ФУРМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ГАЗОВ В ТЕПЛОВОЙ АГРЕГАТ И СПОСОБ ЕГО МОНТАЖА Российский патент 2005 года по МПК C21C5/48 F27B1/16 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к конструкциям печей для получения цветных металлов, в которых предусмотрено фурменное устройство для подачи газов.

В цветной металлургии применяют различные конструкции печей, плавильные, шахтные печи, фьюминг печи для обработки расплавов воздухом, смесью хлора и воздуха, смесью угля, пыли и воздуха, или смесью мазута и воздуха, или продуктами сгорания природного газа. В печах указанной конструкции сверху подают сырье, а снизу через фурменное устройство поступает газ. Срок службы фурменных устройств очень низкий из-за агрессивности среды.

Известно фурменное устройство для подачи газа, например хлора, в тепловой агрегат с расплавом (кн. М.К.Байбеков, В.Д.Попов, И.М.Чепрасов. - Производство четыреххлористого титана. - М.: Металлургия. - 1987. - рис.15, стр.30-31, кн. В.В.Сергеев, А.Б.Безукладников, В.М.Малыпин. - Металлургия титана. - М.: Металлургия. - 1979. - рис.24, стр.82), которое выполнено в виде металлического корпуса прямоугольной формы со скосом в верхней части и установлено в отверстие футеровки теплового агрегата, внутри корпуса под углом размещена труба для подачи газов, соединенная с источником подачи газа и выходящая из корпуса фурмы.

Недостатком такого фурменного устройства является то, что срок службы устройства очень низкий из-за работы в агрессивной среде, это приводит к снижению производительности печи, а также к увеличению материальных затрат на капитальный ремонт печи. Кроме того, при работе на такой конструкции фурменного устройства происходит выброс агрессивных газов в атмосферу цеха, что ухудшает экологическую обстановку в цехе и в атмосфере.

Известно фурменное устройство для подачи газа, например хлора, в тепловой агрегат с расплавом (кн. Электрометаллургия алюминия и магния. - Ветюков М.М., Цыплаков А.М., Школьников С.Н. - М.: Металлургия. - 1987. - стр.244-246, рис.78), состоящее из металлического корпуса квадратной формы со скосом, на котором выполнены ребра, и установленного в отверстие футеровки печи, внутри корпуса под углом расположена труба для подачи газов, соединенная с источником подачи газа и выходящая из корпуса фурмы.

Недостатком данного фурменного устройства является то, что срок службы фурменного устройства очень низкий из-за работы фурмы в агрессивной среде, это приводит к снижению производительности печи, а также к увеличению материальных затрат на капитальный ремонт печи. Кроме того, при работе на таких фурмах происходит выброс агрессивных газов в атмосферу цеха, что ухудшает экологическую обстановку в цехе и в атмосфере.

Известно фурменное устройство для подачи агрессивных газов в тепловые агрегаты (кн. Основы металлургии, том 7. Технологическое оборудование предприятий цветной металлургии. М.: Металлургия, 1975. - стр.452-454, 466-468, 490-507, 673-678, 703-706, рис.ХХП-4), включающее стальной или чугунный корпус, размещенный в футеровке печи и выполненный цилиндрической или прямоугольной формы, внутри которого под углом к корпусу проходит труба для подачи газов, соединенная с источником подачи газа и выходящая из корпуса фурмы.

Недостатком данного фурменного устройства является то, что срок службы устройства очень низкий из-за работы фурмы в агрессивной среде, это приводит к снижению производительности печи, а также к увеличению материальных затрат на капитальный ремонт печи. Кроме того, при работе на таких фурмах происходит выброс агрессивных газов в атмосферу цеха, что ухудшает экологическую обстановку в цехе и в атмосфере. С одной стороны труба расположена под расплавом в печи, с другой вынесена за футеровку печи и соединена с источником подачи агрессивного газа.

Известно фурменное устройство для подачи газа в тепловой агрегат (А.С. СССР №463719, опубл. бюл.10, 15.03.75 г.), по количеству общих признаков принятое за ближайший аналог-прототип и включающее установленную в футеровке теплового агрегата фурму в виде металлического корпуса, внутри которого размещена труба для подачи газа, выходящая из нижней и верхней частей металлического корпуса.

Недостатком данного фурменного устройства является то, что срок службы устройства очень низкий из-за работы фурмы в агрессивной среде, это приводит к снижению производительности печи, а также к увеличению материальных затрат на капитальный ремонт печи. Кроме того, при работе на таких фурмах происходит выброс агрессивных газов в атмосферу цеха, что ухудшает экологическую обстановку в цехе и в атмосфере. С одной стороны труба расположена под расплавом в печи, с другой вынесена за футеровку печи и соединена с источником подачи агрессивного газа.

Известен способ монтажа фурменного устройства в тепловом агрегате (кн. Основы металлургии, том 7. Технологическое оборудование предприятий цветной металлургии. М.: Металлургия, 1975. - стр.452-454, 466-468, 490-507, 673-678, 703-706, рис.ХХП-4), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий установку в футеровку теплового агрегата фурмы, изготовленной в виде металлического корпуса и трубы для подачи газа.

Недостатком данного фурменного устройства и способа его монтажа является то, что срок службы устройства очень низкий из-за работы фурмы в агрессивной среде, это приводит к снижению производительности печи, а также к увеличению материальных затрат на капитальный ремонт печи. Кроме того, при работе на таких фурмах происходит выброс агрессивных газов в атмосферу цеха, что ухудшает экологическую обстановку в цехе и в атмосфере.

Технический результат направлен на устранение указанных недостатков и направлен на увеличение срока службы фурменного устройства, а значит, и на увеличение срока службы работы печи, на снижение выброса агрессивных газов в атмосферу цеха, на облегчение монтажа и демонтажа фурменного устройства, что позволит повторно использовать фурменное устройство, на снижение затрат на его изготовление.

Для достижения технического результата предложено фурменное устройство для подачи газа в тепловой агрегат, содержащее установленную в футеровке теплового агрегата фурму в виде металлического корпуса, внутри которого размещена труба для подачи газа, выходящая из нижней и верхней частей металлического корпуса, отличающееся тем, что оно снабжено защитным огнеупорным блоком, установленным на наружной стороне выходящей из нижней части металлического корпуса трубы для подачи газа, и установленной с наружной стороны металлического корпуса фурмы обечайкой с фланцем, соединенным с размещенным на верхней части металлического корпуса дополнительным фланцем, металлический корпус выполнен в виде усеченного конуса, по наружной поверхности которого выполнены ребра, труба для подачи газа размещена соосно металлическому корпусу, а обечайка герметично соединена с кожухом теплового агрегата.

Кроме того, защитный огнеупорный блок выполнен ступенчатой формы.

Кроме того, труба для подачи газов выполнена переменного диаметра.

Кроме того, нижняя часть металлического корпуса выполнена утолщенной.

Кроме того, фурменное устройство выполнено съемным.

Кроме того, ребра выполнены в виде колец, жестко прикрепленных к наружной поверхности металлического корпуса фурмы.

Кроме того, оно снабжено уплотняющим кольцом, жестко соединяющим трубу для подачи газа и нижнюю часть металлического корпуса и закрепляемым с наружной стороны корпуса и трубы.

Кроме того, оно снабжено стягивающим устройством, проходящим внутри трубы для подачи газа и соединяющим защитный огнеупорный блок и фурму.

Для осуществления работы фурменного устройства предложен способ его монтажа в тепловом агрегате, включающий установку в футеровку теплового агрегата фурмы, изготовленной в виде металлического корпуса и трубы для подачи газа, отличающийся тем, что осуществляют монтаж фурменного устройства, изготовленного по п.1, перед установкой фурмы в тепловой агрегат предварительно изготавливают обечайку с фланцем, который соединяют с дополнительным фланцем металлического корпуса, трубу для подачи газа закрепляют в нижней части металлического корпуса фурмы с помощью уплотнительного кольца, привариваемого к наружной стороне стенки корпуса и трубы, трубу и нижнюю часть корпуса обрабатывают кладочным раствором и устанавливают в предварительно изготовленный защитный огнеупорный блок из жаростойкого и химически стойкого материала, фурму и блок соединяют с помощью стягивающего устройства, затем собранное фурменное устройство подвергают высокотемпературной сушке, устанавливают в футеровку теплового агрегата, герметизируют, снимают стягивающее устройство, а обечайку соединяют с кожухом теплового агрегата.

Кроме того, высокотемпературную сушку фурменного устройства проводят при температуре выше 350°С в течение 24 часов.

Кроме того, в качестве жаропрочного и химически стойкого материала используют фторфлогопит или бетон.

Создание дополнительного защитного огнеупорного блока из жаростойкого и химически стойкого материала позволяет защитить фурменное устройство от воздействия агрессивного газа, увеличить срок его службы.

Применение обечайки с фланцем, которая присоединена к фурменному устройству с помощью дополнительного фланца, размещенного на верхней части корпуса фурмы, позволяет герметизировать установку фурмы в тепловой агрегат и тем самым исключить выброс агрессивного газа в атмосферу цеха.

Изготовление фурменного устройства предложенной конструкции, т.е. выполнение корпуса в виде усеченного конуса, по наружной поверхности которого выполнены ребра, позволяет прочно закрепить фурменное устройство в печи и тем самым повысить срок его службы в несколько раз.

Выполнение фурменного устройства съемным позволяет улучшить обработку и ремонт фурменного устройства, повторно использовать его в других агрегатах.

Предложенный способ монтажа фурменного устройства позволяет улучшить герметизацию как фурменного устройства, так и теплового агрегата, уменьшить выброс агрессивного газа в атмосферу.

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 источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном фурменном устройстве для подачи газа в тепловой агрегат, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель повел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние трубками предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показано фурменное устройство для подачи газа в тепловой агрегат. На фиг.2 - разрез фурменного устройства, на фиг.3 - внешний вид фурменного устройства в аксонометрии.

Фурменное устройство для подачи газа в тепловой агрегат состоит из теплового агрегата 1, выполненного в виде печи 2 с футеровкой 3, фурменного устройства 4, выполненного в виде фурмы 5, состоящей из металлического корпуса 6, трубы для подачи газа 7, выходящей из нижней и верхней частей металлического корпуса, который выполнен в виде конуса с ребрами 8 на наружной поверхности корпуса, с утолщенной нижней частью 9, фланцем 10, уплотняющим кольцом 11. На выступающий конец трубы 7 установлен огнеупорный защитный блок 12, скрепленный с фурмой с помощью стягивающего устройства 13. Обечайка 14 с помощью фланца 15 установлена на наружной поверхности конической части корпуса и соединена с фланцем 10.

Монтаж фурменного устройства осуществляют следующим образом.

Предварительно на отдельном стенде изготавливают из нержавеющей стали корпус 6 литьем в форму, в виде усеченного конуса, причем нижнюю часть 9 корпуса изготовляют утолщенной с отверстием для трубы. Трубу 7 размещают в корпусе 6 соосно и пропускают через отверстие утолщенной части 9, закрепляют с наружной части уплотняющим кольцом 11 с помощью сварки. К верхней части конуса корпуса 6 приваривают фланец 10 с проушинами.

Предварительно изготавливают обечайку 14, к которой приваривают фланец 15. Обечайку 14 устанавливают с наружной стороны корпуса 6, а к фланцу 10 с наружной стороны корпуса 6 с помощью болтовых соединений присоединяют предварительно обечайку 14 с помощью фланца 15. На наружной поверхности корпуса 6 приваривают кольца, выполняющими роль ребер 8. Собранную фурму сверху обмазывают замазкой, например раствором "Гамма 3Ак", который служит герметичным материалом, стойким к агрессивным газам, и одновременно компенсационным швом для предотвращения разрушения защитного слоя от расширения металла фурмы. Фурменное устройство 4 с помощью стягивающего устройства 13, например штыря с винтами с двух сторон, устанавливают в огнеупорный защитный блок 12, выполненный из огнеупорного и химически стойкого материала, например фторфлогопита или бетона специальной марки, например ALCOW. Затем фурменное устройство подвергают сушке при температуре выше 350°С в течение 24 часов. После сушки фурменное устройство устанавливают в футеровку 3 печи 2, производят кладку шамотным кирпичом на кладочном растворе "Гамма 3Ак" вокруг футеровочного устройства 4. Перед пуском агрегата снимают стягивающее устройство 13, герметично соединяют с помощью сварки обечайку 14 к кожуху печи, отсоединяют фланцы 10 и 15 друг от друга, т.е. убирают болтовое соединение между фланцами. Фланцевое устройство готово к работе.

Устройство работает следующим образом.

Пример 1.

В тепловой агрегат 1, например шахтную печь 2 для хлорирования титансодержащей шихты, заливают расплавленные хлористые соли. В нижнюю часть через фурменное устройство 4 (4 шт.) подводят под углом по трубе 7 газообразный хлор в количестве 0,74-1,93 т/час под давлением 0,6-0,7 Па со скоростью 40-60 м. Хлор, подаваемый в нижнюю зону печи, дробится на мелкие пузырьки, которые, сорбираясь на поверхности углерода и взаимодействуя с оксидами, способствуют непрерывному барботажу расплава. Шихта, суспендированная в расплаве, хлорируется с образованием хлоридов металлов и окислов углерода. Процесс хлорирования ведут при температуре 700-800°С. Продукты хлорирования в виде парогазовой смеси поступают в систему конденсации, затем их подвергают очистке.

Пример 2.

Для получения безводного хлормагниевого сырья для получения магния электролизом расплавленных солей используют тепловой агрегат 1 в виде расплавного хлоратора 2, который состоит из плавильника, хлоратора и миксера. В плавильник загружают обезвоженный карналлит и нефтяной кокс, происходит плавление и обезвоживание, а в хлораторе - окончательное обезвоживание карналлита и хлорирование оксида магния, образующегося в процессе обезвоживания. Хлоратор 2 работает непрерывно. Управление работой хлоратора состоит в регулировании загрузки обезвоженного карналлита и кокса, подачи хлора и в непрерывном поддержании заданных температур в отделениях хлоратора. Заданная температура расплава в плавильнике и необходимый расход карналлита и кокса поддерживают системой автоматического регулирования. В камерах хлорирования температуру поддерживает оператор вручную - по показаниям щитовых приборов путем изменения силы тока, проходящего через расплав. Температура расплава, °С: в плавильнике 500-520, в хлораторных камерах 750-820, в копильнике - 750-780. Регулирование подачи хлора в фурменные устройства 4 осуществляют при помощи вентилей по показаниям манометров. Удельный расход хлора составляет 90-110 кг/тонну безводного карналлита.

Таким образом, конструкция фурменного устройства для подачи газа в тепловой агрегат позволит значительно повысить срок службы как фурменного устройства, так и всего агрегата.

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкциям печей для получения цветных металлов. Технический результат - увеличение срока службы фурменного устройства и срока работы печи, снижение выброса агрессивных газов в атмосферу цеха, облегчение монтажа и демонтажа фурменного устройства и снижение затрат на его изготовление. Фурменное устройство содержит установленную в футеровке теплового агрегата фурму в виде металлического корпуса, внутри которого размещена труба для подачи газов, выходящая из нижней и верхней частей корпуса. Защитный огнеупорный блок установлен на наружной стороне выходящей из нижней части корпуса трубы. Обечайка с фланцем, который соединен с дополнительным фланцем, размещенным на верхней части корпуса, установлены с наружной стороны корпуса фурмы. Корпус выполнен в виде усеченного конуса, по наружной поверхности которого выполнены ребра. Труба для подачи газов размещена соосно корпусу. Обечайка герметично соединена с кожухом теплового агрегата. Для осуществления работы фурменного устройства предложен способ его монтажа в тепловой агрегат. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фурменное устройство для подачи газа в тепловой агрегат, содержащее установленную в футеровке теплового агрегата фурму в виде металлического корпуса, внутри которого размещена труба для подачи газа, выходящая из нижней и верхней частей металлического корпуса, отличающееся тем, что оно снабжено защитным огнеупорным блоком, установленным на наружной стороне выходящей из нижней части металлического корпуса трубы для подачи газа, и установленной с наружной стороны металлического корпуса фурмы обечайкой с фланцем, соединенным с размещенным на верхней части металлического корпуса дополнительным фланцем, металлический корпус выполнен в виде усеченного конуса, по наружной поверхности которого выполнены ребра, труба для подачи газа размещена соосно с металлическим корпусом, а обечайка герметично соединена с кожухом теплового агрегата.2. Фурменное устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный огнеупорный блок выполнен ступенчатой формы.3. Фурменное устройство по п.1, отличающееся тем, что труба для подачи газа выполнена переменного диаметра.4. Фурменное устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть металлического корпуса выполнена утолщенной.5. Фурменное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено съемным.6. Фурменное устройство по п.1, отличающееся тем, что ребра выполнены в виде колец, жестко прикрепленных к наружной поверхности металлического корпуса фурмы.7. Фурменное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено уплотняющим кольцом, жестко соединяющим трубу для подачи газа и нижнюю часть металлического корпуса и закрепляемым с наружной стороны корпуса и трубы.8. Фурменное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено стягивающим устройством, проходящим внутри трубы для подачи газа и соединяющим защитный огнеупорный блок и фурму.9. Способ монтажа фурменного устройства в тепловом агрегате, включающий установку в футеровку теплового агрегата фурмы, изготовленной в виде металлического корпуса и трубы для подачи газа, отличающийся тем, что осуществляют монтаж фурменного устройства, изготовленного по п.1, перед установкой фурмы в тепловой агрегат предварительно изготавливают обечайку с фланцем, который соединяют с дополнительным фланцем металлического корпуса, трубу для подачи газа закрепляют в нижней части металлического корпуса фурмы с помощью уплотнительного кольца, привариваемого к наружной стороне стенки корпуса и трубы, трубу и нижнюю часть корпуса обрабатывают кладочным раствором и устанавливают в предварительно изготовленный защитный огнеупорный блок из жаростойкого и химически стойкого материала, фурму и блок соединяют с помощью стягивающего устройства, затем собранное фурменное устройство подвергают высокотемпературной сушке, устанавливают в футеровку теплового агрегата, герметизируют, снимают стягивающее устройство, а обечайку соединяют с кожухом теплового агрегата.10. Способ по п.9, отличающийся тем, что высокотемпературную сушку фурменного устройства проводят при температуре выше 350°С в течение 24 ч.11. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве жаропрочного и химически стойкого материала используют фторфлогопит или бетон.