Фурма для продувки металла

Фурма для продувки металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп 5I9478

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.08.74 (21) 2055250/22-2 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл з С 21С 5/48

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.06.76. Бюллетень № 24 (53) УДК 669.184.142 (088,8) Дата опубликования описания 09.07.76 (72) Авторы изобретения В. К. Рочняк, Б. H. Маймур, С. М. Пивоварова и И. В. Довженко (71) Заявитель

Институт черной металлургии (54) ФУРМА ДЛЯ П РОДУВ К И МЕТАЛЛА

Изобретение относится к области чер1ной металлургии, в частности к усвройствам для продувки жидкого металла окислителем, и может 1быть использовано при производстве стали, например в кон|верторах .с верхней продувкой.

Известна фурма для продувки жидкого металла, содержащая концентрически ра с положенпые трубы, образующие тракты для газа, подвода и от вода охлаждающей воды, головку с сопла>ми и концентратор магнитно го IIOля, состоящий из сердечника с катушкой, расположенный в конце тракта охлаждающей воды.

Движение охладителя в полости ;головки при обычно встречающихся на практике скоростях течения почти всегда характеризуется турбулентным режимом, при котором на блюдается непрерывное интенсивное перемеши вание частиц охладителя.

Несмотря на это, в потоке охладителя на границе теплопередающей поверхности имеется пограничный слой, состоящий из ламинарного подслоя с режимом движения, близким ламинарному, промежуточного слоя со смешанным режимом движения и пристенного слоя.

Тепловое сопротивление указанных слоев охладителя различно: наибольшее имеет тонкий пристенный слой, где наблюдается молекулярный обмен, наименьшее — ядро потока, где преобладает турбулентное смешение.

Поэтому в ламинарном пристенном слое перенос теплоты в радиальном направлении обеспечивается теплопроводностью, а в турбуленпном ядре — перемешиванием масс потока охладителя.

Тепловое сопротивление пограничной области охладителя у теплопередающей поверхно1о сти головки фурмы, включающей пристенный слой толщиной 0,025 — 0,05 вы соты зазора,полости по следней, составляет около 70 /о общего теплового сопротивления.

В этом слое средние значения турбулентJ5 ных проводимости и вязкости малы по сра вне нию с их наибольшими значениями в ядре потока. Таким образом, турбулентная проводимость очень мала именно в узком пристенном слое и бы стро возрастает с увеличением

20 раостояния от поверхности теплообмена.

Внутри пристенного слоя градиент скорости очень высок и приблизительно постоянен, высок и градиент температуры по нормали к стенке, который на границе слоя толщиной

25 0,025 высоты зазора полости головки фурмы примерно в 10 раз больше, чем на расстоянии

0,25 от поверхности теплообмена (теплопередающей поверхности головки) .

При оольшой:плотности теплового потока

30 это приводит к образованию паровой пленки

3 на поверхности теплообмена головки и плохой ее смачиваемости, что резко ограничивает количество теплоты, передаваемой через указанную поверхность охладителю.

При применении в качестве охладителя холодной воды, неочищенной от солей жесткости, вследствие повышения температуры ее в пограничном слое свыше 50 С, поверхность теплообмена подвержена довольно быстрому загрязнению различными осадками (пригар, накипь), что увеличивает суммарное термическое сопротивление стенки головки.

Это приводит к быстрому и значительному повышению температуры теплопередающей поверхности воловки фурмы и, как следствие, к снижению ее стойкости или даже прогару межсопельного днища и стабильности первоначальной работы.

Целью изобретения является повышение стойкости головки фурмы и стабильности ее работы.

Поставленная цель достигается тем, что концентраторы магнитного поля установлены в головке с зазором к теплопередающей поверхности, причем сердечник концентратора выполнен в виде концентрично расположенного соплу полого цилиндрического стержня, верхняя часть которого жестко соединена с трактом подачи окислителя.

На чертеже изображена головка фурмы с концентраторами мапнитного поля в виде цилиндрических стержней и трубок, установленных соответственно между соплами и на соплах.

Фурма для продувки металла окислителем состоит из концентрически расположенных труб 1 — 3 и головки 4 с соплами 5, образующих тракты для подвода окислителя, охладителя и отвода .последнего.

Головка фурмы снабжена концентраторами

6, 7 магнитного поля с намагничивающими катушками 8, соединенными с источниками питания посредством проводов со стойкой изоляцией, проложенных в центральном газовом тракте или в тракте подвода охладителя.

Намагничивающие катушки 8 герметизированы от воздействия охладителя гидростойкой изоляцией, например на основе эпоксидных смол, и жестко закреплены на каркасах 9 из изоляционного водостойкого материала, например оргстекла, текстолита, на верхней части концентраторов.

Концентраторы 6, 7 поля установлены в головке 4 фурмы рассредоточенно с зазором 1О над ее теплопередающей поверхностью. Величина зазора составляет 2 — 6 мм.

Рассредоточение концентраторов 6, 7 магнитного поля обеспечивает равномерное распределение перемещающихся ферромавнитных частиц 11 по теплопередающей IIQIBppxHocTrf.

Указанная величина зазора обеспечивает оптимальное взаимодействие пограничного слоя охладителя со слоем фер ромагнитных частиц, находящихся под воздействием маг19478

Зо

65 нитного поля, что обеспечивают максимальную теплоперсдачу.

Концентраторы 6 магнитного поля выполнены m виде цилиндрических стержней и установлены равномерно между соплами таким образом, что их продольные оси, как и продоль ные оси сопл проходят по образующим одного и того же конуса. Такая установка концентраторов обеспечивает параллельность рабочей торцовой поверхности их с теплопередающей поверхностью головки фурмы,,что улучшает распределение ферромагнитных частиц при движении их по поверхности теплообмена под воздействием магнитного поля.

Верхняя часть каждого концентратора 6 магнитного поля жестко соединена с внутрен:ним вкладышем 12 .головки 4. Причем соединение должно быть герметично-плотным.

Концентраторы 7 магнитного поля выполнены в .виде рубок, внутренний диаметр которых равен наружному диаметру корпусов сопл. Концентр аторы — трубки жестко установлены на корпусах сопл с необходимым зазором пад поверхностью теплообмена.

Указанная форма концентраторов 6, 7 и соответствующее расположение их в головке над поверхностью теплообмена позволяет получить необходимую конфигурацию вращающегося магнитного поля, воздействующего на ферромагнитные частицы, что интенсифицирует их движение в районе сварных швов и, тем самым, улучшаст теплоотвод от последних и повышает их стойкость.

Количество концентраторов 6 между соплами равно трем или числу, кратному трем, в силу использования для питания нама гничивающих катушек трехфазного тока.

В связи с этим установка концентраторов 7 на корпусах сопл целесообразна п ри их количестве, равном трем или кратному трем.

Концентраторы магнитного поля могут быть установлены только между соплами (концентраторы 6) или только на корпусах сопл (концентраторы 7), а также одновременно как между соплами, так и на корпусах последних. Последнее сочетание позволяет увеличить интенсивность д вижения ферромагнитных частиц и оолее равномерно рассредоточить их по поверхности теплообмена, что дополнительно повышает теплопередачу в пограничном слое охл адителя.

Работа фурмы для продукви металла осуществляется следующим образом. Охладитель из напорного магистрального трубопровода поступает через подводящий тракт фурмы в полость головки под давлением 1,0—

1,2 Мн/м (10 — 12 ат) со скоростью 6 — 8 м/сек.

После охлаждения теплопередающей по верхности охладитель по отводящему тракту удаляется на слив.

П ри прохождении потока через отводящий тракт слою охладителя, находящемуся в нвпосредст венной близости от поверхности теплообмена (пограничному), придают дополнительное и нтенсивное перемешивание ферро519478 магнитными частицами воздействием на них вращающегося магнитного поля, излучаемого концентраторами 6 — 7.

Ферромагнитные частицы под воздействием вращающегося магнитного поля перемещаются концентрич но продольной оси фурмы;

Ьлагодаря магнитному полю соответствующей конфигурации и напряженности, ферромагнитные частицы.11 распределяются тонким слоем равномерно по всей поверхности теплообмена головки 4.

Указа нное дополнительное перемешивание пограничного слоя охладителя у поверхности ферромагнитными частицами 11 воздействием на них магнитного поля при водит к интенси вной искусственной его турбулизации. При этом у поверхности теплообмена и в непосредствен ной близости от нее возникают возмущения (завихрения), характеризующиеся значительным градиентом скорости, которые, вследствие беспорядочного турбулентного обмена жидкими массами, повышают турбулентную проводимость и изменяют в нужном,направлении по сечению потока распределение турбулентной проводимости и турбулентной вязкости, что значительно повышает теплоотдачу в,потоке.

Движение ферромагнитных частиц по указанной поверхности оказывает механическое разрушающее воздействие на образующуюся при большой плотности теплового .потока паровую пленку, а также .предотвращает образование отложений (пригара, накипи) при применении в качестве охладителя воды, не очищенной от солей жесткости.

Предотвращение образования паровой пленки и отложоний на поверхности теплообмена резко увеличивает коэффициент теплоотдачи, способствует лучшей смачиваемости ее охла5 дителем, уменьшает тепловое сопротивление пограничного слоя и суммарное термическое сопротивление теплонапряженной стенки головки фурмы. Все это повышает стойкость последней и стабильность ее работы.

10 При использовании ферромагнитных частиц фракции 0,1 — 1,5 мм при скоростях потока воды до 10 м/сек процесс осуществляется при напряженности магнитного поля 16000—

21000 а/м (200 — 300 эрстед). При этом унос

15 ферромагнитных частиц потоком воды не наблюдается.

Формула изобретения

1. Фурма для продувки металла, содержащая концентрично расположенные трубы, головку с соплами и концентратор магнитного поля, состоящий из сердечника с катушкой, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости головки и стабильности работы фурмы, концентраторы магнитного поля установлены в головке с зазором к теплопередающей поверхности, причем .сердечник концентр атора выполнен в виде концентрично

30 расположенного соплу полого цилиндрического стержня, верхняя часть которого жестко соединена с трактом подачи окислителя.

;2. Фурма для продувки металла по п. 1, отличающаяся тем, что сердечник кон35 центратора выполнен из магнитомягкого материала.

519478 о о

Составитель В. Кохов

Техред T. Курилко

Корректор Е. Рожкова

Редактор Е. Шепелева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1514/12 Изд. № 1443 Тираж 654 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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