ДУТЬЕВАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 2001 года по МПК C21B7/16 

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

При подаче дополнительного топлива в горн печи через дутьевые фурмы приходится решать задачу повышения их стойкости.

Известна дутьевая фурма доменной печи, которая изготовлена из меди, а ее внутренняя поверхность - из сплава типа Ni-Cr-Mn-Fe. Лист толщиной 3 мм прикрепляют к внутренней поверхности с помощью сварки, прессования, диффузионной сварки или пайки [Заявка 62-17107, Япония, Заявл. 15.07.85, N 60-155467, опуб. 26.01.87. МКИ C 21 B 7/16, F 27 B 1/16].

Недостатками известной фурмы, препятствующими достижению указанного ниже технического результата, являются нарушение крепления листа из указанного сплава вследствие термических напряжений при подаче горячего дутья, разрушение меди под оторванным листом из-за сероводородной коррозии при подаче коксового газа через фурму, значительные потери тепла с охлаждающей водой.

Известна дутьевая фурма доменной печи, предназначенная для ввода в нее горячего дутья и добавок в поток дутья, например коксового газа, содержащая водоохлаждаемый корпус из внутреннего и наружного медных стаканов, по торцам соединенных фланцем и рыльной частью, для повышения стойкости фурмы, облицованных оксидной пленкой фтористой меди [Авторское свидетельство СССР, N 798178, C 21 B 7/16, 1982].

Недостатком известной фурмы, препятствующими достижению указанного ниже технического результата, являются значительные теплопотери с водой, так как пленка имеет малое термическое сопротивление, не исключено разрушение пленки при эксплуатации фурмы, например при попадании в нее шлама и последующей ее чистки.

Известна дутьевая фурма доменной печи, содержащая корпус с дутьевым каналом и рыльной частью, газоподводящей трубкой и насадкой в виде сопла Лаваля, выведенной в дутьевой канал. Ось сопла направлена под углом к продольной оси фурмы и пересекает ее на расстоянии 0,1 - 0,4 диаметра дутьевого канала от торца рыльной части. Такая конструкция позволяет осуществить движение газовой среды, содержащей коксовый газ или смесь коксового и природного газов, со сверхзвуковой скоростью и вынести процесс горения за канал фурмы в рабочее пространство. Устранение непосредственного контакта газовой струи со стенкой дутьевого канала фурмы практически исключает коррозионное воздействие на корпус фурмы сернистых соединений, уменьшает приток тепла к фурме, повышает срок ее службы [Авторское свидетельство СССР, N 908881, C 21 B 7/16, 1982].

Недостатками известной фурмы, препятствующими достижению указанного ниже технического результата, являются резкое ухудшение использования дополнительного топлива при неизбежном, из-за чистки компрессоров коксового газа от отложений, переходе на работу на природном газе, когда сопло работает в режиме, резко отличающемся от расчетного (расход природного газа в 2 раза меньше, чем коксового), и происходит неполное сгорание природного газа и прогары фурм, тепловые потери с водой значительны при вдувании того и другого газов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является дутьевая фурма доменной печи, включающая патрубки подвода воды и дополнительного топлива, фланец, наружный конический и внутренний цилиндрический стаканы, рыльную часть с цилиндрическим дутьевым каналом глубиной 0,2 - 0,5 его диаметра, причем в рыльной части со стороны внутреннего стакана выполнена цилиндрическая выборка и поверхность внутреннего стакана служит продолжением цилиндрической поверхности выборки рыльной части, а выборка рыльной части и внутренний стакан на всю их глубину снабжены слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки, выполненной в виде цилиндрической трубы, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру фланца, а внутренний диаметр равен диаметру цилиндрического дутьевого канала рыльной части, при этом в футеровке выполнено сквозное отверстие для ввода топливной добавки в дутьевой канал. Кроме того, слой футеровки со стороны дутьевого канала покрыт слоем алюмохромофосфатной связки [Патент RU N 2138559, C 21 B 7/16, 1999].

Недостатком известной фурмы, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, является разрушение медного внутреннего стакана при работе доменной печи с вдуванием коксового газа при удовлетворительной стойкости при подаче природного газа., Исследование вышедших из строя дутьевых фурм показало, что коррозионный износ меди возникает на участке "ввод коксового газа в дутьевой канал - рыльная часть", причем наибольшее разрушение возникает на 1/2 длины указанного участка и сосредоточено в верхней части внутреннего стакана.

Сущность изобретения состоит в обеспечении стойкости дутьевой фурмы при поочередной подаче через нее коксового и природного газа в печь за счет элементов, защищающих металл внутреннего стакана в месте интенсивного разрушения. При вдувании коксового газа усиливается горение и выделение тепла в канале фурмы по сравнению с вдуванием природного газа в силу отличий их свойств, возрастает агрессивное воздействие газовой среды на металл внутреннего стакана в связи с наличием сернистых соединений в коксовом газе, отсутствующих в природном.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение стойкости дутьевой фурмы, снижение теплопотерь с охлаждающей водой, экономия кокса.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной дутьевой фурме доменной печи, включающей наружный конический и внутренний цилиндрический стаканы, патрубок подвода воды, рыльную часть с цилиндрической выборкой, поверхность которой является продолжением поверхности внутреннего цилиндрического стакана с образованием цилиндрического дутьевого канала, при этом поверхности цилиндрической выборки и цилиндрического стакана защищены слоем огнеупорной теплоизоляционной футеровки, в которой выполнено сквозное отверстие для ввода через патрубок дополнительного топлива в дутьевой цилиндрический канал, особенность состоит в том, что она снабжена металлическим вкладышем, расположенным между отверстием ввода дополнительного топлива и рыльной частью, защищенным со стороны дутьевого цилиндрического канала слоем футеровки.

Особенностью заявляемой фурмы является также то, что металлический вкладыш выполнен в виде частиц цилиндрической трубы с толщиной стенки , длиной 0,8 L, шириной по дуге цилиндрической поверхности примыкания к внутреннему стакану , где: D - внутренний диаметр фланца, d - диаметр цилиндрического дутьевого канала рыльной части, L - расстояние между рыльной частью и осью выходного отверстия патрубка подвода дополнительного топлива.

Кроме того, предлагаемая фурма отличается тем, что металлический вкладыш состоит из одной или нескольких пластин трансформаторной стали с электроизоляционным покрытием на основе MgO, покрытых слоем алюмохромофосфатной связки и наложенных друг на друга.

Повышение стойкости дутьевой фурмы достигается тем, что металл внутреннего стакана защищается вкладышем, воспринимающим на себя разрушающее действие агрессивного коксового газа. Вкладыш выполнен из пластин трансформаторной стали с электроизоляционным покрытием, пластины вырезают из листов стали, изготовленный по известной технологии: холоднокатанная трансформаторная сталь (с содержанием около 3% кремния) толщиной 0,27 - 0,35 мм, покрывается суспензией с концентрацией MgO около 120 г/л воды и вязкостью 85-120 сантипуаз, сушится при температуре 300 - 400^oC, подвергается отжигу в водородсодержащей газовой среде при 1150^oC с образованием тонкого форстеритового слоя на поверхности, на которую наносится электроизоляционное покрытие, включающее фосфорную кислоту, MgO, Al₂O₃, B₂O₃, и обжигается при температуре 850^oC.

Накладывая друг на друга пластины трансформаторной стали с электроизоляционным покрытием, смазанные алюмохромофосфатной связкой, можно получить вкладыш желаемой толщины. Выполнение вкладыша из отдельных тонких пластин, каждая из которых находится в разных температурных условиях, так как по-разному удалена от дутьевого канала, уменьшает величину термических напряжений в нем по сравнению с возникающими во вкладыше тех же габаритов, но изготовленного из одной пластины, что уменьшает коробление вкладыша. Электроизоляционное покрытие на основе MgO и алюмохромофосфатная связка уменьшают воздействие H₂S на металл трансформаторной стали. Футеровка, защищающая вкладыш со стороны дутьевого канала, обеспечивает его фиксацию на внутреннем стакане фурмы и вместе с материалом вкладыша защищает внутренний стакан от агрессивного воздействия коксового газа и тепловой нагрузки.

Пластины вкладыша нарезаются, изгибаются и формируют вкладыш в виде части цилиндрической трубы, габариты которого отвечают разрушаемому участку внутреннего стакана: длина равна 0,8L, где L - расстояние между рыльной частью и осью отверстия ввода дополнительного топлива в дутьевой канал. Ширина вкладыша, равная по дуге цилиндрической поверхности примыкания вкладыша к внутреннему стакану , принята с учетом границ разрушения поверхности внутреннего стакана: уменьшение ширины менее не обеспечивает защиты достаточной площади внутреннего стакана, а превышение ширины более нецелесообразно, так как выходит за границы разрушения.

Толщина стенки вкладыша равна , где D - внутренний диаметр фланца, d - диаметр дутьевого канала рыльной части. Нижнее значение обусловлено толщиною одной пластины трансформаторной стали с покрытием, а верхнее - - размером, обеспечивающим качественное изготовление слоя футеровки над вкладышем со стороны дутьевого канала.

Снижение теплопотерь в фурме достигается применением слоя футеровки и вкладыша с пониженной теплопроводностью пластин с электроизоляционным покрытием и слоями алюмохромофосфатной связки. Указанные факторы и увеличение стойкости фурмы, исключающие попадание воды в печь, сокращают расход кокса на плавку.

Слой футеровки выполняется известными способами с помощью цилиндрического шаблона диаметра d, устанавливаемого в фурму до начала изготовления футеровки. Для облегчения извлечения шаблона из футеровки на его внешнюю поверхность перед установкой в фурму наносится слой алюмохромофосфатной связки. Шаблон состоит из двух цилиндрических частей, причем высота нижней на 0,1 L выше уровня сварочного шва рыльная часть - внутренний стакан. После изготовления футеровки на высоту нижней части шаблона на внутреннем стакане устанавливают вкладыш на алюмохромофосфатной связке, устанавливают верхнюю часть шаблона, изготавливают футеровку в остальной части стакана. После изготовления футеровки шаблон извлекается и она сушится.

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

На чертежах показана предлагаемая фурма: (на фиг. 1 - продольный разрез корпуса фурмы, на фиг. 2 - поперечное сечение А-А фиг. 1).

Фурма состоит из фланца 1, наружного конического стакана 2, рыльной части 3 с цилиндрическим дутьевым каналом 4 рыльной части, цилиндрической выборки рыльной части с цилиндрической поверхностью 5, продолжением которой является внутренняя поверхность 6 внутреннего цилиндрического стакана 7, патрубка 8 подвода воды, патрубка 9 дополнительного топлива, слоя 10 теплоизоляционной огнеупорной футеровки, покрытого слоем 11 алюмохромофосфатной связки, слой 10 футеровки выполнен с отверстием 12 для ввода дополнительного топлива в дутье, вкладыша 13.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Фланец 1, наружный конический стакан 2, рыльная часть 3, внутренний цилиндрический стакан 7, патрубок 8 подвода воды, патрубок 9 подвода дополнительного топлива соединены сваркой, слой 10 теплоизоляционной огнеупорной футеровки нанесен на внутренний цилиндрический стакан 7 и цилиндрическую выборку 5 рыльной части 3, покрыт слоем 11 алюмохромофосфатной связки, который перенесен на футеровку при извлечении шаблона, смазанного алюмохромофосфатной связкой. Шаблон состоит из двух отдельных цилиндров диаметра d, нижний из них имеет высоту, на 0,1L превышающую уровень высоты сварочного шва рыльная часть - внутренний стакан, считая от торца рыльной части. Нижний цилиндр первым устанавливается в фурму и после выполнения футеровки на его высоту на внутренний стакан на алюмохромофосфатной связке устанавливается вкладыш 13, верхний цилиндр шаблона и футеровки выполняется на всю высоту внутреннего стакана. Изготовление сквозного отверстия 12 в слое 10 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 отверстия 12 дополнительного топлива слой 10 футеровки снижает теплопередачу от горячего дутья воде, а на участке за отверстием 22 дополнительного топлива слой 10 и вкладыш 13 снижают теплопередачу от дутья и продуктов горения газа, защищают металл внутреннего стакана от разрушения сернистыми соединениями из коксового газа.

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, заявляемое изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к оборудованию для подачи в доменную печь горячего дутья и дополнительного топлива. Сущность изобретения заключается в том, что металл внутреннего стакана фурмы защищен металлическим вкладышем, габариты которого отвечают разрушаемому участку внутреннего стакана фурмы, воспринимающим на себя разрушающее действие агрессивного коксового газа. Вкладыш выполнен из одной или нескольких пластин трансформаторной стали с электроизоляционным покрытием на основе MgO, пластины вырезают из листов трансформаторной стали. Использование изобретения повышает стойкость дутьевой фурмы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Дутьевая фурма доменной печи, включающая наружный конический и внутренний цилиндрический стаканы, патрубок подвода воды, рыльную часть с цилиндрической выборкой, поверхность которой является продолжением поверхности внутреннего цилиндрического стакана с образованием цилиндрического дутьевого канала, при этом поверхности цилиндрической выборки и цилиндрического стакана защищены слоем огнеупорной теплоизоляционной футеровки, в которой выполнено сквозное отверстие для ввода через патрубок дополнительного топлива в дутьевой цилиндрический канал, отличающаяся тем, что она снабжена металлическим вкладышем, расположенным между отверстием ввода дополнительного топлива и рыльной частью, защищенным со стороны дутьевого цилиндрического канала слоем футеровки. 2. Дутьевая фурма по п.1, отличающаяся тем, что металлический вкладыш выполнен в виде части цилиндрической трубы с толщиной стенки длиной 0,8L, шириной по дуге цилиндрической поверхности примыкания к внутреннему стакану , где D - внутренний диаметр фланца, d - диаметр цилиндрического дутьевого канала рыльной части, L - расстояние между рыльной частью и осью выходного отверстия патрубка подвода дополнительного топлива. 3. Дутьевая фурма по п.2, отличающаяся тем, что металлический вкладыш состоит из одной или нескольких пластин трансформаторной стали с электроизоляционным покрытием на основе MgO, покрытых слоем алюмохромофосфатной связки и наложенных друг на друга.