КОНСТРУКЦИЯ ФУРМЫ ПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ Российский патент 2012 года по МПК F27B1/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к конструкции фурмы плавильной печи, которая не вызывает повреждения поблизости от фурмы и имеет достаточную прочность, продлевая, таким образом, срок службы фурмы.

Приоритет испрашивается на основании заявки №2007-233630 на патент Японии, содержание которой включено посредством данной ссылки.

Описание предшествующего уровня техники

Для фурмы плавильной печи, используемой для плавления руды или тому подобного, или плавильной печи, такой как вагранка, давно известна конструкция, в которой основной корпус фурмы вставлен в участок отверстия, выполненного в фурменном кирпиче, при этом его периферия заполнена огнестойким навивным материалом, который является материалом, заполняющим зазор, таким образом, чтобы обеспечить фиксацию (см. патентный документ 1). Фурму используют таким образом, что газовое дутье с высокой температурой принудительно подают через фурму в печь, при этом основной корпус фурмы имеет цилиндрическую или коническую форму, выполненную из меди или из медного сплава.

Поскольку фурма подвержена воздействию окружающей среды, в которой присутствуют капли расплавленного металла при высокой температуре или шлака, а температура пламени у фурмы равна или выше 2000ºС, происходит износ и оплавление при плавке, и это вызывает значительное сокращение срока службы фурмы. Соответственно, чтобы продлить срок службы фурмы, были предложены или применены различные меры для продления срока службы фурмы, включающие конструкцию фурмы, в которой предусмотрена отдельная камера охлаждения фурмы; конструкцию фурмы, в которой внутренний канал для охлаждающей воды выполнен в виде спирали; конструкцию фурмы, в которую введен износостойкий металл; конструкцию фурмы, в которой участок ее переднего конца подвергнут упрочнению или его поверхность покрыта огнестойким материалом; конструкцию фурмы, покрытую термостойкой и износостойкой тканью, и тому подобное.

Дополнительно фурма доменной печи принимает конструкцию, в которой основной корпус фурмы расположен в участке отверстия, выполненного в фурменном кирпиче, при этом периферия (около 90 мм) основного корпуса фурмы заполнена набивным огнеупорным материалом так, что обеспечивается фиксация. Однако, в случае доменной печи, поскольку температура у фурмы составляет около 1100ºС и, таким образом, является низкой, оплавление набивного огнеупорного материала при плавке не наблюдается, при этом является достаточным, чтобы ремонт, замена и тому подобное требовались только во время регулярных реконструкций печи в период от 10 до 20 лет.

Дополнительно плавильная печь имеет конструкцию из облицовочного огнестойкого материала поверх металлической оболочки фурмы. Однако недостаток заключается в том, что, когда нанесенный огнестойкий материал поврежден, оболочка становится уязвимой, при этом разрушается термоизоляция, что приводит к повышенной потере тепла.

С другой стороны, применительно к фурме плавильной печи, температура пламени у фурмы равна или выше 2000ºС. В том случае, когда набивной огнеупорный материал выполнен таким образом, чтобы быть неподвижным как в доменной печи, износа и угара при плавке поблизости от фурмы избежать нельзя, при этом требуются частая замена и ремонт фурмы и области вокруг нее, один раз примерно в 30 дней. Кроме того, когда происходит локальное оплавление при плавке поблизости от фурмы, металлическая оболочка становится уязвимой и разрушается термоизоляция, что создает проблемы, связанные с увеличением рабочей нагрузки, обусловленной потерей тепла.

При данных обстоятельствах разработка новой конструкции фурмы с повышенным сроком службы чрезвычайно необходима.

(Патентный документ 1) Находящаяся на рассмотрении заявка на патент Японии, первая публикация №2003-17106.

Раскрытие изобретения

Задача, которую решает изобретение

Авторы настоящего изобретения исследовали причины локальных оплавлений при плавке вблизи от фурмы. В результате было обнаружено, что в районе около 10 мм на периферии фурмы cуществуют точки, где набивной огнеупорный материал является неокисленным и необесцвеченным после сушки, при этом оплавление при плавке не происходит в других частях, где этот материал окислен и обесцвечен, при этом локальное оплавление при плавке происходит в необесцвеченных точках. В дополнение, причина объясняется тем, что необесцвеченные точки непосредственно контактируют с основным корпусом фурмы, который охлаждают для его защиты, при этом набивной огнеупорный материал недостаточно высушен и поэтому его прочность не может быть проявлена в достаточной степени так, что возникает локальное оплавление.

На фиг.3 показан вид в разрезе конструкции фурмы согласно существующему примеру.

На фиг.3 ссылочной позицией 11 обозначен основной корпус фурмы, ссылочная позиция 13 обозначает набивной огнеупорный материал, ссылочная позиция 14 обозначает металлическую оболочку. Можно увидеть, что в области (периферийная область, равная около 100 мм) набивного огнеупорного материала 13, поблизости от основного корпуса 11 фурмы, существуют участки 12а локального оплавления при плавке и участки 12b недостаточной прочности после сушки.

В дополнение была изучена зависимость между температурой обжига и прочностью набивного огнеупорного материала. В результате, как показано на фиг. 4, было обнаружено, что в том случае, когда обжиг осуществляли при температуре меньше чем 120ºС, прочность уменьшалась до менее чем 18 МПа, при этом требуемую прочность получить было нельзя. Поэтому было определено, что прочность набивного огнеупорного материала собственно должна быть больше проявлена. В дополнение, можно было бы предсказать, что достаточная прочность набивного огнеупорного материала связана с предупреждением локального оплавления вблизи фурмы при плавке.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции фурмы плавильной печи, которая не вызывает повреждения, такого как локальное оплавление вблизи фурмы при плавке, и имеет достаточную прочность, за счет которой значительно продлевается срок службы фурмы и которая может устранить ухудшение изоляционного действия, обусловленное воздействием на металлическую оболочку, вызванное локальным оплавлением при плавке и увеличением рабочей нагрузки из-за потери тепла.

Средство для решения задачи

Настоящее изобретение предусматривает следующее, чтобы решить эту задачу.

(1) Конструкция фурмы плавильной печи согласно настоящему изобретению включает в себя: основной корпус фурмы, который покрыт по его наружной периферии кольцевым элементом, обожженным заранее, при этом корпус расположен в участке отверстия, выполненного в фурменном кирпиче, и набивной огнеупорный материал, который заполняет периферию упомянутого кольцевого элемента таким образом, чтобы зафиксировать кольцевой элемент.

(2) Кольцевой элемент может быть обожжен заранее при температуре, равной или выше чем 120ºС, таким образом, что его прочность становиться равной 18 МПа или выше.

(3) Кольцевой элемент может быть разделен в направлении по окружности.

(4) Может быть использован кольцевой элемент, выполненный из того же материала, что и набивной огнеупорный материал.

Преимущество изобретения

С помощью конструкции фурмы плавильной печи согласно описанному выше пункту (1) применяют конструкцию, в которой основной корпус фурмы, который покрыт по своей наружной периферии кольцевым элементом, обожженным заранее, расположен в участке отверстия, выполненного в фурменном кирпиче, при этом периферия кольцевого элемента заполнена набивным огнеупорным материалом таким образом, чтобы зафиксировать кольцевой элемент. Следовательно, кольцевой элемент, который имеет достаточное сопротивление износу и прочность, поскольку он был обожжен заранее, вступает в непосредственный контакт с основным корпусом фурмы, который охлаждают для защиты, таким образом, не существует ситуации, при которой возникают участки локального оплавления набивного огнеупорного материала при плавке или участки с недостаточной прочностью после сушки в отличие от существующей конструкции. В результате есть возможность продемонстрировать достаточную прочность и превосходную долговечность.

С помощью конструкции фурмы плавильной печи согласно описанному выше пункту (2), поскольку кольцевой элемент обожжен заранее при температуре, равной или выше чем 120ºС, таким образом, что его прочность становится равной 18 МПа или выше, прочность кольцевого элемента повышена, при этом кольцевой элемент может должным образом удерживать основной корпус фурмы.

С помощью конструкции фурмы плавильной печи согласно описанному выше пункту (3) поскольку кольцевой элемент разделен в направлении по окружности, он может быть легко установлен на основном корпусе фурмы.

С помощью конструкции фурмы плавильной печи согласно описанному выше пункту (4), поскольку кольцевой элемент выполнен из того же материала, что и набивной огнеупорный материал, коэффициенты расширения двух материалов становятся одними и теми же, при этом зазор между ними двумя не появляется с ростом температуры.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид в разрезе, показывающий вариант осуществления конструкции фурмы для плавильной печи согласно настоящему изобретению.

Фиг.2А представляет собой вид спереди, на котором показан кольцевой элемент конструкции фурмы.

Фиг.2В представляет собой вид в разрезе, на котором показан кольцевой элемент конструкции фурмы.

Фиг.3 представляет собой вид в разрезе, на котором показан существующий пример конструкции фурмы плавильной печи.

Фиг.4 представляет собой график, на котором показана зависимость между температурой обжига и прочностью набивного огнеупорного материала.

Описание ссылочных позиций и знаков

1 основной корпус фурмы

2 кольцевой элемент

3 набивной огнеупорный материал

4 металлическая оболочка

Предпочтительный способ осуществления изобретения

Вариант осуществления конструкции фурмы плавильной печи согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на приложенные чертежи.

Фиг.1 представляет собой вид в разрезе, на котором показана конструкция фурмы плавильной печи по данному варианту осуществления изобретения. Ссылочная позиция 1 обозначает основной цилиндрический корпус фурмы, изготовленный из меди или медного сплава; ссылочная позиция 3 обозначает набивной огнеупорный материал, изготовленный из керамики, содержащей, главным образом, кремнезем; ссылочная позиция 4 обозначает металлическую оболочку. В дополнение точка, через которую газовое дутье с высокой температурой принудительно подают через основной корпус 1 фурмы в плавильную печь, является той же, что и в предшествующем уровне техники.

Согласно настоящему изобретению применяют конструкцию, в которой основной корпус 1 фурмы, который покрыт по своей наружной периферии кольцевым элементом 2, обожженным заранее, и расположен в участке отверстия, выполненного в фурменном кирпиче, при этом периферия кольцевого элемента 2 заполнена набивным огнеупорным материалом 3 таким образом, чтобы кольцевой элемент был зафиксирован. Здесь «обжиг заранее» означает так называемую предварительную формовку и также означает, что керамическое сырье обжигают заранее таким образом, чтобы из него создать керамическое изделие, имеющее заданную форму и заданную прочность. Кольцевой элемент 2 имеет толщину, равную около 100 мм.

В дополнение, основной корпус 1 фурмы, который закреплен на наружной периферии с помощью кольцевого элемента 2, обожженного заранее, расположен в участке отверстия, выполненного в фурменном кирпиче, при этом периферию кольцевого элемента 2 затем заполняют набивным огнеупорным материалом 3 таким образом, чтобы кольцевой элемент был зафиксирован в заданном положении.

Кольцевой элемент 2 обжигают заранее (предварительно формуют) при температуре, равной или выше чем 120ºС, таким образом, что его прочность равна или выше чем 18 МПа.

То есть за счет удержания основного корпуса 1 фурмы с помощью кольцевого элемента 2, имеющего заданную прочность, есть возможность предотвратить повреждение, такое как локальное оплавление при плавке, поблизости от фурмы, в отличие от предшествующего уровня техники, и обеспечить достаточную прочность и значительно продлить срок службы фурмы.

Дополнительно, когда температура обжига превышает 600ºС, происходит значительное окисление углерода, при этом разрушение поверхностного слоя начинается при температуре, равной или выше чем 700ºС. С учетом эффективности производства, при верхней границе температуры обжига, равной около 300ºС, возможно обеспечить прочность от около 18 до 30 МПа, которая является достаточной для конструкции фурмы.

Фиг.4 представляет собой график, на котором показана зависимость между температурой обжига и прочностью набивного огнеупорного материала. Как показано на графике, можно видеть, что, когда обжиг осуществляют при температуре меньше чем 120ºС, прочность уменьшается до менее чем 18 МПа, при этом требуемая прочность не может быть получена. То есть, как и в предшествующем уровне техники, в том случае, когда периферия основного корпуса 1 фурмы заполнена набивным огнеупорным материалом, чтобы обжечь набивной материал при рабочей температуре печи, при низкотемпературном состоянии, обусловленном, например, охлаждением водой основного корпуса 1 фурмы, не существует ситуации, при которой этот материл, который входит в непосредственный контакт с основным корпусом 1 фурмы, нагревают до 120ºС или выше. Соответственно было обнаружено, что по этой причине достаточная прочность не может быть получена, и в результате при плавке появляются участки локального оплавления набивного огнеупорного материала или участки с недостаточной прочностью после сушки.

Следовательно, согласно настоящему изобретению выявлена необходимость для повышения должным образом прочности набивного огнеупорного материала, и показано, что достаточная прочность этого материала связана с предотвращением локального оплавления при плавке поблизости от фурмы.

Как показано на фиг.2, кольцевой элемент 2 разделен в направлении по окружности (на 3 части в показанном примере) таким образом, чтобы его было легко установить на основном корпусе фурмы. Конечно, в отношении способа разделения, могут быть использованы произвольная форма или произвольное число делений в зависимости от наружной формы основного корпуса 1 фурмы. В дополнение, поскольку форма поперечного сечения кольцевого элемента 2, которое перпендикулярно своей аксиальной линии, является формой кольца, по сравнению со случаем, когда в качестве формы поперечного сечения применяется многоугольная форма (например, квадратная форма), сопротивление износу и его прочность становятся однообразными вдоль направления по окружности, что является предпочтительным.

Кольцевой элемент 2 изготовлен из того материала, что и набивной огнеупорный материал 3. Например, кольцевой элемент 2 изготовлен из керамического сырья, содержащего 69% Al₂O₃, 0,3% SiO₂, 23% SiC и 3% С, в весовых процентах. Поскольку материал кольцевого элемента 2 является тем же самым, что и набивной огнеупорный материал 3, появление зазора между ними, причиной которого является термическое расширение, может быть устранено до максимума, что является предпочтительным.

Ранее набивной материал непосредственно контактировал с основным корпусом фурмы, который охлаждали, для защиты таким образом, он не мог быть достаточно высушен, его прочность не могла проявиться, и это вызывало локальное оплавление при плавке. Наоборот, в конструкции фурмы согласно данному варианту осуществления изобретения, имеющей описанную выше конструкцию, основной корпус фурмы удерживается кольцевым элементом, который имеет заданную прочность, таким образом, есть возможность предотвратить локальное оплавление при плавке поблизости от фурмы и получить достаточную прочность, за счет чего значительно увеличивается срок службы фурмы. Кроме того, поскольку нет локального оплавления при плавке, не возникает ситуации, при которой металлическая оболочка становится уязвимой. Следовательно, может быть устранено увеличение рабочей нагрузки, обусловленное потерей тепла, вызванной ухудшением действия изоляции.

В дополнение, в конструкции фурмы, описанной выше, повреждение, такое как локальное оплавление при плавке, не наблюдается даже через 90 дней, при этом обеспечивается достаточная прочность. Следовательно, можно видеть, что срок службы фурмы может быть значительно продлен по сравнению с существующей конструкцией, которая требует замены примерно через 30 дней.

Как показано с помощью вышеприведенного описания, настоящее изобретение обеспечивает конструкцию, в которой основной корпус фурмы, который покрыт по своей наружной периферии кольцевым элементом, обожженным заранее, расположен в участке отверстия, выполненного в фурменном кирпиче, при этом периферия кольцевого элемента заполнена набивным огнеупорным материалом таким образом, чтобы зафиксировать кольцевой элемент. Следовательно, не возникает повреждение, такое как локальное оплавление при плавке, поблизости от фурмы, и обеспечивается достаточная прочность таким образом, что можно значительно продлить срок службы фурмы. В дополнение, можно предотвратить повышение рабочей нагрузки, обусловленное потерей тепла, вызванной локальным оплавлением при плавке.

Промышленная применимость

В конструкции фурмы плавильной печи согласно настоящему изобретению используется конструкция, в которой основной корпус фурмы, который покрыт по своей наружной периферии кольцевым элементом, обожженным заранее, расположен в участке отверстия, выполненного в фурменном кирпиче, при этом периферия кольцевого элемента заполнена набивным огнеупорным материалом таким образом, чтобы зафиксировать кольцевой элемент. Кольцевой элемент имеет достаточное сопротивление износу и прочность, поскольку он обожжен заранее, непосредственно контактирует с основным корпусом фурмы, который охлаждают для защиты, при этом не возникает ситуации, при которой после сушки появляются участки локального оплавления при плавке набивного огнеупорного материала или участки с недостаточной прочностью, что характерно для существующих конструкций. В результате есть возможность обеспечить достаточную прочность и превосходную долговечность.

Устройство фурмы плавильной печи относится к области металлургии, в частности к устройствам для подачи газового дутья с высокой температурой в плавильную печь. Устройство содержит основной корпус фурмы, покрытый по наружной периферии заранее обожженным кольцевым элементом и расположенный в отверстии, выполненном в фурменном кирпиче. Набивной огнеупорный материал заполняет периферию кольцевого элемента таким образом, чтобы зафиксировать кольцевой элемент. Заранее обожженный кольцевой элемент изготовлен из того же материала, что и набивной огнеупорный материал. Кольцевой элемент обожжен при температуре, равной или выше 120°С, таким образом, что его прочность равна 18 МПа или выше. Кольцевой элемент разделен в направлении по окружности. Использование изобретения обеспечивает продление срока службы фурмы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство фурмы плавильной печи, содержащее основной корпус фурмы, покрытый по своей наружной периферии заранее обожженным кольцевым элементом и расположенный в отверстии, выполненном в фурменном кирпиче, а также набивной огнеупорный материал, который заполняет периферию заранее обожженного кольцевого элемента таким образом, чтобы зафиксировать заранее обожженный кольцевой элемент, причем заранее обожженный кольцевой элемент изготовлен из того же материала, что и набивной огнеупорный материал.

2. Устройство фурмы по п.1, в котором кольцевой элемент заранее обожжен при температуре, равной или выше 120°С, таким образом, что его прочность равна 18 МПа или выше.

3. Устройство фурмы по п.1, в котором кольцевой элемент разделен в направлении по окружности.