Шлаковая фурма доменной печи Советский патент 1981 года по МПК C21B7/16 

1

Изобретение относится к черной металлургии, а конкретно к оборудованию доменных печей.

Известны фурмы доменных печей, в которых с целью подвода охлаждающей жидкости к передней стенке, как наиболее теплонапряженной, имеются две продольные перегородки, образующие канал i .

Недостатком этих фурм является невозможность распределения потока охлаждающей жидкости по всей теплоотдающей поверхности с помогдью только одних продольных перегородок.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является фурма с двумя , продольными перегородками, примыканвдими к фланцу и образующими кангш для подачи охладитедя к носку фурмы. Между передней стенкой и обеими перегородками имеются зазоры одинаковых размеров, служащие для равномерной раздачи охладителя в обе стороны 2.

Недостатком этой фурмы является отсутствие интенсивной циркуляции охладителя в большой части объема охлаждаемой полости. Это касается, прежде всего, участка носка фурмы,

расположенного с противоположной по отношению к перегородкам стороны, л также боковой поверхности, прилегающей к перегородкам с внешней CTOpOBiH образуемого ими канала. Взаимное расположение перегородок и отводящего охладитель отверстия не обеспечивает поддержания его сплошного потока по всему сечению охлаж10даемой полости.

Известно, что для отвода тепловых потоков величиной 500-700 Вт/см которые имеют место при работе доменных фурм, нужны скорости движения

5 охлаждающей воды не менее 7-8 м/с. Низкая скорость циркуляции воды в указанных участках Фурмы является причиной их прогара. Попытки устранить указанный недостаток путем ус20тановки поперечных перегородок, образующих узкие каналы, по которым последовательно от носка к фланцу фурмы с большой скоростью циркулирует вода, не дали желаемого результа25та. При этом существенно увеличивается гидравлическое сопротивление фурмы и имеется реальная опасность загрязнения узких кольцевых каналов твердыми частицами, содержащимися в

30 воде. I Цель изобретения - увеличение сро ка службы фурмы, особенно при исполь зовании ее в шлаковых приборах, за счет улучшения ее охлаждения. | Для достижения цели площади зазорОв между передней стенкой и перегородками равны соответственно 0,040,12 и 0,2-0,5 площади продольного сечения кольцевой полости, а между перегородкой, имеющей больший зазор с передней стенкой и боковыми стенками выполнены щелевые отверстия, су марная площадь которых равна 0,1О;, 4 площади продольного сечения кольцевой полости. , На фиг. 1 изображено устройство, общий вид в разрезе (разрез А-А на . 2) ; на фиг. 2 - то же, вид свер ху на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг.2 на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2, В фурме данной конструкции охлаждающая жидкость через отверстие в ф ланце поступает в полость охлаждеН;ИЯ и при помощи одной из перегородок, расположеннойрядом с этим отв;ерстием и примыкающей к фланцу, н аправляется по кольцевому пути. -Дойдя до второй перегородки, охлажд ающая жидкость движется через имею щиеся в ней зазор с передней стенкЬй и щелевые отверстия между перегородкой и боковыми стенками и затем по каналу, образованному перегородками, в отводящее отверстие в фланце. При движении охлаждающей жидкости по кольцевому пути шлаковой фурм обеспечивается ее скорость (для тип вых размеров шлаковых фурм с площад продольного сечения кольцевой полос ки, равной 30-50 см, и существующих нормах расхода охлаждающей воды в пределах 2-3 л/с) 0,4-1,0 м/с. Для спешного охлаждения фурм с гладкой С1хлаждаемой поверхностью таких скор тей движения воды недостаточно, так как при этом нельзя предотвратить наступления кризиса кипения при ко такте с расплавленным чугуном Если же увеличить средний коэффициент теплоотдачи от охлаждаемой стен ки к воде за счет ее оребрения, то при указанных скоростях движения во ды можно отводить предельные тепловые потоки, возникающие при контакт с жидким чугуном. В данной фурме ребра на охлаждаемой поверхности на правлены вдоль ее образующих. При этом указанные выше перегородки направляют движение потока охлаждающе жидкости поперек ребер . Направленность ребер вдоль образующих поверхности фурм позволяет также выполнять операцию штампов ки корпуса с последующим свободным извлечением штампового инструмента. Зазор между перегородкой, направ ляхяцей поток охладителя по кольцево му пути, и передней стенкой фурмы служит для дополнительного охлаждения участка передней стенки, ограниченного продольными перегородками и боковыми стенками фурмы. При этом часть поступающей в фурму охлаждающей жидкости не идет по кольцевому пути, а направляется в этот зазор, омывает указанный выше участок передней стенки и уходит в отводящий канал. Количество поступающей для этой цели жидкости должно быть по возможности минимальным, так как при этом снижается ее расход на охлаждение основной части корпуса фурмы. С другой стороны, сечение зазора должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить поступление необходимого количества охлаждающей жидкости, Площадь сечения этого зазора может быть получена из условия достаточно интенсивного охлаждения участка передней стенки фурмы, заключенного между продольньнии перегородками, где вследствие диффузорного эффекта при повороте основного потока охлаждающей жидкости в отводящий канал образуется вихревая зона. Область вихревой зоны ограничена сечением отводящего канала, образованного перегородками, и характеризуется слабым поступлением ее охлаждающей жидкости. Расход воды на охлаждение передней стенки в области вихревой зоны можно выразить в следующем виде максимальный тепловой погде q ток через стенку; площадь охлаждаемой поверхности, равная сечению отводящего канала; удельная теплоемкость воды; нагрев охлаждающей воды. Максимальные тепловые потоки через стенку- фурмы при попащании на нее чугуна достигают 600-700 Вт/см . Сечение отводящего канала зависит от диаметра отводящего патрубка, колеблется от 3/4 до 1 1/4. Наружный диаметр патрубка при этом равен 3040 мм. Площадь сечения отводящего канала,образованного двумя продольными перегородками, находящимися друг от друга на расстоянии, равном наружному диаметру патрубка, и боковьвии стенками фурмы, находящимися на таком же расстоянии друг от друга, составляет 9-14 см.Нагрев охлаждающей фурмы воды принят равным 15°С. Подставляя в формулу численные значения, получают необходимый расход охлаждающей воды через зазор между перегородкой, направляющей поток воды по кольцевому пути, и передней стенкой в пределах 0,09-0,14 л/с. При скорости движения воды, равной 0,4-0,5 м/с,площадь зазора имеет значение 1,8-3,5 см , что составляет 0,04-0,12 площади продольного сечения охлаждаемой полости фурмы, равной 30-50 см.

Назначение зазора между второй продольной перегородкой и передней стенкой заключается в отклонении потока охлаждающей жидкости перед входом ее в отводящий канал к передней, как наиболее теплонапряженной, стенке. Площадь этого зазора должна быть значительно больше площади зазора между перегородкой, направляющей поток охладителя по кольцевому пути, и передней стенкой фурмы, так как в противном случае количество воды, протекающее по кольцевому пути, может оказаться недостаточным для охлаждения корпуса фурмы. Крюме того, при площади зазора, меньшей площади поперечного сечения отводящегЪ канала, увеличиваются гидравлические потери. Однако при площади зазора, большей площади поперечного сечения отводящего канала, скорость движения воды в нем соответственно меньше скорости в отводящем канале, что приводит к увеличению вихревой зоны, а следовательно, и слабоохлаждаемого участка передней с.тенки. Это требует дополнительных расходов охладителя через зазор между перегородкой, направляющей поток по кольцевому пути, и передней стенкой фурмы. Поэтому площадь зазора между перегородкой, отклоняющей потек воды к передней стенке, и самой передней стенкой принята равной площади отводящего канала, образованного продольными перегородками. Площадь отводящего канала равна 9-14 см , что составляет 0,2-0,5 площади продольного сечения охлаждаемой полости

фурмы.

Целевые отверстия между перегородкой, отклоняющей поток охладителя к передней стенке, и боковьми стенками (наружной и внутренней) служат для прохода жидкости с целью охлаждения прилегакицих к перегородке боковых стенок. Тепловые потоки в этом участке фурмы не превьииают средних значений потоков на внешнюю часть ч фурмы, составляющих около 1 кВт/см , что в 5-6 раз меньше значений максимальных тепловых потоков через переднюю стенку фурмы. В соответствии с этим суммарная площадь этих отверстий при максимальном значении площади зазора между перегородкой, отклоняющей поток охладителя к передней стенке, и самой передней стенкой равной 0,5 площадипродольного сечения полости фурмы, равняется 0,1 площади продольного сечения этой полости. При уменьшении площади зазора между перегородкой, отклоняющей поток охладителя к передней стенке, и передней стенкой в установленных (0,5-0,2) пределах суммарная площадь зазора и отверстий в этой перегороднге должна оставаться постоянной, т.о. равной 0,6 площади продольного сечения полости фурмы. Это необходимо для сохранения охлаждающей способности фурмы на постоянном и достаточно высоком уровне.

Таким образом, суммарная площадь зазоров между перегородкой, отклоняющей поток к передней стенке, и боковыми стенками должна составлять 0,1-0,4 площади продольного сече0ния полости фурмы.

Фурма состоит из корпуса 1 с ребрами 2, направленными вдоль образующих внутренней поверхности,фланца

3,кольцевой полости 4, продольных

5 перегородок 5 и 6 с зазорами 7 и 8

с передней стенкой и щелевьми отверстиями 9.

Поток охлаждающей жидкости, поступившей через патрубок 10 в полость

0

4,при ломощи перегородки 5 направляется по кольцевому пути поперек ребер на внутренней поверхности , интенсивно ее охлаждая. Небольшая часть этого потока проходит через зазор 7, омывая переднюю стенку и

5 встречается с основным потоком перед входом в отводящий канал 11. В место встречи потоков создается турбулизация жидкости (фиг. 3), что интенсифицирует охлаждение этого участка

0 фурмы. Дойдя до перегородки 6, основной поток через зазор 8 и щелевые отверстия 9 с преимущественным омыванием передней стенки и примыкающих к ней участков боковых стенок

5 фурмы поступает в отводящий канал 11.

Предлагаемое устройство отличается простотой конструкции и надежностью в работе, которая обеспечивается повсеместным смыванием охлаждающей

0 жидкостью теплоотдающей оребренной поверхности со скоростью не менее 0,4-0,5 м/с. При движении воды поперек ребер с такой скоростью обеспечивается устойчивый теплоотвод от стенок фурмы при их контакте с жид5ким чугуном.

Формула изобретения

0

Шлаковая фурма доменной печи, содержащая корпус с ребрами вдоль образующих кольцевой полости, две продольные перегородки, имеющие зазоры с передней стенкой и образующие ка5нал для отвода охладителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения ее стойкости за счет улучшения охлаждения, площади зазоров между передней стенкой и перегородками равны соответственно 0,04-0,12

О « 0,2-0,5 площади продольного сечения кольцевой полости, а между перегородкой, имеющей больший зазор с передней стенкой и боковыми стенками выполнены щелевые отверстия. суммарная площадь которых равна 0,10,4 площади продольного сечения кольцевой полости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 8506

(puLi 68 1,Патент США № 3502315, кл, 266-41, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР № 530056, кл. С 21 В 7/16, 1973.

6-5

д

Фиг.З

Фиг.