ОХЛАЖДАЕМАЯ ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ ЖИДКОГО РАСПЛАВА Российский патент 1997 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к области металлургии к устройствам для продувки шлако-штейных расплавов или жидкого металла в металлургических агрегатах типа печи плавки в жидкой ванне (печи Ванюкова), фьюминг-печи, печи для огневого рафинирования металла, а также может быть использовано в печах с барботируемой ванной расплава для переработки твердых бытовых отходов, отходов энергетических, химических и других предприятий.

Известны фурмы, включающие корпус с отверстием для подачи газа и стержень (притычку) с наконечником различной формы торца (шарообразной, плоской, конической), который, перемещаясь, перекрывает отверстие и таким образом предотвращает заливку фурмы расплавом при ее остановке [1]
Недостатком этих фурм-аналогов является ненадежность предотвращения заливки расплавом фурмы в связи с неопределенностью необходимой толщины корки застывшего расплава на участке между срезами торцов сопла фурмы и стержня (притычки).

Наиболее отвечающим по технической сути к заявляемой конструкции фурмы является охлаждаемая фурма для продувки жидкого расплава, включающая корпус с отверстием для подачи газа, передвижной стержень с наконечником цилиндро-конической формы, направленным меньшим основанием конической части в сторону выходного отверстия фурмы [2]
Недостатком этой фурмы-прототипа являются трудности ввода фурмы в работу из-за большой толщины застывающего расплава между торцевыми срезами выходного отверстия фурмы и наконечника стержня, а также из-за заливки фурмы расплавом при не совсем удачных размерах конусной части этого стержня (притычки).

Предлагаемое изобретение направлено на решение задач: повышение надежности перекрытия фурменного канала от заливки расплавом и облегчение обслуживания фурмы.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в увеличении срока работы фурмы и рабочей кампании плавильного агрегата в целом, облегчении трудоемкости обслуживания фурмы и агрегатов за счет повышения надежности подачи дутьевых агентов в расплав и снижения простоев агрегатов по причине неудовлетворительной работы дутьевых устройств.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции охлаждаемой фурмы для продувки жидкого расплава, содержащий корпус с отверстием для подачи газа, размещенный по оси корпуса с возможностью перемещения до перекрытия выходного отверстия фурмы стержень с наконечником цилиндро-конической формы, направленным меньшим основанием конической части в сторону выходного отверстия фурмы, по предлагаемому решению наконечник стержня выполнен с углом конуса 22-55 градусов, причем при перекрытии выходного отверстия фурмы расстояние между торцевыми срезами наконечника стержня и выходного отверстия фурмы равно 0,3-0,6 диаметра выходного отверстия.

При уменьшении указанного участка до менее 0,3 d₀ толщина корки застывающего расплава становится непрочной и периодически растрескивается и срывается или расплавляется даже при небольшом изменении температуры расплава в печи. Это приводит к возможному затеканию расплава в рабочую полость фурмы (в моменты отсутствия притычки как при простое печи, так и при вводе фурмы в работу). Последующий ввод фурмы в работу требует длительной и трудоемкой очистки фурмы от этого затекшего и застывшего в полости фурмы расплава. При увеличении этого участка между указанными срезами до более 0,6 d₀ застывший слой расплава становится массивным, плотно схваченным с поверхностью фурмы и слишком механически прочным. Это приводит к тому, что необходимо прибегать к использованию ударных инструментов (кувалды, лома) для пробивания выходного отверстия фурмы при вводе ее в работу. Отметим, что при предлагаемой толщине корки (0,3-0,6)d₀ эта операция проводится легко без всяких усилий прочистным ломиком (ударом от руки) в пределах 1 сек.

Угол конусности α наконечника стержня менее 22 градуса приводит при операции поставки фурмы на притычку к заклиниванию (защемлению) этой конусной части между выступающей кольцевой части (ступеньки, заплечики) отверстия для газа. При операции снятия фурмы с притычки (введении ее в работу) приходится прилагать большие усилия, вплоть до применения специальных инструментов, в т. ч. ударных (кольцо, клин, кувалда). При угле конуса a>55 градуса нарушается центровка наконечника ( в силу естественного провисания стержня) относительно выступающей ступеньки перед выходным отверстием фурмы, т.е. появлению неплотности при постановке ее на притычку. Это чревато протеканием расплава в полость фурмы, последующим трудностям ввода фурмы в работу (даже осложнениям по вытаскиванию стержня из фурмы) и необходимости очистки фурмы, описанной выше.

Отметим, что указанные трудоемкости механической работы требуют длительного времени (до 0,5-1,0 суток) и не всегда заканчиваются успехом. А случаи "потери" фурм при этом приводят к необходимости увеличивать расход дутья на оставшиеся рабочие фурмы (что при высоких скоростях истечения газовых струй сопровождается обратными гидродинамическими ударами и нежелательным при этом износом торца фурм и околофурменных участков кессона) или ограничиваться меньшими расходами дутья на процесс плавки (т.е. целенаправленным снижением производительности агрегата по проплавляемому сырью).

Конструкция фурмы представлена на фиг.1; на фиг.2 приведен вид стержня с наконечником. Как видно, фурма включает корпус 1, который устанавливается в стенке кессона 2; стержень (притычку) 3 с цилиндро-коническим наконечником 4, перемещающийся в осевом направлении и перекрывающий отверстие 5 для подачи газа.

Фурма работает следующим образом.

По внутренней полости корпуса 1 подается газовое дутье (воздух, кислород, природный газ) и при открытой (работающей) фурме газ выходит через отверстие 5 в расплав печи. Корпус 1 фурмы охлаждается с помощью специальной рубашки, вынесенной за пределы стенки кессона 2, и частично за счет контактного теплообмена с этой стенкой. При отключении фурмы (прекращении дутья через нее) проводится перекрытие отверстия 5 путем перемещения стержня (притычки) 3 в сторону отверстия и прижимания поверхности конусной части наконечника 4 к выступающей кольцевой части (ступенькам, заплечикам) перед отверстием 5. Эта операция проводится под расплавом в случае необходимости остановки печи в "горячий" резерв или для производства профилактических работ. При плотном прижимании указанных поверхностей предотвращается протекание расплава во внутреннюю полость фурмы. На участке между торцевыми срезами выходного отверстия (торца фурмы) и наконечника стержня (параметр l на фиг.1) образуется корка в виде пробки застывшего ("замороженного" от охлаждаемой поверхности корпуса) расплава. При последующем введении фурмы в работу (возобновлении подачи дутья в расплав) стержень 3 с наконечником 4 вынимается из фурмы; расплав при этом не протекает в полость фурмы благодаря указанной корке застывшего расплава на участке l; фурма ставится под дутье (под давление), затем с помощью специального ломика (фурмовочного стержня) пробивается эта корка и газ поступает через открытое отверстие 5 в расплав. При неплотном примыкании наконечника к указанной ступеньке в полости фурмы (например, при большом угле конусности α (см. фиг.2) возможно затекание расплава в эту полость.

Испытания и отработка рациональных параметров предлагаемой конструкции фурмы проведены на полупромышленной печи Ванюкова (ПВ) на опытно-экспериментальном металлургическом заводе (РОЭМЗ) Гинцветмета в г. Рязани. При испытаниях варьировались указанные расстояния между торцевыми срезами выходного отверстия и наконечника стержня (l на фиг.1) и угла конуса наконечника стержня ( a на фиг.2). В печи перерабатывали различные виды сырья цветной металлургии (концентраты, руды, шлаки и др.); дутье (воздух, кислород, природный газ) на фурме варьировалось в сумме 400-700 м³/ч (при d₀=25-32 мм); температура расплава находилась в пределах 1200-1350^oC. Результаты опытов приведены в таблице.

Как видно из таблицы, наилучшие результаты по эксплуатации (пуске, остановке, обслуживанию, работе в устойчивом режиме) получены в вариантах 2, 3, 6, 7 при параметрах:
l= (0,3-0,6)d₀ и a= 22-55 град.>55
При отклонениях этих параметров в меньшую или большую сторону (варианты 1, 4, 5, 8) эксплуатация фурмы осложняется вплоть до ее "потери" для работающей печи. По сравнению с прототипом предлагаемая фурма позволяет значительно повысить надежность перекрытия фурменного канала от заливки расплавом и облегчить обслуживание фурмы. В целом, по сравнению с фурмой-прототипом, коэффициент использования работы печи под дутьем увеличился на 15-20%

Использование: в области металлургии, конкретнее, в конструкциях фурм для продувки жидкого расплава газообразным окислителем. Изобретение позволяет увеличить срок работы фурмы и рабочей кампании плавильного агрегата в целом со значительным облегчением их обслуживания. Сущность изобретения: фурма содержит корпус 1 с отверстием 5 для подачи газа, передвижной стержень 3 с наконечником 4 цилиндро-конической формы, направленным меньшим основанием конической части в сторону выходного отверстия фурмы. Длина участка между торцевыми срезами выходного отверстия фурмы и наконечника стержня при перекрытии выходного отверстия фурмы составляет 0,3-0,6 диаметра этого отверстия. Угол конуса наконечника 4 стержня 3 находится в пределах 22-55 градусов. 2 ил., 1 табл.

Охлаждаемая фурма для продувки жидкого расплава, содержащая корпус с отверстием для подачи газа, размещенный по оси корпуса с возможностью перемещения до перекрытия выходного отверстия фурмы стержень с наконечником цилиндро-конической формы, направленным меньшим основанием конической части в сторону выходного отверстия фурмы, отличающаяся тем, что наконечник стержня выполнен с углом конуса 22 55^o, причем при перекрытии выходного отверстия фурмы расстояние между торцевыми срезами наконечника стержня и выходного отверстия фурмы равно 0,3 0,6 диаметра выходного отверстия.