ДУТЬЕВАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 1999 года по МПК C21B7/16 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к оборудованию для подачи в доменную печь горячего дутья и дополнительного топлива.

Известна дутьевая фурма, содержащая конический водоохлаждаемый корпус, соединенные с ним носок и фланец, съемную огнеупорную вставку, выполненную со стороны дутьевого канала фурмы, и трубку подвода газа в дутьевой канал, причем вставка выполнена на всю длину дутьевого канала и снабжена огнеупорным наконечником для вывода газа к оси дутьевого канала, вставка изготовлена из корундового легковесного огнеупора и ее устанавливают в фурму после забивки фурмы в печь, вынимают при закрытии фурмы глиной во время остановок (см. Авторское свидетельство СССР, N 1186637, кл. C 21 B 7/16, 1985).

Недостатком известной фурмы является малая надежность вставки в рыльной части, так как при подходе железистого прифурменного шлака к рылу или заливке шлака в фурму вставка растворяется в шлаке, разрушается от истирающего действия шихты со стороны печи; при чистке фурмы на ходу печи наконечник вставки разрушается. Увеличение дутьевого канала конической формы в рыльной части из-за истирания металла рыла и разрушений огнеупорной вставки неблагоприятно влияет на ход печи.

Известна дутьевая фурма, снабженная огнеупорным покрытием в виде стакана, закрепленного на наружной поверхности металлического водоохлаждаемого корпуса, наружняя обечайка которого выполнена из двух стаканов в виде усеченных конусов, образующих уступ.

Огнеупорный стакан закреплен на поверхности конического стакана меньшего диаметра (см. Патент СССР, N 1822415 A3, кл. C 21 B 7/16, 1993).

Недостатком этой фурмы является малая надежность огнеупорного покрытия, разъедаемого железистым шлаком прифурменной зоны, его механическое разрушение от истирания шихтой и при оползании гарнисажа, когда сминает и выворачивает из амбразур даже медные фурмы. Фурма имеет значительные потери тепла через внутренний металлический стакан, не защищенный со стороны дутья огнеупорным покрытием.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является дутьевая фурма доменной печи, включающая фланец, наружный и внутренний конические стаканы, рыльную часть, патрубки подвода воды и дополнительного топлива, слой теплоизоляционной жаростойкой футеровки со стороны дутьевого канала, расположенный в рыльной части полый конический вкладыш, большее основание которого примыкает к торцевой части теплоизоляционной футеровки и равно его толщине (см. Авторское свидетельство СССР, N 929707, кл. C 21 B 7/16, 1982).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной фурмы, относятся низкая надежность и долговечность работы полого конического вкладыша и теплоизоляционной футеровки, потери температуры дутья с охлаждающей фурму водой.

Низкая надежность и долговечность работы полого конического вкладыша обусловлена разрушением его со стороны печи от истирающего действия шихты, растворения в железистом шлаке при подходе его к фурме или заливке в дутьевой канал. При изготовлении полого конического вкладыша из жаростойкого сплава, поверхности его, контактирующие с газовой средой со стороны печи и дутьевого канала, перегреваются, окисляются и сгорают как в режиме подачи дутья в печь, так и при взятии печи натягу. Недостаточное охлаждение вкладыша из-за неплотного контакта его внешней конической поверхности с рыльной частью при воздействии на него неравномерного температурного поля (горячее дутье, раскаленные продукты горения дополнительного топлива, сконцентрированные преимущественно в периферийной области дутьевого канала фурмы, высокотемпературное излучение фурменного очага) приводит к высоким термическим напряжениям в вкладыше, трещинообразованию, деформации и короблению, увеличению зазора между вкладышем и теплоизоляционным слоем. При установке фурмы в работающую печь (в случае замены сгоревшей фурмы, ее забивают в раскаленный кокс, возможно с "козлами" (застывшим чугуном и шлаком) и полый конический вкладыш может быть выдавлен в сторону теплоизоляционной футеровки или разрушен. Разрушение полого конического вкладыша приводит к увеличению диаметра дутьевого канала, что приводит к увеличению диаметра дутьевого канала, что неблагоприятно влияет на ход печи, инициирует разрушение теплоизоляционной футеровки дутьевого канала фурмы.

Коническая форма теплоизоляционного слоя, расположенного на внутреннем стакане, затрудняет качественное изготовление последнего, что приводит к быстрому разрушению футеровки со стороны рыльной части, где сосредоточена наибольшая тепловая нагрузка. Опасность разрушения полого конического вкладыша при изготовлении футеровки прессованием - ограничивает усилие прессования и снижает механическую прочность футеровки.

Технический результата изобретения - снижение теплопотерь горячего дутья и увеличение надежности работы формы, снижение расхода кокса.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной дутьевой фурме доменной печи, включающей фланец, наружный конический стакан, рыльную часть с дутьевым каналом, внутренний стакан, покрытый слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки со стороны дутьевого канала, патрубки подвода воды и дополнительного топлива, особенность заключается в том, что дутьевой канал рыльной части и внутренний стакан выполнены цилиндрическими, при этом в рыльной части со стороны внутреннего стакана выполнена цилиндрическая выборка и поверхность внутреннего стакана служит продолжением цилиндрической поверхности выборки рыльной части, цилиндрический дутьевой канал рыльной части имеет глубину, равную 0,2-0,5 его диаметра, цилиндрическая выборка рыльной части снабжена также слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки, при этом футеровка, защищающая внутренний стакан и выборку на всю их глубину, выполнена в виде цилиндрической трубы, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру фланца фурмы, а внутренний диаметр равен диаметру цилиндрического дутьевого канала рыльной части, причем в футеровке выполнено сквозное цилиндрическое отверстие для ввода топливной добавки в дутьевой канал, которое имеет диаметр, равный внутреннему диаметру патрубка подвода дополнительного топлива и является его продолжением.

Кроме того, слой теплоизоляционной огнеупорной футеровки со стороны дутьевого канала покрыт слоем алюмохромофосфатной связки.

Снижение теплопотерь дутья достигается тем, что в рыльной части со стороны внутреннего стакана выполнена цилиндрическая выборка и поверхность внутреннего стакана служит продолжением цилиндрической поверхности выборки рыльной части, цилиндрический внутренний стакан и цилиндрическая выборка рыльной части защищены цилиндрическим слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки, начало слоя оптимально удалено от печного пространства за счет высоты Н цилиндрической дутьевого канала, что обеспечивает надежную службу футеровки.

Высота Н дутьевого канала рыльной части, равная 0,2 - 0,5d, определена на основании опытов. Было установлено, что во вpeмя эксплуатации дутьевой фурмы со слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки, покрывающей весь дутьевой канал в рыльной части, футеровка со стороны печи разрушиалась (режим дутья был следующим - температура дутья 1200^oC, 35% кислорода, расход природного газа 12% к расходу дутья). Выполнение рыльной части с цилиндрическим дутьевым каналом d различной высоты Н позволило установить, что Н должна быть более 0,2d. Превышение высоты Н более 0,5d, не оказывая влияния на стойкость слоя футеровки, ведет к сокращению площади фурмы, защищенной изоляцией и повышению теплопотерь. Цилиндрическая выборка в рыльной части позволяет увеличить площадь полости фурмы, покрытой футеровкой, и защитить сварочный шов рыльная часть - внутренний стакан.

Цилиндрическая форма внутреннего стакана обеспечивает меньшую площадь его контакта с охлаждающей водой по сравнению с коническим стаканом, а цилиндрическая форма слоя теплоизоляционной огнеупорной футеровки обеспечивает меньшую площадь контакта его с горячим дутьем по сравнению с коническим слоем футеровки, что обеспечивает меньшую тепловую нагрузку на фурму со стороны потока горячего дутья и сокращает теплопотери с охлаждающей водой. Сокращение теплопотерь в фурме приводит к экономии кокса, т.к. горячее дутье вносит в доменную печь большее количество тепла.

Цилиндрический дутьевой канал в рыльной части сохраняет постоянство диаметра d фуpмы при истирании торца рыльной части шихтой, обеспечивая проектный диаметр фурмы на весь период эксплуатации, оптимальное удаление начала слоя футеровки от печного пространства обеспечивает ее надежную работу и фурмы в целом, т.к. на ее металлические детали уменьшается тепловая нагрузка.

Слой футеровки выполняется известными способами с помощью цилиндрического шаблона диаметра d, устанавливаемого в фурму до начала изготовления слоя. Для облегчения извлечения шаблона из готовой футеровки на его внешнюю поверхность перед установкой в фурму наносится слой огнеупорной алюмохромофосфатной связки вместо обычно применяемых цезирина или расплавленного парафина, что позволяет извлекать шаблон без его подогрева, а слой огнеупорной алюмохромофосфатной связки, остающийся на футеровке, служит ее упрочнению.

Цилиндрическая форма внутреннего стакана проще в изготовлении по сравнению с конической как в части раскроя листа, так и вальцовки, требует меньшего расхода материала, позволяет применять заготовки в виде цилиндрических медных или стальных труб, поставляемых со стороны.

Цилиндрическая форма теплоизоляционного слоя огнеупорной футеровки требует меньшего расхода огнеупорного материала по сравнению с коническим слоем той же толщины, она проще в изготовлении прессованием огнеупорной массы как ручным, так и машинным способом, что обеспечивает высокое качество изготовления футеровки и увеличение срока ее службы.

Указанные конструктивные элементы фурмы и возможности изготовления качественной футеровки обеспечивают надежность дутьевой фурмы в эксплуатации и достижение указанного технического результата.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства.

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, отсутствует совпадение отличительных признаков заявляемой дутьевой фурмы с признаками известных решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже показана предлагаемая фурма.

Фурма состоит из фланца 1, наружного конического стакана 2, рыльной части 3 с цилиндрическим дутьевым каналом 3-1 рыльной части, цилиндрической выборки рыльной части с цилиндрической поверхностью 3-2, продолжением которой является внутренняя поверхность 4-1 внутреннего цилиндрического стакана А, патрубка 5 подвода воды, патрубка 6 дополнительного топлива, слоя 7 теплоизоляционной огнеупорной футеровки, покрытого слоем 8 алюмохромофосфатной связки, слой 7 футеровки выполнен с отверстием 9 для ввода дополнительного топлива в дутье.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Фланец 1, наружный конический стакан 2, рыльная часть 3, внутренний цилиндрический стакан 4, патрубок 5 подвода воды, патрубок 6 подвода дополнительного топлива соединены сваркой, слой 7 теплоизоляционной огнеупорной футеровки нанесен на внутренний цилиндрический стакан 4 и цилиндрическую выборку 3-2 рыльной части 3, покрыт слоем 8 алюмохромофосфатной связки, который перенесен на футеровку при извлечении шаблона, смазанного алюмохромофосфатной связкой. Изготовление сквозного отверстия 9 в слое 7 футеровки выполняют после извлечения шаблона. Далее производится сушка футеровки.

Устройство работает следующим образом. Дутьевая фурма устанавливается в воздушный прибор доменной печи, подключается к системам подачи воды, дополнительного топлива, дутья. При подаче горячего дутья и дополнительного топлива в печь со стороны фланца до ввода 9 дополнительного топлива слой 7 теплоизоляционной футеровки снимает теплопередачу от горячего дутья к воде, а на участке за ввoдoм 9 дополнительного топлива - от горячего дутья, продуктов горения дополнительного топлива и высокотемпературного излучения фурменного очага, обеспечивая уменьшение температуры выходящей из фурмы воды на 3-5^oC по сравнению с фурмами без слоя футеровки. Цилиндрический дутьевой канал рыльной части обеспечивает постоянство диаметра фурмы при истирании рыла шихтой. При подходе шлака к фурме рыльная часть не допускает его контакта с футеровкой и предохраняет от разрушения, снижает тепловую нагрузку на футеровку от высокотемпературного излучения печи.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении следующей совокупности условий:
- дутьевая фурма, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, предназначена для использования в промышленности, а именно в черной металлургии, для подачи горячего дутья и дополнительного топлива в доменную печь.

- для заявленного устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к черной металлургии, а конкретно к подаче горячего дутья и дополнительного топлива в доменную печь. Дутьевая фурма содержит фланец, наружный конической стакан, рыльную часть, патрубки подвода воды и дополнительного топлива, цилиндрический дутьевой канал в рыльной части, диаметр d которого равен диаметру фурмы, а глубина-0,2 - 0,5d. Цилиндрическая выборка в рыльной части и внутренняя поверхность внутреннего стакана покрыты слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки в виде цилиндрической трубы, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру фланца фурмы, а внутренний диаметр равен диаметру цилиндрического дутьевого канала рыльной части. Слой футеровки выполнен с отверстием для ввода дополнительного топлива в дутье и покрыт со стороны дутья слоем алюмохромофосфатной связи. При использовании изобретения обеспечивается снижение теплопотерь горячего дутья и повышение надежности устройства фурмы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Дутьевая фурма доменной печи, включающая фланец, наружный конический стакан, рыльную часть с дутьевым каналом, внутренний стакан, покрытый слоем теплоизоляционной футеровки со стороны дутьевого канала, патрубки подвода воды и дополнительного топлива, отличающаяся тем, что дутьевой канал рыльной части и внутренний стакан выполнены цилиндрическими, при этом в рыльной части со стороны внутреннего стакана выполнена цилиндрическая выборка и поверхность внутреннего стакана служит продолжением цилиндрической поверхности выборки рыльной части. 2. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрический дутьевой канал рыльной части имеет глубину, равную 0,2 - 0,5 его диаметра. 3. Фурма по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрическая выборка рыльной части снабжена также слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки, при этом футеровка, защищающая внутренний стакан и выборку на всю их глубину, выполнена в виде цилиндрической трубы, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру фланца фурмы, а внутренний диаметр равен диаметру цилиндрического дутьевого канала рыльной части, причем в футеровке выполнено сквозное цилиндрическое отверстие для ввода топливной добавки в дутьевой канал, которое имеет диаметр, равный внутреннему диаметру патрубка подвода дополнительного топлива и является его продолжением. 4. Фурма по п. 3, отличающаяся тем, что слой теплоизоляционной огнеупорной футеровки со стороны дутьевого канала покрыт слоем алюмохромофосфатной связки.