Воздушная фурма доменной печи

Реферат

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при подготовке к работе воздушных фурм доменных печей.

Известно, что на воздушные фурмы приходится около 30% всех тепловых потерь в доменной печи. При этом в обычных условиях работы доменной печи, через рыльную часть, наружный и внутренний стаканы фурмы уходит соответственно порядка 18, 36 и 46% тепла, уносимого водой, охлаждающей фурму. Одним из путей снижения данных тепловых потерь является установка теплоизолирующей вставки с низкой теплопроводностью во внутреннем стакане. Трудности эксплуатации фурм с такой вставкой объясняются хрупкостью вставки и большим различием температурных коэффициентов линейного расширения материалов вставки и меди, из которой изготовлена фурма.

Известна воздушная фурма доменной печи, содержащая теплоизолирующую вставку в дутьевом канале, установленную с воздушным зазором по отношению к поверхности дутьевого канала (Патент Японии №2240207, МПК C21B 7/16, 1990).

Недостатками данного технического решения являются то, что не регламентируются толщина керамической вставки и величина воздушного зазора от поверхности дутьевого канала до керамической вставки. Это может приводить к разрушению теплоизолирующей вставки во время ее установки и эксплуатации, а также к повышению тепловых потерь через дутьевой канал фурмы.

Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является воздушная фурма доменной печи, содержащая керамическую вставку толщиной не менее 8,0 мм в дутьевом канале, установленную с воздушным зазором по отношению к внутреннему стакану (Патент РФ №144987, МПК C21B 7/16, 2014).

Недостатком данного технического решения является то, что величина воздушного зазора 0,5-0,7 мм между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом определяется в «холодном состоянии», то есть при установке теплоизолирующей вставки в дутьевой канал.

23 стр., 11387 слов

Производство чугуна в доменной печи

... ее укладки и эффективного использования газового потока. Чтобы судить о газопроницаемости шихты в доменной печи и о том, насколько хорошо протекают теплообменные и хими­ческие процессы между ... здесь наблюдаются наибольшие темпе­ратуры. 2.2 Удаление влаги Шихта, загружаемая в доменную печь, содержит гигроско­пическую влагу (например, в коксе 0,5-5 %), а иногда гид­ратную влагу. Гигроскопическая влага ...

В процессе эксплуатации фурмы тепловое расширение вставки может превысить тепловое расширение внутреннего стакана на величину более установленного зазора между ними, что приведет к появлению трещин на вставке и преждевременному ее разрушению.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкости теплоизолирующей вставки в процессе эксплуатации фурмы доменной печи.

Технический результат достигается тем, что в воздушной фурме доменной печи, содержащей теплоизолирующую вставку в дутьевом канале, установленную с воздушным зазором по отношению к внутреннему стакану, согласно изобретению наружный радиус вставки определяют с учетом теплового расширения ее и внутреннего стакана по формуле

где r 1 — наружный радиус теплоизолирующей вставки «в холодном состоянии», мм;

r 2 — радиус внутреннего стакана со стороны дутьевого канала в «холодном состоянии», мм;

α 1 — температурный коэффициент линейного расширения материала теплоизолирующей вставки, °C-1 ;

α 2 — температурный коэффициент линейного расширения материала внутреннего стакана, °C-1 ;

Δt 1 — изменение температуры теплоизолирующей вставки при нагреве, °C;

Δt 2 — изменение температуры внутреннего стакана при нагреве, °C;

  • b=0,5÷0,7 — требуемый воздушный зазор между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом в рабочем состоянии, мм.

Расчет наружного радиуса теплоизолирующей вставки «в холодном состоянии» по формуле (1) позволяет установить теплоизолирующую вставку по отношению к внутреннему стакану с зазором, учитывающим последующее тепловое расширение теплоизолирующей вставки и внутреннего стакана в процессе работы (нагрева) фурмы. Кроме того, расчет наружного радиуса теплоизолирующей вставки «в холодном состоянии» по формуле (1) предотвращает динамические нагрузки на вставку при установке фурмы в печь и в процессе эксплуатации, а также способствует снижению тепловых потерь через внутренний стакан.

Изобретение справедливо как для цилиндрического, так и для конического дутьевого канала. Изобретение для цилиндрического дутьевого канала поясняется чертежом, на котором изображено сечение воздушной фурмы доменной печи.

Фурма состоит из наружного (1) и внутреннего (2) стаканов, сваренных по краям с рыльной частью (3) и фланцем (4).

В дутьевой канал (5) устанавливают теплоизолирующую вставку (6) с образованием воздушного зазора (7) между внутренним стаканом (2) и теплоизолирующей вставкой (6).

Для конического дутьевого канала необходимо по формуле (1) рассчитать величину наружного радиуса вставки у рыльной части и у фланца фурмы.

При недостаточном наружном радиусе теплоизолирующей вставки (менее чем рассчитанным по формуле (1)) величина воздушного зазора между ней и внутренним стаканом велика, что приводит к преждевременному разрушению вставки, так как возрастают динамические нагрузки на вставку при установке фурмы в печь и в процессе эксплуатации.

Превышение необходимого наружного радиуса теплоизолирующей вставки (более чем рассчитанного по формуле (1)) недопустимо сокращает величину воздушного зазора между ней и внутренним стаканом, что приводит к значительному увеличению тепловых потерь через внутренний стакан и преждевременному разрушению вставки, так как вставка упирается во внутренний стакан из-за разницы их теплового расширения.

13 стр., 6164 слов

Двигатель внутреннего сгорания ВАЗ

... меток регулируются натяжение ремня и зазоры А в клапанном механизме. Порядок работы двигателя. Для плавной работы многоцилиндрового двигателя и уменьшения неравномерных нагрузок на коленчатый вал рабочие процессы в ... левая опоры имеют одинаковое устройство и состоят из наружной стальной обоймы и внутренней алюминиевой втулки, между которыми находится привулканизированная к ним резина. Задняя опора ...

Пример 1.

В цилиндрический дутьевой канал воздушной фурмы требовалось установить корундовую теплоизолирующую вставку толщиной 8,0 мм с воздушным зазором по отношению к медному внутреннему стакану.

Радиус внутреннего стакана со стороны дутьевого канала (r 2 ) составил 81,5 мм. Температурные коэффициенты линейного расширения корунда и меди составили α1 =6,5⋅10-6 °С-1 и α2 =16,6⋅10-6 °C-1 соответственно. Средние температуры теплоизолирующей вставки и внутреннего стакана фурмы, в рабочем состоянии, приняли 1010°C и 85°C соответственно (определены на основании работы предыдущей фурмы до ее замены).

Начальные температуры теплоизолирующей вставки и внутреннего стакана составили 30°C. Следовательно, Δt1 =980°C, a Δt2 =55°C. Величину требуемого воздушного зазора между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом в рабочем состоянии приняли b=0,5 мм.

Наружный радиус теплоизолирующей вставки определили по формуле (1)

r 1 =(81,5⋅(1+16,6⋅10-6 ⋅55)-0,5)/(1+6,5⋅10-6 ⋅980)≈80,6 мм.

Теплоизолирующую вставку толщиной 8,0 мм изготовили с наружным радиусом 80,6 мм. Зазор между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом выставили с помощью металлических прокладок толщиной 0,9 мм.

Фурму с теплоизолирующей вставкой установили в печь. Срок службы фурмы составил 163 дня (до использования указанного технического решения срок службы теплоизолирующей вставки не превышал 132 суток).

Причина замены фурмы — прогар рыльной части. Вставка после замены фурмы осталась целой.

Пример 2.

В конический дутьевой канал воздушной фурмы требовалось установить корундовую теплоизолирующую вставку толщиной 8,0 мм с воздушным зазором по отношению к медному внутреннему стакану.

Радиус внутреннего стакана со стороны дутьевого канала у рыльной части (г 2 р) составил 90,0 мм, у фланца (r ) составил 115,0 мм. Температурные коэффициенты линейного расширения корунда и меди составили α1 =6,5⋅10-6 °C-1 и α2 =16,6⋅10-6 °C-1 соответственно.

Средние температуры теплоизолирующей вставки и внутреннего стакана фурмы, в рабочем состоянии, приняли 1030°C и 90°C соответственно (определены на основании работы предыдущей фурмы до ее замены).

Начальные температуры вставки и внутреннего стакана составили 30°C. Следовательно, Δt 1 =1000°C, a Δt2 =60°C. Величину требуемого воздушного зазора между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом в рабочем состоянии приняли b=0,7 мм.

Наружный радиус вставки определяли по формуле (1)

у рыльной части

r =(90⋅(1+16,6⋅10-6 ⋅60)-0,7)/(1+6,5⋅10-6 ⋅1000)≈88,8 мм;

у фланца

r =(115⋅(1+16,6⋅10-6 ⋅60)-0,7)/(1+6,5⋅10-6 ⋅1000)≈113,7 мм.

Теплоизолирующую вставку толщиной 8,0 мм изготовили с наружными радиусами 88,8 мм у рыльной части и 113,7 мм у фланца. Зазор между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом выставили с помощью металлических прокладок толщиной 1,2 мм у рыльной части и толщиной 1,3 мм у фланца.

32 стр., 15728 слов

Проектирование участка механического цеха для обработки детали-представителя ...

... чертежа детали и анализ детали на технологичность Деталь - стакан подшипника - достаточно жёсткая, все поверхности доступны для обработки ... Квалитет точности размеров наружных поверхностей - 7. Квалитет точности внутренних поверхностей - 7. Параметр шероховатости поверхности - Ra ... на которое необходимо иметь запас деталей для бесперебойной работы сборочного цеха: 2-3 дня для крупных деталей; 5-7 ...

Фурму с теплоизолирующей вставкой установили в печь. Срок службы фурмы составил 177 сут (до использования указанного технического решения срок службы теплоизолирующей вставки не превышал 132 сут).

Причина замены фурмы — прогар рыльной части. Вставка после замены фурмы осталась целой.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить срок службы теплоизолирующей вставки в процессе эксплуатации фурмы доменной печи.

Воздушная фурма доменной печи, содержащая теплоизолирующую вставку в дутьевом канале, установленную с воздушным зазором по отношению к внутреннему стакану, отличающаяся тем, что наружный радиус теплоизолирующей вставки определен с учетом теплового расширения материала вставки и материала внутреннего стакана по формуле

r 1 =(r2 ⋅(1+α2 ⋅Δt2 )-b)/(1+α1 ⋅Δt1 ),

где r 1 — наружный радиус теплоизолирующей вставки «в холодном состоянии», мм;

r 2 — радиус внутреннего стакана со стороны дутьевого канала «в холодном состоянии», мм;

α 1 — температурный коэффициент линейного расширения материала теплоизолирующей вставки, °C-1 ;

α 2 — температурный коэффициент линейного расширения материала внутреннего стакана, °C-1 ;

Δt 1 — изменение температуры теплоизолирующей вставки при нагреве, °C;

Δt 2 — изменение температуры внутреннего стакана при нагреве, °C;

  • b=0,5÷0,7 — требуемый воздушный зазор между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом в рабочем состоянии, мм.