ФУРМЕННЫЙ БЛОК ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
BLAST FURNACE TUYERE UNIT

Область изобретения
Изобретение относится к конструкции фурменного блока доменной печи. Более конкретно, изобретение применимо в качестве фурменной секции доменной печи, содержащей плитовые холодильники, расположенные вокруг фурменного блока.
Предшествующий уровень техники
В корпусе доменной печи на заранее определенной высоте обычно расположено множество дутьевых фурм. Эти фурмы, соответственно, соединены с дутьевыми (воздуходувными) трубами, отходящими от воздухораспределительного кольца, проходящего вокруг корпуса печи. Горячее дутье подается из дутьевых труб и вдувается через фурмы в печь (см. Патентный документ 1).
В типичной фурменной секции доменной печи, как показано на фиг. 3, фурма 8, сконфигурированная для подачи высокотемпературного воздуха в печь, удерживается холодильником 9 фурмы. Холодильник 9 фурмы, в свою очередь, удерживается держателем 10 фурмы. Держатель 10 фурмы прикреплен к кожуху 11 печи по периферии доменной печи.
Вокруг холодильника 9 фурмы расположены фурменные кирпичи 5. Фурменные кирпичи 5 сформированы путем комбинирования множества кирпичей так, чтобы они окружали холодильник 9 фурмы. На днище (лещади) горна доменной печи уложены кирпичи лещади. Стенка горна в верхней его части футерована огнеупорными стеновыми кирпичами 7. Фурменные кирпичи 5 установлены на верхней стороне стеновых кирпичей 7 горна. Далее на верхней стороне кирпичей 5 фурмы установлены огнеупорные кирпичи для кладки заплечиков доменной печи.
Между кирпичами 6 заплечиков и кожухом 11 печи и между стеновыми кирпичами 7 горна и кожухом 11 печи расположен плитовой холодильник 1. Плитовой холодильник 1а для фурмы расположен между фурменными кирпичами 5 и кожухом 11 печи.
В плитовых холодильниках 1 и 1а проходит множество труб для охлаждающей воды. Охлаждающая вода подается через трубопровод 15 для такой охлаждающей воды. Плитовые холодильники 1 и 1а охлаждаются водой, текущей по трубам для охлаждающей воды, благодаря чему улавливается теплота, идущая изнутри печи, для защиты кожуха 11 печи.
Фурма 8 и холодильник 9 фурмы, окруженные фурменными кирпичами 5, прикреплены к кожуху 11 печи держателем 10 фурмы. Поскольку кожух 11 печи поддерживается при низкой температуре за счет охлаждения плитовыми холодильниками, тепловое расширение кожуха 11 печи невелико, поэтому положение фурмы 8 остается почти постоянным. С другой стороны, кирпичи лещади и стеновые кирпичи 7 горна нагреваются до высокой температуры для удержания расплавленного чугуна и шлака в печи, что приводит к их тепловому расширению. Из-за такого теплового расширения фурменные кирпичи 5, установленные на верхней стороне стеновых кирпичей 7 горна, выжимаются вверх. В таком фурменном блоке фурма 8 и холодильник 9 фурмы воспринимают направленную вверх деформирующую нагрузку через фурменные кирпичи 5.
Поэтому между нижней частью холодильника 9 фурмы и фурменными кирпичами 5 имеется сжимаемый слой 12 раствора для кладки. Когда фурменные кирпичи 5 поджимаются вверх при тепловом расширении стеновых кирпичей 7 горна, сжимаемый слой 12 раствора для кладки сжимается, предотвращая приложение излишней нагрузки к холодильнику 9 фурмы от поджимающих фурменных кирпичей 5.
Дутьевая труба 17 вставлена в кожух 11 доменной печи снаружи и входит в держатель 10 фурмы, холодильник 9 фурмы и фурму 8. Дутьевая труба 17 соединена с воздухораспределительным кольцом, проходящим вокруг кожуха доменной печи, фурменным рукавом 18. Из воздухораспределительного кольца через фурменный рукав 18 и дутьевую трубу 17 подается горячее дутье для вдувания через фурму в рабочее пространство печи.
Дутьевая труба 17 и фурменный рукав 18 поддерживаются башенной несущей конструкцией (не показаны), установленной вокруг корпуса печи в соединении с воздухораспределительным кольцом. Конец дутьевой трубы 17 сформирован как выпуклая сферическая поверхность, а внутренняя соединительная часть фурмы 8, обращенная к дутьевой трубе, выполнена как вогнутая сферическая поверхность, тем самым образуя сферический шарнир. Соединение между фурмой 8 и дутьевой трубой 17, имеющее форму сферического шарнира, допускает взаимное перемещение фурмы 8 и дутьевой трубы 17 при сохранении воздухонепроницаемости стыка между ними.
В вышеописанном блоке, показанном на фиг. 3, фурма 8 удерживается корпусом печи, а именно кожухом 11 печи с помощью холодильника 9 фурмы и держателя 10 фурмы, поскольку для правильной работы доменной печи необходимо поддерживать заранее определенное положение конца фурмы 8 (т.е. положение вдувания горячего дутья) внутрь рабочего пространства печи.
Поскольку дутьевая труба 17 и воздухораспределительное кольцо поддерживаются независимо от корпуса печи, содержащего фурму 8, дутьевая труба 17 и фурма 8 соединения шарниром со сферическими поверхностями. Это вызвано тем, что корпус доменной печи нагревается до высоких температур и подвергается термической деформации, тогда как дутьевая труба 17 через воздухораспределительное кольцо поддерживается башенной несущей конструкцией и в меньшей степени подвержена тепловой деформации, что приводит к разному поведению при тепловой деформации.
Огнеупорные кирпичи 5, 6 и 7 уложены на внутренней стороне плитовых холодильников 1 и 1а для блокировки теплового удара при раздуве и для предотвращения повреждения расплавленным доменным чугуном и шлаком в печи. Поскольку фурменная секция проходит сквозь толщину кирпича 5 фурмы и плитового холодильника 1а, расстояние от кожуха 11 печи до фурмы 8 увеличивается, и дутьевая труба 17 соответственно удлиняется.
Перечень ссылок
Патентная литература
Патентный документ 1: JP-А-2002-220609
Раскрытие изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
Когда для соединения между дутьевой трубой 17 и фурмой 8 используется шарнир со сферическими поверхностями, как описано выше, конец дутьевой трубы 17 вставляют снаружи кожуха 11 печи в фурму 8, в результате чего возникает соединения в форме шарнира со сферическими поверхностями. В соединенном шарнире со сферическими поверхностями допускается взаимное смещение дутьевой трубы 17 и фурмы 8 при сохранении воздухонепроницаемости.
Однако шарнир со сферическими поверхностями требует очень точной обработки для формирования сферической поверхности, способной обеспечить воздухонепроницаемость, поскольку воздухонепроницаемость обеспечивается при соприкосновении металлических сферических поверхностей, проходящих вокруг воздушного отверстия, что приводит к увеличению производственных расходов. Кроме того, даже при наличии таких соприкасающихся металлических поверхностей, при подаче высокого давления возникают утечки газа.
В частности, поскольку расстояние от кожуха 11 печи до фурмы 8 велико, и дутьевая трубка в результате этого становится более длинной, эта дутьевая труба 17 поддерживается в состоянии консоли. Соответственно, положение конца дутьевой трубы 17 может легко меняться, что может вызвать трудности при поддержании воздухонепроницаемости шарнира со сферическими поверхностями на фурме 8.
Далее, фурма 8 расположена на внутренней поверхности печи и поддерживается холодильником 9 фурмы. При типичной конструкции фурму 8, холодильник 9 фурмы или держатель 10 фурмы подвергают машинной обработке для регулировки таким образом, чтобы все расположенные по окружности печи фурмы были равным образом обращены к центру печи.
Однако фурма 8 и холодильник 9 фурмы, который поддерживает фурму 8, окружены кирпичами 5 для защиты и отдалены от плитовых холодильников 1 и 1а. Такая конструкция может привести к тепловым деформациям холодильника 9 фурмы. Соответственно, положение фурмы 8 на внутренней поверхности печи или ее ориентация может измениться в результате тепловой деформации.
Когда положение фурмы 8 на внутренней поверхности печи изменяется, равномерность окружного направления зоны циркуляции внутри печи, которая очень важна для работы доменной печи, нарушается так, что стабильной работы (т.е. реакций восстановления и опускания материалов) добиться невозможно.
Целью настоящего изобретения является создание фурменного блока доменной печи, способного предотвратить утечку газа и сохранять заранее определенное положение конца фурмы в рабочем пространстве печи, в то же время компенсируя разницу в тепловой деформации между корпусом печи и воздухораспределительным кольцом.
Средства решения задачи
Фурменный блок доменной печи согласно одному аспекту настоящего изобретения содержит: дутьевую трубу, прикрепленную к кожуху печи, фурму, прикрепленную к концу дутьевой трубы, и гибкий соединитель, который соединяет дутьевую трубу с фурменным рукавом.
При такой конструкции, поскольку фурма прикреплена к концу дутьевой трубы, контактное металлическое соединение между фурмой и дутьевой трубой можно устранить. Соответственно, можно избавиться от обработки сферических поверхностей, необходимых для металлического соединения, что сокращает издержки. Более того, можно предотвратить утечку газа, возникающую при металлическом контактном соединении.
Кроме того, поскольку дутьевая труба прикреплена к кожуху печи, можно поддерживать заранее определенное положение фурмы, прикрепленной к концу дутьевой трубы относительно кожуха печи, другими словами, положение конца фурмы в рабочей зоне печи.
Дополнительно, поскольку между дутьевой трубой и фурменным рукавом установлен гибкий соединитель, этот гибкий соединитель может компенсировать разницу в тепловой деформации между корпусом печи и воздухораспределительным кольцом.
При такой конструкции можно предотвратить утечку газа и поддерживать заранее определенное положение фурмы в рабочей зоне печи, в то время как разница в тепловой деформации между корпусом печи и воздухораспределительным кольцом компенсируется.
Согласно вышеописанному аспекту настоящего изобретения предпочтительно плитовой холодильник установлен внутри кожуха печи вокруг фурмы и образует внутреннюю поверхность доменной печи.
Когда расстояние между фурмой и кожухом печи, к которому прикреплена дутьевая труба, велико, дутьевая труба может быть установлена консольно и изменять положение конца фурмы. Наоборот, согласно вышеописанному аспекту изобретения, поскольку обычные фурменные кирпичи фурмы исключены, и плитовой холодильник непосредственно работает как внутренняя поверхность печи, длину дутьевой трубы можно минимизировать и, тем самым, предотвратить смещение положения фурмы.
Согласно вышеописанному аспекту настоящего изобретения предпочтительно отверстие для фурмы сформировано на кожухе печи вокруг фурмы и соединено со всей периферией фланца, сформированного на периферии дутьевой трубы.
Когда этот фланец прикреплен к отверстию для фурмы, желательно использовать болты, расположенные на фланце с заранее определенным интервалом для удобства крепления и отсоединения для ремонта.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - сечение иллюстративного варианта изобретения.
Фиг. 2 - сечение другого иллюстративного варианта изобретения.
Фиг. 3 - сечение известного примера.
Описание вариантов
Далее следует описание иллюстративного варианта изобретения со ссылками на приложенные чертежи.
Как показано на фиг. 1, фурменный блок 20 (Конструкция фурменной секции) в иллюстративном варианте содержит: дутьевую трубу 31, прикрепленную к кожуху 21 печи; фурму 32, прикрепленную к концу дутьевой трубы 31, и гибкий соединитель 34, который соединяет дутьевую трубу 31 с фурменным рукавом 33.
Поскольку горячее дутье под высоким давлением, подаваемое в доменную печь, проходит сквозь внутреннее пространство гибкого соединителя 34, в качестве гибкого соединителя 34 применяется металлический сильфон.
Фланец, к которому прикреплена фурма, сформирован на конце дутьевой трубы 31. Фурма 32 прикреплена к фланцу болтами или подобным средством.
Дутьевая труба 31 имеет фланец на противоположном конце относительно фурмы 32. С этим фланцем соединен гибкий соединитель 34. Гибкий соединитель 34 имеет фланец на противоположном конце относительно дутьевой трубы. С этим фланцем соединен фурменный рукав 33. Противоположный конец фурменного рукава относительно гибкого соединителя 34 соединен с воздухораспределительным кольцом (не показано).
Дутьевая труба 31 и фурма 32 поддерживаются кожухом 21 печи. Фурменный рукав 33 и гибкий соединитель 34 поддерживаются воздухораспределительным кольцом (не показано). При подаче горячего дутья из воздухораспределительного кольца это горячее дутье можно подавать через фурменный рукав 33, гибкий соединитель 34 и дутьевую трубу 31 в фурму 32 и вдувать через фурму 32.
Следует отметить, что направление и положение фурмы 32 относительно дутьевой трубы 31 регулируется так, чтобы направление и положение фурмы 32 уже были установлены подходящим образом, когда фурма 32 будет установлена в печи.
Отверстие 211 под фурму сформировано в кожухе 21 доменной печи. На периферии дутьевой трубы 31 сформирован фланец 311.
Конец (расположенный рядом с фурмой 32) дутьевой трубы 31 вставлен от отверстия 211 под фурму внутрь печи (слева на чертеже) так, чтобы фланец 311 закрывал отверстие 211 под фурму.
Фланец 311 прикреплен к периферии отверстия 211 под фурму болтами с заранее определенными интервалами, что позволяет получить воздухонепроницаемое соединение.
За счет соединения между фланцем 311 и периферией отверстия 211 под фурму дутьевая труба 31 крепится к кожуху 21 печи.
Внутри кожуха 21 печи расположены плитовой холодильник 22 горна, плитовой холодильник 23 фурмы и плитовой холодильник 24 заплечиков.
Плитовой холодильник 23 фурмы имеет вырез 231, сквозь который вставлена фурма. Дутьевая труба 31 и фурма 32 вставлены в кожух 21 печи через отверстие 211 под фурму и проходят сквозь вырез 231 так, что оказываются окружены плитовым холодильником 23 фурмы.
Внутри горна плитовой холодильник 22 футерован огнеупорными стеновыми кирпичами 25.
Огнеупорные блоки (например, фурменные кирпичи 5 на фиг. 3) не применяются на внутренней поверхности плитового холодильника 23 фурмы и плитового холодильника 24 заплечиков. Вместо них на поверхности внутреннего пространства печи (на внутренние поверхности печи) на плитовом холодильнике 23 фурмы и на плитовом холодильнике 24 заплечиков установлены огнеупорные кирпичи 232 и 242 соответственно.
За счет применения плитового холодильника 23 фурмы в этом иллюстративном варианте толщина Т1 от кожуха 21 печи до внутренней поверхности печи меньше, чем толщина Т2 (показана штрихпунктирной линией на чертеже) от кожуха 11 печи до внутренней поверхности печи в известных доменных печах.
Когда толщина Т1 от кожуха 21 печи до внутренней поверхности печи уменьшена, длину рычага (т.е. длина дутьевой трубы 31 и фурмы 32, проходящих по толщине Т1 и поддерживаемых консольно) можно уменьшить. Соответственно, сдвиг положения фурмы 32 на внутренней поверхности печи может быть уменьшен, что важно для стабильной работы.
Более того, заменив огнеупорные блоки, установленные внутри печи (т.е. кирпичи 5 фурмы на фиг. 3) на плитовой холодильник 23 фурмы, можно предотвратить выталкивание фурмы вверх из-за тепловой деформации огнеупорных кирпичей.
В этом иллюстративном варианте поверхность плитового холодильника 23 фурмы образует внутреннюю поверхность печи, которая определена в соответствии с профилем, подходящим для доменной печи. Соответственно, поверхность плитового холодильника 23 (т.е. внутренняя поверхность печи) остается на том же уровне, что и поверхность из фурменных кирпичей 5, как показано на фиг 3. В этом иллюстративном варианте толщина фурменной секции уменьшена за счет расположения кожуха 21 печи рядом с внутренней поверхностью печи по сравнению с кожухом 11 известной печи (т.е. уменьшая диаметр фурменной секции корпуса доменной печи).
Между кожухом 21 печи и стационарными холодильниками (т.е. плитовым холодильником 22 горна, плитовым холодильником 23 фурмы и плитовым холодильником 24 заплечиков) заложен огнеупорный наполнитель 29 (например, огнеупорный раствор).
Внутри выреза 231, сквозь который вставлена фурма 21, и в отверстия 211 под фурму установлена уплотняющая пластина 291. Уплотняющая пластина 291 блокирует огнеупорный наполнитель 29, заложенный внутрь кожуха 21 печи так, чтобы пространство, определенное вырезом 231, отверстием 211 под фурму и дутьевой трубой 31 не было заполнено наполнителем и оставалось полым.
С другой стороны, между вырезом 231 и фурмой 32 заложен упругий огнеупорный материал, например, минеральная вата.
Процесс сборки иллюстративного варианта выполняется в следующем порядке.
Сначала строят кожух 21 печи для определения внешних очертаний корпуса доменной печи. Затем внутри кожуха 21 печи устанавливают плитовый холодильник 22 горна и стеновые кирпичи 25 горна. После этого на верхней стороне плитового холодильника 22 горна и стенового кирпича 25 горна устанавливают плитовый холодильник 23 фурмы и плитовый холодильник 24 заплечиков.
Теперь внутрь выреза 231 плитового холодильника 23 закладывают огнеупорный материал 292 и внутрь выреза 231 и отверстия 211 под фурму устанавливают уплотняющую пластину 291.
Далее, за пределами печи собирают друг с другом фурменный рукав 33, гибкий соединитель 34, дутьевую трубу 31 и фурму 32. Собранные фурменный рукав 33 и фурму 32 помещают перед отверстием 211 под фурму, фурму 32 и дутьевую трубу 31 вставляют в печь.
После этого между вырезом 231 и фурмой 32 помещают огнеупорный материал 292. Фурму 32 и дутьевую трубу 31 размещают в вырезе 231, через который была вставлена фурма, в плитовом холодильнике 23 фурмы. В это время фурма 32 выступает из плитового холодильника 23 фурмы во внутреннее пространство печи.
В этом состоянии фланец 311 дутьевой трубы 21 крепят к периферии отверстия 211 под фурму.
По завершении вышеописанного процесса внутрь кожуха 21 печи закладывают огнеупорный наполнитель 29.
Монтаж фурменного блока на этом завершается.
Поскольку огнеупорный наполнитель 29, заложенный внутрь кожуха 21 печи, заблокирован уплотняющей пластиной 291 от попадания внутрь выреза 231 и отверстия 211 под фурму, пространство, окружающее дутьевую трубу 31, остается незаполненным огнеупорным наполнителем 29.
Оставив это пространство свободным, при повреждении фурмы во время работы появляется возможность легко заменить фурму 32, отсоединив гибкий соединитель 34 после остановки подачи горячего воздуха, и вытянув дутьевую трубу 31 и фурму 32 из кожуха 21 печи.
В качестве уплотняющей пластины 291 можно использовать металлическую пластину и эластомер (например, огнеупорную резину).
В этом иллюстративном варианте достигаются следующие преимущества.
Поскольку фурма 32 закреплена на конце дутьевой трубы 31, обычно применяемое контактное металлическое соединение между фурмой 32 и дутьевой трубой 31 можно исключить. Соответственно, можно обойтись без обработки сферических поверхностей для контактного металлического соединения, чтобы сократить производственные издержки. Более того, можно предотвратить утечку газа, возникающую в контактном металлическом соединении.
Более того, поскольку дутьевая труба 31 прикреплена к кожуху 21 печи, можно поддерживать заранее заданное положение фурмы 32, прикрепленной к концу дутьевой трубы 31, относительно кожуха печи 21, другими словами положение конца фурмы 32 в рабочей зоне печи.
Дополнительно, поскольку гибкий соединитель 34 расположен между дутьевой трубой 31 и фурменным рукавом 33, этот гибкий соединитель может компенсировать разницу в тепловой деформации между корпусом печи и воздухораспределительным кольцом.
При такой конструкции можно предотвратить утечку газа и удерживать заранее определенное положение конца фурмы 32 и в то же время компенсировать разницу в тепловой деформации между корпусом печи и воздухораспределительным кольцом.
Поскольку вокруг фурмы 32 внутри кожуха 21 печи установлен плитовой холодильник 23 фурмы, который определяет внутреннюю поверхность печи, обычно необходимые кирпичи фурмы можно исключить, что позволяет уменьшить толщину корпуса печи на толщину кирпичей фурмы, поэтому расстояние между кожухом 21 печи, к которому прикреплена дутьевая труба 31, и фурмой 32 можно уменьшить.
Когда расстояние между фурмой 32 и кожухом 21 печи, к которому прикреплена дутьевая труба 31, велико, дутьевая труба 31, закрепленная консольно, может приводить к смещению положения фурмы 32. Наоборот, в настоящем иллюстративном варианте, поскольку обычно необходимые фурменные кирпичи (см. фиг. 3) исключены, и плитовой холодильник 23 фурмы непосредственно служит внутренней поверхностью печи, длину дутьевой трубы 31 можно свести к минимуму и предотвратить смещение положения фурмы 32.
Поскольку отверстие 211 под фурму сформировано в кожухе 21 вокруг фурмы 32 и вся периферия фланца 311, сформированного на периферии дутьевой трубы 31, соединена с отверстием 211 под фурму, дутьевую трубу 31 можно закрепить на кожухе 21 печи в заранее определенной ориентации и предотвратить утечку газа из отверстия 211 под фурму.
Соединение между фланцем 311 и отверстием 211 под фурму позволяет легко проводить подсоединение и отсоединение для ремонта, поскольку применяются болты, расположенные на фланце 311 с заранее определенным интервалом.
Настоящее изобретение не ограничивается вышеописанным вариантом, но включает другие варианты и модификации и т.п., не выходящие за пределы объема изобретения.
Например, хотя дутьевая труба 31 и фурма 32 расположены по существу ортогонально к кожуху 21 печи, на практике фурма 32 часто бывает наклонена вниз к горну. Соответственно, фурма 32 может быть прикреплена к дутьевой трубе 31 под наклоном, либо дутьевая труба 31 может быть прикреплена к кожуху 21 под наклоном.
Например, в другом иллюстративном варианте, показанном на фиг. 2, конец дутьевой трубы 31 отогнут в сторону горна, а фурма 32, соединенная с этим концом, наклонена к горну. Для установки наклонной фурмы 32 вырез 231, выполненный в плитовом холодильнике 23 фурмы, также сформирован наклонным. Следует отметить, что остальные элементы конструкции в иллюстративном варианте, показанном на фиг. 2, остаются теми же, что и в варианте по фиг. 1.
Для использования поверхностей плитового холодильника 23 фурмы и плитового холодильника 24 заплечиков в качестве внутренних поверхностей печи на плитовом холодильнике 23 фурмы и плитовом холодильнике 24 заплечиков установлены огнеупорные кирпичи 232 и 242 соответственно для защиты их поверхностей. Однако расположение огнеупорных кирпичей 232 и 242 не ограничивается такой чередующейся конструкцией, но они могут располагаться непрерывно относительно друг друга. Альтернативно, огнеупорные кирпичи 232 и 242 могут не применяться, когда поверхности плитовых холодильников 23 и 24 могут быть в достаточной степени защищены защитным слоем, сформированным покрытием из огнеупорного материала и подобным, нанесенным на поверхности плитовых холодильников 23 и 24.
Следует понимать, что конкретная форма, материал, размеры и пр. в иллюстративных вариантах при внедрении изобретения могут быть изменены по мере необходимости.
Перечень позиций на чертежах
20 - фурменный блок
21 - кожух печи
211 - отверстие под фурму
22 - плитовой холодильник горна
23 - плитовой холодильник фурмы
231 - вырез
232 - огнеупорный кирпич
24 - плитовой холодильник заплечиков
25 - стеновой кирпич горна
29 - огнеупорный наполнитель
291 - уплотняющая пластина
292 - огнеупорный материал
31 - дутьевая труба
311 - фланец
32 - фурма
33 - фурменный рукав
34 - гибкий соединитель