Фурма доменной печи

 

1. ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, со держащая наружный и внутренний стак ны, соединенные между собой носком и фланцем, подводящую и отводящую хладагент трубки и V-образный рассекатель на носке с вогнутыми направляющими поверхностями, гребень которо го расположен против отверстия подводящей трубки, размещенной в полости охлаждения фурмы, о т л и чающая ся тем, что, с целью повышения тепловой стойкости фурмы путем интенсификации охлаждения, рассекатель расположен в нижней половине носка симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в секторе, равном 60-120 , при этом направляющие поверхности его Повернуты к внутреннему стакану, составляя с его поверхностью угол 49-90 , и снабжены ребрами, направленными от наружного стакана к внутреннему с отклонением в сторону движения струи

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1% (И) 3(р С 21 В 7 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHO!VIV СВИДЕТЕЛЬСТВУЛ-Л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3657189/22-02 (22) 01. 11.83 (46) 30. 10. 84. Бюл. Р40 (72) Г.И.Анофриев, Н.Е.Иванов, В.Ф.Ивин, И.Д.Стеценко, Б.H.Смирнов и И.И.Коркодола (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта им. М.И.Калинина (53) 669.162.22(088.8) (56) 1. Авторское свидетеяьство СССР

Ó452241, кл. С 21 В 7/16, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

91004474, кл. С 21 В 7/16, 1981. (54) (57) 1. ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, содержащая наружный и внутренний стаканы, соединенные между собой носком и фланцем, подводящую и отводящую хладагент трубки и Ч-образный рассекатель на носке с вогнутыми направляющими поверхностями, гребень которо 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, рассекатель расположен в нижней половине носка симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в секторе, равном 60-120, при этом

0 направляющие поверхности его йовернуты к внутреннему стакану, состав0 ляя с его поверхностью угол 49-90, g и снабжены ребрами, направленными от наружного стакана к внутреннему с отклонением в сторону движения струи, 1121294

2. хурма 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, на поверхности носка которой имеется 5 плоский рассекатель в виде продольной перегородки, расположенный против среза водоподводящей трубки. Струя охлаждающей воды разделяется рассекателем на две части и направляется 10 вдоль носка (1) .

Недостатками Аурмы являются значительные гидравлические потери при движении охлаждающей воды и низкая тепловая стойкость. 15

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является фурма доменной печи, содержащая наружный и внутренний стаканы, соединенные между собой носком и фланцем, 20 подводящую и отводящую хладагент труб ки в полости охлаждения и V-образный оребренный рассекатель в виде прилива на носке с вогнутыми направляющи-ми поверхностями, гребень которого 25 расположен против отверстия водоподво дящей трубки и делит поток хладагента на две части (2) .

По сравнению с приведенным аналоroM в этой фурме гидравлические поте- З0 ри сведены до минимума за счет V-обра ной формы рассекателя с вогнутыми направляющими поверхностями. Однако вследствие кольцевого движения воды в полости фурмы имеет место большая неоднородность ее линейных скоростей, которые, как показывают замеры, резко снижаются в радиальном направлении от наружного стакана к внутреннему.

Оттеснение вращающейся воды к наружно 40 му стакану создает разрежение у стенки внутреннего стакана, где толщина пограничного слоя, имеющего практически нулевую скорость и не принимающего участия в конвективном теплооб- 45 мене, относительно велика. Это затруд няет перенос тепла к охлаждающей воле н является причиной низкой стойкости угла между внутренним стаконом п направляющими поверхностями притуплена. шлаковых Аурм из-за проплавления нижней части носка при контакте с жидким чугуном, содержащимся в выпускаемом шлаке.

Кроме того, V-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 60-120 о

Пель изобретения — повышение тепловой стойкости фурмы 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 V-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 в о секторе, равном 60-120, при этом направляющие поверхности его повернуты к внутреннему стакану составляя о 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 подводимой к носку струи на нижней половине носка симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в секторе 60-120, обусловлено тем, о что именно здесь происходит проплавление стенки фурмы жидким чугуном, содержащимся в выпускаем. м из печи шлаке. В остальных участках носка, как и всей фурмы, пр(п,ивлений практически не наблюлаетгя.

1121294

Зя счет вогнутости направляющих поверхностей рассекателя создается центробежная сила давления струи на эту поверхность. При наличии поворота направляющих поверхностей к стакану фурмы эту силу можно представить в виде двух составляющих, одна из которых направлена перпендикулярно направляющей поверхностИ, а вторая к внутреннему стакану, перпендику- 1л лярно оси фурмы. В то же время вторая составляющая силы направлена противоположно центробежной силе давления струи на стенку наружного стакана и может полностью ее компенсировать при вполне определенных значениях поворота направляющей поверхности к внутреннему стакану.

Как показывает приведенный ниже расчет, вогнутые направляющие поверхности рассекателя при этом должны быть повернуты к внутреннему стакану так, чтобы составить с его поверхностью угол 49-90 . В этих условиях, о в отличие от прототипа, вся поверхность носка и прилегающей к нему части внутреннего стакана будет охлаждаться так же интенсивно, как и наружный стакан.

Условия работы шлаковой фурмы требуют, чтобы охлаждение внутреннего стакана в месте его соединения с носком было более интенсивным, чем охлаждение наружного стакана.

Однако достижение этого путем дальнейшего поворота направляющих

35 поверхностей к внутреннему стакану фурмы нежелательно, так как может привести к черезмерному заострению угла между ними, что затруднит доступ

40 туда охлаждающей воды.

Поэтому дополнительный отток охлаждающей воды к внутреннему стакану осуществляется при помощи ребер, выполненных на направляющих поверх45 ностях рассекателя так, что они направлены от наружного стакана к внутреннему с отклонением в сторону движения струи. Наличие на поверхности рассекателя направляющих ребер

59 способствует также интенсификации теп лообмена за счет увеличения активной поверхности охлаждения.

Кроме того, вершина острого угла, образованного направляющими поверх- 55 ностями рассекателя с поверхностью внутреннего стакана, выполнена притупленной, что предотвращает образование там застойньг< . он прн лннженнн охннждающей Воды.

Предлагаемая фурма отличается от известной повышенной 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 фурмы симметрично относительно вертикальной осевой плоскости фурмы в ее рабочем положении.

1Илаковая фурма 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 отводящих трубок фурмы и холодильника, в который она запрессована.

На различных доменных печах (даже в пределах одного цеха) шлаковые фурмы устанавливают как с левым, так и с правым поворотом. При этом максимальный угол поворота относительно ° вертикальной осевой плоскости сосо тавляет ЗО . Таким образом, при установке фурм только с односторонним поворотом в предельное положение сектор возможного лроллавления состав

0 ляет 6О, а при установке их в произвольное положение величина этого о сектора доходит до 12О . Поэтому размеры рассекателя ограничены сектором о

60-120 . При этом необходимо отметить, что размеры этого сектора относятся к внутреннему стакану фурмы, поскольку именно он 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 внутреннему стакану. Это приводит к тому, что струя охлаждающей воды, двигаясь ло поверхности рассекателя, а счет динамического напора и центробежной силы, вызванной кривизной ловерхности рассекателя, прижимается к но ку. Одно1121294 временно струя прижимается и к наружному стакану эа счет центробежной силы, вызванной его кривизной. Равнодействующая этих двух сил отжимает струю воды к периферии носка, способствуя ее охлаждению, тогда как охлаждение остальной части носка, особенно граничащей с внутренним стаканом, сильно ослаблено.

Для устранения силы, отжимающей 10 струю к наружному стакану, необходимо вогнутые направляющие поверхности рассекателя повернуть в сторону внутреннего стакана.

Определяют :силу действия струи 15 на участок наружного стакана, ограни. ченньи4 половиной длины рассекателя, т.е. одной направляющей поверхностью

9„=2)Q Ч ccoos

° е где P - плотность воды, Q - -расход струи, Ч - скорость струи, Π— сектор, занимаемый половиной 25 рассекателя.

Сила действия струи на участок носка, ограниченный половиной длины рассекателя, определяется аналогично й-

Pz 2/э ОЧ cos 2 где 90 - угол поворота. струи от

0 гребня рассекателя до конца направляющей поверхности. 35

Составляющая сила давления струи ка носок, направленная к внутреннему стакану, равна

Р *1

Р

1 р где p - 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

P -Р

Тогда со ((= со 55о и-с(, с05 2

Подставляя вместо угла К предельные его значения 30 и 60, получают при 04 =30 (3 = 69 54, при 0 =

=60 P = 54о44 . Однако этн пределы требуют уточнения.

Направляющие поверхности рассекате ля, расположенные в непосредственной близости от его гребня, направлены перпендикулярно к цилиндрической поверхности внутреннего стакана, так как гребень рассекателя должен бить остроконечным, чтобы не искажать острую и не создавать дополнительного гидравлического сопротивления. С удалением от гребня угол /3 постепенно уменьшается до своего оптимального значенйя.

На эффективности охлаждения указан ное явление не может заметно сказаться, так как участок направляющий поверхностей рассекателя, расположенный в непосредственной близости от его гребня, занимает незначительную площадь поверхности рассекателя.

Форма внутреннего стакана типовой шлаковой фурмы коническая. Образующая этого стакана составляет с осью фурмы угол 5 43 . С учетом этого минимальный предел угла наклона направляющей поверхности к поверхности внутреннего стакана составляет 54 44 - 5 43 = 49 01

Таким образом, оптимальные пределы угла наклона направляющей поверхности рассекателя к поверхности внутреннего стакана составляют 49-90 о

На фиг.1 изображена предлагаемая фурма, продольный разрез А-А на фиг.2, на фиг.2 — разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.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 60-120 о! 121294

Вогнутые направляющие поверхности 9 рассекателя 6 повернуты к внутреннему стакану, составляя с его поверхностью угол 49-90

С целью лучшего охлаждения на вогнутых направляющих поверхностях рассе. кателя имеются ребра 10 и впадины 11.

К фланцу 4 фурмы крепится водоотводящая труба 12.

t0

Фурма 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 внутреннего о стакана на угол 49-90 струя не отжи- 25 мается к наружному стакану 1, а равномерно по всей ширине носка 3 прижимается к его охлаждаемой поверхности.

Наличие на поверхности рассекателя ребер 10 и впадин 11, направленных от наружного стакана 1 к внутреннему 2 с отклонением в-сторону движения струи, способствует дополнительному оттоку воды к внутреннему стакану и увеличению площади активной охлаждаемой поверхности. Занимая

0 сектор 60-120 рассекатель полностью охватывает участок проплавления 40 фурмы от воздействия жидкого чугуна.

E-8

За пределами 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 фуриы 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 °

По сравнению с базовой предлагаемая фурма имеет следующие техничес-кие 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 фурми и существенно снижают непроизводительные простои доменных печей.

1121294

Составитель Ю. Серов

Техред С.Легеза

Корректор М.Демчик

Редактор И. Киштулинец Ф4 Ь

Заказ 7893/19 Тираж 539

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4