SU517646A1 - Method of cooling tuyere for metal blowing - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к сталеплавильному производству черной металлургии, в частности к выплавке стали с применением фурм дл  подачи кислорода.The invention relates to the steelmaking industry of ferrous metallurgy, in particular to steelmaking using lances for supplying oxygen.

Известен способ охлаждени  фурмы дл  продувки металла, включающий воздействие на поток воды, подаваемой через соответствующий тракт к поверхности теплообмена, импульсов ультразвуковых колебаний с частотой повторени  10-100 в секунду. При этом интенсивностьколебанийсоставл етThere is a known method for cooling a tuyere to purge a metal, which includes the effect on the flow of water supplied through the appropriate path to the heat exchange surface, pulses of ultrasonic vibrations with a repetition rate of 10-100 per second. In this case, the intensity of oscillations is

1 10 Вт/м в импульсе. Такой способ охлаждени  уменьщает образование накипи на поверхности теплообмена и повышает стойкость фурмы.1 10 W / m pulse. This method of cooling reduces the formation of scale on the heat exchange surface and increases the durability of the tuyere.

Вследствие применени  дл  охлаждени  фурмы холодной воды, неочищенной от солей жесткости, и высокой температуры ее в пограничном слое теплопередающа  поверхность отвод щего тракта фурмы подвержена довольно быстрому загр знению различными осадками, что приводит к необходимости повыщени  интенсивности ультразвука до высоких значений, в частности не менее (10 Вт/см). Это значительно удорожает и усложн ет процесс очистки теплонапр женной поверхности от накипи, вследствие того что энерги  излучател  (вибратора ), преобразуема  в полезный эффект, невелика и составл ет менее 1%. При интенсивности ультразвуковых колебаний пор дка 10 Вт/см плотность облака кавитационных пузырьков настолько увеличиваетс , что приводит к усиленному эрозионному разрушению непосредственно поверхности теплообмена фурмы, а это резко снижает стойкость фурмы и приводит к быстрому выходу ее из стро .Due to the cold water used for cooling the tuyere, untreated from hardness salts, and its high temperature in the boundary layer, the heat transfer surface of the tuyere discharge line is subject to fairly rapid contamination with various precipitates, which leads to the need to increase the ultrasound intensity to high values, in particular no less ( 10 W / cm). This significantly increases the cost and complexity of the process of cleaning the heat-stressed surface from scale, due to the fact that the energy of the radiator (vibrator), which is converted into a useful effect, is small and amounts to less than 1%. When the intensity of ultrasonic oscillations is about 10 W / cm, the density of the cloud of cavitation bubbles increases so much that it leads to enhanced erosion destruction of the heat exchange surface of the tuyere directly, and this sharply reduces the resistance of the tuyere and leads to its rapid destruction.

Цель изобретени  - повышение эффективности процесса охлаждени  фурмы - достигаетс  тем, что ультразвуковые колебани  осуществл ют непрерывно в следующей последовательности: в начальный период эксплуатации фурмы до образовани  шероховатостей (эрозии) на поверхности теплообмена глубиной, равной 0,025-0,05 величины зазора тракта дл  отвода воды, в кавитационном режиме , а затем до окончани  срока службы фурмы в докавитационном режиме.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the cooling process of the tuyere, which is achieved by the fact that ultrasonic oscillations are carried out continuously in the following sequence: during the initial period of operation of the tuyere, before roughness (erosion) on the heat exchange surface is reached, a depth equal to 0.025-0.05 , in the cavitation mode, and then before the end of the life of the tuyere in the precavitation mode.

Ультразвуковые колебани  в кавитационном режиме осуществл ют с частотой 16- 20 кГц и интенсивностью 2-3 Вт/см, а в докавитационном режиме - с частотой 200- 430 кГц и интенсивностью 0,2-0,6 Вт/см.Ultrasonic oscillations in the cavitation mode are carried out with a frequency of 16-20 kHz and an intensity of 2-3 W / cm, and in the precavitational mode, with a frequency of 200-430 kHz and an intensity of 0.2-0.6 W / cm.

Claims (2)

Воздействие на поверхность теплообмена непрерывными ультразвуковыми колебани ми в кавитационном режиме с указанной частотой и интенсивностью обеспечивает образование на ней шероховатостей, соизмеримых с толщиной пристенного сло . Такие шероховатости обеспечивают возникновение на указанной поверхности или в непосредственной близости от нее небольших возмущений, характеризующихс  весьма значительным градиентом скорости. Возникшие возмущени  турбулизируют пристенный слой охладител  и повышают его турбулентную проводимость вследствие беспор дочного турбулентного обмена жидкими массами, что интенсифицирует теплоотдачу в отвод щем тракте фурмы. Естественно , что в данном режиме очистка поверхности теплообмена от накипи, загр знений и паровой пленки составл ет более 100%, т. е. имеет место эрозионное разрушение поверхности теплообмена за счет мощных кавитационных ударов. Осуществление ультразвуковых колебаний после образовани  шероховатостей определенной высоты на поверхности теплообмена в докавитационном режиме обеспечивает высокую степень очистки и массопереноса в сло х охладител  за счет интенсивного перемешивани  его слоев и уноса загр знений гидропотоками , вызванными пульсирующими пузырьками . Шероховатость поверхности теплообмена способствует образованию в этом случае дополнительных микропотоков непосредственно в пограничном слое. При этом дальнейшее эрозионное разрушение поверхности теплообмена прекращаетс , а степень очистки ее составл ет 100%. Эффективность ультразвуковых колебаний увеличиваетс , а энергозатраты сокращаютс . Все это повышает эффективность процесса охлаждени  фурмы. Пример. Охлаждение фурмы дл  продувки металла осуществл ют водой, подаваемой под давлением 1,0-1,2 Мн/м (10-12 ат) через соответствующий тракт к поверхности теплообмена, на которую воздействуют ультразвуковыми колебани ми. Ультразвуковые колебани  осуществл ют непрерывно в следующей последовательности: в начальный период эксплуатации фурмы до образовани  шероховатостей (эрозии) на поверхности теплообмена , в кавитационном режиме, а затем до окончани  срока службы фурмы в докавитационном режиме. Ультразвуковые колебани  в кавитационном режиме осуществл ют до образовани  на поверхности теплообмена шероховатостей высотой , равной 0,025-0,05 величины зазора тракта дл  отвода воды. Ультразвуковые колебани  в кавитационном режиме осуществл ют с частотой 16-20 кГц и интенсивностью 2-3 Вт/см, а в докавитационном режиме - с частотой 200-430 кГц и интенсивностью 0,2-0,6 Вт/см2. Наибольшее значение на повышение теплообмена , разрушение паровой пленки и предотвращение образовани  накипи на поверхности теплообмена показывает  вление кавитации , заключающеес  в образовании разрывов сплошности охлаждаемой воды, возникновении полостей, заполненных в той или иной мере паром жидкости и газом, растворенным в ней, и захлопывании этих полостей. сопровождающимс  интенсивными ударами. По вление кавитации в охлаждающей воде св зано с тем, что в реальной жидкости всегда содержитс  множество парогазовых нерастворенных пузырьков и мельчайших частиц различных размеров. В полупериод раст жени  кавитационные пузырьки изотермически расшир ютс  и в охлаждающей воде образуютс  полости, которые в полупериод сжати  адиабатически сокращаютс . Ультразвуковые колебани  в кавитационном режиме осуществл ют до образовани  шероховатостей (эрозионных  мок) глубиной, равной 0,025-0,05 величины зазора тракта дл  отвода воды. Врем  воздействи  на поверхность теплообмена ультразвуковыми колебани ми в кавитационном режиме зависит от материала поверхности и глубины шероховатостей , величина которых, в свою очередь, зависит от величины зазора тракта дл  отвода воды. Опыты показывают, что дл  образовани  шероховатостей (эрозионных  мок) глубиной 0,5 мм (0,05 величины зазора тракта дл  отвода воды, который равен 10 мм) на поверхности теплообмена из стали 3 по ГОСТу 380-70 требуетс  подвергнуть ее кавнтационному воздействию в течение 6-8 ч. Ультразвуковые колебани  в кавитационном режиме осуществл ют в течение 4-15% от общего срока службы фурмы. Благодар  искусственной турбулизации потока , характерной дл  прин той формы обтекаемой поверхности теплообмена внутри общего потока охлаждающей воды в пограничном слое, скорости струй измен ютс  в двух плоскост х: перпендикул рно общей плоскости потока охлаждающей воды и параллельно ей. При этом достигаетс  высока  степень искусственной турбулизации и размыва пограничного сло , а коэффициент теплопередачи достигает высоких значений уже при скорости потока 0,2-0,5 м/с. Кроме того, турбулизаци  пограничного сло  уменьшает образование накипи и других загр знений на поверхности теплообмена, ликвидирует паровую пленку на указанной поверхности и резко снижает затраты ультразвуковой энергии на полную очистку накипи. После образовани  на поверхности теплообмена шероховатостей глубиной 0,025-0,5 величины зазора тракта дл  отвода воды ультразвуковые колебани  осуществл ют непрерывно до окончани  срока службы фурмы в докавитациоином режиме с частотой 200- 30 кГц и интенсивностью 0,2-0,6 Вт/см. ри осуществлении ультразвуковых колебаий с указанными параметрами число захлоывающихс  пузырьков уменьшаетс , а пуль-ирующих увеличиваетс . Другими словами, ахлопывающиес  пузырьки вырождаютс  в ульсирующие, что подавл ет кавитационные роцессы и тем самым предохран ет поверхость теплообмена от дальнейшего кавитаионного разрушени . Формула изобретени  1. Способ охлаждени  фурмы дл  продувки металла, включающий подачу воды в соответствующий тракт фурмы к поверхности теплообмена и воздействие на йёе ультразвуковыми колебани ми, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности процесса охлаждени , ультразвуковые колебани  осуществл ют непрерывно в следующей последовательности: до образовани  шероховатостей на поверхности Тёйлообмена глубиной, равной 0,025-0,05 величины зазора тракта дл  отвода воды, в кавитационном режиме, затем в докавитационном режиме. The impact on the heat exchange surface by continuous ultrasonic oscillations in the cavitation mode with the indicated frequency and intensity ensures the formation of roughnesses on it commensurate with the thickness of the near-wall layer. Such roughness ensures the appearance on the specified surface or in the immediate vicinity of it small disturbances characterized by a very significant velocity gradient. The disturbances that have arisen turbulize the near-wall layer of the cooler and increase its turbulent conductivity due to random turbulent exchange of liquid masses, which intensifies the heat transfer in the tuyere exhaust path. Naturally, in this mode, the cleaning of the heat exchange surface from scale, pollution and steam film is more than 100%, i.e., there is an erosional destruction of the heat exchange surface due to powerful cavitation impacts. The implementation of ultrasonic oscillations after the formation of roughness of a certain height on the heat exchange surface in the precavitational mode provides a high degree of purification and mass transfer in the cooler layers due to the intensive mixing of its layers and the entrainment of contaminants by hydro flows caused by pulsating bubbles. The heat exchange surface roughness in this case contributes to the formation of additional microflows directly in the boundary layer. Moreover, further erosion destruction of the heat exchange surface is stopped, and its degree of purification is 100%. The effectiveness of ultrasonic vibrations is increased, and energy costs are reduced. All this increases the efficiency of the process of cooling the tuyere. Example. Cooling the tuyere for metal blowing is carried out with water supplied under a pressure of 1.0-1.2 Mn / m (10-12 atm) through an appropriate path to the heat exchange surface, which is affected by ultrasonic vibrations. Ultrasonic vibrations are carried out continuously in the following sequence: in the initial period of operation of the tuyere, prior to the formation of roughness (erosion) on the heat exchange surface, in the cavitation mode, and then until the end of the service life of the tuyere in the precavitation mode. Ultrasonic oscillations in the cavitation mode are carried out until roughness is formed on the heat exchange surface with a height equal to 0.025-0.05 of the clearance of the path for water drainage. Ultrasonic oscillations in the cavitation mode are carried out with a frequency of 16-20 kHz and an intensity of 2-3 W / cm, and in the precavitational mode - with a frequency of 200-430 kHz and an intensity of 0.2-0.6 W / cm2. The greatest value in increasing heat transfer, breaking the vapor film and preventing scale formation on the heat transfer surface shows the phenomenon of cavitation, which consists in the formation of discontinuities of the cooled water, the appearance of cavities filled with liquid vapor and gas dissolved in it, and the collapse of these cavities . accompanied by intense blows. The appearance of cavitation in cooling water is due to the fact that in a real liquid there are always a lot of vapor-gas undissolved bubbles and tiny particles of various sizes. In the stretching half-period, the cavitation bubbles expand isothermally and cavities are formed in the cooling water, which adiabatically shrink in the compression half-life. Ultrasonic oscillations in the cavitation mode are carried out until roughness (erosion wet) is formed with a depth equal to 0.025-0.05 of the size of the path gap for draining water. The time of exposure to heat exchange by ultrasonic vibrations in the cavitation mode depends on the material of the surface and the depth of roughness, the magnitude of which, in turn, depends on the size of the path gap for draining water. Experiments show that for the formation of roughness (erosion wet) 0.5 mm deep (0.05 gap clearance for water drainage, which is equal to 10 mm) on the heat exchange surface of steel 3 according to GOST 380-70, it is necessary to subject it to cavitation effect for 6-8 hours. Ultrasonic oscillations in the cavitation mode are carried out within 4-15% of the total service life of the tuyere. Due to the artificial turbulization of the flow, which is characteristic of the accepted shape of the streamlined heat exchange surface inside the common flow of cooling water in the boundary layer, the speeds of the jets change in two planes: perpendicular to the common plane of the flow of cooling water and parallel to it. In this case, a high degree of artificial turbulization and erosion of the boundary layer is achieved, and the heat transfer coefficient reaches high values even at a flow rate of 0.2-0.5 m / s. In addition, turbulization of the boundary layer reduces the formation of scale and other contaminants on the heat exchange surface, eliminates the vapor film on the surface and drastically reduces the cost of ultrasonic energy for the complete cleaning of scale. After the formation of roughness on the heat exchange surface with a depth of 0.025-0.5, the size of the gap of the water discharge path, ultrasonic oscillations are carried out continuously until the end of the service life of the tuyere in do-cavitational mode with a frequency of 200-30 kHz and an intensity of 0.2-0.6 W / cm. During the implementation of ultrasonic oscillations with the specified parameters, the number of ebbing bubbles decreases, and the number of pulsating bubbles increases. In other words, the achloping bubbles degenerate into pulsating ones, which suppresses cavitation processes and thus prevents the heat exchange surface from further cavitation destruction. Claim 1. A method of cooling a tuyere for metal blowing, including supplying water to the appropriate tuyere path to the heat exchange surface and affecting it with ultrasonic vibrations, characterized in that, in order to increase the efficiency of the cooling process, ultrasonic vibrations are carried out continuously in the following sequence: before the formation of roughness on the surface of the turnover of a depth equal to 0.025-0.05 of the clearance of the path for draining water, in the cavitation mode, then in the precavitation mode. 2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что ультразвуковые колебани  в кавитационном режиме осуществл ют с частотой 16- 20 кГц и интенсивностью 2-3 Вт/см а в докавитационном режиме - с частотой 200- 430 кГц и интенсивностью 0,2-0,6 Вт/см.2. A method according to claim 1, characterized in that the ultrasonic oscillations in the cavitation mode are carried out with a frequency of 16-20 kHz and an intensity of 2-3 W / cm and in the precavitational mode with a frequency of 200-430 kHz and an intensity of 0.2- 0.6 W / cm.