Фурма доменної печі

Винахід відносяться до машинобудування, а саме до конструкції і технології виготовлення дуттєвих фурм доменних печей. Відома фурма доменної печі, яка зміцнюється шляхом нанесення плазмою тугоплавких покриттів на основі окислу алюмінію АL2О3 [см. Кудинов В.В., Иванов В.М., «Нанесение плазмой тугоплавких покрытий» г. Москва, Машиностроение, 1981г.]. Недоліком цього способу є низький термін служби таких фурм. Відома дуттєва фурма доменної печі, вибрана авторами як прототип. Особливостями конструкції фурми є: - вода подається до переднього торця і розділяється на два потоки, що покращує гідравлічні параметри, ліквідовує застійні зони, збільшує її швидкість; - змінний перетин у переднього торця (більш вузьке в нижній частині) приводить до збільшення швидкості води; - верхня частина торця фурми потовщена до 90мм і наплавлена сормайтом, вісь фурми нахилена вниз на кут 3°. Вказані особливості поліпшили теплотехнічні дані фурми [№452241 М. Кл2. С21В, 7/16, Бюл №37 від 05.10.77]. Причиною, перешкоджаючою досягненню необхідного технічного результату, прототипом є недостатньо висока інтенсивність тепловідвода і відсутність тугоплавкого покриття на торцевій поверхні фурми, що приводить до відносно частих прогарів фурм. В основу винаходу впоставлена задача розробити конструкцію фурми володіючий високою інтенсивністю тепловідвода і захистом передньої торцевої поверхні від надмірних теплових навантажень, що у результаті виключить прогари фурм і підвищить термін їх служби. Поставлена технічна задача досягається тим, що дуттєва фурма доменної печі, що містить фланець з відвідною охолоджувач тр убкою, корпус, порожнина якого розділена в рильній частині вертикальної кільцевої перегородки з отвором для відведення охолоджувача і подовжню перегородку, що ділить потік і рильну порожнину на дві частини, зовнішній стакан мідного корпусу з'єднаний зі сталевим фланцем по всій висоті фланця, а передня торцева поверхня фурми містить лист неіржавіючої сталі товщиною 2-5мм. Загальними для відомої і пропонованої конструкції фурми є наступні ознаки: - фурма містить фланець з підводячою та відводячою охолоджувач трубками, корпус, вертикальну кільцеву перегородку і подовжню перегородку. Відмітними істотними ознаками запропонованої конструкції фурми доменної печі від прототипа є: - зовнішній стакан мідного корпусу з'єднаний зі сталевим фланцем по всій висоті фланця; - передня торцева поверхня фурми містить лист неіржавіючої сталі завтовшки 2-5мм. Наявність цих ознак дозволяє класифікувати винахід, як відповідне критерію новизна. Конструкція доменних печей передбачає кріплення до кожуха доменної печі водоохолоджуваних мідних фурмених холодильників у які за системою телескопічного сполучення вставляються фурми доменних печей. Цим забезпечується частковий тепловідвод від мідного корпусу фурми за рахунок високої теплопровідності міді. З цією метою в пропонованому винаході зовнішній стакан мідного корпусу з'єднай зі сталевим фланцем по всій висоті фланця і контактує по цій висоті з фурменим холодильником. Передача тепла фурменному холодильнику здійснюється за рахунок теплопровідності через стіну стакана і може бути визначена по формулі. tc - tc 2 Q = q ´F = 1 ´F Rc де: Q - тепловий потік через стінку (ккал/год.), q - плотность теплового потоку (ккал/м 2 х год.), F - площа поверхні (м ), tc1, tс2 - температури бічних поверхонь стін (°С), Rс - термічний опір стінки. Для однорідної стінки: d Rc = l де: d - товщина стінки l - коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки. [Справочник машиностроителя, 1963г. т. 2 стр. 193] У порівнянні з прототипом у якого з фурменим холодильником контактує тільки сталевий фланець, а зовнішній стакан корпуса фурми зварений зі сталевим фланцем, але з фурменим холодильником контакту не має, теплопередача буде інтенсивніше на: lмеди 326 = » 7 раз lстали 43,5 де: l міді - коэффициент теплопровідності міді при 1100°C=326ккал/м. год. град. l сталі - коефіцієнт теплопровідності ст. 20 при 1100°C=43,5ккал/м. год. град. Таким чином, у фурми прототипу тепловіддача йде в основному за рахунок циркулюючої через фурму води, але при різких підвищеннях теплових навантажень це приводить до кипіння води і утворення парових міхурів, погіршуючи х тепловіддачу і утворенню прогарів. З метою поліпшення теплоз'єма в самій напруженій передній частині фурми, де можливі локальні надмірні теплові навантаження, які важко нейтралізувати існуючим водяним охолоджуванням, передня торцева поверхня фурми містить лист неіржавіючої сталі завтовшки 2-5мм. Це проводиться під час штампування рильця фурми. При цьому на дно матриці штампу поміщається нагрітий до 1000°С диск з неіржавіючої сталі аустенітного класу, наприклад, Х25Н20С2 і зверху на нього встановлюється мідна заготівка також нагріта до 1000°С. При штампуванні між міддю рильця і неіржавіючим диском виникає пресове зварювання, що володіє високої міцністю. Отримана двошарова стінка має термічний опір, який визначається по формулі: Rcm=R 1+R2 де: R1=d1/l1 - термічний опір першого шару з неіржавіючої сталі наприклад, Х25Н20С2, d1 - товщина неіржавіючого диска, l1 - коефіцієнт теплопровідності сталі Х25Н20С2. R2=δ2/λ2 - термічний опір 2-го шару з міді d2 - товщина мідного шару, l2 - коефіцієнт теплопровідності міді. Температура багатошарової стінки на межі між першим і другим шаром tc1,2 визначається: æd d ö t c1,2 = t c1 - qç 1 + 2 ÷ град.С çl l2 ÷ è 1 ø [Справочник машиностроителя, 1963г., т. 2, стр. 193]. З формули видно, що із збільшенням товщини неіржавіючого диска d1 і зменшенням його теплопровідності l1, температура на межі неіржавіючого диска з міддю знижується, тим самим, підвищуючи інтенсивність тепловідвода. Неіржавіюча сталь Х25Н20С2 володіє підвищеною жаростійкістю в порівнянні з іншими неіржавіючими сталями аустенітного класу, коефіцієнтом теплопровідності l=11 ккал/м.год. град, що в 30 разів менше теплопровідності міді, температура плавлення. В таблиці приведені результати випробування зразків. З таблиці видно, що інтенсивність тепловідвода при товщині неіржавіючого диска 1 мм дещо вищий, ніж при його відсутності і складає 70/50=1,4 раза; при товщині диска 3 мм інтенсивність тепловідвода вище в 70/30=2,3 рази; при товщині 5мм вище в 70/25=2,8 рази. Таким чином установка диска завтовшки менше 1мм і більше 5мм не доцільні. З таблиці також видно, що у разі контакту з фурменим холодильником мідного стакана корпусу фурми інтенсивність теплоотвода в 70/35=2 рази вище, ніж у разі контакту з фурменим холодильником сталевого фланця. Таким чином, характер прояву запропонованих істотних ознак забезпечує досягнення необхідного результату, що полягає в розробці конструкції фурми, володіючою більш високою інтенсивністю тепловідвода, що забезпечує зменшення прогарів фурм і підвищення їх терміну служби. Запропонована конструкція фурми доменної печі пояснюється кресленням, де представлений вертикальний розріз фурми. Фурма складається з рильця 1, зовнішнього мідного стакана 2, внутрішнього стакана 3, фланця 4, трубки, що подає охолоджувач 5, неіржавіючого листа 6, звареного пресовою зваркою з торцем рильця 1. Підвищення інтенсивності тепловідводу відбувається за рахунок того, що зовнішній мідний стакан повністю закриває сталевий фланець і входить в безпосередній контакт з фурменим холодильником. Кріплення зовнішнього стакана до фланця провели за допомогою автоматичної зварки мідного дроту діаметром 4мм під флюсом АН-8. Неіржавіючий лист 6 із сталі Х25Н20С2 у вигляді диска завтовшки 3мм з отвором діаметр 160 мм під час штампування рильця нагрівали в печі до 1000°С і задали в матрицю штампу для рильця. На нього зверху встановили, нагріту до 1000°С мідну заготівку рильця і провели осадку. Під час осадки відбувалася пресова зварка двох пластичних тіл. Міцність з'єднання була задовільною. Випробування пропонованої конструкції в умовах діючи х печей показали, що вона володіє підвищеною стійкістю. Таблиця 1 № п/п Конструкція зразка і види випробувань 1 Варіанти випробувань 1 2 3 Запропонована конструкція мідна пластина, але без біметалічної пластини + неіржавіюча сталь в основі 1.1 1.2 1.3 1.4 2. 2.1 2.2. 2.3 2.4 2.5 Нагрів зразка. Час нагріву (хв.) Температура нагріву зразка (°С) Температура нагріву води (°С) Інтенсивність тепловідводу порівняно з прототипом (од.) Запропонована конструкція мідна пластина з біметалічною пластиною неіржавіюча сталь + мідь в основі Товщина неіржавіючої пластини (мм) Час нагріву зразка (хв.) Температура нагріву зразка (°С) Температура нагріву води (°С) Інтенсивність тепловідвода порівняно з прототипом (од.) Прототип: мідна пластина і на торці приварена сталева пластина 45 45 100 70 200 35 2 1 1 45 70 50 3 45 40 30 5 45 30 25 Прототип: мідна пластина і на торці також мідь, 45 70 70 1,4 2,3 2,8 1,0