CC BY
164
МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
УДК 669.184.244.66
1 2 11 Е.В. Протопопов , А.Г. Чернятевич , С.А. Филиппенко , С.В. Фейлер
1Сибирский государственный индустриальный университет 2Национальная металлургическая академия Украины
ПЕРСПЕКТИВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ КИСЛОРОДНОЙ ФУРМЫ ДЛЯ КОНВЕРТЕРОВ ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» ЕМКОСТЬЮ 350 Т
Кислородно-конвертерный цех № 2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» является единственным цехом в отрасли в странах СНГ, где в большегрузных конвертерах (емкостью 350 т) для продувки ванны кислородом используются четырехсопловые кислородные фурмы. Дутьевой режим обусловлен интенсивностью продувки (расход 1200 - 700 м3/мин) и конструкцией наконечника, который включает сопла Лаваля критического диам. 54 мм, расположенные по окружности под углом 15° к вертикальной оси фурмы. Применение фурмы такой конструкции позволяет обеспечить работу агрегатов в условиях «передува» и достичь существенного снижения окисленности металла и шлака на окончательной стадии продувки конвертерной ванны с обеспечением концентрации углерода в металлическом полупродукте менее или равном 0,05 %, что положительно сказывается на экономии раскислителей. Вместе с тем характерной особенностью при использовании известково-магнезиальных флюсов в основном периоде продувки являются сложности с формированием вспененного шлака надлежащей основности и жидкоподвижности при повышенном содержании оксидов магния, что способствует снижению износа периклазоуглеро-дистой футеровки конвертера. Следует отметить достаточно часто возникающие ситуации с продолжительной продувкой ванны в режиме «сворачивания» шлака, что приводит к интенсивному покрытию металлошлаковыми настылями ствола фурмы, горловины конвертера и экранных поверхностей камина газоотводящего тракта.
Как правило, удаление настылей с кислородной фурмы, горловины конвертера, камина обычно сопровождается снижением стойкости кислородных фурм, разрушением футеровки верхней конической части агрегата и ускоренным выходом водоохлаждаемых элементов камина из работы. При этом снижаются производительность конвертерных агрегатов и выход годной стали.
Как показывает практика работы ряда зарубежных кислородно-конвертерных цехов [1 -3], возможным выходом из создавшегося положения может быть использование двухъярусных фурм специальных конструкций, обеспечивающих:
- создание над зоной продувки в конвертерной ванне своеобразной газовой завесы из дополнительного дозвукового кислородного дутья (такая завеса преграждает попадание на технологическое оборудование капель металла, выносимых во встречном потоке отходящих газов);
- формирование с помощью дополнительных сопел верхнего яруса фурмы достаточно обширной низкоскоростной области многоструйных кислородных потоков, обеспечивающих оптимальное дожигание отходящих газов (вдоль ствола фурмы и вблизи горловины конвертера) без агрессивного воздействия факелов горения на наружную трубу фурмы и футеровку верхней части агрегата.
На основе накопленного опыта разработки и эксплуатации двухконтурных и двухъярусных кислородных фурм [4 - 6] авторами настоящей работы применительно к условиям работы конвертеров ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» емкостью 350 т предложена другая конструкция двухъярусной фурмы (рис. 1)
Фурма разработанной конструкции представляет собой дутьевое устройство с разделенным кислородным потоком (рис. 1). Основными элементам фурмы этой конструкции являются патрубки подвода кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды, ствол фурмы, верхний сопловой блок и нижний наконечник.
В соответствии с принятыми техническими решениями для облегчения конструкции и повышения ремонтопригодности ствол фурмы предлагается выполнять составным из двух частей. Верхняя часть ствола включает три коаксиально расположенные цельнотянутые стальные трубы: центральную для подвода технологического кислорода (диам. 219^8 мм),
Рис. 1. Конструкция двухъярусной фурмы с разделенным кислородным потоком:
1 - 3 - патрубки подвода кислорода, подвода и отвода воды соответственно; 4 - щека; 5 - серьга;
6 - узел верхнего компенсатора; 7 - распределитель;
8 - верхний сопловой блок; 9 - нижнее разъемное соединение; 10 - кольцевое скользящее уплотнение;
11 - наконечник; 12 - предсопловая камера;
13 - верхнее разъемное соединение
промежуточную (диам. 273^6 мм) и наружную (диам. 426x8 мм) для подвода и отвода охлаждающей воды соответственно. В нижней части ствола после верхнего соплового блока по ходу потока осуществлена замена наружной трубы диам. 426x8 мм на трубу диам. 325x8 мм, длина данного участка ствола составляет 2500 мм.
а
В верхнем медном сопловом блоке (рис. 2), размещенном на расстоянии 2500 мм от торца наконечника, расположены 12 цилиндрических сопел под углом 25° к вертикальной оси фурмы для подачи в рабочее пространство конвертера дополнительного низкоскоростного потока кислорода. Для прохождения охлаждающей воды (расход 350 м3/ч) в межсопловом пространстве блока сделаны 24 цилиндрические проточки.
С верхним сопловым блоком герметично соединен стальной распределитель (рис. 2), в котором расположены четыре цилиндрических канала для прохождения дополнительного кислорода в предсопловую камеру блока. При этом прохождение охлаждающей воды через распределитель обеспечивается посредством четырех щелевых проточек.
С помощью распределителя осуществляется разделение поступающего по центральной трубе общего потока кислорода (1300 -700 м3/мин) на основной поток (1200 -650 м3/мин), подаваемый на продувку конвертерной ванны через нижний наконечник (рис. 1), и дополнительный поток (100 -
50 м3/мин), подаваемый через верхний сопловой блок в рабочее пространство конвертера (рис. 2). Делается это с целью создания газовой завесы и обеспечения оптимального дожигания отходящих газов для улучшения теплового баланса плавки и предотвращения заме-талливания ствола фурмы.
Предусмотрено использование цельното-ченного наконечника (рис. 3) с измененной системой подвода воды в межсопловое пространство головки между четырьмя соплами Лаваля, расположенными под углом 15° к вертикальной оси фурмы [7]. Присоединение нижнего наконечника к фурме осуществляется посредством скользящего уплотнения с резиновыми кольцами на штуцере, входящем герметично в муфту, размещенную на конце центральной трубы для подвода кислорода.
Рис. 2. Распределитель (а) и сопловой блок (б) к двухъярусной фурме
Рис. 3. Цельноточенный четырехсопловый наконечник к двухъярусной фурме
Двухъярусная фурма предложенной конструкции работает следующим образом. Кислород от подводящего патрубка (общий расход 1300 - 700 м3/мин) поступает по центральной трубе (диам. 219^8 мм) к распределителю верхней головки (рис. 2). При этом газовый поток кислорода (100 - 50 м3/мин) подается через 12 цилиндрических сопел верхней головки, что приводит к формированию своеобразной газовой завесы из дозвуковых кислородных струй на пути встречного потока отходящих конвертерных газов, несущего во взвешенном состоянии мелкодисперсную пыль, капли металла и шлака. Таким образом снижается интенсивность выноса частиц и покрытия металлошлаковыми настылями ствола фурмы и горловины конвертера. При этом дожигание оксида углерода отходящих газов происходит без высокотемпературного воздействия образующихся факелов дожигания на футеровку верхней части конвертера. Основной поток кислорода по центральной трубе (диам. 219x8 мм) направляется к нижней четырехсопловой головке (рис. 3), которая обеспечивает формирование сверхзвуковых кислородных струй и продувку в режиме глубокого проникновения дутья в расплав при рабочей высоте фурмы, интенсивное перемешивание и обезуглероживание ванны.
Охлаждающая вода от подводящего патрубка (расход 350 м3/час) подается через кольцевой зазор между центральной (диам. 219x8 мм) и промежуточной (диам. 273x6 мм) трубами, проходит через четыре щелевые проточки распределителя и через кольцевые зазоры между трубами (диам. 219x8 мм и диам. 273x6 мм) поступает к нижнему наконечнику (рис. 3). Обратный поток воды между промежуточной (ди-ам. 273x6 мм) и наружной (диам. 325x8 мм) трубами направляется к верхнему сопловому блоку, проходит через 24 цилиндрические проточки последнего в кольцевой зазор, образованный последовательно трубами диам. 325x8
мм и диам. 426x8 мм, а затем диам. 273x6 мм и 426x8 мм с выходом из отводящего патрубка.
Компенсация теплового расширения ствола фурмы в процессе продувки обеспечивается узлом верхнего компенсатора (рис. 1, поз. 6), герметично фиксирующего центральную трубу фурмы (диам. 219x8 мм), а также кольцевыми скользящими уплотнениями на центральной трубе (рис. 1, поз. 10) перед наконечником нижнего (рис. 1, поз. 9) и верхнего (рис. 1, поз. 13) разъемных соединений промежуточной трубы (диам. 273x6 мм), которые разделяют тракты подвода и отвода охлаждающей воды.
Выводы. Предложены технические решения и разработана новая конструкция двухъярусной кислородной фурмы для продувки металлического расплава в конвертере ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» емкостью 350 т.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. R y m a r c h y k N. Post combustion lances in Basic Oxygen Furnace (BOF) operations // Steelmaking Conference Proceedings. 1998. P. 445 - 449.
2. S t o n e R.P., N e i t h D., K o e s t e г S. et al. Further process improvements at Severstal Sparrows Point via new technology implementation // AIS Tech 2009 Proceedings. 2009. № 1. Р. 737 - 747.
3. U g h a d p a d a K., B r i g l i o S., M o -h a m m e d G. Production improvement of No. 2 BOSP at ESAI // Iron and Steel Technology. 2010. № 11. P. 59 - 64.
4. С м о к т и й В.В., Л а п и ц к и й В.В., Б ел о к у р о в Э.С. Комбинированные процессы выплавки стали в конвертерах. - Киев: Техника, 1992. - 163 с.
5. Ч е р н я т е в и ч А.Г., П р о т о п о п о в Е.В. Разработка наконечников двухконтурных фурм для кислородных конвертеров // Изв. вуз. Черная металлургия. 1995. № 12. С. 13 - 17.
6. Ч е р н я т е в и ч А.Г., Г а н з е р Л.А., А й з а т у л о в Р.С. и др. Комбинированная продувка в конвертерах с использованием двухконтурной фурмы // Черная металлургия. Бюл. НТИ. 1998. № 7. С. 48 - 50.
7. М о к р и н с к и й А.В., П р о т о п о п о в Е.В., Ч е р н я т е в и ч А.Г. Численное моделирование и промышленная отработка конструкций цельноточенных наконечни-
ков кислородно-конвертерных фурм // Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. № 12. С. 16
- 20.
© 2013 г. Е.В. Протопопов, А.Г. Чернятевич, С.А. Филиппенко,
С. В. Фейлер Поступила 12 апреля 2013 г.
УДК 621.785:669.1.08.29
Д.А. Романов, О.В. Олесюк
Сибирский государственный индустриальный университет
ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЕ НАПЫЛЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМЫ Т1С - Мо И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СТРУКТУРЫ*
Композиционные покрытия системы ТІС - Мо обладают высокой износостойкостью и микротвердостью [1]. Формирование таких покрытий в настоящее время осуществляется методом плазменного напыления в воздушной среде [1] и в вакууме [2]. Композиционные покрытия используются в машиностроении для защиты деталей, испытывающих повышенные нагрузки при работе в агрессивных средах и высоких температурах, в частности, в поршневых системах автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Однако структура таких покрытий имеет ряд недостатков: например, пористость (которая ухудшает теплопроводность покрытий), низкую адгезию с основой.
Одним из перспективных направлений развития методов электровзрывной обработки поверхности металлов и сплавов является разработка способов электровзрывного напыления (ЭВН) с целью повышения эксплуатационных показателей и увеличения срока службы деталей. Электровзрывное напыление - это метод нанесения упрочняющих покрытий из продуктов электрического взрыва фольг и порошковых навесок; одним из его достоинств является возможность формирования покрытий с высокой адгезией с основой [3]. Элек-тровзрывное напыление без оплавления поверхности основы позволяет получать единич-
*
Работа выполнена при финансовой поддержке госзадания Минобрнауки № 2.4807. 2011.
ные слои из того или иного вещества, при многократном нанесении единичных слоев разных материалов можно получать композиционные покрытия со слоистой структурой. Электро-взрывное напыление с оплавлением поверхности и перемешиванием наносимых материалов с материалом основы позволяет получать композиционные покрытия с наполненной структурой, когда в матрице одного металла расположены включения других фаз.
Целью настоящей работы является создание методом ЭВН композиционных покрытий системы ТЮ - Мо, изучение топографии их поверхности и структуры.
Электровзрывное напыление покрытий проводили на модернизированной электровзрывной установке ЭВУ 60/10М [4]. Установка включает емкостный накопитель энергии, импульсный плазменный ускоритель, состоящий из коаксиально-торцевой системы электродов с размещенным на них проводником, локализующей продукты взрыва разрядной камеры, переходящей в сопло, по которому эти продукты истекают в вакуумную технологическую камеру с остаточным давлением 100 Па. Электровзрыв происходит в результате пропускания через проводник тока большой плотности при разряде накопителя энергии.
Обработке подвергали образцы стали 45 в отожженном состоянии размерами 20x30x2 мм. Режим термосилового воздействия на об-
