Фурма доменной печи

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ИЮ (11) 1 В 71 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТО 0 ЕЛЬСТ до- нже сотака ом СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Днепропетровский ордена Трувого Красного Знамени институт инеров железнодорожного транспортим, М.И,Калинина(54)(57) 1. ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ,держащая наружный и внутренний сны, соединенные между собой носки фланцем, подводящую и отводящу хладагент трубки и Ч-образный рассекатель на носке с вогнутыми направляющими поверхностями, гребень котор го расположен против отверстия подводящей трубки, размещенной в полости охлаждения фурмы, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повыщения тепловой стойкости фурмы путем интенсификации охлаждения, рас секатель расположен в нижней половине носка симметрично относительно вертикальной осевой плоскости хурмы в секторе, равном 60-120 , при этомОнаправляющие поверхности его йовернуты к внутреннему стакану, составО ляя с его поверхностью угол 49-90 и снабжены ребрами, направленными от наружного стакана к внутреннему с отклонением в сторону движения струи1121294 2. фурма по п.1, о т л и ч а ю -щ а я с я тем, что вершина острого Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для выпуска шлака из доменной печи,Известна фурма доменной печи, наповерхности носка которой имеется 5плоский рассекатель в виде продольной перегородки, расположенный противсреза водоподводящей трубки. Струяохлаждающей воды разделяется рассекателем на две части и направляется 1 Овдоль носка 1 .Недостатками хурмы являются значительные гидравлические потери придвижении охлаждающей воды и низкаятепловая стойкость. 5Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности является фурма доменной печи, содержащая наружный и внутренний стаканы, соединенные между собой носком и сланцем, 20подводящую и отводящую хладагент трубки в полости охлаждения и 7-образныйоребренный рассекатель в виде прилива на носке с вогнутыми направляющими поверхностями, гребень которого 25расположен против отверстия водоподводящей трубки и делит поток хладагентана две части 2.По сравнению с приведенным аналогом в этой хурме гидравлические поте- ЗОри сведены до минимума за счет Ч-обраной 4 ормы рассекателя с вогнутыминаправляющими поверхностями. Однаковследствие кольцевого движения водыв полости Фурмы имеет место большаянеоднородность ее линейных скоростей,которые, как показывают замеры, резко снижаются в радиальном направленииот наружного стакана к внутреннему.Оттеснение вращающейся воды к наружно 4 Ому стакану создает разрежение у стенки внутреннего стакана, где толщинапограничного слоя, имеющего практически нулевую скорость и не принимающего участия в конвективном теплообмене, относительно велика. Это затрудняет перенос тепла к охлаждающей волен является причиной низкой стойкости угла между внутренним стакоцом и направляющими поверхностями притуплена,шлаковых Аурм из-за проплавления нижней части носка при контакте с жидким чугуном, содержащимся в выпускаемом шлаке.Кроме того, Ч-образный рассекатель струи, вытекающей из подводящей трубки, расположен в верхней части фурмы, тогда как место прогара шлаковых Аурм находится в самой нижней области носка, ограниченного сектором 60-120оЦель изобретения - повышение тепловой стойкости хурмы 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 Ч-образный 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 восекторе, равном 60-120 , при этом направляющие поверхности его повернуты к внутреннему стакану составляяо 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 подво- димой к носку струи на нижней половине носка симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в секторе 60-120 , обусловлено тем,очто именно здесь происходит проплавление стенки фурмы жидким чугуном, содержащимся в выпускаемдм из печи шлаке. В остальных участках носка, как и всей фурмы, прлг:1 в.чений практически не наблюлаетгя.Зя счет вогцутостц цаправляющих поверхностей рассекателя создаетсяцентробежная сила давления струи наэту поверхность. При наличии поворотанаправляющих поверхностей к стакануфурмы эту силу можно представить ввиде двух составляющих, одна из которых направлена перпендикулярнонаправляющей поверхностИ, а втораяк внутреннему стакану, перпендику Олярно оси фурмы. В то же время втораясоставляющая силы направлена противоположно центробежной силе давленияструи на стенку наружного стаканаи может полностью ее компенсироватьпри вполне определенных значенияхповорота направляющей поверхностик внутреннему стакану.Как показывает приведенный нижерасчет, вогнутые направляющие поверхности рассекателя при этом должныбыть повернуты к внутреннему стаканутак, чтобы составить с его поверхностью угол 49-90 . В этих условиях,Ов отличие от прототипа, вся поверхность носка и прилегающей к немучасти внутреннего стакана будет охлаждаться так же интенсивно, как инаружный стакан,Условияработы шлаковой фурмы тре-З 0буют, чтобы охлаждение внутреннегостакана в месте его соединения с нос.ком было более интенсивным, чемохлаждение наружного стакана.Однако достижение этого путемдальнейшего поворота направляющих35поверхностей к внутреннему стакануфурмы нежелательно, так как можетпривести к чрезмерному заострениюугла между ними, что затруднит доступ40туда охлаждающей воды.Поэтому дополнительный оттокохлаждающей воды к внутреннему стакану осуществляется при помощи ребер,выполненных на направляющих поверх 45ностях рассекателя так, что они направлены от наружного стакана к внутреннему с отклонением в сторонудвижения струи. Наличие на поверхности рассекателя направляющих ребер59способствует также интенсификации теплообмена за счет увеличения активной поверхности охлаждения.Кроме того, вершина острого угла,образованного направляющими поверх ностями рассекателя с поверхностью внутреннего стакана, выполнена притупленной, что предотвращает образование там застойных зоц прц лццжеццц охцвждаюРЙ Воды.Предлагаемая фурма отличается от известной ловьипеццой 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 в нижней половине хурмы симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в ее рабочем положении.1 цлаковая хурма 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 отводяпих трубок хурмы и холодильника, в который она запрессована.На различных доменных печах (даже в пределах одного цеха) шлаковые хурмы устанавливают как с левым, так и с правым поворотом. При этом максимальный угол поворота относительновертикальной осевой плоскости сосотавляет 30 . Таким образом, при установке Аурм только с односторонним поворотом в предельное положение сектор возможного лроллавления составОляет 6 О , а при установке их в произвольное положение величина этогоосектора доходит до 12 О . Поэтому размеры рассекателя ограничены секторомобО. При этом необходимо отметить, что размеры этого сектора относятся к внутреннему стакану хурмы, поскольку именно оц 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 вцутреццему стакану. Это приводит к тому, что струя охлаждающей воды, двигаясь ло поверхности рассекателя, а счет динамического напора ц цецтробежцой силы, вызванной кривизной ловерхцости рассекателя, прижимается к лоску. Одно 1121294тьюР=2 О Ч Саеегде / - плотность воды,Ц - расход струи,У - скорость струи,0 - сектор, занимаемый половиной 25рассекателя.Сила действия струи на участокноска, ограниченный половиной длинырассекателя, определяется аналогично3фи-30Р 2 рОЧ сов гдещ 90 - угол поворота. струи отОгребня рассекателя до конца направляю. щей поверхности. 35Составляющая сила давления струи ка носок, направленная к внутреннему стакану, равнавР401 ргде (3 - угол между. направляющей поверхностью рассекателя н поверхностью внутреннего стакана (при условии, что ока является цилиндрической).Центробежная сила давления струи на стенку наружного стакана компенсируется силой, направленной к внутреннему стакану, при условии 1 Э и-фУ., СО 5 Тогда временно струя прижимается и к наружному стакану эа счет центробежнойсилы, вызванной его кривизной. Равнодействующая этих двух сил отжимаетструю воды к периферии носка, способствуя ее охлаждению, тогда как охлаждение остальной части носка, особенно граничащей с внутренним стаканом,сильно ослаблено.Для устранения силы, отжимающей 10струю к наружному сФЪкану, необходимо вогнутые направляющие поверхности рассекателя повернуть в сторону внутреннего стакана,Определяют :силу действия струи 15на участок наружного стакана, ограниченньй половиной длины рассекателя,т.е. одной направляющей поверхноссо 5 150и-КС 05ЯПодставляя вместо угла К предельные его значения 30 и 60 , получают при 0 С =ЗОЕЙ (3 = 6954, при 0 .=60= 54 о 44. Однако этн пределытребуют уточнения.Направляющие поверхности рассекателя, расположенные в непосредственнойблизости от его гребня, направленыперпендикулярно к цилиндрическойповерхности внутреннего стакана,так как гребень рассекателя долженбить остроконечным, чтобы не искажать острую и не создавать дополнительного гидравлического сопротивления. С удалением от гребня угол 3постепенно уменьшается до своегооптимального значенйя,На эффективности охлаждения указанное явление не может заметно сказаться, так как участок направляющих поверхностей рассекателя, расположенныйв непосредственной близости от егогребня, занимает незначительную площадь поверхности рассекателя. форма внутреннего стакана типовой шлаковой хурмы коническая. Образующая этого стакана составляет с осью хурмы угол 5 43. С учетом этого минимальный предел угла наклона направляющей поверхности к поверхности внутреннего стакана составляет 54 44- 5 43 = 49 01Таким образом, оптимальные пределы угла наклона направляющей поверхности рассекателя к поверхности внутреннего стакана составляют 49-90оНа Фиг.1 изображена предлагаемая хурма, продольный разрез А-А на Лиг.2, на Лиг.2 - разрез Б-Б на Лиг.1; на Лиг.3 - 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 выреза 8. Рассекатель 6 расположен симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы и ограничен сектором носка 60-120оВогнутые направляющие поверхности 9рассекателя 6 повернуты к внутреннемустакану, составляя с его поверхностьюугол 49-905С целью лучшего охлаждения на вогнутых направляющих поверхностях рассе кателя имеются ребра 10 и впадины 11.К фланцу 4 фурмы крепится водоотводящая труба 12.0Фурма 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 внутреннегоостакана на угол 49-90 струя не отжи мается к наружному стакану 1, а равномерно по всей ширине носка 3 прижимается к его охлаждаемой поверхности.30Наличие на поверхности рассекателя ребер 10 и впадин 11, направленных от наружного стакана 1 к внутреннему 2 с отклонением в-сторону движения струи, способствует допол- З 5 нительному оттоку воды к внутреннему стакану и увеличению площади активной охлаждаемой поверхности. Занимая0сектор 60-120, рассекатель полностью охватывает участок проплавления 40 фурмы от воздействия жидкого чугуна.ЕЗа пределамп рассекателя струя охлаждающей воды еще сохраняет боль шую 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 еПо 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 направ ляющие ребра на поверхности рассекателя,Указанные технические преимущества обеспечивают более длительную беспрогарную работу илаковой фурмы и существенно снижают непроизводительные простои доменных печей.1121294 Составитель Ю. СеровТехред С. Легеза Корректор М.Демчик Редактор И. Киштулинецфдад Ф 4 фМЗаказ 7893/19 Тираж 539ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4