ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА
TUYERE FOR METAL BLOWING

Изобретение относится к производству стали, в частности к кислородно-конвертерному процессу.
Известна фурма, содержащая медную головку, трубу подвода кислорода, наружную и разделительные трубы системы охлаждения, в которой для увеличения стойкости фурмы, торец выполнен трапециевидным с рифлением по наружной поверхности, на верхней торцевой поверхности медной головки выполнен кольцевой трапециевидный паз, в которую завальцован рифленый торец наружной трубы [Фурма. Авторское свидетельство №1371978, C21С 5/48. Опубл. 07.02.88, Бюлл. №5].
Недостатком такой фурмы является плохое охлаждение торцевой части, вызывающее прогары и преждевременный выход фурмы из строя.
Наиболее близкой по своей технической сущности является фурма для продувки металлургических расплавов, содержащая головку с соплами из коаксиальных труб с зазором между ними, которая для увеличения срока службы снабжена вкладышем толщиной 0,8-0,9 величины кольцевого зазора и длиной дуги 160-200°, размещенным в зазоре между трубами на расстоянии 4-10 приведенных калибров от среза сопла, со стороны центральной оси фурмы, симметрично вертикальной плоскости, проходящей через оси фурмы и сопла, где приведенный калибр - отношение между нижним срезом вкладыша и срезом сопла к величине кольцевого зазора между трубами [Фурма. Авторское свидетельство №1361177, C21С 5/48. Опубл. 23.12.87, Бюлл. №47].
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, дороговизна изготовления головки фурмы с соплами из коаксиальных труб и недостаточная степень охлаждения торца фурмы потоком кислорода.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является охлаждение торца наконечника (головки) фурмы с соплами посредством направленной циркуляции воды через наконечник фурмы в промежутке между соплами.
2
Поставленная задача достигается тем, что фурма для продувки металла, содержащая три концентрично расположенные трубы, образующие тракт для подвода и отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник с соплами Лаваля, согласно изобретению в промежутке между соплами наконечника под разными углами выполнены по два отверстия таким образом, что все отверстия сходятся в точке, расположенной на оси фурмы и сообщаются между собой, образуя тракт для подвода и отвода воды в торец наконечника, при этом верхнее отверстие соединяется с трактом для подвода воды, а нижнее - с трактом для отвода воды, причем торец центральной трубы тракта для подвода воды в фурму располагается ниже верхнего входного отверстия на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды из наконечника фурмы, а отверстие для подвода воды выполнено под углом β=39…45° и входная часть отверстия имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра самого отверстия на длине 15…30 мм, отверстие для отвода воды выполнено под углом γ=15…22°, при этом толщина стенки в торце наконечника составляет h=10…14 мм.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема наконечника фурмы, на фиг.2 вид А на фиг.1.
Технический результат от использования изобретения достигается тем, что в наконечнике фурмы создается направленная циркуляция охлаждающей воды, что позволяет эффективно охладить торец наконечника и область сопел Лаваля - самые уязвимые части наконечника фурмы, контактирующие с высокотемпературной реакционной зоной в месте внедрения кислородной струи в жидкий металл.
2
Фурма для продувки металла (фиг.1), содержащая три концентрично расположенные трубы 1, 2, 3, образующие тракт для подвода, отвода воды и подачи кислорода, и закрепленный на торце труб наконечник 4 с соплами Лаваля 10. В промежутке между соплами 10 наконечника 4 (фиг.2) под разными углами выполнены (фиг.1) по два отверстия 6, 7 таким образом, что все отверстия сходятся в точке, расположенной на оси фурмы и сообщаются между собой, образуя тракт для подвода и отвода воды в торец 9 наконечника 4. Верхнее отверстие 6 соединяется с трактом для подвода воды, а нижнее 7 - с трактом для отвода воды, причем торец центральной трубы 8 тракта для подвода воды в фурму располагается ниже верхнего входного отверстия 6 на уровне верхнего края нижнего отверстия для отвода воды 7 из наконечника фурмы 4. Отверстие 6 для подвода воды выполнено под углом β=39…45°, а диаметр входной части отверстия в 1,3…1,4 раза больше диаметра самого отверстия на длине 15…30 мм, отверстие 7 для отвода воды выполнено под углом γ=15…22°, при этом толщина стенки в торце 8 наконечника 4 составляет h=10…14 мм.
Фурма для продувки металла работает следующим образом (фиг.1). Подача кислорода к соплам Лаваля 10 осуществляется по внутренней трубе 1. Охлаждающая вода по кольцевому зазору между трубами 1 и 2 подводится к наконечнику фурмы 4 и через верхнее отверстие 6 поступает в наконечник фурмы 4, омывает и охлаждает сопла Лаваля 10, торец 9 наконечника 4 и по каналу 7 отводится из наконечника 4 фурмы в тракт для отвода воды из фурмы, расположенный между трубами 2 и 3. Для лучшего подвода воды в торец наконечника, посредством уменьшения сопротивления в канале, входная часть 5 отверстия 6 для подвода воды имеет диаметр в 1,3…1,4 раза больше диаметра самого отверстия на длине 15…30 мм. Отверстия для подвода 6 и отвода 7 воды в наконечник фурмы 4 располагаются (фиг.2) между соплами Лаваля 10.
Торец 8 центральной трубы 3 тракта для подвода воды в фурму располагается ниже верхнего входного отверстия 6 на уровне h верхнего края нижнего отверстия 7 для отвода воды из наконечника 4 фурмы. Это позволяет направить часть потока охлаждающей воды через верхнее отверстие 6 в наконечнике 4 фурмы для охлаждения сопел Лаваля 10 и ее торца 9. Вместе с тем торец центральной трубы 2 фурмы не должен быть ниже h верхнего края отверстия 7, служащего для отвода воды из наконечника 4 фурмы, чтобы не препятствовать отводу воды из наконечника фурмы и придать ей циркуляционное движение через наконечник 4.
Отверстие для подвода воды 6 выполнено под углом β=39…45° в связи с тем, что при угле менее 39° подвод воды в наконечник приближается к отверстию для отвода воды 7 и теряется эффект направленного циркуляционного движения охладителя через наконечник 4 фурмы. Величина угла более 45° ограничивается высотой наконечника фурмы 4, которая в свою очередь определяется (фиг.1) длиной l сопла Лаваля 10.
Входная часть 5 отверстия 6 для подвода воды имеет диаметр больше диаметра самого отверстия. Это уменьшает сопротивление канала и улучшает подвод воды в торец наконечника 9, так как сопротивление любого трубопровода для подвода воды, при прочих равных условиях, зависит от его диаметра, и с увеличением диаметра сопротивление проходу воды уменьшается. Увеличение диаметра канала для подвода воды 6 в 1,3…1,4 раза ограничивается с большей стороны приближением к трубе 1 для подвода кислорода. В меньшую сторону ограничения нет, так как теряется эффект снижения сопротивления канала проходу воды. Длина входной части 5 отверстия 6 для подвода воды 15…30 мм ограничивается с большей стороны приближением к отверстию 7 для отвода воды, а с меньшей - эффектом уменьшения сопротивления канала для подвода воды в торец наконечника 9.
2
Величина угла γ наклона отверстия 7 для отвода воды ограничивается с большей стороны (22°) приближением к отверстию 6 для подвода воды и снижением эффекта направленного циркуляционного движения охладителя через наконечник 4 фурмы, а с меньшей стороны (менее 15°) - конструкцией наконечника фурмы, обусловленной углом раскрытия сопел (α), который обычно лежит в пределах α=15…22°. Толщина стенки в торце наконечника (фиг.1) составляет h=10…14 мм, так как при меньшей толщине увеличивается вероятность прогара в этом участке наконечника. Большая толщина стенки не позволяет отвести необходимое количество тепла от участка наконечника, контактирующего с высокотемпературной реакционной зоной.
Использование предложенной фурмы данной конструкции обеспечивает интенсивную циркуляцию воды через наконечник фурмы, эффективное охлаждение сопел и торца наконечника, меньший износ и повышенную стойкость кислородной фурмы.