сопел, например ориентировка сопел в плоскостях, параллельных оси фурмы, приводит (из-за малого расстояния между выходными срезами сопел) к локализации зоны перемешивания расплава и снижению качества расплава, при этом диаметр вращающегося стационарного вихревого слоя будет недостаточным.

Прототипом изобретения является фурма, содержащая многосопловую головку с наклонными соплами, наружную и внутреннюю тарелки с разделителем и центральной стержневой стяжкой. Головка фурмы посредством соответствующих переходников подсоединена к трактам подачи охлаждающего агента подвода и отвода охлаждающей воды, см. патент России 2058398, С 21 С 5/48, 1993 г.

Недостатком прототипа, также как и аналогов, является сложность изготовления, поскольку подключение продувочных сопел к тракту подачи продувочного агента через тракт подачи охлаждающей жидкости приводит к необходимости обеспечения высоконадежной и точной сварки сопел с нижней и верхней тарелками, а также с разделителем. Кроме того, такая схема подключения сопел ограничивает возможность варьирования их положением, например исключено наклонное расположение сопел в плоскости, параллельной оси фурмы.

Технической задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является создание простой и эффективной конструкции фурмы, с обеспечением возможности наклонной установки дутьевых сопел в плоскостях параллельных оси фурмы.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в фурме для продувки расплава металла, содержащей концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи продувочного агента, подвода и отвода охлаждающей воды, и закрепленный на трубах посредством переходников наконечник с дутьевыми наклонными соплами и циркуляционной охлаждающей камерой, образованной внутренней и наружной тарелками, снабженными стержневой стяжкой и размещенным между ними разделителем, согласно изобретению, в зоне расположения дутьевых сопел, наконечник выполнен двустенным с внешней стенкой в виде наружной тарелки и внутренней - в виде разделителя, при этом тракт подвода охлаждающей воды сообщен с циркуляционной камерой посредством патрубков, входные участки которых закреплены в глухом переходнике тракта для подвода охлаждающей воды, а выходные - во внутренней тарелке, причем дутьевые сопла установлены с минимально необходимым для их охлаждения зазором относительно вертикального участка внутренней стенки.

В предпочтительных вариантах выполнения тракт подвода охлаждающей воды может быть сообщен с циркуляционной камерой посредством радиальных патрубков, входные участки которых закреплены в глухом переходнике тракта подвода охлаждающей воды, а выходные - в коллекторе, выполненном в виде кольцевого цилиндра с выходными отверстиями, при этом внутренняя тарелка закреплена в центральной части на коллекторе, установленном на стержневой стяжке, закрепленной посредством крестовины в концевой части трубы тракта подачи продувочного агента.

Кроме того, фурма может быть дополнительно снабжена трактом подачи порошкового материала, выполненным в виде центральной трубы, при этом стержневая стяжка закреплена в центральной трубе и выполнена с осевым каналом, сообщенным с трактом подачи порошкового материала; патрубки для сообщения циркуляционной охлаждающей камеры с трактом подвода охлаждающей воды могут быть выполнены изогнутыми или ломаными с ориентацией их выходов, направленных в периферийную зону циркуляционной охлаждающей камеры; циркуляционная охлаждающая камера может быть дополнительно снабжена отбойником струй охлаждающей воды, установленным на стержневой стяжке; в зазоре между вертикальным участком внутренней стенки и дутьевыми соплами могут быть дополнительно установлены средства для обеспечения принудительной циркуляции охлаждающей воды, выполненные в виде эжекторных трубок, соединяющих полость циркуляционной охлаждающей камеры с трактом отвода охлаждающей воды; стержневая стяжка может быть выполнена с осевым каналом, сообщенным с трактом подачи продувочного агента; выходной участок осевого канала стержневой стяжки может быть выполнен в виде сопла.

Техническим результатом от использования изобретения является упрощение конструкции фурмы. Дополнительно при продувке снижаются вибрации конвертера, поскольку в поверхностном слое расплава металла образуется циркуляционный вихревой поток с возникновением поля центробежных сил, в котором происходит вытеснение газовых пузырей к центру конвертера. Кроме этого, образующееся стационарное течение в пристеночной зоне конвертера, расположенной в поверхностном слое расплава, равномерно омывает футеровку, обеспечивая этим равномерный износ футеровки, а также оптимальные условия шлакообразования, дожигания СО над поверхностью расплава в конвертере и рециркуляционное осаждение брызг в расплав.

На фиг.1 показан общий вид фурмы (продольный разрез);
на фиг.2 - сечение А-А фиг.1;
на фиг.3 - вид В продольный разрез (увеличено);
на фиг.4, 5, 6 - варианты выполнения;
на фиг.7 - вариант выполнения, общий вид (продольный разрез);
на фиг.8 - сечение С-С фиг.7;
на фиг.9 - вариант выполнения, общий вид (продольный разрез).

Фурма для продувки расплава металла содержит концентрично расположенные трубы 1, 2, 3, образующие тракты для подачи продувочного агента, подвода и отвода охлаждающей воды, и закрепленный на трубах посредством переходников 4, 5, 6 наконечник с дутьевыми наклонными соплами 7 и циркуляционной охлаждающей камерой, образованной внутренней 8 и наружной 9 тарелками, соединенными стержневой стяжкой 10 и размещенным между ними разделителем 11. Переходник 4 выполнен глухим. Наконечник в зоне расположения дутьевых сопел выполнен двустенным с внешней стенкой в виде наружной тарелки 9 и внутренней - в виде разделителя 11, при этом тракт подвода охлаждающей воды сообщен с циркуляционной камерой посредством патрубков 12, входные участки которых закреплены в переходнике 4, а выходные - во внутренней тарелке 8, причем дутьевые сопла 7 установлены с минимально необходимым для их охлаждения зазором τ относительно вертикального участка внутренней стенки (разделителя 11).

В вариантах выполнения патрубки 12 могут быть выполнены изогнутыми (см. фиг. 4) или ломаными (см. фиг.6), при этом их выход сориентирован в направлении периферийной зоны циркуляционной охлаждающей камеры.

В варианте выполнения (см. фиг.5) на стержневой стяжке 10 напротив патрубков 12 установлен отбойник 13 струй охлаждающей воды.

Для улучшения охлаждения дутьевых сопел 7 в области зазора τ между вертикальным участком внутренней стенки и дутьевыми соплами дополнительно установлены средства для принудительной циркуляции охлаждающей воды, выполненные в виде эжекторных трубок 14, соединяющих полость циркуляционной охлаждающей камеры с трактом отвода охлаждающей воды.

Во всех вышеуказанных вариантах выполнения стержневая стяжка 10 может быть выполнена как без канала (не показано), так и с осевым каналом 15, сообщенным с трактом подачи продувочного агента (на выходном участке канал 15 может быть снабжен соплом 16). При необходимости канал 15 может быть заглушен, например, с помощью пробки (не показана).

В варианте выполнения (см. фиг. 7, 8) тракт подвода охлаждающей воды сообщен с циркуляционной камерой посредством патрубков 12, расположенных радиально. Входные участки этих патрубков закреплены в глухом переходнике 4 тракта подвода охлаждающей воды, а выходные - в коллекторе 17, выполненном в виде кольцевого цилиндра с выходными отверстиями 18, при этом центральная часть внутренней тарелки 8 закреплена на коллекторе 17, который установлен на стержневой стяжке 10, закрепленной посредством крестовины 19 в концевой части трубы 1 тракта подачи продувочного агента.

Вариант выполнения, показанный на фиг.9, отличается от предыдущего тем, что фурма дополнительно снабжена трактом подачи порошкового материала, выполненным в виде центральной трубы 20, в концевой части которой посредством муфты 21 закреплена стержневая стяжка 10.

Во всех вариантах выполнения монтаж наконечника на трубы 1, 2, 3, 20 производится посредством сварки в последовательности от центра к периферии, соответственно с этим выбирается длина переходников 4, 5, 6.

Предложенная фурма работает следующим образом.

Подача продувочного агента к соплам 7 осуществляется по внутренней трубе 1. Охлаждающая вода по кольцевому пространству между трубами 1 и 2 и патрубками 12 поступает в циркуляционную камеру наконечника, омывает сопла 7 и отводится по кольцевому пространству между трубами 2 и 3.

В варианте изобретения (см. фиг.1) за счет эффекта эжекции, возникающем на срезе трубки 14, расположенном в водяном потоке, осуществляется постоянное поступление воды в зазор τ. Это обеспечивает дополнительное охлаждение сопел 7.

В вариантах изобретения (см. фиг.4, 5, 6) интенсификация теплообмена в циркуляционной камере наконечника и исключение возможности возникновения в ней застойных зон достигается за счет направления струй охлаждающей воды на ее периферию. При этом в варианте, показанном на фиг.4, 6, струи охлаждающей воды направляются на периферию камеры посредством изогнутых или ломаных патрубков 12, а в варианте, см. фиг.5, это осуществлено за счет прямого патрубка и отбойника 13.

При необходимости канал 15 стержневой стяжки 10 можно использовать как дутьевое сопло, так и для подачи в расплав (через трубу 20) псевдоожиженного порошкового материала. Это расширяет технологические возможности использования предложенной фурмы.

В фурме, см. вариант выполнения, показанный на фиг.7, 8, охлаждающая вода поступает в циркуляционную камеру из выходных отверстий 18 коллектора 17, соединенного с радиальными патрубками 12. Этот вариант выполнения (наряду с основной целью изобретения) позволяет значительно снизить нагрузки на сварные швы наконечника, поскольку основные нагрузки воспринимаются трубой 1 через крестовину 19 стержневой стяжки 10.

В варианте выполнения, см. фиг.9, через дополнительный тракт 20 в процессе продувки можно осуществлять подачу в расплав порошкового материала. В этом варианте стержневая стяжка 10 закреплена в концевой части центральной трубы 20, что также как и в предыдущем варианте дополнительно позволяет разгрузить сварные швы наконечника и повысить надежность фурмы.

По сравнению с существующими предложенная фурма имеет более технологичную конструкцию, при этом не возникает затруднений при установке дутьевых сопел 7 практически под любым углом γ, см. фиг.3.

Использование предложенной фурмы позволяет при тех же давлениях продувочного агента создавать более интенсивную круговую циркуляцию поверхностного слоя расплава в конвертере, за счет чего снижаются вибрации конвертера и повышается стойкость его футеровки.