Фурма доменной печи

ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СТВУ ВТОРСКОМУ СВИ(71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспортаим. М.И.Калинина(56) 1. Авторское свидетельство СССРйф 773076, кл. С 21 В 7/16, 1980.2. Авторское свидетельство СССРУ 836101, кл. С 21 В 7/16, 1981.(54) (57) ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, содержащая коаксиально расположенные наружный и внутренний конические стака ны, соединенные фланцем и носком, подводящую трубку с тангенциально расположенным концом, и отводящую трубку, о т л и ч а ю щ а я с я 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-мого участка подводящей трубки, не превышающим 1,2 рад, а расстояние отводящей трубки от прямого участка подводящей составляет 1-2,5 ее диаметра.Изобретение относится к чернойметаллургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано для выпуска шлака иэ доменной печи, 5Известна фурма доменной печи, содержащая корпус с фланцем и носком, а также тангенциально установленную трубку для подвода охладителя в полость фурмы и отводящую тРУбкУ Я ,Недостатком фурмы является то,что ось конца подводящей трубки направлена перпендикулярно оси фурмы, вследствие чего охладитель приобретает вихревое движение, прижимаясь центробежными силами к наружному стакану, Интенсивность охлаждения внутреннего стакана при этом ослабляется.Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и.достигае- О мому результату является фурма доменной печи, Содержащая наружный и внут ренний конические стаканыс фланцем и носком, подводящую трубку с концом, ось которого перпендикулярна оси фур - 25 мы и направлена по касательной к конической поверхности, расположенной в полости фурмы коаксиально наружному и внутреннему стаканам, и отводящую трубку. Отводящая трубка в фурме рас положена коаксиально в подводящей, благодаря чему ослабляется торможение вихревого движения охладителя в носовой части полости фурмы, .что способствует более интенсивному охлаждению З наружного стакана и прилегающего к нему участка носка 21 ..Однако в известной фурме неудовлетворительно охлаждается внутренний стакан и прилегающий к нему участок воске, что является следствием оттес- . нения охладителя от внутреннего стакана к наружному центробежными силами, возникающими при его вихревом 4 движении. При подаче воды через трубку с,концом, ось которого перпендикулярна оси фурмы, в количестве 1,5- 2;0 л/с в модель шлаковой фурмы, изготовленной вз 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 внутреннего стакана, Таким образом, из"М вестная фурма может успешно работать и применяться для подачи дутья в доменную печь, где максимальные тепловые нагрузки сосредоточены в наружном стакане и прилегающей к нему частиноска. При этом слабоохлаждаемыйвнутренний стакан способствует снижению тепловых потерь горячего дутья,подаваемого через его внутреннийканал, что является положительнымфактором.В то же время эта фурма не пригодна в качестве устройства для выпускашлака, так как в шлаковых фурмах максимально теплонапряженными являютсяносок и примыкающая к нему часть внутреннего стакана, через канал которого выпускается расплавленный шлак,Именно в этом месте, т.е. на стыкеноска с внутренним стаканом, и подавляющем большинстве случаев происходитнрогар шлаковых фурм. Причем прогарпроисходит не по всему периметру стыка носка с внутренним стаканом, атолько в самой нижней его части, Этообъясняется неизбежным попаданиемнекоторого количества чугуна в выпускаемый шлак, стекающего в горн доменной печи через толщу шлака с вышележащих горизонтов шахты доменной печи. Имея удельный вес примерно в3 раза больший удельного веса шлака,чугун опускается в самый низ шлаковой струи, разрушая своим тепловымвоздействием нижнюю часть поверхности сопряжения носка с внутренним стаканом. При тепловом разрушении фурми решающую роль играет скорость течения чугуна по стенке фурмы, достигающая при выпуске шлака 5-8 м/с. Приэтом тепловые нагрузки на стенку фурмы достигают 46 10 ккал/м ч. Именноь 2отсутствием значительных скоростейдвижения шлака и чугуна вокруг наружного стакана шлаковой фурмы и объясняется его относительно высокаястойкость, Если носок и прилегающаяк нему часть внутреннего стакана охлаждается недостаточно эффективно,фурма проплавляется и требуется еезамена,Недостатком также является расположение отводящей трубки коаксиально в подводящей, что требует значительного увеличения толщины подводя-. щей 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 шлакоО Изменение расстояния между срезом подзодящей трубки и носком фурмы соответственно меняет ориентацию допол" нительного потока относительно области возможного проплавления. Кроме того, удаление среза трубки от носка 55 приводит к расширению дополнительного потока у носка и, наоборот, приближение среза к носку сужает ширину з 1093 вой фурмы. При ширине полости охлаждения шлаковой фурмы, равной около 40,мм, практически невозможно,не меняя общей конструкции фурмы, увеличить наружный диаметр подводящей трубки, равный 32-33 мм при диаметре проходного отверстия в один дюйм.Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости фурмы путем интенсификации ее охлажде О ния.Поставленная цель достигается тем, что в фурме; содержащей коаксиально расположенные наружный и внутренний конические стаканы, соеди ненные фланцем и носком, подводящую трубку с тангенциально расположенным концом, -и отводящую трубку, ось конца этой подводящей трубки направлена так, что образует с осью фурмы угол 0,67-. 1,07 рад, а расстояния между носком фурмы и срезами подводящей и отводящей трубок равны 0,35- 0,65 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 подводящей трубки и осью фурмы острый .(0,67-1,07 рад), что существенно изменяет характер движения охладите 35ля в полости фурмы. Если значения этого угла при оптимальных значениях. двух других параметров не выходят за пределы 0,67-1,07 рад, то обеспе 40 чивается полное омывание участка воз-можного проплавления фурми, ограниченного сектором в .60 . При значеониях угла меньше 0,67 или больше 1,07 рад дополнительный поток откло 45 няется за пределы указанного сектора то в одну, то в другую сторону, даже при оптимальных значениях других параметров. 700 4потока. 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 относительно носка фурмы. Дополнительный поток смещается в том же направлениичто 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 рад образованным вертикальной осевой плоскостью и осевой плоскостью фурмы, проходящей через ось прямого участка подводящей трубки, Увеличение этого угла сверх 1,2 рад приведет к смещению 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 труб- .ки меньше 0,35 или больше 0,65 длины ,полости происходит продольное смещение вихря в носовой части, что оказываеттормозящее действие на процесс вращения, снижает однородность и скорость потока и, следовательно, интенсивность охлаждения. Только при соблюдении оптимальныхзначенийпараметров всех указанныхпризнаков одновременно дополнитель10937ный поток охладителя полностью омывает нижнюю часть стыка внутреннего стакана с примыкающей к нему частью носка. При отклонении указанных параметров от оптимальных значений 5 хотя бы одного иэ трех признаков область возможного прогара фурмы оказывается за пределами дополнительного потока охладителя, что приведет к быстрому проплавлению фурмы жидким чугуном.Оптимальность значений перечисленных параметров была подтверждена экспериментально.Кроме того, отводящая трубка уста новлена эа пределами подводящей, что обеспечивает достаточно большой зазор между подводящей и отводящей трубками и стаканами, через который движется охладитель. Оптимальное положение 10 отводяп 1 ей трубки характеризуется ее расстоянием от подводящей в 1-2,5 ее диаметра. Оптимальное расстояние среза отводящей трубки от носка 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 опти мальных значений положения отводящей трубки скорость вихревого движения охладителя в носовой части полости эа 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.40На фиг. 1 показана предлагаемая фурма с плоскостью, проходящей через оси подводящей и отводящей трубок, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1урма 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. Срез конца 6 подводящей трубки 5 и срез отводящей трубки 7 удалены от плоскости носка на 0,35-0,65 длины полости фурмы, которая равна расстоянию от фланца 3 и носку 4. Подводящая55 трубка 7 расположена в верхней половине фурмы. Угол между вертикальной осевой плоскостью и осевс й плоскос 00 Ьтью, проходящей через ось прямогоучастка подводящей трубки, не превышает 1,2 рад. В рабочем положенииось фурмы расположена горизонтально.Расстояние между осями прямого участка подводящей и отводящей трубок равно 1-2,5 длины полости фурмы.Назначение фурмы - выпуск шлакаиз доменной печи,При выпуске шлака с неизбежнымивключениями чугуна в стенках фурмывозникают большие тепловые нагрузки.Особенно теплонапряженной являетсянижняя часть участка сопряжения носка с внутренним стаканом. Отвод тепла из фурмы осуществляется жидкимохладителем, например водой.Охлаждающая водакрез трубку 5 сконцом 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 4. Выходящая струя воды встречается со стенкой наружного стакана 1и движется в виде дополнительногопотока к носку 4, интенсивно омываяи охлаждая нижнюю часть носка 4 иместо его сопряжения с внутренним стаканом 2, После этого нагретый дополнительный поток воды смешивается сосновным вихревым потоком, Это процесс протекает непрерывно, что обеспечивает регулярное и интенсивноеохлаждение наиболее теплонапряженнойчасти 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 высокуюскорость вихревого движения воды вносовой части фурмы. Это предотвращает всю носовую часть фурмы от прогара. В качестве базового объекта для выявления эффективности предлагаемой фурмы взята шлаковая фурма доменной печи, производимая на Артемовском металлургическом заводе и используемая на Днепропетровском металлургическом заводе им, Г,И,Петровского. В этой фурме имеется прямая подводящая трубка и продольная перегородка, расположенная между нонг 1 одящей и отводящей трубками с газром г носком фурмы, Движение ноны н фурче малор.Рогулич Техред А,Бабинец Корректор В,Гирняк едак аказ 3378/22 ВНИИПИ по дел 113035, 540 Подписноомитета СССРоткрытийушская. наб., д. 4/5 Тираж осударственного ам изобретений и Москва, Ж, Ра ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,ганиэованное. В носовой части имеютсязоны, где скорость движения водыне превышает 2-4 см/с,По сравнению с базовой предлагаемая фурма имеет спедующие технические преимущества: организованное вихревое движение воды в полости фурмы,скорость которого у наружного стакана достигает нескольких метров в секунду, наличие дополнительного высоко О 00 8скоростного 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.