Шлаковая фурма доменной печи

Союз Советскнх Соцкалнсткческкд РеслубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИИЛЬСТВУ п)850666(22) Заявлено 140379 (21) 2736447/22-02с присоединением заявки йо(51)М, К С 21 В 7/18 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытиИ(72) Авторы изобретения Днепропетровский институт инженеров -железнодорожного транспорта им. И. М, Калинина(54) ШЛАКОВАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Изобретение относится к чернойметаллургии, а конкретно к оборудованию доменных печей.Известны фурмы доменных печей, вкоторых с целью подвода охлаждающейжидкости к передней стенке, какнаиболее теплонапряженной, имеютсядве продольные перегородки, образующие канал 1,10Недостатком этих фурм является невозможность распределения потока охлаждающей жидкости по всей теплоотдающей поверхности с помощью толькоодних продольных перегородок.Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности и достигаемому результату является фурма с двумя,продольными перегородками, примыкающими к фланцу и образующими каналдля подачи охладителя к носку фурмы,Между передней стенкой и обеими перегородками имеются зазоры одинаковых размеров, служащие для равномерной раздачи охладителя в обе стороны 2 1 .Недостатком этой фурмы .являетсяотсутствие интенсивной циркуляцииохладителя в большой части объемаохлаждаемой полости, Это касается,прежде всего, участка носка фурмы,ЗО расположенного с противоположной по отношению к перегородкам стороны, а также боковой поверхности, прилегающей к перегородкам с внешней стороны образуемого ими канала. Взаимное расположение перегородок и бтводящего охладитель отверстия не обеспечивает поддержания его сплошного потока по всему сечению охлаждаемой полости.Известно, что для отвода тепловых потоков величиной 500-700 Вт/смг которые имеют место при работе доменных фурм, нужны скорости движения 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 установки поперечных перегородок, образующих узкие каналы, по которым последовательно от носка к фланцу фурмы с большой скоростью циркулирует вода, не дали желаемого результата. При этом существенно увеличивается гидравлическое сопротивление фурмы и имеется реальная опасность загрязнения узких кольцевых каналов твердыми частицами, содержащимися в воде.Цель изобретения - увеличение срока службы фурмы, особенно при использОвании ее в шлаковых приборах, за счет улучшения ее охлаждения.Для достижения цели площади зазорбв между передней стенкой и перегородками равны соответственно 0,04- 0,12 и 0,2-0,5 площади продольного 4сечения кольцевой полости, а между перегородкой, имеющей больший зазор с передней стенкой и боковыми стенками выполнены шелевые отверстия, суммарная площадь которых равна 0,1- 0,4 площади продольного сечения кольцевой полости.На фиг, 1 изображено устройство, общий нид в разрезе (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 - то же, вид сверху 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 фланце поступает в полость охлаждения и при помощи одной из перегородок, расположенной рядом с этим отверстием и примыкающей к фланцу, направляется по кольцевому пути, .Дойдя до второй перегородки, охлаждающая жидкость движется через имеющиеся в ней зазор с передней стенкой и щеленые 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 фурмы обеспечивается ее скорость (для типовых размеров шлаковых фурм с площадью продольного сечения кольцевой полости, равной 30-50 см, и существующих Нормах расхода охлаждающей воды в цределах 2-3 л/с) 0,4-1,0 м/с. Для успешного охлаждения фурм с гладкойохлаждаемой поверхностью таких скоростей движения воды недостаточно, так как при этом нельзя предотвратить наступления кризиса кипения при кон: такте фурмы с расплавленным чугуном.Если же увеличить средний коэффициент теплоотдачи от охлаждаемой стенки к воде эа счет ее оребрения, то при укаэанных скоростях движения воды можно отводить предельные тепловые потоки, возникающие при контакте с жидким чугуном. В данной фурме ребра на охлаждаемой поверхности наПравлены вдоль ее образующих, При этом указанные выше перегородки направляют движение потока охлаждающей жидкости поперек ребер,Направленность ребер вдоль образующих поверхности фурм позволяет также выполнять операцию штамповки корпуса с последующим свободным извлечением штампового инструмента,Зазор между перегородкой, направлязощей поток охладителя по кольцевому пути, и передней стенкой фурмы служит для дополнительного охлаждения участка передней стенки, ограниченного продольными перегородкамии боковыми стенками фурмы. При этомчасть поступающей в фурму охлаждающей жидкости не идет по кольцевомупути, а направляется в этот зазор,омывает указанный выше участок передней стенки и уходит в отводящийканал. Количество поступающей дляэтой цели жидкости должно быть повозможности минимальным, так как приэтом снижается ее расход на охлаждение основной части корпуса фурмы. Сдругой стороны, сечение зазора должнобыть достаточно большим, чтобы обес 15 печить поступление необходимого количества охлаждающей жидкости, Площадь сечения этого зазора может бытьполучена из условия достаточно интенсивного охлаждения участка переднейщ стенки фурмы, заключенного между продольными перегородками, где вследствие диффузорного эффекта при повороте основного потока охлаждающейжидкости в отводящий канал образуетсявихревая зона. Область вихревой зоныограничена сечением отводящего канала,образованного перегородками, и характеризуется слабым поступлением ееохлаждающей жидкос:и.30Расход воды на охлаждение передней3 стенки в области вихревой зоны можновыразить в следующем видеЧ5С,ьгде ц - максимальный тепловой по 35ток через стенку;5 - площадь охлаждаемой поверхности, равная сечению отводящего канала;удельная теплоемкость воды;40 д 1 - нагрев охлаждающей воды,Максимальные тепловые потоки черезстенку фурмы при попадании на неечугуна достигают 600-700 Вт/см , Сечение отводящего канала зависит отдиаметра отводящего патрубка, колеблется от 3/4 до 1 1/4.Наружный диаметр патрубка при этом равен 3040 мм. Площадь сечения отводящегоканала, образонанного двумя продоль ными перегородками, находящимисядруг от друга на расстоянии, равномнаружному диаметру патрубка, и боковыми стенками фурми, находящимися натаком же расстоянии друг от друга,составляет 9-14 см ,Нагрев охлаждающейФурмы воды принят равным 15 С,Подстанляя н формулу численныезначения, получают необходимый расход охлаждающей воды через зазор между перегородкой, направляющей подо ток воды по кольцевому пути, и перед.ней стенкой н пределах 0,09-0,14 л/с,При скорости движения ноды, равной0,4-0,5 м/с,площадь эазооа имеетзначение 1,8-3,5 см , что составляет2д 0,04" 0,12 площади продольного сече 850666ния охлаждаемой полости фурмы, равной 30-50 смНазначение зазора между второй продольной перегородкой и передней стенкой заключается н 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, Кроме того, 35 при площади зазора, меньшей площади поперечного сечения отводящего канала, унеличинаются гидравлические потери. Однако при площади зазора, большей площади поперечного сечения 20 отводящего канала, скорость движения воды н нем соответственно меньше скорости н отводящем канале, что приводит к увеличению вихревой зоны, а следовательно, и слабоохлаждаемого участка передней стенки. Это требует дополнительных расходов охладителя через зазор между перегородкой, направляющей поток по кольцевому пути, и передней стенкой фурми. Поэтому площадь зазора между перегородкой, отклоняющей потск води к передней стенке, и самой передней стенкой принята равной площади отводящего канала, образованного про- ДОЛЬНЫМИ ПЕРЕГОРОДКамИ, Площадь отводящего канала равна 9-14 см чтоа составляет 0,2-0,5 площади продольного сечения охлаждаемой полости фурми.Щелевые отверстия между перего родкой, отклоняющей поток охладителя к передней стенке, и боковыми стенками (наружной и внутренней) служат для прохода жидкости с целью охлаждения прилегающих к перегородке боковых стенок. Тепловые потоки в этом участке фурмы не превышают средних значений потоков на внешнюю часть фурмы, составляющих около 1 кВт/см что в 5-6 раэ мен е значений мак симальных 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 перед ней стенке, и самой передней стенкой, равной 0,5 площади продольного сечения полости фурмы, равняется 0,1 площади продольного сечения этой полости. При уменьшении площади за Щ зора 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 перегородке должна оставаться постоянной, т.е,равной 0,6 площади продольного сечения полости фурмы. ;)то необходимодля сохранения охлаждающей способности фурмы на постоянном и достаточновысоком уровне,Таким образом, суммарная площадьзазоров между перегородкой, отклоняющей поток к передней стенке, ибоковыми стенками должна составлять0,1-0,4 площади продольного сечения полости фурми.Фурма состоит из корпуса 1 сребрами 2, направленными вдоль образующих внутренней поверхности, фланц3, кольцевой полости 4, продольныхперегородок 5 и б с зазорами 7 и 8с передней стенкой и щеленьми Отверстиями 9.Поток охлаждающей жидкости, поступиншей через патрубок 1 0 в полость4, при помощи перегородки 5 направляется по кольцевому пути поггерек ребер на внутренней поверхности фурмы,интенсивно ее охлаждая, Небольшаячасть этого потока проходит череззазор 7, омывая переднюю стенку ивстречается с основньюч потоком перелвходом в отводящий канал 11. В местевстречи потоков создается турбулизация жидкости (фиг. 3) что интенсифицирует охлаждение этого участкафурми. Дойдя до перегородки 6 основной поток через зазор 8 и щелевыеотверстия 9 с преимущественным омыванием передней стенки и примыкающих к ней участков боковых стенокфурмы поступает в отводящий канал 11.Предлагаемое устройство отличаетсяпростотой конструкции и надежностьюв работе, которая обеспечинается повсеместным омынанием охлаждающейжидкостью теплоотдающей оребреннойповерхности со скоростью не менее0,4-0,5 м/с. При движении воды поперек ребер С такой скоростью обеспечивается устойчивый теплоотвод отстенок фурмы при их контакте с жидким чугуном,Формула изобретенияШлаковая фурма доменной печи, содержащая корпус с ребрами ндоль образующих кольцевой полости, две продольные перегородки, имеющие зазоры с передней стенкой и образующие канал для отнода охладителя, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения ее стойкости эа счет улучшения охлаждения, площади зазоров между передней стенкой и перегородками равны соответственно 0,04-0,12 и 0,2-0,5 площади продольного сечения кольцевой полости, а между перегородкой, имеющей больший зазор с передней стенкой и боковьии стенками выполнены щелевые оТверстия,850666 суммарная площадь которых равна 0,10,4 площади продольного сечениякольцевой полости,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США М 3502315,кл. 266-41, 1969,ФигСоставитель В. СеровРедактор Е, Лушникова Техред М, Рейвес Корректор Ю. Макаре 6248/32В 13 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная ТИИПИ Госпо делаь5, Москв аж 618арственного изобретенийЖ, Раушс 2, Авторское свидетельство СССР9 530056, кл, С 21 В 7/16, 1973,Подписноеомитета СССРоткрытийая наб., д,