УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ

Устройство ДЛЯ выплавки стали.
Полезная модель относится к сталеплавильному производству и может быть
использована при выплавке стали в конвертерах с комбинированной продувкой металла технологическими газами через верхнюю и донные фурмы.
Из предшествующего уровня техники, известно устройство для выплавки стали, включающее конвертер, верхнюю фурму с соплами для струйной подачи кислорода в расплав металла сверху и донные фурмы для одновременной нижней подачи продувочного агента, например инертного газа, (см. патент США № 4280838, кл. 75-60, 1981 г.).
В известном устройстве, верхняя продувка кислородом, вызывает конвективные потоки металла в конвертерной ванне, направленные вниз, вдоль стенок конвертера и вверх в центре ванны. В тоже время, донный подвод инертного газа приводит к возникновению потоков расплава металла у боковых стенок конвертера вверх, а в центре ванны - вниз.
Недостаток известного устройства заключается в том, что при продувке, за счет взаимного торможения потоков металла существенно снижается эффективность его перемешивания в ванне и эффективность использования кислорода, что приводит к повышению содержания окислов железа в шлаке, потерям выхода годного металла и снижению качества стали. Кроме того, за счет выбросов металла и щлака при выходе пузырей инертного газа на поверхность расплава, стойкость футеровки снижается.
Известено также устройство для выплавки стали (см. А.С. СССР № 1497228, кл. С 21С 5/28, 1987 г.) - прототип полезной модели, включающее конвертер, верхнюю фурму с равномерно расположенными по ее окружности продувочными соМПК С21С5/28; С21С 5/35. ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ.
плами, ориентированными под одинаковым острым углом к оси фурмы, и донные фурмы нижнего дутья.
Недостатком прототипа является пониженная стойкость футеровки конвертера, поскольку высокая интенсивность перемешивания сопровождается разбрызгиванием металла и шлака, попадающего на поверхность футеровки, что приводит сначала к локальным разрушениям футеровки из-за неравномерного термического и химического воздействие на нее агрессивных сред, а затем к быстрому росту этих разрушений и полному выходу футеровки из строя.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является увеличение стойкости футеровки при выплавке стали в конвертере, за счет такой ориентации сопел продувочной фурмы, которая обеспечивает наряду с высокой степенью перемешивания металла в конвертере гакже и повьш1ение стойкости его футеровки. Дополнительно решается задача по повышению выхода годного металла за счет уменьшения выноса брыг расплава из конвертера.
Поставленная задача решена тем, что устройство для выплавки стали, содержащее конвертер, верхнюю фурму с равномерно расположенными по ее окружности продувочными соплами, ориентированными под одинаковым острым углом к оси фурмы, и нижние донные фурмы, согласно полезной модели, точки пересечения осей сопел верхней фурмы с плоскостями их входных и выходных сечений расположены на симметричной конусной поверхности, с углом при
вершине конуса, составляющим от 9 до 19 градусов, при этом угол, образованный осью каждого сопла и перпендикуляром, опущенным из точки пересечения оси сопла с конусной поверхностью на плоскость, перпендикулярную к оси симметрии конуса, составляет от 14 до 20 градусов, а число сопел составляет более 4. Предпочтительно, чтобы фурмы нижнего дутья были расположены в центральной зоне днища, при этом точки пересечения осей их продувочных каналов с плоскостью
расположения условного уровня расплава металла в конвфтере должны быть расположены внутри окружности, на которой расположены точки пересечения осей сопел верхней фурмы с этой же плоскостью при рабочем положении верхней фурмы.
Преимущество предложенной полезной модели заключается в том, что за счет предложенной пространственной ориентации кислородных струй, в верхнем слое расплава, формируется вращающийся стационарный вихревой слой, энергия на вращение которого поступает из кольцеобразной поверхностной зоны, на которую воздействут продувочные струи. При этом внешняя граница турбулизированной области, включая вфхний слой расплава с расположенной над ним областью пространства конвертера, заполненного газощлакопылевой эмульсией, располагается на огфеделенном расстоянии от поверхности футеровки конвертера, которое определяется предложенной ориентацией продувочных сопел фурмы. За счет этого в поверхностном слое расплава происходит рассеивание энергии брызгообразования расплава и шлака при выходе на поверхность газовых пузырей донного дутья, кроме того в этом слое в пристеночной зоне конвертера образуется стационарное течение, равномерно омывающее футерованную поверхность конвертера и обеспечивая этим, при том же расходе кислорода, равномерный износ футеровки, а также оптимальные условия щлакообразования, дожигания СО над поверхностью расплава в конвертере и рециркуляционного осаждения мелких брызг в
расплав. Кроме этого, предложенная схема установки продувочных сопел оптимальна, поскольку при такой их ориентации, с одной стороны, повышается стойкость днища головки кислородной фурмы, а с другой стороны обеспечивается эффективность верхней продувки и защита футеровки от воздействия образующихся при продувке турбулентных пульсаций расплава.
Полезная модель иллюстрируется чертежами;
где, на фиг. 1 показан общий вид предложенного устройства ( продольный разрез);
на фиг.2 - тоже (вид в плане);
на фиг.З - показан фрагмент наконечника верхней фурмы с расположенным в нем соплом.
на фиг.4 - показана схема, поясняющая геометрические построения и соотношения предложенной ориентации сопел верхней продувочной фурмы.
Устройство для выплавки стали, содержит конвертф 1, верхнюю фурму 2 с равномерно рашоложенными по ее периметру продувочными соплами 3, ориентированными под одинаковым углом к оси фурмы. В нижней части конвертера I расположены фурмы нижнего дутья с продувочными каналами 4, соединенными с подводящим коллектором 5. Точки а и в пересечения осей сопел 3 верхней фурмы 2 с плоскостями срезов Б-Б сопел (входные сечения) и В-В ( выходные сечения), см. фиг.З, расположены на симметричной конической поверхности, с углом а при вершине образованного этой поверхностью конуса, составляющим 9-19, при этом угол р, (см.фиг.4), образованный осью каждого сопла 3 (соответственно осью каждой струи) и перпендикуляром а-б опущенным из точки пересечения оси соответствующего сопла с конической поверхностью на плоскость, перпендикулярную к оси симметрии конуса, составляет от 14 до 20. На фиг.4 показан пример ориентации в пространстве осей кислородных струй, истекающих из сопел 3, при этом точки а , принадлежащие плоскости Д-Д совпадают с точкой в, показанной на фиг.З, т.е принято допущение, что в плоскости Д-Д расположены истоки струй. Это допущение справедливо вследствии того, что конуса, образованные при пересечении конусной симметричной поверхности,
перпендикулярными к оси симметрии этой поверхности секущими плоскостями подобны.
Предпочтительно, чтобы число сопел, расположенных по окружности верхней фурмы было более 4. Продувочные каналы 4 нижнего дутья расположены в центральной зоне днища конвертера 1, при этом (см.фиг. 1 и 2) точки е пересечения этих осей с секущей плоскостью Г-Р (плоскостью условного уровня расплава металла в конвертере), расположены внутри окружности, на которой расположены точки ж пересечения осей сопел верхней фурмы с этой же плоскостью при разных рабочих положениях верхней фурмы.
Полезная модель работает следующим образом.
В конвертер комбинированного дутья заваливают лом и другие твердые компоненты шихты. Затем заливают чугун, опускают в конвертер верхнюю продувочную фурму, которая располагается соосно его корпусу на расчетном расстоянии от уровня расплава металла и осуществляют продувку металла кислородом сверху и одновременно, через продувочные каналы 4 в днище конвертера 1, какимлибо продувочным агентом, например, нейтральным газом снизу.
Струи кислорода, истекающие из сопел 3 имеют пространственную ориентировку и наклонно направлены к поверхности расплава. Вследствие такой ориентации струй, они воздействуют на ограниченную кольцеобразную область поверхности расплава. В процессе плавки, при необходимости технологичесI
ких перемещений фурмы, ее перемещение производятся соосно конвертеру таким образом, чтобы внешняя граница ограниченной кольцеобразной области поверхности расплава на которую воздействуют струи верхнего дутья, не выходила за границу, определенную заданным расстоянием от поверхности футеровки.
ныи циркуляционный поток, поддерживаемый энергией продувочного агента. Вращение повфхностного слоя расплава, вблизи поверхности футеровки имеет равномерный характер, чем достигается равномерное омывание футеровки расплавом металла и шлака.
Кроме этого, в пространстве над поверхностью расплава, внутри струйной завесы от верхнего дутья, развиваются взаимодействующие с этой завесой, рециркуляционные потоки от нижнего дутья, что приводит к дополнительной интенсификации процессов дожигания горючих газов, выделяемых из расплава и в значительной мере подавляются выбросы мегалла и шлака на футерованную поверхность конвертера при выходе пузырей продувочного агента (например, инертного газа), подаваемого в конвертер снизу. В результате увеличивается стойкость футеровки конвертера, износ ее поверхности происходит равномерно и повышается выход годного металла за счет снижения уноса продуктов плавки из конвертера.