Способ продувки сверху кислородсодержащего газа через расплав металла и фурма для обработки жидкого расплава металла
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способу продувки сверху кислородсодержащего газа с твердым веществом и без него через расплав металла, находящийся в вакууме в RH- металлургической емкости, при помощи фурмы для его осуществления. Созданы способ продувки и фурма, при использовании которой без конструктивных мер переналадки конструктивно простыми средствами осуществляются различные операции способа обработки расплавов металла при повышении содержания отдельных вводимых сред. Создана многофункциональная фурма, в которой независимо друг от друга возможен способ продувки сверху кислорода с твердым веществом или без него и создание фокального пламени. Для каждой операции способа включаются соответствующим образом лишь отдельные питающие трубопроводы. По способу продувки внутри фурмы сначала подают кольцеобразный поток кислорода или кислородсодержащего газа, который после заданного участка расширяют до сплошного потока с круговым поперечным сечением (ПКПС). При дальнейшем перемещении ПКПС наталкивается в своей внешней зоне на выполненное в виде кольцеобразного экрана препятствие (отражательное кольцо) (ОК) для возбуждения колебаний в проходящем в направлении к расплаву потоке газа, проходящему через отверстие кольцеобразного экрана и критического диаметра выходного отверстия фурмы, имеющего форму сопла Лаваля. Поток газа выходит из фурмы в расплав металла со сверхзвуковой скоростью. Для создания фокального пламени в свободной полости металлургической емкости из выходного отверстия фурмы возможна подача в расплав металла смеси кислорода или кислородсодержащего газа с горючим газом, выходящей из фурмы со сверхзвуковой скоростью. ОК закреплено в фурме на внутренней поверхности трубки для подачи кислорода и расположено перед сужением сопла Лаваля на расстоянии Lв в направлении протекания кислорода от его критического диаметра. Внутри кислородподводящей трубки на верхнем конце коаксиально ей закреплена трубка, нижний конец которой расположен на расстоянии Lp перед OK в направлении прохождения газа. 2 с. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способу продувки сверху кислородсодержащего газа с твердым веществом и без него через расплав металла, находящийся в металлургической емкости и к фурме для осуществления указанного способа.
Известны способы и устройства, в которых кислород продувается сверху через расплав металла и с помощью которых расплав металла может нагреваться путем примешивания топлива. Из патента EP 0584814 A2 известен так называемая "top-blow-lance" (продувочная фурма), в которой выходное отверстие фурмы выполнено в форме Лаваля и имеет отверстия, через которые в основной поток фурмы может вводится горючее средство. Основной поток, состоящий из кислорода или кислородсодержащего газа, выходит из сопла фурмы со сверхзвуковой скоростью, но при обычных условиях потока. Фурма, известная из этого описания имеет водоохлаждаемую оболочку. Устройство для ввода твердых веществ не предусмотрено. Установки, в которых могут добавляться твердые вещества, имеют как правило, дополнительные приспособления. Так, из патента DE 2026780 C2 известна загрузочная воронка, расположенная в крышке емкости, через которую в расплав может подаваться твердое вещество - здесь окалина в качестве окислителя. Из патента DE 2918213 C2 известен способ и устройство для металлургической обработки расплавов металла, в которых возможна многофазная обработка в одном единственном устройстве, в котором при сохранении запирающего колпака, по меньшей мере, первое приспособление, проходящее через крышку, здесь - электрод, заменяется вторым устройством, здесь - фурма. Целью изобретения является создание способа продувки расплава и предназначенной для него фурмы в виде единого конструктивного элемента, в котором без переналадки конструктивно простыми средствами осуществляются различные, отличающиеся друг от друга операции способа обработки расплавов металла, находящихся в металлургической емкости при повышении количества отдельных вводимых сред. Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что внутри фурмы сначала подают кольцеобразный поток кислорода или кислородсодержащего газа, который после заданного участка расширяют до сплошного потока с круговым поперечном сечением, наталкивающийся при дальнейшем перемещении в своей внешней зоне на выполненное в виде кольцеобразного экрана препятствие для возбуждения колебаний в проходящем в направлении к расплаву потоке газа, который проходит через отверстие кольцеобразного экрана к выходному отверстию фурмы. Кроме того для создания фокального пламени в свободной полости металлургической емкости одновременно с подачей кислорода или кислородсодержащего потока газа к выходному отверстию фурмы, имеющей форму сопла Лаваля, подводят горючий газ, разделенный в зоне выходного отверстия фурмы на несколько выполненных на его внутренней стенке сопел, расположенных под углом к средней оси фурмы, в которых в горючем газе возбуждают колебания, а выходящие из сопел пульсирующие отдельные потоки горючего газа смешивают внутри фурмы с пульсирующим потоком кислорода или кислородсодержащего газа, после чего полученная смесь газов выходит из выходного отверстия фурмы со сверхзвуковой скоростью. Кроме того является целесообразным, что частоту пульсаций потока кислорода или кислородсодержащего газа регулируют в пределах 60-900 Гц при амплитуде его давления в критическом сечении выходного отверстия фурмы в пределах 3-11 бар и количестве, равном 200-3000 Нм3/ч. При этом частоту пульсаций потока горючего газа регулируют в пределах 60-900 Гц при давлении 4-20 бар, а в качестве горючего газа подают природный газ. Согласно предпочтительному выполнению через расплав металла, находящийся в металлургической емкости, продувают обогащенный твердыми веществами кислородсодержащий газ, через направленную к расплаву фурму, в которой кольцеобразный поток кислорода или кислородсодержащего газа, натолкнувшийся в своей внешней зоне на выполненное в виде кольцеобразного экрана препятствие перед достижением критического диаметра выходного отверстия фурмы, имеющего форму сопла Лаваля, течет обратно, вступая в остаточный круговой поток, проходящий в направлении расплава, и возбуждая в нем пульсацию, а пульсирующий круговой поток, сохраняя свою кольцеобразную форму, протекает минуя препятствие, через критический диаметр выходного отверстия фурмы, при этом одновременно с подачей кислорода или кислородсодержащего газа коаксиально к его потоку к выходному отверстию фурмы подводят мелкозернистое твердое вещество, перемещаемое транспортирующим газом, причем движущийся со сверхзвуковой скоростью кольцеобразный основной поток кислорода или кислородсодержащего газа захватывает медленно протекающую смесь транспортирующего газа и твердого вещества, смешиваясь с ней, после чего смесь из кислорода или кислородсодержащего газа, транспортирующего газа и мелкозернистого твердого вещества, пульсируя, выходит из выходного отверстия фурмы со сверхзвуковой скоростью. При этом подводят мелкозернистое твердое вещество с зернистостью от 0,1 до 0,3 мм при его расходе, равном 60- 250 кг/мин и может подводиться металлическое или графитсодержащее мелкозернистое твердое вещество, в частности, алюминий или углерод. Кроме того, указанный технический результат может достигаться с помощью фурмы для продувки сверху кислородсодержащего газа через находящийся в металлургической емкости расплав металла, в частности стали, находящейся в вакууме в RH-металлургической емкости, содержащей трубку для подачи кислорода с выходным отверстием, выполненным в форме сопла Лаваля, имеющую по всей своей длине охлаждающую оболочку, присоединенные в ее верхней части к станции снабжения кислородом и хладагентом, соответственно, отличающаяся тем, что она снабжена закрепленным на внутренней поверхности трубки для подачи кислорода отражательным кольцом, расположенным перед сужением сопла Лаваля на расстоянии LB в направлении протекания кислорода от его критического диаметра, равного LB = (0,7-0,9)








Формула изобретения
1. Способ продувки сверху кислородсодержащего газа через находящийся в металлургической емкости расплав металла, в частности через расплав металла, находящийся в вакууме в RH - металлургической емкости, включающий подачу кислорода или обогащенного кислородом газа через направленную к расплаву металла фурму, проходящего через критический диаметр выходного отверстия фурмы, имеющего форму сопла Лаваля, и выходящего из нее со сверхзвуковой скоростью, подачу внутри фурмы кислорода или кислородсодержащего газа кольцеобразным потоком и его расширение до сплошного потока с круговым поперечным сечением, возбуждение колебаний в потоке газа путем образования встречного потока газа, натолкнувшегося на расположенное внутри фурмы препятствие и попадающего в поток газа, проходящий в направлении к расплаву, отличающийся тем, что внутри фурмы сначала подают кольцеобразный поток кислорода или кислородсодержащего газа, который после заданного участка расширяют до сплошного потока с круговым поперечным сечением, наталкивающийся при дальнейшем перемещении в своей внешней зоне на выполненное в виде кольцеобразного экрана препятствие для возбуждения колебаний в проходящем в направлении к расплаву потоке газа, который проходит через отверстие кольцеобразного экрана к выходному отверстию фурмы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания фокального пламени в свободной полости металлургической емкости одновременно с подачей кислорода или кислородсодержащего потока газа к выходному отверстию фурмы, имеющему форму сопла Лаваля, подводят горючий газ, разделенный в зоне выходного отверстия фурмы на несколько выполненных на его внутренней стенке сопел, расположенных под углом к средней оси фурмы, в которых в горючем газе возбуждают колебания, а выходящие из сопел пульсирующие отдельные потоки горючего газа смешивают внутри фурмы с пульсирующим потоком кислорода или кислородсодержащего газа, после чего полученная смесь газов выходит из выходного отверстия фурмы со сверхзвуковой скоростью. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что частоту пульсаций потока кислорода или кислородсодержащего газа регулируют в пределах 60 - 900 Гц при амплитуде его давления в критическом сечении выходного отверстия фурмы в пределах 3 - 11 бар и количестве, равном 200 - 3000 Нм3/ч. 4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что частоту пульсаций потока горючего газа регулируют в пределах 60 - 900 Гц при давлении 4 - 20 бар. 5. Способ по п.2 или 4, отличающийся тем, что в качестве горючего газа подают природный газ. 6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что через расплав металла, находящийся в металлургической емкости, продувают обогащенный твердыми веществами кислородсодержащий газ, через направленную к расплаву фурму, в которой кольцеобразный поток кислорода или кислородсодержащего газа, натолкнувшийся в своей внешней зоне на выполненное в виде кольцеобразного экрана препятствие перед достижением критического диаметра выходного отверстия фурмы, имеющего форму сопла Лаваля, течет обратно, вступая в остаточный круговой поток, проходящий в направлении расплава, и возбуждая в нем пульсацию, а пульсирующий круговой поток, сохраняя свою кольцеобразную форму, протекает, минуя препятствие, через критический диаметр выходного отверстия фурмы, при этом одновременно с подачей кислорода или кислородсодержащего газа коаксиально к его потоку к выходному отверстию фурмы подводят мелкозернистое твердое вещество, перемещаемое транспортирующим газом, причем движущийся со сверхзвуковой скоростью кольцеобразный основной поток кислорода или кислородсодержащего газа захватывает медленно протекающую смесь транспортирующего газа и твердого вещества, смешиваясь с ней, после чего смесь из кислорода или кислородсодержащего газа, транспортирующего газа и мелкозернистого твердого вещества, пульсируя, выходит из выходного отверстия фурмы со сверхзвуковой скоростью. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что подводят мелкозернистое твердое вещество с зернистостью 0,1 - 0,3 мм при его расходе, равном 60 - 250 кг/мин. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что подводят металлическое или графитсодержащее мелкозернистое твердое вещество, в частности алюминий или углерод. 9. Фурма для продувки сверху кислородсодержащего газа через находящийся в металлургической емкости расплав металла, в частности стали, находящейся в вакууме в RH-металлургической емкости, содержащая трубку для подачи кислорода с выходным отверстием, выполненным в форме сопла Лаваля, имеющую по всей своей длине охлаждающую оболочку, подсоединенные в ее верхней части к станции снабжения кислородом и хладагентом соответственно, отличающаяся тем, что она снабжена закрепленным на внутренней поверхности трубки для подачи кислорода отражательным кольцом, расположенным перед сужением сопла Лаваля на расстоянии Lв в направлении протекания кислорода от его критического диаметра, равного Lв = (0,7 - 0,9) х Ds, Ds - диаметр в свету кислородподводящей трубки, внутри которой на верхнем конце закреплена коаксиально ей трубка, нижний конец которой расположен на расстоянии Lр перед отражательным кольцом в направлении прохождения газа, равном Lр = (0,1 - 0,3) х Ds. 10. Фурма по п.9, отличающаяся тем, что отражательное кольцо в нижней части по ходу потока газа выполнено в виде сопла Лаваля. 11. Фурма по п.9, отличающаяся тем, что сужение сопла Лаваля выходного отверстия фурмы снабжено элементами для регулирования его критического диаметра. 12. Фурма по п.11, отличающаяся тем, что элементы для регулирования критического диаметра сужения сопла Лаваля имеют расположенные на одном конце перекидные рычаги. 13. Фурма по п.9, отличающаяся тем, что она снабжена расположенными в выходном отверстии, имеющем форму сопла Лаваля, соплами, подсоединенными к окружающим кислородподводящую трубку и размещенными по всей своей длине в охлаждающей оболочке трубопроводам для подвода горючего газа, соединенными в верхней части фурмы со станцией снабжения горючим газом, при этом по меньшей мере шесть сопел в соответствующей горизонтальной плоскости разделены по меньшей мере на три группы, а первое сопло расположено от сужения выходного отверстия ниже по ходу потока газа на расстоянии LD, равном LD > 1,4 x Dk, где Dk - критический диаметр, причем сопла выполнены в виде генераторов колебаний. 14. Фурма по п.13, отличающаяся тем, что в выходном отверстии, имеющем форму сопла Лаваля, расположено сопел в количестве n = 9 - 60. 15. Фурма по п.13, отличающаяся тем, что расположенные в выходном отверстии, имеющем форму сопла Лаваля, сопла выполнены длиной 10 - 50 мм и диаметром 3 - 15 мм, а на стороне их выходного отверстия предусмотрено расширение в виде уступа, служащее генератором колебаний, с DG/DD = 1,1 - 2,0 и Lq/DD = 0,3 - 1,8, где DD - диаметр сопла, а DG и Lq - диаметр и длина генератора соответственно. 16. Фурма по п.15, отличающаяся тем, что сопла в выходном отверстии расположены под углом



РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3