ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА Российский патент 2009 года по МПК C21C5/48 

Предлагаемое изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции фурм для продувки расплава газообразным агентом, проводящейся в аппаратах с использованием струйной подачи дутья в расплав.

Для продувки расплава известны следующие фурмы:

- фурма для продувки расплава металла (№2181384, МПК С21С 5/48), содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи продувочного агента, подвода и отвода охлаждающей воды, и закрепленный на трубах посредством переходников наконечник с дутьевыми наклонными соплами и циркуляционной охлаждающей камерой;

- фурма вертикального конвертера (В.И. Коротич, С.Г. Братчиков. Металлургия черных металлов. - М.: Металлургия, 1987, рис.56, стр.147-148), содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи газообразного агента, подвода и отвода охлаждающей воды и соединенные с наконечником;

- универсальная комбинированная фурма с подвижными элементам, выполняющими функции горелки продувочной трубы (RU №2211248, МПК F27B 3/22), дополнительно оснащенная внутренней направляющей трубой для подачи горючего газа к соплам;

- фурмы с внешним и внутренним смешением топлива и кислорода (Теплотехника металлургического производства. Т.2. Конструкция и работа печей: Учебное пособие для вузов / Кривандин В.А., Белоусов, В.В., Сборщиков Г.С. и др. - М.: МиСиС, 2001, стр.566, рис.36.3 и стр.567, рис.36.4).

Указанные фурмы для непогруженной продувки расплавов, вертикально установленные в металлургической аппарате, осуществляют центральную подачу газовой струи в одном направлении (сверху вниз), создавая в зоне встречи струи с перерабатываемым материалом (расплавом) пространственно неуправляемый высокотемпературный кратер и сосредоточенную зону перемешивания, а периферийные участки изолированы от интенсивных процессов тепло- и массопереноса, что приводит к снижению извлечения металла и производительности металлургического аппарата.

Прототипом заявляемого изобретения выбрана фурма для продувки расплава (RU 2244020, МПК С21С 5/48), горизонтально установленная в металлургическом агрегате струйного типа, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи продувочного агента, подвода и отвода охлаждающей воды, соединенные наконечником, в боковой стенке которого расположена дутьевая насадка под углом 110-120° к продольной оси фурмы.

В принципе недостаток в фурме-прототипе сохраняется. Неспособность эффективно использовать динамический напор струи для создания управляемого тепломассопереноса в объеме расплава приводит к низкой производительности металлургического аппарата и повышенному содержанию металла в шлаках.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение извлечения металла и производительности печи.

Технический результат достигается тем, что фурма для продувки расплава, горизонтально установленная в металлургическом аппарате струйного типа, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды, соединенные наконечником, в боковой стенке которой расположена дутьевая насадка под углом 110-120° к продольной оси фурмы, снабжена устройством для фиксированного поворота фурмы вокруг основной оси на угол на 20-25°. Устройство для фиксированного поворота вокруг основной оси фурмы выполнено в виде, например, закрепленного на стойке роликового механизма.

Конструкция фурмы для продувки расплава поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема установки фурмы, на фиг.2 показан продольный разрез головки фурмы, а на фиг.3 - продольный разрез головки фурмы, дополнительно оснащенной трубой для подачи жидкого топлива.

Фурма для продувки расплава содержит: 1 - корпус фурмы; 2 - головка фурмы; 3 - глухой колпак; 4 - дутьевая насадка; 5 - боковая стенка печи; 6 - патрубок для подачи дутья; 7 - патрубок для подвода охлаждающей воды; 5 - патрубок отвода воды; 9 - устройство для поворота и фиксации фурмы; 10 - стойка для крепления фурмы; 11 - циркуляционная камера; 12 - труба для подачи дутья; 13 - труба для подачи охлаждающей жидкости; 14 - труба для отвода охлаждающей жидкости; 15 - сквозные продольные сверления; 16 - дополнительная внутренняя труба для подачи жидкого топлива; 17 - топливная насадка.

Фурма для продувки расплава состоит из комплекта трех стандартных стальных труб, концентрически входящих одна в другую. Внутренняя груба 13, соединенная с патрубком 7, образует тракт для подачи воды. Тракт для подачи дутья, соединенный с патрубком 6, образован внутренней 13 и промежуточной трубами 12. Этот тракт заканчивается дутьевой насадкой 4, выполненной в медной головке фурмы 2, причем ее ось направлена под углом α=110°-120° к продольной оси фурмы. Вода из тракта для подвода охлаждающей жидкости поступает в циркуляционную камеру 11 и ударяет в глухой колпак 3. Из полости глухого колпака 3 вода устремляется по сквозным продольным отверстиям 15 в тракт для отвода воды, образованный внешней трубой 14 и промежуточной трубой 12, откуда удаляется через патрубок 8. Сборка труб, головки фурмы 2 и глухого колпака 3 выполняется на резьбовых соединениях, патрубки 6, 7, 8 привариваются к соответствующим назначению стальным трубам фурмы. Внутри печи находится только головка фурмы и глухой колпак. Соединения между патрубками и магистральной системой подачи дутья и жидкости осуществляется с помощью гибких шлангов или газопроводов, гидропроводов (на фигурах не показаны).

Фурма для продувки расплава устанавливается горизонтально в боковой стенке печи 5 над расплавом, при этом оставляется зазор между фурмой и стенкой. Поворот фурмы вокруг основной оси обеспечивают устройством 9, выполненным, например, в виде роликового механизма или зубчатой передачи и закрепленным на стойке 10. Фиксацию после поворота фурмы можно производить, например, с помощью прижимного болта (на фигурах не показан), вкручиваемого в устройство 9 с упором на фурму или другого стопорного приспособления.

Фурма для продувки расплава может работать в восстановительном или окислительном режимах пламенной подачи газа к расплаву. Первый режим характеризуется значением коэффициента избытка кислорода меньшим единицы (α_и<1). Например, удельный теоретический расход воздуха на сжигание 1 кг моторного топлива по справочным данным 10,7 м³/кг, в пересчете на технический кислород (95% О₂) это составит: 10,7-21/95=2,37 м³/кг (α_и=1). Исходя из расчета для восстановительного режима необходимо подать менее 2,37 м кислорода на 1 кг топлива. Если по технологическим условиям возникает необходимость получения пламенной окислительной струи, то следует увеличить расход кислорода, т.е. принять α_и>1.

При повороте фурмы меняется пространственная направленность газовой струи и, соответственно, пространственная ориентация высокотемпературного кратера, расположенного в зоне встречи газовой струи с перерабатываемым материалом, в сторону зоны, имеющей наименьшую температуру. В результате смещения высокотемпературного кратера уравновешивается температурное поле в металлургическом аппарате, увеличивается скорость плавления и объем перерабатываемого материала.

В печи с цилиндрическим рабочим пространством фурму поворачивают на угол до 45° вокруг основной оси. Диапазон поворота фурмы от 0° до 45° необходим для сохранения равного расстояния от дутьевой насадки фурмы до уровня расплава при колебании последнего в аппарате, а также быстрого расплавления откосов твердого материала в местах загрузки, настылей и других нерасплавленных образований. При угле свыше 45° происходит проскальзывание газовой струи по поверхности расплава, что приводит к снижению усвоения газового агента расплавом. В результате воздействия динамического напора газовой струи при повороте фурмы расплав приобретает вращательное движение с регламентированным тепловым полем. Для увеличения производительности устанавливают комплект фурм с разворотом в одном направлении равномерно по окружности или дуге металлургического аппарата.

Скорость вращения расплава увеличивается в зависимости от количества установленных фурм и угла их поворота. Максимальная скорость вращения расплава достигается при угле поворота 20-25°.

В печи, имеющей прямоугольное продольное сечение, фурму или несколько аналогичных фурм устанавливают в боковой стенке аппарата с поворотом в сторону удаления шлака. Тогда динамический напор одной или нескольких дутьевых струй обеспечивает отгон шлака с реакционной поверхности штейна или другого расплава к месту отстаивания шлака и его удаления.

Таким образом, истекающая из фурмы подвижная струя газообразного агента оказывает управляемое воздействие на перемешивание расплава и температурное поле перерабатываемого материала, вследствие чего достигается технический эффект, а именно увеличивается извлечение металла и производительность печи.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к фурмам для продувки расплава газообразным агентом. Фурма горизонтально установлена в аппарате струйного типа, содержит концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды, соединенные наконечником, в боковой стенке которого расположена дутьевая насадка под углом 110-120° к продольной оси фурмы. Фурма дополнительно оснащена устройством для ее фиксированного поворота вокруг основной оси. Для подачи жидкого топлива фурма оснащена дополнительно внутренней трубой и соединенной с ней топливной насадкой, размещенной в наконечнике и примыкающей к дутьевой насадке. Использование изобретения позволяет увеличить извлечение металла и производительность печи. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фурма для продувки расплава, горизонтально установленная в металлургическом аппарате струйного типа, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты для подачи кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды, соединенные наконечником, в боковой стенке которого расположена дутьевая насадка под углом 110-120° к продольной оси фурмы, отличающаяся тем, что фурма дополнительно оснащена устройством для ее фиксированного поворота вокруг основной оси на угол 20-25°.2. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что устройство для фиксированного поворота вокруг основной оси фурмы выполнено в виде, например, закрепленного на стойке роликового механизма.