Способ охлаждения фурмы для продувки металла

Способ охлаждения фурмы для продувки металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ii) 517646

Csea Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.03.75 (21) 2128230/02 (51) М. Кл. С 21С 5/48 с прнсоединеппсм заявки а (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.76. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 02.08,76

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 669.184.142 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. К. Рочняк, С. М. Пивоварова, О. Х. Охримчук, И. А. Лаптева и Е. П. Батрак

Институт черной металлургии (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ФУРМЫ

ДЛЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА

Изобретение относится к сталеплавильному производству черной металлургии, в частности к выплавке стали с применением фурм для подачи кислорода.

Известен способ охлаждения фурмы для продувки металла, включающий воздействие на поток воды, подаваемой через соответствующий тракт к поверхности теплообмена, импульсов ультразвуковых колебаний с частотой повторения 10 †1 в секунду. При этом интенсивность колебаний составляет

1 10 Вт/м в импульсе. Такой способ охлаждения уменьшает образование накипи на поверхности теплообмена и повышает стойкость фур мы.

Вследствие применения для охлаждения фурмы холодной воды, неочищенной от солей жесткости, и высокой температуры ее в пограничном слое теплопередающая поверхность отводящего тракта фурмы подвержена довольно быстрому загрязнению различными осадками, что приводит к необходимости повышения интенсивности ультразвука до высоких значений, в частности не менее

1 10 Вт/м (10 Вт/см ). Это значительно удорожает и усложняет процесс очистки теплонапряженной поверхности от накипи, вследствие того что энергия излучателя (вибратора), преобразуемая в полезный эффект, невелика и составляет менее 1 . При интенсивности ультразвуковых колебаний порядка

10 Вт/см плотность облака кавитационных пузырьков настолько увеличивается, что приводит к усиленному эрозионному разрушению

5 непосредственно поверхности теплообмена фурмы, а это резко снижает стойкость фурмы и приводит к быстрому выходу ее из строя.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса охлаждения фурмы — дости10 гается тем, что ультразвуковые колебания осуществляют непрерывно в следующей последовательности: в начальный период эксплуатации фурмы до образования шероховатостей (эрозии) на поверхности теплообмена

15 глубиной, равной 0,025 вЂ,05 величины зазора тракта для отвода воды, в кавитационном режиме, а затем до окончания срока службы фурмы в докавитационном режиме.

Ультразвуковые колебания в кавитацион20 ном режиме осуществляют 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 .

Воздействие на поверхность теплообмена

25 непрерывными ультразвуковыми колебаниями в кавитационном режиме с указанной частотой и интенсивностью обеспечивает образование на ней шероховатостей, соизмеримых с толщиной пристенного слоя. Такие шероховато30 сти обеспечивают возникновение на указанной

517646

65 поверхности или в непосредственной близости от нее небольших возмущений, характеризующихся весьма значительным градиентом скорости. Возникшие возмущения турбулизируют пристенный слой охладителя и повышают его турбулентную проводимость вследствие беспорядочного турбулентного обмена жидкими массами, что интенсифицирует теплоотдачу в отводящем тракте фурмы. Естественно, что в данном режиме очистка поверхности теплообмена от накипи, загрязнений и паровой пленки составляет более 100%, т. е. имеет место эрозионное разрушение поверхности теплообмена за счет мощных кавитационных ударов.

Осуществление ультразвуковых колебаний после образования шероховатостей определенной высоты на поверхности теплообмена в докавитационном режиме обеспечивает высокую степень очистки и массопереноса в слоях охладителя за счет интенсивного перемешивания его слоев и уноса загрязнений 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 прекращается, а степень очистки ее составляет 100%. Эффективность ультразвуковых колебаний увеличивается, а энергозатраты сокращаются. Все это повышает эффективность процесса охлаждения фурмы.

Пример. Охлаждение фурмы для продувки металла осуществляют водой, подаваемой под давлением 1,0 — 1,2Мн/м (10 — 12 ат) через соответствующий тракт к поверхности теплообмена, на которую воздействуют ультразвуковыми колебаниями. Ультразвуковые колебания осуществляют непрерывно в следующей последовательности: в начальный период эксплуатации фурмы до образования шероховатостей (эрозии) на поверхности теплообмена, в кавитационном режиме, а затем до окончания срока службы фурмы в докавитационном режиме.

Ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют до образования на поверхности теплообмена шероховатостей высотой, равной 0,025 — 0,05 величины зазора тракта для отвода воды. Ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют 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 .

Наибольшее значение на повышение теплообмена, разрушение паровой пленки и предотвращение образования накипи на поверхности теплообмена показывает явление кавитации, заключающееся 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, Э

40 сд

1 сопровождающимся интенсивнь1ми ударами.

Появление кавитации в охлаждающей воде связано с тем, что в реальной жидкости всегда содержится множество парогазовых нерастворенных пузырьков и мельчайших частиц различных размеров. B полупериод растяжения кавитационные пузырьки изотермически расширяются и в охлаждающей воде образуются полости, которые в полупериод сжатия адиабатически сокращаются.

Ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют до образования шероховатостей (эрозионных ямок) глубиной, равной 0,025 — 0,05 величины зазора тракта для отвода воды. Время воздействия на поверхность теплообмена ультразвуковыми колебаниями в кавитационном режиме зависит от материала поверхности и глубины шероховатостей, величина которых, в свою очередь, зависит от величины зазора тракта для отвода воды. Опыты показывают, что для образования шероховатостей (эрозионных ямок) глубиной 0,5 мм (0,05 величины зазора тракта для отвода воды, который равен 10 мм) на поверхности теплообмена из стали 3 по

ГОСТУ 380 — 70 требуется подвергнуть ее кавитационному воздействию в течение 6 — 8 ч.

Ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют в течение 4 — 15% от общего срока службы фурмы.

Благодаря искусственной турбулизации потока, характерной для принятой формы обтекаемой поверхности теплообмена внутри общего потока охлаждающей воды в пограничном слое, скорости струй изменяются в двух плоскостях: перпендикулярно общей плоскости потока охлаждающей воды и параллельно ей. При этом достигается высокая степень искусственной турбулизации и размыва пограничного слоя, а коэффициент теплопередачи достигает высоких значений уже при скорости потока 0,2 — 0,5 м/с. Кроме того, турбулизация пограничного слоя уменьшает образование накипи и других загрязнений на поверхности теплообмена, ликвидирует паровую пленку на указанной поверхности и резко снижает затраты ультразвуковой энергии на полную очистку накипи.

После образования на поверхности теплообмена шероховатостей глубиной 0,025 — 0,5 величины зазора тракта для отвода воды ультразвуковые колебания осуществляют непрерывно до окончания срока службы фурмы в докавитациопном режиме с частотой 200—

430 кГц и интенсивностью 0,2 — 0,6 Вт/см, При осуществлении ультразвуковых колебаний с указанными параметрами число захлопывающихся пузырьков уменьшается, а пуль-сирующих увеличивается. Другими словами, захлопывающиеся пузырьки вырождаются в пульсирующие, что подавляет кавитационные процессы и тем самым предохраняет поверхность теплообмена от дальнейшего кавитационного разрушения.

517646 б

Формула йзобретения

Составитель В. Коков

Редактор Т. Юрчикова

Техред Е. Подурушина

Корректор Л. Котова

Заказ 1511/16 Изд. № 1409 Тираж 654 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

1. Способ охлаждения фурмы для продувки металла, включающий подачу воды в соответствующий тракт фурмы к поверхности теплообмена и воздействие на нее ультразвуковыми колебаниями, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса охлаждения, ультразвуковые колебания осуществляют непрерывно в следующей последовательности: до образования шероховатостей на поверхности теплообмена глубиной, равной 0,025 — 0,05 величины зазора тракта для отвода воды, в кавитационном режиме, затем в докавитационном режиме.

2. Способ по п. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что ультразвуковые колебания в кавитационном режиме осуществляют с частотой 16—

20 кГц и интенсивностью 2 — 3 Вт/см2, а в до10 кавитационном режиме — с частотой 200—

430 кГц и интенсивностью 0,2 — 0,6 Вт/сма.