Дуттьова фурма доменної печі і спосіб нанесення захисного покриття на дуттьову фурму доменної печі

1 Дуттьова фурма доменної печі, яка містить МІДНІ внутрішній і ЗОВНІШНІЙ стакани по торцях з'єднані сталевим фланцем і мідною «рильною» обичайкою з захисним покриттям, ЗОВНІШНІЙ шар якого виконаний з двооксиду цирконію, яка відрізняється тим, що захисне покриття, нанесене на всю робочу поверхню мідної частини фурми, при цьому товщина першого шару захисного покриття, виконаного з оксидів або їхніх сумішей з домішкою 4±0,2 % двооксиду титану становить 1-5 мм, а товщина другого шару з двооксиду цирконію Винаходи відносяться до чорної металургії і можуть бути використаним при виплавлянні чавуну в доменних печах із використанням мідних, охолоджуваних водою дуттьових (повітряних) фурм і при виробництві таких фурм Незважаючи на зусилля доменщиків проблема підвищення СТІЙКОСТІ фурм доменних печей дотепер не вирішена Згідно ЗІ статистичними даними, на заводах України за 1997 рік у доменних цехах було змінено близько 2500 фурм (Труды Международного конгресса доменщиков -Производство чугуна на рубеже столетий Днепропетровск - Кривой Рог, июнь 1999 г, с 347) Недостатня протипрогарна СТІЙКІСТЬ фурм є причиною того, що середня СТІЙКІСТЬ фурм становить всього 3 -ь 4 місяця Низька СТІЙКІСТЬ фурм призводить до високої витрати дефіцитної й дорогої МІДІ на виготовлення фурм Збитки виробництва на зупинках доменних печей для зміни фурм тільки на заводах України становить 0,2 мм 2 Фурма по п 1, яка відрізняється тим, що захисне покриття нанесене на усю внутрішню і зовнішню робочу поверхню внутрішнього і зовнішнього стаканів і «рильної» обичайки 3 Спосіб нанесення захисного покриття на дуттьову фурму доменної печі, за яким на підготовлену шляхом абразивного зняття верхнього шару й нанесення підшару поверхню фурми напилюють оксиди, який відрізняється тим, що газополум'яним напилюванням наносять внутрішній шар товщиною 1 мм з оксидів або їхніх сумішей з домішкою 4±0,2 % двооксиду титану, нарощують цей шар до 5 мм, а потім газополум'яним напилюванням наносять шар двооксиду цирконію товщиною 0,2 мм 4 Спосіб по п 3, який відрізняється тим, що нарощування шару з оксидів або їхніх сумішей з домішкою 4±0,2 % двооксиду титану роблять газотермічним наплавлюванням становлять 200 - 250тис т /рік Не футероване мідне тіло фурми приводить до великих утрат тепла з охолоджувальною водою з боку гарячого дуття (внутрішній стакан) і з боку фурменої зони горна (ЗОВНІШНІЙ стакан і передня "рильна" частина) Відома дуттьова фурма доменної печі, яка має внутрішній і ЗОВНІШНІЙ МІДНІ КОНІЧНІ стакани і «ри льну» мідну обичайку з рифленою поверхнею На внутрішній стакан і рифлену обичайку нанесено жаростійкий захисний шар із залізохромалюмінієвого сплаву, який має товщину 1,0 - 1,5 від товь щини стінки корпуса З'єднуючий стик між внутрішнім стаканом й обичайкою покрито обмазкою з двоокисом цирконію (АС СРСР № 576341, МПК С21В7/16, 1976р) Дуттьова фурма з такою конструкцією захисту не ізолює ЗОВНІШНІЙ стакан від високих температур горна доменної печі і від прогару стакана, який звичайно, відбувається на доменних печах при 49411 ЗМІНІ гарнісажа Залізохромалюмінієвий сплав не теплоізолятор, тому що має високий коефіцієнт теплопровідності, що знижує тепловий захист фурми Крім того, потрібна прецизійна технологія при заливанні жаростійкого сплаву в піщані форми, про що в описі винаходу говориться - «мідна частина фурми може оплавитися» Крім цього, при потраплянні шлаку з чавуном у канал фурми, очищення каналу при зупинці печі буде важким, тому що чавун і шлак зварюються із залізохромалюмінієвим сплавом Відомий спосіб нанесення захисного покриття на дуттьову фурму доменної печі, при якому облицьовування внутрішнього стакана і «рильної» рифленої обичайки здійснюють методом лиття в піщану форму жаростійким залізохромалюмінієвим сплавом товщиною 1,0 -ь 1,5 товщини стінки корпуса Після покриття внутрішнього стакана і «рильної» рифленої обичайки їх з'єднують звареним швом, який потім замазують вогнетривкою обмазкою на основі Zn 2 (А С СРСР № 576341 , МПК С21В 7/16,1976 р) Виготовлення рифленої поверхні «рильної» частини фурми (обичайки) можливо на токарському верстаті з відходами дорогої МІДІ Неоднорідність теплоізоляційного шару усередині фурми замазування шва після приварювання «рильної» обичайки до внутрішнього й зовнішнього стаканів фурми обмазкою на основі Zn 2 призведе до появи тріщин у цьому МІСЦІ і наступній ерозії шару При потраплянні шлаку з чавуном у канал фурми очищення її при зупинці буде важким і призведе до руйнування захисту (чавун і шлак сплавляються із задізохромалюмінієвим сплавом) Даний спосіб нанесення захисного покриття прецизійний, що й обмовляється в описі -«мідна частина фурми може оплавитися» Відома також дуттьова фурма доменної печі (А С СРСР № 798178, МПК С21В 7/16, 1979р ), що містить охолоджуваний водою корпус, який в свою чергу складається з зовнішнього й внутрішнього мідних стаканів, по торцях з'єднаних мідною «рильною» обичайкою і сталевим фланцем Така фурма після її ВІДПОВІДНОГО підготування до процесу покриття в спеціальній камері оксидною плівкою фтористої МІДІ по всій робочій поверхні має повну конструкцію захисту При цьому внутрішній стакан захищається від теплового впливу гарячого (1000 -ь 1200°С) дуття, ЗОВНІШНІЙ стакан і «рильна» частина фурми (обичайка) від теплового впливу газів фурменої зони горна печі і від прогарів при потраплянні чавуна і шлаку Фурма покрита оксидною плівкою фтористої МІДІ по усій внутрішній і ЗОВНІШНІЙ поверхні, що є більш прогресивним підходом, і, на думку авторів, підвищує СТІЙКІСТЬ фурми Однак в описі до винаходу не вказана товщина плівки На нашу думку очікувана товщина плівки, виходячи з опису процесу покриття, може становити 0,1 0,2мм, що з погляду теорії теплопередачі і захисту від прогарів зовсім недостатньо, тому що механізм прогару фурм полягає в наступному (С М Андоньев и др «Охлаждение доменных печей» Москва, Металлургия, 1972, с 275) Рідкий чавун, потрапляючи на охолоджувану поверхню, викликає різке підвищення температури стінки й утворення стійкої парової плівки (плівкове кипіння), що ізолює поверхню фурми в МІСЦІ контакту від маси води У результаті різкого погіршення теплообміну температура стінки підвищується до температури плавлення МІДІ, фурма прогорає Відомий спосіб нанесення захисного покриття на дуттьову фурму доменної печі (А С СРСР № 798178, МПК С21В 7/16, 1979 р ) за яким на сталевому фланці фурми загвинчують заглушки на отворах для охолоджувальної води й обварюють кінець трубки для введення добавок по поверхні сталевого фланця Кульову поверхню фланця покривають парафіном, щоб не піддавати и впливу фтору Після ЦЬОГО фурму поміщають у герметичну шафу, подають у шафу фтор, суміш повітря з фтором витісняють у поглинальне вмістилище, потім після «промивання» об'єму шафи й наповнення його чистим фтором фурму витримують у шафі заданий час Мідь реагує із фтором по реакції Cu + F2 = CuF2, утворюючи на поверхні фурми щільну оксидну плівку, непроникну для самого фтору, що виявляє інертність і в інших агресивних середовищах Перед витягом фурми із шафи необхідно фтор із його об'єму витиснути азотом у поглинальне вмістилище Таким чином, технологія покриття робочого тіла фурми трудомістка, складна і небезпечна Крім того, в технології покриття немає фази очищення стаканів і «рильної» частини фурми від окислів МІДІ (перед покриттям), тому реакція Cu + F2 буде обмеженою, а плівка не цільною по оброблюваній поверхні, що знизить и якість Технологія покриття надзвичайно шкідлива, і навряд чи може бути здійснена у виробничих умовах (Правила безопасности в газовом хозяйстве предприятий черной металлургии, ПБГЧМ-86, Москва, «Металлургия», 1987г) Найбільш близьким до пропонованої дуттьової фурми доменної печі по сукупності суттєвих ознак і по технічній сутності є дуттьова фурма описана в статті «Плазменное напыление дутьевых фурм доменных печей» ( Журнал «Автоматическая сварка», 1988, №1, с54,55) Дуттьова фурма доменної печі складається з мідних внутрішнього і зовнішнього стаканів по торцях з'єднаних сталевим фланцем і мідною «рильною» обичайкою Фурма має композиційний захисний покрив, який складається з підшару нікелю товщиною 0,2мм, оксидно-металевого шару товщиною 0,4мм, а ЗОВНІШНІЙ шар виконаний з двооксиду цирконію і має товщину 0,8мм Вадою такої конструкції фурми є те, що основний захисний шар має малу товщину (0,4 + 0,8 = 1,2мм, де 0,4 - оксидно-металевий шар, 0,8 - шар двооксиду цирконію) Внутрішній стакан фурми взагалі не теплоізолюється по теплових потоках від гарячого дуття до охолоджувальної фурму води Мала товщина захисного шару, що покриває не всю робочу поверхню фурми, призводить до великих тепло втрат з охолоджувальною фурму водою, а також до поганого протипрогарного захисту, до великої імовірності утворення стійкої паро 49411 воі плівки і прогару тіла фурми при потраплянні на нього чавуну й шлаку Найбільш близьким до описуваного способу нанесення захисного покриття на дуттьову фурму, є спосіб, описаний у статті «Плазменное напыление дутьевых фурм доменных печей» (Журнал «Автоматическая сварка», 1988, № 1, с 54,55) Поверхню фурм перед напилюванням піддають дробеструминному оброблянню сталевим колотим дробом зернистістю 0,8 1,1мм, підшар нікелю плазмовим способом наносять на мідну поверхню фурми (основу), потім роблять плазмове напилювання оксидно-металевого шару і шару двооксиду цирконію на зовнішню поверхню фурми (ЗОВНІШНІЙ стакан і зовнішня частина «рильної» обичайки фурми) Плазмове напилювання такого композиційного покриття на зовнішню поверхню фурми (ЗОВНІШНІЙ стакана і «рильна» обичайка) дозволяє підвищити їхню СТІЙКІСТЬ у порівнянні із серійними фурмами на 30%, що є недостатнім через великі витрати на обробляння Вадою такого способу нанесення захисного покриття є те, що підшар нікелю товщиною 0,2мм наносять на мідну поверхню фурми (основу) після обробляння сталевим колотим дробом зернистістю 0,8 1,1мм Руйнування покриття відбувається, головним чином, унаслідок відшарування окремих ДІЛЯНОК ВІД ОСНОВИ У запропонованій удосконаленій дуттьовій фурмі доменної печі шляхом нанесення теплоізоляційного і протипрогарного двошарового покриття з указаних матеріалів і заданої товщини на усю внутрішню (з боку гарячого дуття) і зовнішню (із боку горна печі) робочу поверхню и мідної частини, без зміни конструкції фурми, досягається значне підвищення захисту мідного тіла фурми від прогарів При цьому знижується теплове навантаження на охолоджуючу фурму воду та віддалення плівкового кипіння при попаданні на тіло фурми чавуну й шлаку Крім цього в процесі експлуатації фурми двошаровий захист може бути само відновлюваний за рахунок само футерування золою, яка є компонентом шлаку Поставлена задача вирішується тим, що дуттьова фурма доменної печі, складається з мідних внутрішнього й зовнішнього стаканів по торцях з'єднаних сталевим фланцем і мідною «рильною» обичайкою з нанесеним на всю робочу поверхню мідної частини фурми захисним покриттям При цьому перший, внутрішній шар захисного покриття виконаний з оксидів або їх сумішей із домішкою 4 + 0,2% двооксиду титана має товщину 1 -ь 5мм, а другий, ЗОВНІШНІЙ шар із двооксиду цирконію має товщину 0,2мм Загальним із прототипом, є те, що дуттьова фурма доменної печі складається з мідних внутрішнього й зовнішнього стаканів по торцях з'єднаних сталевим фланцем і мідною «рильною» обичайкою Фурма має захисне покриттям, ЗОВНІШНІЙ шар якого виконаний з двооксиду цирконію ВІДМІННІСТЬ ВІД прототипу в тому, що захисне покриття нанесене на всю робочу поверхню мідної частини фурми Перший шар захисного покриття виконаний з оксидів або їхніх сумішей з домішкою 4 -ь 0,2% двооксиду титану має товщину 1 -ь 5мм Другий шару з двооксиду цирконію має товщину 0,2мм У кращому варіанті виконання захисне покриття нанесене на усю внутрішню і зовнішню робочу поверхню внутрішнього й зовнішнього стаканів і «рильну» обичайки Нанесення захисного покриття на всю робочу поверхню мідної частини фурми дозволяє одержати футеровану вогнетривкими матеріалами фурму Вогнетривкі матеріали захисного шару в силу низького коефіцієнта теплопровідності знижують нагрівання охолоджувальної фурму води гарячим дуттям, подаваним через внутрішній стакан фурми в доменну піч, і гарячим горновим газом Крім того, вогнетривкі матеріали захисного шару в силу високої температури плавлення (1700 -ь 2000°С) і низького коефіцієнта теплопровідності захищають мідну частину від прогару при потраплянні на її тіло чавуну й шлаку, що кореспондується з механізмом прогару мідного тіла фурми Перший шар захисного покриття виконано з оксидів або їхніх сумішей з домішкою 4 -ь 0,2% двооксиду титану Це необхідно для того, щоб захисний шар разом з високою вогнетривкістю захищав мідне тіло фурми від нагрівання і перегрівання, захищаючи від плавлення МІДІ (прогарів), протистоячи зносу, викликаного абразивним впливом коксу, який циркулює при горінні перед фурмами Доцільно мати внутрішній шар товщиною до 5мм Покажемо це на такому прикладі Визначимо КІЛЬКІСТЬ тепла, що відбирається охолоджуваною фурмою через усю и робочу поверхню (Линчевский В П «Металлургические печи» Главная редакция литературы по ЧМ, МоскваЛенинград, 1936г, с 115) 1 Фурма без обробки (серійна) q = К (Тг-Тв), ккал/м2 х година де К - коефіцієнт опору проходу тепла, ккал/м х годинах °С, Тг -температура в горні біля фурми, °С, Тв- температура води уфурмі, °С ,ккал/м х годинах С, де а - коефіцієнт теплопередачі СТІНЦІ фурми від газів горна, ккал/м2 х годинах °С, 5 - товщина стінки фурми, мм, X - коефіцієнт теплопровідності червоної МІДІ, ккал/м2 х годинах °С, аг - коефіцієнт теплопередачі від стінки фурми до води, ккал/мх годинах °С, Приймаємо Т г = 1600°С, Т в = 30°С, оц = 400ккал/м2 х годинах °С, 5 = 8,0мм, Хм =300ккал/м х годинах °С, аг = 5000ккал/м2 х годинах °С, а) Вода, що охолоджує тіло фурми, забирає від газів печі тепла (зовнішня поверхня фурми) Krf=~ J _ 0,008 400 300 — = — = 366,75 ккал/м2х г: 00 2 + , 0 0 6 + , 0 2 , 0 5 00 0 2 6 00 0 Ч„=366,75х(ї600-30)=575 797 ккал/м* хгодина. Зовнішня поверхня (площа) фурми (FH, M) складається (фиг 1) із площі зовнішнього стакана 49411 фурми і торцевої площі передньої «рильної» частини фурми 2--» - і л 0,290 ода + 2 2 0,460 + 0,407 . г 15=0,49м , FH=575 797 х 0,49=282140 ккал/година б ) Охолоджувальна тіло фурми вода забирає від гарячого (1000°С) дуття тепла (внутрішній стакан фурми) 2 q B H = 366,75 х (1000 - ЗО) = 355 747ккал/м х година Поверхня (площа) внутрішнього стакану -> ід0ДІ9-(М50 0,460*0,407 3,14—— x F B H -2JT Qm=4