ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА В КОВШЕ

Полезная модель относится к области черной металлургии, а именно, к устройствам, предназначенным для обработки металла газом в ковше.
Известна фурма с цилиндрическим соплом, состоящая из полой трубы, футерованной огнеупорами, и эксцентрично установленным в ней цилиндрическим стержнем. (AC CСCP 1137108 А, Кл С 21 С 5/48, 1985).
Недостатком данной фурмы является сложность ее конструкции, и частичное сглаживание пульсаций вследствие большой протяженности щелевого канала и малой его ширины, пульсирующий поток после попадания в металл разрушается с образованием крупных пузырей, что способствует захлестыванию фурмы выплесками металла. Кроме того, щелевая часть фурмы постепенно зарастает металлом, что приводит к дальнейшему сглаживанию пульсаций, к снижению интенсивности перемешивания и снижению степени усвоения ферросплавов и механических свойств чугуна.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности решению является фурма, содержащая металлическую трубу, футерованную снаружи огнеупорами, и с последовательно расположенными внутри ее модульными генераторами колебаний в виде диафрагмированного канала. (А.М.Сизов. Газодинамика и теплообмен газовых струй в металлургических процессах, стр.111-113, Москва, Металлургия, 1987.)
Недостатком данной фурмы является сложность ее изготовления и установка пульсаторов внутри фурмы. Кроме того, при продувке металла фурмой данной конструкции Недостаточна мощность перемешивания металла в ковше вследствие того, что газы, вытекающие через нижнее сопло, не дают мощной пульсации и не позволяют получать фурме динамическое воздействие.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции фурмы, повышение интенсивности перемешивания металла и степени усвоения ферросплавов, улучшение механических свойств металла.
Указанная задача решается тем, что фурма, содержащая металлическую трубу, футерованную снаружи огнеупорами и установленными внутри ее пульсаторами, выполненными в виде жестко прикрепленных к трубе стержней, согласно полезной модели, оси пульсаторов расположены перпендикулярно оси трубы и параллельно друг другу, причем ось верхнего пульсатора расположена от верхнего среза трубы на расстоянии (1,6-1,8)Дт, а ось нижнего пульсатора - на расстоянии (0,05-5,0)Дт от среза в нижней части трубы, при этом диаметр пульсаторов равен (0,25-0,45)Дт, где Дт - внутренний диаметр трубы, мм.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в том, что при обтекании потоком газа пульсаторов образуется вихревой след, причем вихри сбегают с определенной периодичностью. Образующаяся при этом на срезе трубы неустойчивая газовая полость - каверна распадается с образованием большого количества мелких газовых пузырьков, что повышает степень рафинирования чугуна от газов, неметаллических включений, например, графитовой спели, и тем самым повышает прочностные свойства металла. Наложение пульсаций приводит к тому, что при внедрении газа в металл при выходе из трубы пульсации передаются и самой фурме, и сама фурма становится излучателем колебаний, что приводит к еще более интенсивному перемешиванию металла.
Технический результат достигается при указанной совокупности признаков в формуле полезной модели.
Расположение осей пульсаторов перпендикулярно оси трубы обеспечивает равномерность схода вихрей с равномерной периодичностью на срезе трубы, а расположение осей пульсаторов параллельно друг другу усиливает интенсивность пульсаций при наложении их от верхнего пульсатора к
пульсациям, исходящим от нижнего пульсатора, что значительно повышает интенсивность перемешивания и ведет к повышению усвоения ферросплавов и повышению прочностных свойств чугуна.
Расположение оси верхнего пульсатора на расстоянии (1,6-1,8)Дт от верхнего среза трубы выбрано из конструктивных соображений. Расположение оси верхнего пульсатора от верхнего среза трубы на расстоянии менее 1,6Дт приводит к изменению характера пульсаций, вызванных неоднородностью потока газа при переходе от места соединения трубопроводов подвода газа к верхней части трубы фурмы, в которой установлен верхний пульсатор, что приводит к уменьшению резонансных явлений при наложении пульсаций, генерируемых верхним пульсатором, с пульсациями нижнего пульсатора. Уменьшение резонансных явлений приводит к уменьшению перемешивания металла в ковше и усвоения ферросплавов.
Расположение оси верхнего пульсатора на расстоянии более чем 1,8Дт от верхнего среза трубы приводит к тому, что уменьшается мощность колебаний самой фурмы вследствие уменьшения амплитуды ее колебаний, что приводит к изменению интенсивности перемешивания металла в ковше и, как следствие этого, к снижению усвоения ферросплавов и понижению механических свойств чугуна.
Расположение оси нижнего пульсатора на расстоянии меньше 0,05 Дт от среза в нижней части трубы нецелесообразно, т.к. во время продувки происходит захлестывание металлом пульсатора и закозление трубы фурмы, а при расположении оси пульсатора на расстоянии более 5,0 Дт происходит частичное сглаживание пульсаций, вследствие этого уменьшается мощность воздействия струи на расплав, что снижает эффект перемешивания металла в ковше, при этом снижается влияние продувки на перемешивание металла, удаление неметаллических включений и повышение прочностных свойств.
Выбор диаметра пульсатора (Дп) менее 0,25 Дт нецелесообразен, т.к. приводит к уменьшению отношения сечения пульсатора к проходному сечению
трубы фурмы, вследствие чего вихревой поток от пульсатора незначителен по сравнению с базовым потоком в фурме, поэтому происходит недостаточное дробление струи газа, вследствие чего снижается перемешивание металла с ферросплавами, снижается их усвоение, ухудшается удаление неметаллических включений.
При выборе диаметра пульсатора более 0,45 Дт ухудшается качество металла и интенсивность перемешивания металла, т.к. периодические пульсации, которые образуются при обтекании пульсатора накладываются на хаотические пульсации, которые образуются при обтекании газовым потоком шероховатых стенок фурмы, что приводит к сглаживанию пульсаций и, как следствие этого к снижению интенсивности перемешивания чугуна, к снижению усвоения ферросплавов и механических свойств чугуна.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг изображена фурма (вид прямо - основной вид), А-А - разрез.
Фурма содержит стальную трубу 1, футерованную огнеупорами 2, в верхней и нижней части стальной трубы располагаются пульсаторы 3, 4, которые крепятся к трубе при помощи сварки.
Эксплуатация предлагаемой фурмы осуществляется следующим образом.
Пример (вариант 3, таблица).
Предлагаемая полезная модель испытана на участке подготовки чугуна в цехе изложниц ОАО ЗСМК. Фурму изготавливали из металлической трубы с внутренним диаметром 41 мм, длиной цилиндрической части 3500 мм. Пульсаторы, выполненные из стержней металлических, приваривали сваркой в верхней части на расстоянии 70 мм от верхнего среза трубы фурмы (70/41=1,7) и в нижней части на расстоянии 123 мм от нижнего среза трубы фурмы (123/41=3,0). Диаметр пульсатора равен 14,4 мм (Дп/Дт=0,35).
Продувку производили газообразным азотом в ковше емкостью 60 т. Технологические параметры установки пульсаторов и результаты продувки сведены в таблицу. Наилучшие данные по усвоению ферросплавов и механическим
свойствам чугуна получены на опытах 2, 3, 4,где расположение пульсаторов в трубе фурмы и отношение Дп/Дт соответствуют заявляемым в полезной модели пределам. Усвоение ферросплавов и механические свойства на этих опытах составили соответственно 85-90% и 135-145 МПА против 78% и 123 МПА по прототипу.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет повысить усвоение ферросплавов и улучшить механические свойства чугуна при простоте конструкции фурмы.
Предлагаемая полезная модель промышленно применима и может быть использована при обработка металла в ковше инертным газом.
Таблица
№
Расположение оси верхнего пульсатора от верхнего среза трубы, мм
Отношение рас-ния от оси верхнего среза трубы до оси верхнего пульсатора к внутреннему диаметру трубы
Расположение оси нижнего пульсатора от нижнего среза трубы, мм
Отношение рас-ния от нижнего среза трубы до оси нижнего пульсатора к внутреннему диаметру трубы
Диаметр пульсатора Дп, мм
Дп Дт
Усвоение фер-вов, %
Механич. св-ва чугуна, МПА
опыта
1
62
1,5
1
0,02
8,2
0,2
80
125
2
66
1,6
2
0,05
10,2
0,25
85
135
3
70
1,7
123
3,00
14,4
0,35
95
160
4
74
1,8
205
5,00
18,5
0,45
90
145
5
123
3,0
328
8,00
32,8
0,8
83
130
прототип
78
123