Фурма доменной печи Советский патент 1984 года по МПК C21B7/16 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может 0ыть использовано для выпуска шлака из доменной печи. Известна фурма доменной печи, содержащая корпус с фланцем и носком, а также тангенциально установленную трубку для подвода охладителя в полость фурмы и отводящую трубку l . Недостатком фурмы является то, что ось конца подводящей трубки направлена перпендикулярно оси фурмы, вследствие чего охладитель приобрета ет вихревое движение, прижимаясь центробежньми силами к наружному ста кану. Интенсивность охлаждения внутреннего стакана при этом ослабляется Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и.достигаемому результату является фурма домен ной печи, Содержащая наружный и внут Iренний конические стаканы с фланцем и носком, подводящую трубку с концом ось которого перпендикулярна оси фур мы и направлена по касательной к кон ческой поверхности, расположенной в полости фурмы коаксиально наружному и внутреннему стаканам, и отводящую трубку. Отводящая трубка в фурме рас- 3Q положена коаксиально в подводящей, благодаря чему ослабляется торможение вихревого движения охладителя в носовой части полости фур1«л, что способствует более интенсивному охлаждению наружного стакана и прилегающего к нему участка носка 2. Однако в известной фурме неудовлет ворительно охлаждается внутренний стаскан и прилегающий к нему участок носка, что является следствием оттеснения охладителя от внутреннего стакана к наружному центробежными силами, возникающими при его вихревом движении. При подаче воды через трубку с концом, ось которого перпендикулярна оси фурмы, в количестве 1, л/с в модель шлаковой фурмы, изготовленной из органического стекла, скорость ее вихревого движения моно тонно снижается от 1,8-2,0 м/с у поверхности наружного стакана до нуля в отдельных участках поверхности внут реннего стакана. Таким образом, известная фурма может успешно работать и применяться для подачи дутья в доменную печь, где максимальные тепловые нагрузки сосредоточены в наружном стакане и прилегающей к нему части носка. При этом слабоохлаждаемый внутренний стакан способствует снижению тепловых потерь горячего дутья, подаваемого черей его внутренний канал, что является положительным фактором. В то же время эта фурма не пригодна в качестве устройства дпя выпуска шлака, так как в шлаковых фурмах максимально теплонапряженными являются носок и примыкающая к нему часть внутреннего стакана, через канал которого вьпускается расплавленный шлак. Именно в этом месте, т.е. на стьже носка с внутренним стаканом, в подавлянщем большинстве случаев происходит прогар шлаковых фурм. Причем прогар происходит не по всему периметру стыка носка с внутренним стаканом, а только в самой нижней его части. Это объясняется неизбежным попаданием некоторого количества чугуна в выпускаемый шлак, стекающего в горн доменной печи через толщу шлака с вьш1ележащих горизонтов шахты доменной печи. Имея удельный вес примерно в 3 раза больший удельного веса шлака, чугун опускается в самый низ шлаковой струи, разрушая своим тепловым воздействием нижнюю часть поверхности сопряжения носка с внутренним стаканом. При тепловом разрушении фурмы решающую роль играет скорость течения чугуна по стенке фурмы, достигающая при выпуске шлака 5-8 м/с. При этом тепловые нагрузки на стенку фурмы достигают 46-10 ккал/м ч. Именно отсутствием значительных скоростей движения шлака и чугуна вокруг наружного стакана шлаковой фурмы и объяснЯется его относительно высокая стойкость. Если носок и прилегающая к нему часть внутреннего стакана охлаждается недостаточно эффективно, фурма проплавляется и требуется ее замена. Недостатком также является расположение отводящей трубки коаксиально в подводящей, что требует значительного увеличения толщины подводящей трубки. Но так как линейные размеры элементов шлаковой фурмы, в том числе и ширина внутренней полости, примерно в два раза меньше соответствующих размеров воздушной фурмы, то такая конструкция подводящей и отводящей трубок неприменима для шлаковой фурмы. При ширине полости охлаждения шлаковой фурмы, равной около 40, мм, практически невозможно, не меняя общей конструкции фурмы, увеличить наружный диаметр подводяще трубки, равный 32-33 мм при диаметре проходного отверстия в один дюйм. Целью изобретения является повьше ние эксплуатационной стойкости фурмы путем интенсификации ее охлаждения.Поставленная цель достигается тем, что в фурме, содержащей коаксиально расположенные наружный и внутренний конические стаканы, соеди ненные фланцем и носком, подводящую трубку с тангенциально расположенньм концом, -и отводящую трубку, ось конца этой подводящей трубки направлена так, что обраэует с осью фурмы угол 0,67-1,07 рад, а расстояния между носком фурмы и срезами подводящей и отводящей трубок равны 0,350,65 длины полости фурмы, причем подводящая трубка расположена в-верх ней половине фурмы с углом ее между вертикальной осевой плоскостью и осевой плоскостью, проходящей через ось подводящей трубки, не превышающими 1,2 рад, а расстояние отводящей трубки от прямого участка подводящей составляет 1-2,5 ее диаметра., В фурме угол между осью конца под водящей трубки и осью фурмы острый (0,67-1,07 рад), что сзпцественно изменяет характер движения охладителя в полости фурмьь Если значения это го угла при оптимальных значениях двух других параметров не выходят за пределы 0,67-1;07 рад, то обеспечивается полное омьтание участка воз можного проплавления фурмы, ограниченного сектором в.60°. При значениях угла меньше 0,67 или больше 1,07 ргщ дополнительный поток отклоняется за пределы указанного сектора то в одну, то в другую сторону, даже при оптимальных значениях других параметров . Изменение расстояния между срезЬм подводящей трубки и носком фурмы соответственно меняет ориентацию допол нительного потока относительно -облас ти возможного проплавления. Кроме то го, удаление среза трубки от носка приводит к расширению дополнительного потока у носка и, наоборот, приближение среза к носку сужает ширину потока. Оптимальные значения расстояния между срезом подводящей трубки и носком фурмы заключены в пределах 0,35-0,65 длины полости фурмы. Выход за эти пределы приводит к отклонению дополнительного потока за пределы зоны возможного проплавления фурмы. Положение подводящей трубки на плоскости фланца также оказывает влияние на ориентацию дополнительного потока охладителя отноЬительно носка фурмы. Дополнительный поток смещается в том же направлении, .что и подводящая трубка. Поэтому оптимальные значения положения подводящей трубки относительно фланца должны Иметь ограничения, исключающие отклонение дополнительного потока за пределы зоны возможного проплавления фурмы. Предел положения трубки в соответствии с данными проведенных опытов ограничен углом в 1,2 paдJ образованным вертикальной осевой плоскостью и осевой плоскостью фурмы, проходящей через ось прямого участка подводящей трубки. Увеличение этого угла сверх 1,2 рад приведет к смещ1ению дополнительного потока за пределы зоны возможного проплавления фурмы. Верхний предел положения подводящей трубки обусловлен соприкосновением ее с отводящей трубкой. В этом случае расстояние между обеими трубками равно их диаметру, минимальное значение которого для трубы с проходным диаметром в 1 дюйм равно 32-33 мм. При таком положении трубок дополнительный поток полностью омывает сектор возможного проплавления фурмы. Положение отводящей трубки относительно плоскости носка выбрано так, чтобы не нарушался контур вихревого движения охладителя и не снижалась скорость его движения. Оптимальные значения этого расстояния заключены в пределах 0,35-0,65 длины полости фурмы. При расстоянии среза трубки меньше 0,35 или больше 0,65 длины полости происходит продольное смещение вихря в носрвой части, что окаэывает тормозящее действие на процесс вращения, снижает однородность и скорость потока и, следовательно, интенсивность охлаждения. Только при соблюдении оптимальных значений параметров всех указанных признаков одновременно дополнительный поток охладителя полностью омывает нижнюю часть стыка внутреннего стакана с примыкающей к нему частью носка. При отклонении указанных параметров от оптимальных значений хотя бы одного из трех признаков область возможного прогара фурмы ока зьтается за пределами дополнительного потока охладителя, что приведет к быстрому проплавлению фурмы жидКИМ чугуном. Оптимальность значений перечислен ньк параметров была подтверждена экс периментально. Кроме того, отводящая трубка уста новлена за пределами подводящей, что обеспечивает достаточно большой зазор между подводящей и отводящей трубками и стаканами, через который движет ся охладитель. Оптимальное положение отводяиСей трубки характеризуется ее расстоянием от подводящей в 1-2,5 ее диаметра. Оптимальное расстояние среза отводящей трубки от нсска равно 0,35-0,65 длины полости охлаждения фурмы. При этом минимальное значение расстояния отводящей трубки.от подводящей, равное одному диаметру трубки, означает, что трубки соприкасаются между собой. При соблюдении оптимальных значений положения отводящей трубки скорость вихревого движения охладителя в носовой части полости за пределами области распространения дополнительного потока, создаваемого наклоном конца подводящей .трубки к оси фурмы, практически не отличается от скорости движения охладителя в остальных зонах вихревого движения. На фиг. 1 показана предлагаемая фурма с плоскостью, проходящей через оси подводящей и отводящей трубок, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Фурма состоит из коаксиально расположенных наружного 1 и внутреннего 2 конических стаканов, соединенных между собой фланцем 3 и носком 4 подводящей трубки 5, конец которой 6 направлен под углом 0,67-1,07 рад к оси фурмы, и отводящей трубки 7. Сре конца 6 подводящей трубки 5 и срез отводящей трубки 7 удалены от плоскости носка на 0,35-0,65 длины полос ти фурмы, которая равна расстоянию от фланца 3 и носку 4, Подводящая трубка 7 расположена в верхней половине фурмы. Угол между вертикальной осевой плоскостью и осевой плоское.-. тью, проходящей через ось прямого участка подводящей трубки, не превышает 1,2 рад, В рабочем положении ось фурмы расположена горизонтально. Расстояние между осями прямого участка подводящей и отводящей трубок равно 1-2,5 длины полости фурмы. Назначение фурмы - выпуск шлака из доменной печи. При вьтуске шлака с неизбежными включениями чугуна в стенках фурмы возникают большие тепловые нагрузки. Особенно теплонапряженной является нижняя часть участка сопряжения носка с внутренним стаканом. Отвод тепла из фурмы осуществляется жидким охладителем,например водой. Охлаждающая вода через трубку 5 с концом 6, направленным под углом 0,671,07 рад к оси фурмы, подается в полость, образованную наружным 1 и внутренним 2 стаканами фланцем 3 и носком А. Выходящая струя воды встречается, со стенкой наружного стакана 1 и движется в виде дополнительного потока к носку 4, интенсивно омывая и охлаждая нижнюю часть носка 4 и место его сопряжения с внутренним стаканом 2. После этого нагретый дополнительный поток воды смешивается с основным вихревым потоком. Это процесс протекает непрерывно, что обеспечивает регулярное и интенсивное охлаждение наиболее теплонапряженной части фурмы. Остальные, менее теплонапряженные участки фурмы, охлаждаются постоянно движущимся вихревым потоком. Из полости фурмы нагретая вода уходит через отводящую трубку 7, которая благодаря оптимальному положению относительно подводящей трубки 5 и носка 4 обеспечивает высокую скорость вихревого движения воды в носовой части фурмы. Это предотвращает всю носовую часть фурмы от прогара. Б качестве базового объекта для выявления эффективности предлагаемой фурмы взята шлаковая фурма доменной печи, производимая на Лртемовском металлургическом заводе и используемая на Днепропетровском металлургическом заводе им. Г.И.Петровского. В этой фурме имеется прямая подводящая трубка и продольг1ая перегородка, расположенная между подводящей и отводящей трубками с тпч(1р(м с носком фурмы. Движеинс нолы и фурме малоорганиэованное. В носовой части имеются зоны, где скорость движения воды не превышает 2-4 см/с.

По сравнению с базовой предлагаемая фурма имеет следующие технические преимущества: организованное вихревое движение воды в полости фурмы, скорость которого у наружного стакана достигает нескольких метров в секунду, наличие дополнительного высоко

скоростного (до 0,9 м/с) потока в нижней части носка фурмы и в месте его сопряжения с внутренним стаканом, где тепловые нагрузки максимальные.

Предлагаемое изобретение обеспечит повышение стойкость фурм в 2 раза.

Ожидаемый годовой экономический эффект от использования предлагаемой шлаковой фурмы составляет 6,9 тыс. руб.

ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, содержащая коаксиально расположенные наружный и внутренний конические стаканы, соединенные фланцем и носком, подводящую трубку с тангенциально расположенным концом, и отводящую трубку,, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости фурмы путем интенсификации ее охлаждения, угол между осью конца подводящей трубки и осью фурмы равен 0,67-1,07 рад, а расстояния между носком и срезами подводящей и отводящей трубок равны 0,35-0,65 длины полости фурмы, причем подводящая трубка расположена в верхней половине фурмы с углом ее между вертикальной осевой плоскостью и осевой плоскостью, проходящей через ось пря- ф мого участка подводящей трубки, не Л превышающим 1,2 рад, а расстояние отводящей трубки от прямого участка подводящей составляет 1-2,5 ее диаметра.