ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА
HORIZONTAL TUYER FOR MELT BLOWING-OFF

Изобретение относится к металлургии и теплоэнергетике, в частности к устройствам для продувки шлакоштейновых расплавов или продувки жидкого металла в металлургических агрегатах типа плавки в жидкой ванне (печь ПЖВ), фьюминг-печи, конверторе, печи для рафинирования металла, а также для топок сжигания твердого топлива в шлаковом расплаве (ТСТР), устанавливаемых под энергетическим котлом.
Известна фурма для продувки металла снизу, содержащая корпус из огнеупорного материала с осевым каналом, соединенным с одного конца с коллектором, имеющим патрубок для подвода газа, а с другого с соплом, и устройство для предотвращения ухода металла через фурму при прекращении подачи газа, состоящее из металлического сердечника, расположенного в канале фурмы с зазором (а.с. СССР №386013, кл. С21С 5/48, 1971).
Эта фурма предназначена для работы только в вертикальном положении, а для возобновления подачи газа через фурму после ее заливки расплавом необходимо сменить сердечник.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является горизонтальная фурма для продувки расплава, содержащая корпус с полостью для хладагента, разделительную перегородку и трубопроводы для подвода и отвода хладагента, а торец фурмы оснащен концентрическими ребрами (а.с. СССР №1437404, кл. С21С 5/48, 1987).
Недостатком данной конструкции является снижение надежной и безопасной эксплуатации при дальнейшей интенсификации технологического процесса путем увеличения пропускной способности фурмы по дутью (обогащенный кислородом воздух с природным газом). При форсированной работе фурмы по дутью резко увеличивается тепловая нагрузка на торец фурмы, что при эксплуатации может привести к интенсивному ее износу, а это совершенно недопустимо для агрегатов барботажного типа.
Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости и безопасности работы фурмы при форсированных режимах за счет совершенствования конструкции торца фурмы. Использование высокоскоростных (звуковых, сверхзвуковых) дутьевых струй позволяет интенсифицировать барботажные процессы при минимальных денежных затратах, не соизмеримых с получаемой выгодой от использования этих методов в промышленном производстве.
Это достигается тем, что в горизонтальной фурме, содержащей корпус с полостью для хладагента, разделительную перегородку и трубопроводы для подвода и отвода хладагента, с целью повышения эксплуатационной стойкости и безопасности работы, на торце фурмы выполнены концентрические ребра, высота которых равна 0,08-0,15, толщина 0,04-0,08, а расстояние между ребрами составляет 0,04-0,10 наружного диаметра фурмы, измеряемого в миллиметрах, причем расстояние между каждым последующим ребром уменьшается на величину 0,0045-0,01 наружного диаметра фурмы, считая от каждого предыдущего расстояния между ребрами.
На чертеже показан продольный разрез фурмы.
Фурма состоит из корпуса 1 с полостью, разделительной перегородки 2, наружного канала 3 и патрубка 4 для подвода хладагента, внутреннего канала 5 для отвода хладагента, каналов 6 для подачи в расплав дутья, который оканчивается соплом 7, и концентрических ребер 8 на ее торцевой поверхности, фурма устанавливается в гнездо кессона 9.
Фурма работает следующим образом.
Вода на охлаждение корпуса 1 подается через патрубок 4 в наружный канал 3 между корпусом 1 и разделительной перегородкой 2. Проходя через канал 3, вода охлаждает наиболее термически напряженную торцевую часть фурмы, попадает во внутренний канал 5 и уходит через патрубок отработанной воды (не показан).
Дутье (воздух, воздух, обогащенный кислородом в смеси с углеродистым топливом и без него, и т.д.) подается через канал 6 и сопло 7.
Охлаждаемая водой торцевая часть фурмы, соприкасающаяся с расплавом (при плавке сульфидного сырья в печи ПЖВ - со шлакоштейновой эмульсией и с силикатным расплавом при сжигании угля и переработке золошлаковых отходов в топке сжигания топлива в расплаве) и оснащенная концентрическими ребрами 8, надежна защищена слоем гарнисажа, который за счет ребер 8, указанной геометрии, плотно и надежно защищает ее от разрушения.
Изменения геометрии ребер по любому из параметров (высоте, ширине или расстоянию между ребрами) приводит к снижению срока службы фурмы.
Уменьшение высоты ребер торца фурмы менее 0,08 наружного ее диаметра приведет к постоянному срыву гарнисажа, что снизит эксплуатационную надежность работу фурмы. Увеличение высоты ребер торца фурмы более 0,15 ее наружного диаметра приведет к интенсивному разгару ребер до их оптимальной высоты, при которой они эффективно охлаждаются циркулирующим хладагентом в полости фурмы. Следует отметить, что охлаждение ребер идет за счет высокой теплопроводности меди, из которой изготавливается фурма.
Уменьшение толщины ребер менее 0,04 наружного диаметра фурмы приведет к снижению их механической прочности, а увеличение толщины ребер более 0,08 наружного диаметра фурмы приведет к уменьшению количества ребер и снижению эффективности охлаждения торца фурмы за счет количества гарнисажа, удерживаемого этими ребрами.
Уменьшение расстояния между ребрами менее 0,04 наружного диаметра фурмы приведет к снижению массы гарнисажа на торце фурмы, который обеспечивает надежную и безопасную ее эксплуатацию.
Увеличение расстояния между ребрами более 0,10 наружного диаметра фурмы приведет к снижению количества ребер на торце фурмы, что снизит эффективность его охлаждения за счет периодического срыва гарнисажа.
Соблюдение уменьшения расстояния между каждым последующим ребром на величину 0,0045-0,01 наружного диаметра фурмы, считая от каждого предыдущего расстояния между ребрами, позволяет эффективно расположить концентрические ребра на торце фурмы, что увеличивает надежную и безопасную работу фурмы.
Два экспериментальных образца одновременно испытаны в промышленных условиях наравне с фурмами-прототипами. Промышленные исследования проведены в течение 50 суток с измерением исследуемых параметров через два часа.
Каждый параметр, приведенный в таблице, является среднеарифметическим значением, набранным за декаду (120 измерений).
3
2
У фурмы-прототипа и предлагаемой конструкции неизменными оставались три параметра - расход воды на охлаждение фурмы, расход природного газа и температура расплава (с разницей 5-15°С между двумя соседствующими значениями). При увеличении дутья с 1050 до 1600 нм/ч (на 52,4%) у фурмы-прототипа тепловая нагрузка возросла с 180000 до 578500 ккал/мч (в 3,21 раза) и фурма работает на гране возможного.
0
При работе барботажного плавильного агрегата с боковой продувкой расплава при звуковых и сверхзвуковых скоростях (W) отмечается повышенная тепловая нагрузка на торцы фурмы и их износ из-за возникновения так называемых обратных гидроаэродинамических ударов, за счет которых срывается гарнисаж с их торца.
Фурмы предлагаемой конструкции отличались друг от друга лишь высотой ребер - у первой высота ребра 28,8 мм, у второй - 36 мм. Торцы обеих фурм были оснащены шестью ребрами толщиной 10 мм. Расстояние между первым и вторым ребрами составляло 10 мм, между вторым и третьим ребрами 8,9 мм, между третьим и четвертым 7,8 мм, между четвертым и пятым 6,7 мм и между пятым и шестым ребрами 5,8 мм. Уменьшение расстояния между ребрами (считая от первого наружного ребра) увеличивает количество ребер, идущих к дутьевому соплу фурмы.
Повышенная высота ребер по сравнению с фурмой-прототипом и уменьшение расстояния между ребрами, особенно у трех внутренних ребер, гарантированно защищает торец фурмы от обратных гидроаэродинамических ударов, не позволяя срывать гарнисаж между ребрами и на тороидальной поверхности торца фурмы, а следовательно повышать тепловую нагрузку.
Сказанное выше убедительно аргументируется работой второй фурмы с высотой ребра 36 мм (см. таблицу).
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция фурмы обеспечивает долговременную и безопасную работу.
Промышленные испытания фурмы-прототипа и предлагаемой конструкции
Тип фурмы
Расход воды на охлаждение фурмы, м<sup>3</sup>/ч
Расход воздуха, нм<sup>3</sup>/ч
Расход кислорода, нм<sup>3</sup>/ч
Расход природного газа, нм<sup>3</sup>/ч
Общий расход дутья, нм<sup>3</sup>/ч
Тепловая нагрузка на торец фурмы, ккал/м<sup>2</sup>ч
Температура расплава в зоне факела фурмы, °С
Фурма-прототип
3,2
600,0
350,0
100,0
1050,0
180000,0
1285,0
-//-
3,2
700,0
350,0
100,0
1150,0
215000,0
1290,0
-//-
3,2
750,0
370,0
100,0
1220,0
250000,0
1300,0
-//-
3,2
830,0
400,0
100,0
1330,0
300000,0
1300,0
-//-
3,2
950,0
450,0
100,0
1500,0
418000,0
1320,0
-//-
3,2
1050,0
450,0
100,0
1600,0
578500,0
1340,0
Фурмы предлагаемой конструкции:
1-ая фурма: H=0,12; B=0,05; L=0,0417
3,2
600,0
350,0
100,0
1050,0
147600,0
1285,0
-//-
3,2
830,0
400,0
100,0
1330,0
160270,0
1300,0
-//-
3,2
1050,0
450,0
100,0
1600,0
189480,0
1340,0
-//-
3,2
1100,0
500,0
100,0
1700,0
208150,0
1315,0
-//-
3,2
1250,0
550,0
100,0
1900,0
231730,0
1325,0
2-ая фурма: H=0,15; B=0,05; L=0,0417
3,2
600,0
350,0
100,0
1050,0
129700,0
1285,0
-//-
3,2
830,0
400,0
100,0
1330,0
146400,0
1300,0
-//-
3,2
1050,0
450,0
100,0
1600,0
159380,0
1340,0
-//-
3,2
1100,0
500,0
100,0
1700,0
176840,0
1315,0
-//-
3,2
1250,0
550,0
100,0
1900,0
193800,0
1325,0