RU2112048C1

RU2112048C1 - Lance for metal blowing

Info

Publication number: RU2112048C1
Application number: RU97109760A
Authority: RU
Inventors: Н.М. Караваев; Д.В. Захаров; А.И. Дагман; Ю.Ф. Суханов; В.Н. Хребин; И.В. Сафонов; А.И. Бокачев; В.И. Лебедев
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1998-05-27

Abstract

FIELD: metallurgy, more specifically, lances for blowing of metal in converter in steel melting. SUBSTANCE: the offered lance has concentrically located tubes for oxygen supply, delivery and discharge of coolant, end head consisting of external and internal plates interconnected by Laval nozzles and axial branch pipe with cylindrical channel located at some angle to lance longitudinal axis. Channel is made of two successively located cylindrical holes with different diameters and interconnected by conical hole. Diameter of outlet cylindrical hole equals (0.2-0.5)D, its length is(0.2-2.0)D, angle of inclination of conical section of surface to its longitudinal axis is 10-30 deg, and length of conical section equals (0.2-0.8)D, where D is critical diameter of Laval nozzle. EFFECT: higher stability of lance, increased yield of steel from converter due to reduced splashing of metal from converter. 1 dwg , 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к фурмам для продувки расплава в конвертере при выплавке стали. The invention relates to metallurgy, and more particularly to tuyeres for purging a melt in a converter during steelmaking.

Наиболее близкой по технической сущности является фурма для продувки металла, включающая концентрично расположенные трубы для подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцевую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля. При этом по оси наружной и внутренней тарелок установлен патрубок с цилиндрическим отверстием, через канал которого проходит насадок трубы, по которому подается порошкообразный уголь в струе азота или только природный газ. The closest in technical essence is a lance for purging metal, including concentrically arranged pipes for oxygen supply, supply and removal of a cooler, an end head consisting of external and internal plates connected by Laval nozzles located at an angle to the longitudinal axis of the lance. At the same time, a pipe with a cylindrical hole is installed along the axis of the outer and inner plates, through the channel of which the nozzle of the pipe passes through which powdered coal is fed in a stream of nitrogen or only natural gas.

Недостатком известной фурмы является ее неудовлетворительная стойкость, а также недостаточная эффективность продувки стали в процессе выплавки в конвертере. Это объясняется тем, что в осевой части рабочей полости конвертера под фурмой образуется зона повышенной температуры в результате сгорания порошкообразного угля, подаваемого в цилиндрическое отверстие. В результате происходит перегрев внешней тарелки и как следствие выход фурмы из строя. A disadvantage of the known tuyeres is its unsatisfactory durability, as well as the insufficient efficiency of steel blowing during smelting in the converter. This is explained by the fact that in the axial part of the working cavity of the converter, a zone of elevated temperature is formed under the lance as a result of the combustion of powdered coal supplied to a cylindrical hole. As a result, the external plate overheats and, as a result, the tuyere fails.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении стойкости фурмы, а также в повышении выхода стали из конвертера за счет уменьшения выбросов металла из него. The technical effect when using the invention is to increase the resistance of the lance, as well as to increase the yield of steel from the converter by reducing metal emissions from it.

Указанный технический эффект достигается тем, что фурма для продувки металла содержит концентрично расположенные трубы для подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцевую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля и осевым патрубком с цилиндрическим каналом. The specified technical effect is achieved by the fact that the lance for purging the metal contains concentrically arranged pipes for oxygen supply, supply and removal of a cooler, an end head consisting of external and internal plates connected by Laval nozzles located at an angle to the longitudinal axis of the lance and an axial nozzle with a cylindrical channel .

Канал выполнен из двух последовательно расположенных цилиндрических отверстий с различными диаметрами, соединенных между собой конусным отверстием. Диаметр выходного цилиндрического отверстия составляет 0,2-0,5D_кр, его длина - 0,2-2,0D_кр, угол наклона поверхности конусного участка поверхности к его продольной оси составляет 10 - 30^o, а длина конусного участка - 0,2 - 0,8D_кр, где D_кр - критический диаметр сопла Лаваля.The channel is made of two sequentially arranged cylindrical holes with different diameters, interconnected by a conical hole. The diameter of the outlet cylindrical hole is 0.2-0.5D _cr , its length is 0.2-2.0D _cr , the angle of inclination of the surface of the conical surface section to its longitudinal axis is 10-30 ^o , and the length of the conical section is 0.2 - 0.8D _cr , where D _cr is the critical diameter of the Laval nozzle.

Повышение стойкости фурмы будет происходить вследствие подачи через центральное отверстие в тарелках головки фурмы кислорода. При этом конструктивные параметры этого отверстия обеспечивают скорость потока струи кислорода на выходе из отверстия ниже скорости истечения из сопел Лаваля, но достаточной для удаления зоны с повышенной температурой под центральной частью фурмы. В этих условиях устраняется процесс дожигания окиси углерода непосредственно под фурмой. Сказанное приводит к устранению перегрева нижней тарелки головки фурмы. При этом давление газовой среды по центру фурмы будет выше, чем по ее краям. В этом случае зона дожигания окиси углерода перемещается вниз и удаляется от фурмы. Кроме того, подача кислорода через центральное отверстие приводит к дополнительному охлаждению корпуса фурмы. При этом происходит дополнительный подогрев ванны расплава, происходит повышение ее температуры, а также уменьшается количество выбросов металла из конвертера. The increase in lance resistance will occur due to the supply of oxygen through the central hole in the plates of the lance head. Moreover, the design parameters of this hole provide a stream of oxygen at the outlet of the hole below the rate of discharge from the Laval nozzles, but sufficient to remove the zone with high temperature under the central part of the lance. Under these conditions, the process of afterburning of carbon monoxide directly under the lance is eliminated. The above leads to the elimination of overheating of the lower plate of the lance head. In this case, the pressure of the gas medium in the center of the lance will be higher than along its edges. In this case, the carbon monoxide afterburning zone moves down and moves away from the lance. In addition, the supply of oxygen through the Central hole leads to additional cooling of the lance body. In this case, an additional heating of the molten bath occurs, its temperature rises, and the amount of metal emissions from the converter also decreases.

Диапазон конструктивных параметров центрального отверстия в патрубке объясняется газодинамическими закономерностями истечения кислорода из патрубка. При меньших значениях расход кислорода будет недостаточным для повышения стойкости фурмы. При больших значениях будет происходить нарушение газодинамических закономерностей потоков кислорода, истекающих из сопел Лаваля, что вызывает нарушение необходимых закономерностей продувки кислородом ванны конвертера. The range of design parameters of the central hole in the nozzle is explained by the gas-dynamic laws of the outflow of oxygen from the nozzle. At lower values, the oxygen flow will be insufficient to increase the resistance of the lance. At large values, the gas-dynamic regularities of the oxygen flows flowing out of the Laval nozzles will be violated, which will violate the necessary regularities of oxygen purging of the converter bath.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от величины критического диаметра сопла Лаваля. The specified range is set in direct proportion to the critical diameter of the Laval nozzle.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемой фурмы с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень". The analysis of scientific, technical and patent literature shows the lack of coincidence of the distinctive features of the claimed lance with signs of known technical solutions. Based on this, it is concluded that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения, со ссылкой на чертеж, на котором показана схема фурмы для продувки металла, продольный разрез. The following is an embodiment of the invention, not excluding other options within the claims, with reference to the drawing, which shows a diagram of a lance for purging metal, a longitudinal section.

Фурма для продувки металла состоит из сопел Лаваля 1, наружной тарелки 2, распределителя воды 3, внутренней тарелки 4, труб 5, 6, 7, патрубка 8 с цилиндрическим участком 9 и 10 и конусного участка 11. Позицией D_кр указан критический диаметр сопла Лаваля, d - диаметр минимального отверстия в патрубке, D - диаметр максимального отверстия в патрубке, l - длина участка канала в патрубке с минимальным диаметром, L - длина конусного участка в канале патрубка, α - угол наклона поверхности конусного участка в канале патрубка.The metal purge lance consists of Laval nozzles 1, an external plate 2, a water distributor 3, an internal plate 4, pipes 5, 6, 7, a pipe 8 with a cylindrical section 9 and 10 and a conical section 11. The critical diameter of the Laval nozzle is indicated by D _cr. , d is the diameter of the minimum hole in the pipe, D is the diameter of the maximum hole in the pipe, l is the length of the channel section in the pipe with the minimum diameter, L is the length of the cone section in the pipe channel, α is the angle of inclination of the surface of the cone section in the pipe channel.

Фурма для продувки металла работает следующим образом. A lance for purging metal works as follows.

Пример. В процессе выплавки стали фурма опускается в горловину конвертера и производится продувка расплава кислородом с расходом в пределах 2,5 - 6,0 м³/т•мин. Кислород подается к головке фурмы по трубе 7. Охлаждающая вода подается по зазору между трубами 6 и 7, через распределитель воды 3 изменяет свое движение на обратное направление и по зазору между трубами 5 и 6 уходит из головки фурмы. При этом происходит охлаждение тарелок 2 и 4, а вместе с ними и корпусов сопел Лаваля 1 с критическим диаметром D_кр, установленных между тарелками 2 и 4 наклонно к продольной оси фурмы.Example. During steelmaking, the tuyere is lowered into the neck of the converter and the melt is purged with oxygen with a flow rate of 2.5–6.0 m ³ / t • min. Oxygen is supplied to the tuyere head through the pipe 7. Cooling water is supplied through the gap between the pipes 6 and 7, through the water distributor 3 changes its movement in the opposite direction and leaves the tuyere head through the gap between the pipes 5 and 6. In this case, the plates 2 and 4 are cooled, and with them the bodies of the Laval nozzles 1 with a critical diameter D _cr installed between the plates 2 and 4 inclined to the longitudinal axis of the lance.

По оси фурмы между тарелками 2 и 4 установлен патрубок 8, сквозной канал которого выполнен из двух последовательно расположенных цилиндрических отверстий 10 и 9 с различными диаметрами соответственно D и d, соединенных между собой конусным отверстием 11 с углом наклона его поверхности к продольной оси фурмы α = 10-30^o. Диаметр d равен 0,2 - 0,5D_кр; его длина равна l равна 0,2 - 2,0D_кр; длина L конусного участка 11 равна 0,2 - 0,8D_кр.A nozzle 8 is installed along the axis of the tuyere between plates 2 and 4, the through channel of which is made of two consecutive cylindrical holes 10 and 9 with different diameters D and d, respectively, connected by a conical hole 11 with an angle of inclination of its surface to the longitudinal axis of the tuyere α = 10-30 ^o . Diameter d is 0.2 - 0.5D _cr ; its length equal to l is equal to 0.2 - 2.0D _cr ; the length L of the cone section 11 is 0.2 to 0.8 D _cr .

В процессе продувки расплава часть расхода кислорода проходит через патрубок 8. По трубе 7 подается кислород под давлением 6 - 12 кг/см². При этом струя кислорода выходит из сопла Лаваля 1 со сверхзвуковой скоростью при давлении на выходе из сопла в пределах 1,0 - 1,5 кг/см². Струя кислорода выходит из цилиндрического отверстия 9 с дозвуковой скоростью при давлении на выходе из отверстия в пределах 6 - 12 кг/см², что и в трубе 7. При этом происходит охлаждение патрубка 8, а вместе с ним и внешней тарелки 2. Кроме того, вследствие повышенного давления газовой струи под фурмой зона дожигания CO до CO₂ перемещается вниз, что также устраняет перегрев фурмы. При этом вследствие дозвуковой скорости струи кислорода, истекающей из отверстия 9, происходит ее расширение, что способствует увеличению площади нижней тарелки 2, защищаемой от зоны дожигания CO до CO₂.In the process of purging the melt, part of the oxygen flow passes through the nozzle 8. Oxygen is supplied through the pipe 7 at a pressure of 6 - 12 kg / cm ² . In this case, the oxygen stream leaves the Laval nozzle 1 with a supersonic speed at a pressure at the outlet of the nozzle in the range of 1.0 - 1.5 kg / cm ² . An oxygen stream leaves the cylindrical hole 9 at a subsonic speed with a pressure at the outlet of the hole within 6 - 12 kg / cm ² , as in the pipe 7. In this case, the pipe 8, and with it the outer plate 2, is cooled. , due to the increased pressure of the gas stream under the lance, the afterburning zone of CO to CO ₂ moves down, which also eliminates the lance overheating. Moreover, due to the subsonic speed of the jet of oxygen flowing out of the hole 9, it expands, which contributes to an increase in the area of the lower plate 2, which is protected from the afterburning zone of CO to CO ₂ .

Вследствие перемещения зоны дожигания CO до CO₂ вниз по высоте рабочей емкости конвертера повышается температура расплава и шлака, что приводит к интенсификации процесса выплавки стали. Кроме того, вследствие повышения давления в центре рабочей полости конвертера уменьшается количество выбросов и выносов капель расплава из конвертера, что приводит к повышению выхода стали.Due to the movement of the afterburning zone of CO to CO ₂ down the height of the working capacity of the converter, the temperature of the melt and slag increases, which leads to an intensification of the steelmaking process. In addition, due to the increase in pressure in the center of the working cavity of the converter, the number of emissions and outflows of melt drops from the converter decreases, which leads to an increase in the yield of steel.

В таблице приведены примеры работы фурмы с различными конструктивными параметрами. The table shows examples of the operation of the lance with various design parameters.

В первом примере вследствие малых значений конструктивных параметров канала в патрубке величина расхода кислорода находится ниже допустимых значений, что не обеспечивает необходимое повышение давления среды в центральной части рабочей емкости конвертера. In the first example, due to the small values of the design parameters of the channel in the nozzle, the oxygen flow rate is below acceptable values, which does not provide the necessary increase in the pressure of the medium in the central part of the converter’s working capacity.

В пятом примере вследствие больших значений конструктивных параметров канала в патрубке происходит нарушение газодинамических закономерностей движения потоков кислорода, истекающих из сопел Лаваля, что вызывает нарушение процесса продувки ванны расплава в конвертере. In the fifth example, due to the large values of the design parameters of the channel in the nozzle, the gas-dynamic laws of the movement of oxygen flows from the Laval nozzles are violated, which causes a violation of the melt bath purge process in the converter.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие необходимых значений конструктивных параметров канала в патрубке не происходит перегрев корпуса фурмы, увеличивается давление среды в центральной части рабочей емкости конвертера до необходимых значений, повышается температура ванны расплава, уменьшаются выбросы капель металла из конвертера. In the optimal examples 2-4, due to the necessary values of the design parameters of the channel, the lance body does not overheat, the medium pressure in the central part of the converter’s working capacity increases to the required values, the temperature of the melt bath rises, and the emission of metal droplets from the converter decreases.

Использование изобретения позволяет повысить стойкость фурмы на 20 - 30%, а также уменьшить количество выбросов металла из конвертера на 10 - 15%. The use of the invention allows to increase the resistance of the lance by 20 - 30%, as well as reduce the amount of metal emissions from the converter by 10 - 15%.

Claims

Фурма для продувки металла, содержащая концентричные трубы для подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцевую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных расположенными под углом к продольной оси фурмы соплами Лаваля и осевым патрубком с цилиндрическим каналом, отличающаяся тем, что канал выполнен из двух последовательно расположенных цилиндрических отверстий с различными диаметрами, соединенных между собой конусным отверстием, при этом диаметр выходного цилиндрического отверстия составляет (0,2 - 0,5) D_кр, его длина - (0,2 - 2,0) D_кр, угол наклона поверхности конусного участка отверстия к его продольной оси составляет 10 - 30^o градусов, а длина конусного участка - (0,2 - 0,8) D_кр, где D_кр - критический диаметр сопла Лаваля.A metal purge lance containing concentric pipes for oxygen supply, cooler inlet and outlet, an end head consisting of external and internal plates connected by Laval nozzles located at an angle to the longitudinal axis of the lance and an axial nozzle with a cylindrical channel, characterized in that the channel is made from two consecutively arranged cylindrical holes with different diameters connected to each other by a conical hole, while the diameter of the outlet cylindrical hole is (0.2 - 0.5) D _cr , its length is (0.2 - 2.0) D _cr , the angle of inclination of the surface of the conical section of the hole to its longitudinal axis is 10 - 30 ^o degrees, and the length of the conical section is (0.2 - 0.8) D _cr , where D _cr - the critical diameter of the Laval nozzle.