Фурма доменной печи

Полезная модель относится к черной металлургии, в частности к конструкциям фурм доменных печей.
Известна дутьевая фурма доменной печи [Патент РФ № 2460806, МПК C21B 7/16, опубл. 10.09.2012], состоящая из рыльной части, корпуса в виде конической втулки с зигзагообразным отверстием для подвода-отвода охлаждающей жидкости, фланца, соединенного с патрубками подвода-отвода воды и подачи газа. Все элементы соединены между собой неразъемными соединениями (сварка, пайка и др.). Фурма изготовлена из меди марки М1Р.
Недостатками данной конструкции являются:
- наличие сварных швов, ослабляющих конструкцию фурмы и усложняющих ее изготовление;
- расположение каналов охлаждения параллельно образующей конусного корпуса, что приведет к неравномерному охлаждению по диаметру корпуса.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности является конструкция фурмы доменной печи [заявка на патент Индии № 201931011211, МПК C21B 7/16, C21C 5/48, H01T 13/20, F01D 5/18, H01T 21/02, опубл. 25.09.2020], в которой охлаждение выполнено в виде полости с винтовым каналом, содержащим 1,5 витка. Имеются патрубки подвода/отвода охлаждающей жидкости и подвода газа. Фурма изготовлена из меди.
Недостатками данной конструкции являются:
- изготовление фурмы методом фасонного литья, который является трудноконтролируемым и несовершенным процессом;
- расположение каналов охлаждения не по всему объему доменной фурмы, что не обеспечит охлаждение всего корпуса.
Кроме того, в вышеупомянутых решениях, известных из уровня техники, в качестве материала фурмы применяется медь, которая имеет низкие физические и механические свойства по сравнению, например, со сталями, что приводит к протиранию стенок корпуса и рыльной части фурмы и следовательно к снижению ее ресурса, в то время как изготовление методами литья, сборки-сварки не гарантирует качества при серийном производстве таких сложных и ответственных узлов.
Таким образом, в уровне техники существует проблема равномерного и эффективного охлаждения всего корпуса фурмы, а также увеличения ее стойкости.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в равномерном охлаждении всего корпуса фурмы без образования застойных зон и повышении стойкости фурмы.
Указанный технический результат достигается тем, что фурма доменной печи, содержащая наружную и внутреннюю обечайки, соединенные по торцам с рыльной частью и фланцем, образующие конический дутьевой канал и охлаждающий контур, патрубки подвода и отвода охлаждающей жидкости, согласно полезной модели содержит охлаждающий контур, который выполнен в виде винтового канала с разделительными стенками, расположенными по всей длине обечаек, выполненными с возможностью направленного движения охлаждающей жидкости, при этом количество витков винтового канала составляет 18, а толщина стенки канала составляет 2 мм.
Фурма выполняется цельной методом 3D-печати из нержавеющей стали.
Толщина стенки рыльной части фурмы составляет не менее 2 мм.
Фурма может быть выполнена цельной методом 3D-печати. Такое исполнение позволяет дополнительно увеличить стойкость фурмы благодаря отсутствию сварных швов, а также снизить трудоемкость и оптимизировать технологический процесс изготовления.
Фурма может быть выполнена из нержавеющей стали. Такое исполнение позволяет дополнительно увеличить стойкость фурмы благодаря высоким физическим и механическим свойствам стали.
Кроме того, в фурме толщина стенки рыльной части может составлять не менее 2 мм, что позволяет выдерживать механические нагрузки на фурму и обеспечить достаточное охлаждение. Меньшая толщина стенки приведет к разрушению конструкции и ее протиранию оседающим в доменной печи материалом.
В фурме толщина стенки канала составляет 2 мм. Это позволяет выдерживать механические нагрузки от давления охлаждающей жидкости. Меньшая толщина стенки приведет к разрушению конструкции и протиранию оседающим в доменной печи материалом.
В фурме, количество витков винтового канала составляет 18 шт., которые распределены по всей длине корпуса, что позволяет обеспечивать достаточное охлаждение фурмы. Иное количество витков не обеспечивает достаточный съем тепла со стенок фурмы.
Сущность настоящей полезной модели дополнительно проиллюстрирована следующими графическими материалами (Фиг. 1).
В фурме выделяются следующие основные элементы:
1 – фланец;
2 – наружная обечайка;
3 – разделительные стенки винтового канала;
4 – внутренняя обечайка;
5 – винтовой канал;
6 – рыльная часть;
7 – труба подачи природного газа.
Фурма предназначена для подачи через центральное отверстие воздушной смеси, обогащенной кислородом и нагретой до температуры, под давлением в доменную печь.
Изготовление фурмы ведется из порошка стали марки AISI 316L размером до 200 мкм методом DMD (Directed Metal Deposition) – прямая наплавка. После 3D-печати производится обработка присоединительных размеров с применением стандартных методов резания металлов.
Длина фурмы составляет 525 мм, максимальный диаметр равен 383 мм, вес 73,4 кг.
Фурма является водоохлаждаемой, вода поступает через патрубок подвода охлаждающей жидкости (не показано на Фиг.1) и направленно движется по охлаждающему контуру в виде винтового канала (5) с разделительными стенками (3) под давлением. Дополнительно осуществляется подача природного газа (7) под давлением для поддержания процесса горения в доменной печи. Внешняя среда – горячий воздух, продукты распада горящего газа (кокс, природный газ), возможное кратковременное попадание расплавленного чугуна и шлака на поверхность фурм.
Система охлаждения фурмы работала штатно: застойных зон не выявлено, кипения охлаждающей жидкости не отмечено, металлические элементы фурмы не нагревались выше 350°С.