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

2. Фурма по П.1, отличающаяся тем, что вершина острого

угла между внутренним стаконом и направляющими поверхностями притуплена.

1. ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, со держащая наружный и внутренний стак ны, соединенные между собой носком и фланцем, подводящую и отводящую хладагент трубки и V-образный рассекатель на носке с вогнутыми направляющими поверхностями, гребень которо го расположен против отверстия подводящей трубки, размещенной в полости охлаждения фурмы, о т л и чающая ся тем, что, с целью повышения тепловой стойкости фурмы путем интенсификации охлаждения, рассекатель расположен в нижней половине носка симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в секторе, равном 60-120 , при этом направляющие поверхности его Повернуты к внутреннему стакану, составляя с его поверхностью угол 49-90 , и снабжены ребрами, направленными от наружного стакана к внутреннему с отклонением в сторону движения струи

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для вы пуска шлака из доменной печи. Известна фурма доменной печи, на поверхности носка которой имеется плоский рассекатель в виде продольной перегородки, расположенный проти среза водоподводящей трубки. Струя охлаждающей воды разделяется рассекателем на две части и направляется вдоль носка lj . Недостатками фурмы являются значительные гидравлические потери при движении охлаждающей воды и низкая тепловая стойкость. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является фур ма доменной печи, содержащая наружный и внутренний стаканы, соединенные между собой носком и фланцем, подводящую и отводящую хладагент тру ки в полости охлаждения и V-образный оребренньй рассекатель в виде прилива на носке с вогнутыми направляющими поверхностями, гребень которого расположен против отверстия водоподв дящей трубки и делит поток хладагент на две части L2J . По сравнению с приведенным аналогом в этой фурме гидравлические поте ри сведены до минимума за счет V-обр ной формы рассекателя с вогнутыми направлягадими поверхностями. Однако вследствие кольцевого движения воды в полости фурмы имеет место большая неоднородность ее линейных скоростей которые, как показывают замеры, резко снижаются в радиальном направлени от наружного стакана к внутреннему. Оттеснение вращающейся воды к наружн му стакану создает разрежение у стен ки внутреннего стакана, где толщина пограничного слоя, имеющего практически нулевую скорость и не принимаю щего участия в конвективном теплообмене, относительно велика. Это затру няет перенос тепла к охлаждающей вод и является причиной низкой стойкости шлаковых фурм из-за проплавления нижней части носка при контакте с жидким чугуном, содержащимся в выпускаемом шпаке. Кроме того, V-образный рассекатель струи, вытекающей из подводящей трубки, расположен в верхней части фурмы, тогда как место прогара шлаковых фурм находится в самой нижней области носка, ограниченного сектором 60-120 . Цель изобретения - повышение тепловой стойкости фурмы путем интенсификации охлаждения. Поставленная цель достигается тем, что в фурме, содержащей наружный; и внутренний стаканы, соединенные между собой носком и фланцем, подводящую и отводящую хладагент трубки и V-образньй рассекатель на носке с вогнуты ми направляющими поверхностями, гребень которого расположен против отверстия подводящей трубки, размещенной в полости охлаждения фурмы, рассекатель расположен в нижней половине носка симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в секторе, равном 60-120 , при этом направляющие поверхности его повернуты к внутреннему стакану составляя с его поверхностью угол 49-90 , и снабжены ребрами, направленными от наружного стакана к внутреннему с отклонением в сторону движения струи. Вершина острого угла между внутренним стаканом и направляющими поверхностями притуплена. Расположение рассекателя подвоимой к носку струи на нижней половине носка симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в секторе 60-120 , обусловлено тем, то именно здесь происходит проплавление стенки фурмы жидким чугуном, содержащимся в выпускаемом з печи шпаке, в остальных участках носка, как и всей фурмы, проплпнлений практически не наблюдаетгя. За счет вогнутости направляющих верхностей рассекателя создается центробежная сила давления струи на эту поверхность. При наличии поворо направляющих поверхностей к стакану фурмы эту силу можно представить в виде двух составляющих, одна из которых направлена перпендикулярно направляющей поверхности, а вторая к внутреннему стакану, перпендикулярно оси фурмы. В то же время втор составляющая силы направлена против положно центробежной силе давления струи на стенку наружного стакана и может полностью ее компенсировать при вполне определенных значениях поворота направляющей поверхности к внутреннему стакану. Как показывает приведенный ниже расчет, вогнутые направляющие поверхности рассекателя при этом долж быть повернуты к внутреннему стакан так, чтобы составить с его поверхностью угол 49-90°. В этих условиях в отличие от прототипа, вся поверхность носка и прилегающей к нему части внутреннего стакана будет охлаждаться так же интенсивно, как и наружный стакан. Условияработы шлаковой фурмы тр буют, чтобы охлаждение внутреннего стакана в месте его соединения с но ком было более интенсивным, чем охлаждение наружного стакана. Однако достижение этого путем дальнейщего поворота направляющих поверхностей к внутреннему стакану фурмы нежелательно, так как может привести к чрезмерному заострению угла между ними, что затруднит дост туда охлаждающей воды. Поэтому дополнительный отток охлаждающей воды к внутреннему стакану осуществляется при помощи ребе выполненных на направляющих поверхностях рассекателя так, что они направлены от наружного стакана к вну реннему с отклонением в сторону движения струи. Наличие на поверхности рассекателя направляющих pej6e способствует также интенсификации т лообмена за счет увеличения активной поверхности охлаждения. Кроме того, вершина острого угла образованного направляющими поверх- костями рассекателя с поверхностью внутреннего стакана, выполнена прит ленной, что предотвращает образован 4 там застойных гюн лпижеичн охллждающей воды. Предлагаемая фурмл от.пичается от известной повышенной тепловой стойкостью и увеличенным сроком службы. Обоснование выбора пределов углов. Опыт работы показывает, что участок возможных прогаров шлаковых фурм ограничен сектором носка 120 . Этот сектор расположен R нижней половине фурмы симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в ее рабочем положении. Шлаковая фурма в рабочем положении может быть смещена в левую или правую сторону за счет поворота вокруг оси. Это смещение вызвано эксплуатационными требованиями к шлаковому прибору в связи с невозможностью совмещения подводящих и отводящих трубок фурмы и холодильника, в которьш она запрессована. На различных доменных печах (даже в пределах одного цеха) шлаковые фурмы устанавливают как с левым, так и с правым поворотом. При этом максимальный угол поворота относительно вертикальной осевой плоскости составляет 30 . Таким образом, при установке фурм только с односторонним поворотом в предельное положение сектор возможного проплавления состав ляет 60 , а при установке их в произвольное положение величина этого 120 . Поэтому разсектора доходит до меры рассекателя ограничены сектором 60-120 . При этом необходимо отметить, что размеры этого сектора относятся к внутреннему стакану фурмы, поскольку именно он наряду с носком подвергается экстремальным тепловым нагрузкам. Со стороны наружного стакана рассекатель может занимать и сектор несколько больших размеров, что обусловлено необходимостью постепенного перехода поверхности рассекателя (которая вогнута и наклонена к внутреннему стакану) в поверхность носка. В известной фурме вогнутые направляющие поверхности рассекателя не повернуты к внутреннему стакану. Это приводит к тому, что струя охлаждающей воды, двигаясь по поверхности рассекателя, -iл счет динамического напора и центрооржной силы, вызванной кривизной поверхности рассекателя, прижимается к пгк-ку. Одновременно струя прижимается и к наруж ному стакану за счет центробежной силы, вызванной его кривизной. Равн действующая этих двух сил отжимает струю зоды к периферии носка, спосо ствуя ее охлаждению, тогда как охла дение остальной части носка, особен но граничащей с внутренним стаканом сильно ослаблено. Для устранения сцлы, отжиманнцей струю к наружному с1 «1кану, необходимо вогнутые направляющие поверхности рассекателя повернуть в сторо ну внутреннего CTaKa ia. Определяют силу действия струи на участок наружного стакана, огран чен1шй половиной длины рассекателя, т.е. одной направляющей поверхностьюP,2pQVco6--, где Л - плотность воды, Q - расход струи, V - скорость струи, об - сектор, занимаемый половино рассекателя. Сила действия струи на участок носка, ограниченный половиной длины рассекателя, определяется аналогичн Pj-apQVcosi, где If 90 - угол поворота, струн от гребня рассекателя до конца направл щей поверхности. Составляющая сила давления стрзпн на носок, нагфавленная к внутренне му стакану, равна где И - угол между направлякицей поверхностью рассекателя и поверхностью внутреннего стакана (при условии, что она является цилиндрической) . Центробежная сила давления струи на стенку наружного стакана компенсируется силой, направленной к внут реннему стакану, при условии . ТГ.вб 0500545°2 - а Подставляя вместо угла Ot дельные его значения 30 и 60° лучают при ОС 30° ft 69° 54 , при Об 60° |3 5А44. Однако эти пределы требуют уточнения. Направлякицие поверхности рассекате ля, расположенные в непосредственной близости от его гребня, направлены перпендикулярно к цилиндрической поверхности внутреннего стакана, так как гребень рассекателя должен быть остроконечным, чтобы не искажать острую и не создавать дополнительного гидравлического сопротивления. С удалением от гребня угол В постепенно уменьшается до своего оптимального значения. На эффективности охлаждения указан ное явление не может заметно сказаться, так как участок направляющи поверхностей рассекателя, расположенный в непосредственной близости от его гребня, занимает незначительную площадь поверхности рассекателя. Форма внутреннего стакана типовой шлаковой фурмы коническая. Образующая этого стакана составляет с осью фурмы угол . С учетом этого минимальный предел угла наклона направляющей поверхности к поверхности внутреннего стакана составляет 54°44- Д9°01. Таким образом, оптимальные пределы угла наклона направляющей поверхности рассекателя к поверхности внутреннего стакана составляют 49-90 . На фиг.1 изображена предлагаемая фурма, продольньй разрез А-А на фиг.2, на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1| на фиг.З - разрез В-В на фиг.2. Фурма состоит из наружного 1 и внутреннего 2 стаканов, соединенных между собой носком 3 и фланцем 4. Водоподводящая трубка 5 посредством кольцевого участка соединена в полости фурмы с участком нижнего подвода к рассекателю 6 и фиксирована относи тельно его гребня 7 при помощи клиновидного вьфеза 8. Рассекатель 6 расположен симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы и ограничен сектором носка 60-120. Вогнутые направляющие поверхности 9 рассекателя 6 повернуты к внутреннему его поверхностью стакану, составляя с угол 49-90°. С целью лучшего охлаждения на вог нутых направляющих поверхностях расс каталя имеются ребра 10 и впадины 11 К фланцу 4 фурмы крепится водоотводящая труба 12. Фурма работает следующим образом. Через осевой канал фурмы из печи выпускается шлак, который нагревает стенки канала. Охлаждающая вода поступает через подводящую трубку 5 на направляющие поверхности 9 рассекателя 6, гребень 7 которого делит струю на две части. За счет вогнутости направляющих поверхностей 9 рассекателя 6 струя воды прижимается к ним..Этому способствует динамический напор струи. За счет наклона направляющих поверхностей 9 к поверхности внутреннего стакана на угол 49-90 струя не отжи мается к наружному стакану 1, а равномерно по всей ширине носка 3 прижимается к его охлаждаемой поверхности. Наличие на поверхности рассекателя ребер 10 и впадин 11, направленных от наружного стакана 1 к внутреннему 2 с отклонением в-сторону движения струи, способствует дополнительному оттоку воды к внутреннему стакану и увеличению площади активной охлаждаемой поверхности. Занимая сектор 60-120, рассекатель полностью охватывает участок проплавления фурмы от воздействия жидкого чугуна. За пределами рассек; теля струя охлаждающей воды еще сохраняет большую скорость, но из-за отсутствия вогнутости поверхности не прижимается к носку. Однако практика подтверждает, что проплавления фурмы там не произойдет. Нагретая вода удаляется из фурмы через патрубок 12. Предлагаемая фурма отличается от прототипа, так как более проста в изготовлении и обеспечивает надежное охлаждение наиболее теплонапряженного участка. В качестве базового объекта для выявления технико-экономической эффективности предлагаемой фурмы выбрана шлаковая фурма доменной печи, в полости которой имеется продольная перегородка, расположенная между подводящей и отводящей трубками. По сравнению с базовой предлагаемая фурма имеет следующие технические преимущества: подвод охлаждающей воды производится, на вогнутые поверхности рассекателя, благодаря чему вода движется с большой скоростью, например, к носку фурмы, наклон направляющих поверхностей рассекателя к внутреннему стакану способствует оттоку воды к нему от наружного стакана, этому- же служат и направо ляющие ребра на поверхности рассекателя. Указанные технические преимущеста обеспечивают более длительную бесрогарную работу шлаковой фурмы существенно снижают непроизводиельные простои доменных печей.