EA201591999A1 20160531 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2016\PDF/201591999 Полный текст описания [**] EA201591999 20140502 Регистрационный номер и дата заявки AU2013901599 20130506 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок AU2014/000487 Номер международной заявки (PCT) WO2014/179825 20141113 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [PDF] eaa21605 Номер бюллетеня [**] ФУРМА ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ Название документа [8] F27B 3/18, [8] C21C 5/42, [8] C21B 7/24 Индексы МПК [AU] Пайлот Жак, [AU] Драй Родни Джеймс, [AU] Хаттон Майкл Энтони Сведения об авторах [AU] ТЕКНОЛОДЖИКАЛ РЕСОРСИЗ ПТИ. ЛИМИТЕД Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201591999a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Фурма для введения твердых веществ, содержащая (а) трубку, которая определяет проход для твердого загрузочного материала для введения через трубку и имеет впускное отверстие для твердого материала на заднем конце и выпускное отверстие для выгрузки твердого материала на переднем конце трубки, и (b) систему обнаружения прорывов для обнаружения прорыва в трубке для введения твердых веществ.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Фурма для введения твердых веществ, содержащая (а) трубку, которая определяет проход для твердого загрузочного материала для введения через трубку и имеет впускное отверстие для твердого материала на заднем конце и выпускное отверстие для выгрузки твердого материала на переднем конце трубки, и (b) систему обнаружения прорывов для обнаружения прорыва в трубке для введения твердых веществ.


ФУРМА ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
5 Настоящее изобретение относится к фурме для введения твердого
материала в сосуд, такой как сосуд прямого плавления на основе плавильной ванны, для производства расплавленного металла, такого как железо.
Настоящее изобретение также относится к способу и устройству для плавления металлсодержащего материала, такого как железосодержащий 10 материал, такой как железная руда, и производства расплавленного чугуна.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известный плавильный способ на основе плавильной ванны обычно 15 называется способом "HIsmelt" и описан в значительном количестве патентов и патентных заявок на имя заявителя.
Способ HIsmelt применяют для плавления металлсодержащего материала в
целом, но особенно связан с производством расплавленного чугуна из железной
руды или другого железосодержащего материала.
2 0 В контексте производства расплавленного чугуна способ HIsmelt включает
этапы:
(a) образования ванны расплавленного чугуна и шлака в главной камере сосуда прямого плавления;
(b) введения в плавильную ванну: (i) железной руды, обычно в форме
2 5 мелочи; и (ii) твердого углеродсодержащего материала, обычно угля, который
действует как восстановитель загрузочного материала железной руды и источник энергии;и
(c) плавления железной руды в железо в ванне.
Термин "плавление" в данном документе понимается как обозначающий
3 0 термическую обработку, в которой химические реакции, которые
восстанавливают оксиды металла, происходят для производства расплавленного металла.
В способе HIsmelt твердые загрузочные материалы в форме металлсодержащего материала (который может быть предварительно нагрет) и углеродсодержащего материала вводят с несущим газом в расплавленную ванну через ряд охлаждаемых водой фурм для введения твердых веществ, которые 5 наклонены по отношению к вертикали, так чтобы проходить вниз и внутрь через боковую стенку главной камеры плавильного сосуда и в нижнюю область сосуда, так чтобы доставлять, по меньшей мере, часть твердых загрузочных материалов в металлический слой в нижней части главной камеры. Твердые загрузочные материалы и несущий газ проникают в плавильную ванну и вынуждают
10 расплавленный металл и/или шлак выступать в пространство над поверхностью ванны и образовывать переходную зону. Струю кислородсодержащего газа, обычно обогащенного кислородом воздуха или чистого кислорода, вводят в верхнюю область главной камеры сосуда через проходящую вниз фурму, чтобы вызывать дожигание газов реакции, освобожденных из плавильной ванны в
15 верхней области сосуда. В переходной зоне имеется благоприятная масса
восходящих, а затем нисходящих капель или брызг, или потоков расплавленного металла и/или шлака, которые обеспечивают эффективную среду для передачи в ванну тепловой энергии, генерируемой дожигающимися газами реакции над ванной.
2 0 Как правило, в случае производства расплавленного чугуна, когда
применяют обогащенный кислородом воздух, обогащенный кислородом воздух генерируют в воздухонагревателях и подают при температуре порядка 1200°С в верхнюю область главной камеры сосуда. Если применяют холодный кислород технического сорта, холодный кислород технического сорта, как правило, подают
2 5 в верхнюю область главной камеры при температуре окружающей среды или
близкой к ней.
Отходящие газы, получающиеся в результате дожигания газов реакции в плавильном сосуде, забирают из верхней области плавильного сосуда через трубопровод отходящего газа.
3 0 Плавильный сосуд включает главную камеру для плавления
металлсодержащего материала и передний горн, соединенный с главной камерой через соединение переднего горна, что обеспечивает непрерывный отток
металлического продукта из сосуда. Главная камера включает футеровочные секции в нижнем горне и охлаждаемые водой панели в боковых стенках и крыше главной камеры. Вода циркулирует непрерывно через панели в непрерывном цикле. Передний горн работает как заполненное расплавленным металлом 5 сифонное уплотнение, естественным образом "сбрасывающее" избыточный расплавленный металл из плавильного сосуда по мере его производства. Это позволяет знать и контролировать уровень расплавленного металла в главной камере плавильного сосуда в рамках малого допуска - это важно для безопасности установки. Уровень расплавленного металла (во все моменты
10 времени) необходимо удерживать на безопасном расстоянии ниже охлаждаемых водой элементов, таких как фурмы для введения твердых веществ, проходящие в главную камеру, иначе становятся возможными взрывы пара.
Способ HIsmelt позволяет производить большие количества расплавленного чугуна, как правило по меньшей мере 0,5 миллионов тонн в год,
15 путем плавления в одном компактном сосуде.
Один пример конструкции фурмы для введения твердых веществ для применения в плавильном сосуде можно найти в патенте США № 6398842 (выдан настоящему заявителю). Эта форма фурмы может быть использована для введения твердого зернистого материала, такого как металлсодержащий материал
2 0 или углерод содержащий материал, в плавильный сосуд. Как правило,
металлсодержащий материал и углеродсодержащий материал вводят через отдельные фурмы. Металлсодержащий материал может быть предварительно нагрет. Металлсодержащий материал и углеродсодержащий материал могут быть совместно введены через одну фурму.
2 5 Фурма, раскрытая в патенте США № 6398842, включает центральную
внутреннюю трубку и внешний кольцевой охладительный кожух. Внутренняя трубка тесно посажена в охладительном кожухе. При эксплуатации твердый зернистый материал проводят через центральную внутреннюю трубку и выгружают из переднего концевого края фурмы. Принудительная внутренняя
3 0 система водяного охлаждения предусмотрена во внешнем кольцевом
охладительном кожухе, чтобы позволять фурме успешно работать при воздействии высоких температур, встречающихся в сосуде прямого плавления,
которые могут превышать 1400°С в случае плавления железной руды в качестве металлсодержащего материала.
Металлсодержащий материал и углеродсодержащий материал могут быть абразивными и, следовательно, вызываемый трением износ принимается во 5 внимание в конструкции фурмы для введения твердого материала для
плавильного сосуда. Это особенно относится к случаю, когда плавильный сосуд применяют для производства расплавленного чугуна, и металлсодержащий материал содержит мелочь железной руды.
Применение внутренней системы водяного охлаждения в фурме для 10 введения твердых веществ, такой как фурма, раскрытая в патенте США №
6398842, является вопросом безопасности, который серьезно принимается во внимание при проектировании фурмы. Критически важно, чтобы твердый загрузочный материал не протер стенку внутренней трубки фурмы и не образовал пробоину и не открыл систему водяного охлаждения воздействию твердого 15 загрузочного материала, с потенциальным риском взрыва.
Дополнительным соображением является то, что желательно, чтобы установка прямого плавления работала для кампании плавления в течение 12 месяцев или более. Следовательно, желательно эксплуатировать фурмы для введения твердых веществ насколько можно долго, принимая во внимание 2 0 соображения безопасности.
Существуют различные типы фурм для введения твердых веществ для сосудов прямого плавления для вышеописанной охлаждаемой водой фурмы, раскрытой в патенте США № 6398842. Другие такие фурмы включают фурмы, которые отдельно вводят твердый загрузочный материал и кислородсодержащий
2 5 газ в сосуды прямого плавления. Эти фурмы могут быть или не быть
охлаждаемыми водой фурмами, но, тем не менее, подлежат тем же соображениям безопасности, возникающим из вызванного трением износа, приводящего к прорывам компонентов введения твердых веществ фурм.
Настоящее изобретение предусматривает эффективную и надежную фурму
3 0 для введения твердых веществ для введения металлсодержащего материала и/или
углеродсодержащего материала в сосуд прямого плавления.
Представленное выше описание нельзя принимать как признание известного уровня техники в Австралии или где бы то ни было еще.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фурма для введения твердых веществ согласно настоящему изобретению сводит к минимуму риски и факторы опасности, возникающие из абразивного износа компонентов введения твердых веществ фурмы для введения твердых веществ, приводящих к прорывам, с помощью эффективной системы
10 обнаружения прорывов.
Фурма для введения твердых веществ согласно настоящему изобретению включает (а) трубку, которая определяет проход для твердого загрузочного материала, подлежащего загрузке через трубку, и имеет впускное отверстие для твердого материала на заднем конце и выпускное отверстие для выгрузки
15 твердого материала на переднем конце трубки, и (Ь) систему обнаружения
прорывов для обнаружения прорыва в трубке для введения твердых материалов.
Система обнаружения прорывов может быть приспособлена обнаруживать изменение давления в трубке для введения твердых веществ или потока газа в трубку или из нее в результате прорыва в трубке.
2 0 Фурма для введения твердых веществ может включать систему водяного
охлаждения, и система обнаружения прорывов может быть расположена между трубкой для введения твердых веществ и системой водяного охлаждения. В этом случае целью системы обнаружения прорывов является обнаружение прорыва до того, как прорыв может дойти до внутренней системы водяного охлаждения, с
2 5 потенциально катастрофическими результатами.
Система водяного охлаждения может представлять собой внешний кольцевой охладительный кожух, который включает внутреннюю систему водяного охлаждения.
Изобретение не ограничено компоновкой, описанной в двух предыдущих
3 0 абзацах, хотя описание настоящего изобретения и сконцентрировано на
охлаждаемых водой фурмах для введения твердых веществ.
В качестве примера, изобретение также относится к фурмам, которые отдельно вводят твердые загрузочные материалы и кислородсодержащий газ и не содержат системы водяного охлаждения, и важно обнаружить прорыв в компоненте для введения твердых веществ фурмы до того, как прорыв может 5 дойти до компонента для введения кислородного газа фурмы.
В качестве особого примера, фурма для введения твердых веществ может содержать трубку для введения твердых веществ и систему для введения кислородсодержащего газа через фурму из замыкающего конца в передний конец фурмы, и система обнаружения прорывов может быть расположена между 10 трубкой для введения твердых веществ и системой введения газа. В этом случае целью системы обнаружения прорывов является обнаружение прорыва до того, как прорыв сможет дойти от трубки для введения твердых веществ до системы введения газа, с потенциально катастрофическими результатами.
Система введения газа может включать одну или более одной отдельных 15 газовых параллельных трубок, находящихся на разнесенных интервалах вокруг фурмы.
Система введения газа может включать кольцевую камеру.
Под термином "кислородсодержащий газ" здесь понимается любой газ, который содержит, по меньшей мере, некоторый кислород. В качестве примера, 2 0 термин относится к воздуху, 100% кислороду и обогащенному кислородом воздуху.
Трубка для введения твердых веществ может представлять собой центральную внутреннюю трубку фурмы.
Система обнаружения прорывов может включать кольцевую камеру
2 5 радиально снаружи от внутренней трубки, и система обнаружения прорывов
может быть приспособлена обнаруживать изменение давления в кольцевой камере или потока газа в кольцевую камеру или из нее в результате прорыва во внутренней трубке.
Система обнаружения прорывов может включать кольцевую камеру
3 0 радиально снаружи от внутренней трубки, датчик для обнаружения изменения
давления в кольцевой камере или внутренней трубке или поток газа в кольцевую камеру или внутреннюю трубку или из них, который указывает, что имеется
прорыв во внутренней трубке, и сигнальное устройство, реагирующее на датчик, чтобы указывать на прорыв во внутренней трубке.
Изменение давления или поток газа могут представлять собой падение давления в кольцевой камере или направленный внутрь поток газа в кольцевую 5 камеру, когда внутренняя трубка прорвана.
Например, кольцевая камера может содержать инертный газ под
давлением, которое больше, чем среднее давление газа во внутренней трубке, так
что, при эксплуатации, инертный газ течет в проход во внутренней трубке из
кольцевой камеры, когда внутренняя трубка прорвана.
10 Камера может содержать впускное отверстие, через которое инертный газ
может быть подан в камеру для поддержания давления газа в камере.
При эксплуатации этой компоновки, если твердый зернистый материал прорывает внутреннюю трубку, инертный газ под давлением в кольцевой камере течет через прорыв в проход, определенный внутренней трубкой, и совсем 15 останавливает или сводит к минимуму дальнейший износ внутренней трубки в той части внутренней трубки загрузочным материалом во внутренней трубке, и является преимуществом на одном этом основании. Кроме того, поток инертного газа из кольцевой камеры во внутреннюю трубку приводит к усилению потока инертного газа в кольцевую камеру, и усиление потока обнаруживается датчиком. 2 0 Датчик сообщает сигнальному устройству, что внутренняя трубка была прорвана. Сигнальное устройство инициирует процедуру замены фурмы. Поток инертного газа под давлением в кольцевой камере через прорыв предусматривает соразмерный временной интервал для замены дефектной внутренней трубки.
Изменение давления или потока газа могут представлять собой увеличение
2 5 давления в кольцевой камере или направленный наружу поток газа из кольцевой
камеры из-за газа, текущего в кольцевую камеру из прохода во внутренней трубке, когда внутренняя трубка прорвана.
Например, кольцевая камера может содержать инертный газ под давлением, которое ниже, чем среднее давление газа во внутренней трубке, так
3 0 что, при эксплуатации, газ течет в кольцевую камеру из прохода во внутренней
трубке, когда внутренняя трубка прорвана.
Кольцевая камера может находиться под вакуумом.
Преимущества фурмы согласно настоящему изобретению включают:
• Безопасность - как в плане обнаружения прорыва, так и предоставления времени (как правило, несколько часов) для замены фурмы.
• Возможность более длинных периодов эксплуатации до замены фурмы -
5 максимизировать срок службы внутренней трубки - внутреннюю трубку
может потребуется заменить раньше, чем необходимо в рамках программы профилактического технического обслуживания при отсутствии системы обнаружения прорывов.
• Возможность изменения параметров введения, материала внутренней
10 трубки или способов изготовления внутренней трубки, что может
оказывать влияние на ее срок службы без необходимости реконструкции истории для оценки средней продолжительности срока службы. Радиальная глубина кольцевой камеры может составлять 1-5 мм. Кольцевая камера может проходить по существу по длине кольцевого 15 охладительного кожуха.
Инертный газ может представлять собой любой подходящий инертный газ. Инертный газ может представлять собой азот. Давление газа в кольцевой камере может быть любым подходящим давлением относительно среднего давления во внутренней трубке. Как указано 2 0 выше, кольцевая камера может находиться под вакуумом.
Давление газа в кольцевой камере может быть выбрано так, чтобы вызывать поток инертного газа из кольцевой камеры во внутреннюю трубку или из нее через прорыв во внутренней трубке против или благодаря внутреннему давлению во внутренней трубке.
2 5 Фактическое давление, требующееся в любой данной ситуации, будет
зависеть от ряда факторов, включая механическую конструкцию в этой части фурмы.
Только в качестве примера, в случаях, когда давление газа в кольцевой камере выбирают больше, чем среднее давление газа во внутренней трубке,
3 0 давление газа в кольцевой камере может составлять по меньшей мере 1
манометрический бар, обычно по меньшей мере 2 манометрических бар, и обычно 5-15 бар.
Внутренняя трубка может быть изготовлена из конструкционного
материала и может включать внутреннюю отделку или облицовку из
износостойкого материала, такого как белый чугун, такого как феррохромный
белый чугун, керамика или смесь обоих.
5 Внутренняя трубка может содержать в сборе внешнюю трубку из
конструкционного материала и центральную трубку из износостойкого материала, которые соединены вместе.
Внешняя трубка может быть образована из стали, такой как нержавеющая
сталь.
10 Внешняя трубка может иметь толщину по меньшей мере 1 мм.
Толщина внешней трубки может быть в диапазоне 3-30 мм.
Центральная трубка может быть образована из износостойкой отделки,
изготовленной из белого чугуна, такого как феррохромный белый чугун,
керамика или смесь обоих.
15 Износостойкая отделка может иметь толщину по меньшей мере 3 мм, и
более предпочтительно толщину по меньшей мере 5 мм.
Связь между внешней трубкой и центральной трубкой может проходить, по меньшей мере, по существу по всей площади поверхности стыка между двумя трубками.
2 0 Связь между внешней трубкой и центральной трубкой в случае
металлической отделки может представлять собой металлургическую связь. Внутренняя трубка может иметь длину по меньшей мере 2 м. Внутренняя трубка может иметь минимальный внутренний диаметр 50 мм. Внутренняя трубка может иметь максимальный внутренний диаметр 300
2 5 мм.
Внутренняя трубка может иметь максимальный внешний диаметр 400 мм.
Настоящее изобретение дополнительно предусматривает установку прямого плавления, которая содержит сосуд прямого плавления, имеющий, по меньшей мере, одну фурму для введения твердых веществ, как описано выше.
3 0 Настоящее изобретение дополнительно предусматривает способ прямого
плавления на основе плавильной ванны для производства расплавленного металла из твердого металлсодержащего загрузочного материала, который
включает введение твердого загрузочного материала, такого как
металлсодержащий загрузочный материал, в плавильную ванну в сосуде прямого
плавления через, по меньшей мере, одну фурму для введения твердых веществ,
как описано выше, и отслеживание фурмы для обнаружения прорыва в фурме.
5 Способ может включать проверку на изменение давления в трубке для
введения твердых веществ фурмы для введения твердых веществ или потока газа в трубку или из нее в результате прорыва в трубке.
Способ может включать подачу инертного газа в кольцевую камеру фурмы для введения твердых веществ для поддержания внутреннего давления газа в 10 кольцевой камере и проверку на изменение потока инертного газа для поддержания внутреннего давления газа.
Одним примером металлсодержащего загрузочного материала является железная руда.
Железная руда может представлять собой мелочь железной руды.
15 Железная руда может быть предварительно нагрета до температуры по
меньшей мере 600°С.
Способ может включать введение металлсодержащего загрузочного материала, твердого углеродсодержащего материала, флюса или любого другого твердого материала в плавильный сосуд, который содержит ванну
2 0 расплавленного материала в форме расплавленного металла и расплавленного шлака, и с возможностью генерирования ванны/фонтана шлака посредством выделения газа в плавильной ванне и генерирования отходящего газа и плавления металлсодержащего материала в плавильной ванне и образования расплавленного металла.
2 5 Способ может включать предварительный нагрев металлсодержащего
материала путем сжигания топочного газа при температуре менее 300°С, причем топочный газ производят из отходящего газа, выпускаемого из плавильного сосуда. Топочный газ может представлять собой топочный газ, произведенный из горячего отходящего газа, выпущенного из плавильного сосуда, и охлажденного
3 0 до температуры менее 300°С.
Настоящее изобретение также предусматривает устройство для способа плавления на основе плавильной ванны для производства расплавленного
металла из металлсодержащего загрузочного материала, который содержит сосуд прямого плавления, имеющий по меньшей мере, одну фурму для введения твердых веществ, как описано выше, и, по меньшей мере, одну фурму для введения кислородсодержащего газа, сосуд прямого плавления, содержащий 5 ванну расплавленного материала в форме расплавленного металла и
расплавленного шлака и с возможностью генерирования ванны/фонтана шлака посредством выделения газа в плавильной ванне и генерирования отходящего газа, и плавления предварительно нагретого металлсодержащего загрузочного материала, и образующего расплавленный металл.
10 Устройство может включать предварительный нагреватель для
предварительного нагрева металлсодержащего загрузочного материала и систему обработки отходящего газа для охлаждения отходящего газа, выпускаемого из плавильного сосуда, и подачи охлажденного отходящего газа при температуре менее 300°С на предварительный нагреватель для использования в качестве
15 топочного газа для предварительного нагрева металлсодержащего загрузочного материала в предварительном нагревателе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
2 0 Изобретение описано далее только для примера со ссылкой на
сопутствующие графические материалы, на которых:
Фиг. 1 - вертикальное поперечное сечение через сосуд прямого плавления; Фиг. 2 - вид в продольном частичном поперечном сечении одного варианта осуществления фурмы для введения твердых веществ согласно 2 5 настоящему изобретению для введения руды в сосуд, представленный на фиг. 1; и Фиг. 3 - схематический вид в поперечном сечении участка фурмы, представленной на фиг. 2, который представляет систему обнаружения прорывов фурмы.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг. 1 представлен сосуд 11 прямого плавления, который подходит, в частности, для выполнения способа HIsmelt, как описано, для примера, в международной патентной заявке PCT/AU96/00197 (WO 1996/031627) на имя настоящего заявителя. Сосуд 11 образует часть установки (не показана) прямого 5 плавления, которая содержит устройство для хранения и подачи загрузочных
материалов в сосуд 11 и для транспортировки/обработки расплавленного металла, шлака и отходящих газов, выпускаемых из сосуда 11.
Следующее описание идет в контексте плавления мелочи железной руды для производства расплавленного чугуна согласно способу HIsmelt.
10 Будет понятно, что настоящее изобретение применимо для плавления
любого металлсодержащего материала, включая руды, частично восстановленные руды и содержащие металл потоки отходов, посредством любого подходящего способа прямого плавления на основании плавильной ванны, и не ограничено способом HIsmelt. Также будет понятно, что руды могут иметь форму мелочи
15 железной руды.
Сосуд 11 имеет горн, который включает основание 12 и стороны 13, образованные из огнеупорного кирпича, боковые стенки 14, которые образуют в целом цилиндрическую бочку, проходящую вверх от сторон 13 горна, и крышу 17. Охлаждаемые водой панели (не показаны) предусмотрены для передачи тепла
2 0 от боковых стенок 14 и крыши 17. Сосуд 11 дополнительно снабжен передним горном 19, через который расплавленный металл непрерывно выгружается во время плавления, и леткой 21, через которую расплавленный шлак периодически выгружается во время плавления. Крыша 17 снабжена выпускным отверстием 18, через которое выпускают отходящие газы способа.
2 5 В применении сосуда 11 для плавления мелочи железной руды для
производства расплавленного чугуна согласно способу HIsmelt сосуд 11 содержит плавильную ванну железа и шлака, которая включает слой 22 расплавленного металла и слой 23 расплавленного шлака на металлическом слое 22. Положение номинальной спокойной поверхности металлического слоя 22 указано стрелкой
3 0 24. Положение номинальной спокойной поверхности слоя 23 шлака указано
стрелкой 25. Под термином "спокойная поверхность" понимают поверхность, когда нет введения газа и твердых веществ в сосуд 11.
Сосуд 11 снабжен фурмами 27 для введения твердых веществ, которые проходят вниз и внутрь через отверстия (не показаны) в боковых стенках 14 сосуда и в слой 23 шлака. При эксплуатации загрузочные материалы в форме мелочи железной руды и/или твердого углерод содержащего материала (такого 5 как, например, уголь или коксовая мелочь) и флюсы увлекаются в подходящем несущем газе (таком как бедный кислородом несущий газ, обычно азот) и вводятся через выпускные концы 28 фурм 27 в металлический слой 22.
Выпускные концы 28 фурм 27 находятся над поверхностью металлического слоя 22 во время работы способа. Положение фурм 27 сокращает
10 риск повреждения из-за контакта с расплавленным металлом, а также делает
возможным охлаждение фурм вынужденным внутренним водяным охлаждением, как более подробно описано ниже, без существенного риска того, что вода войдет в контакт с расплавленным металлом в сосуде 11.
Сосуд 11 также имеет фурму 26 для введения газа для доставки волны
15 горячего воздуха в верхнюю область сосуда 11. Фурма 26 проходит вниз через крышу 17 сосуда 11 в верхнюю область сосуда 11. При эксплуатации фурма 26 получает обогащенный кислородом поток горячего воздуха через трубопровод доставки горячего газа (не показан), который проходит от станции подачи горячего газа (также не показана).
2 0 На фиг. 2 и 3 представлена общая конструкция одного варианта
осуществления фурмы 27 для введения твердых веществ согласно настоящему изобретению.
Фурма 27 содержит внутреннюю трубку в форме внутренней трубки в сборе 31 в форме трубки, которая определяет проход 71 для твердого материала в
2 5 форме мелочи железной руды и/или углерод содержащего материала, увлекаемого
в подходящем несущем газе для прохождения из конца 60 впускного отверстия в передний конец 62 фурмы 27 в направлении стрелок, представленных на фигурах.
Со ссылкой на фиг. 2, внутренняя трубка в сборе 31 содержит внешнюю секцию 56 трубки из конструкционного материала, такого как нержавеющая
3 0 сталь, и центральную секцию 72 трубки из износостойкого материала, такого как
феррохромный белый чугун. Центральная и внешняя секции 56 и 72 трубки металлургически связаны вместе. Как правило, металлургическая связь
осуществляется по всей площади поверхности стыка между секциями трубки. Центральная и внешняя секции 56 и 72 трубки могут быть любой подходящей толщины. Внешняя секция 56 трубки предусматривает конструкционные требования внутренней трубки в сборе 31. Центральная секция 72 трубки 5 предусматривает требования износостойкости внутренней трубки в сборе 31.
Каждая секция 56, 72 трубки образована отдельно для оптимизации требований к конструкции и износостойкости.
Фурма 27 также содержит кольцевой охладительный кожух 32, окружающий внутреннюю трубку в сборе 31 и проходящий по существенной
10 части длины внутренней трубки в сборе 31. Кольцевой охладительный кожух 32 содержит систему водяного охлаждения для фурмы 27.
Кольцевой охладительный кожух 32 имеет форму длинной полой кольцевой структуры 41, имеющей внешнюю и внутреннюю трубки 42 и 43, соответственно, соединенные передним торцевым соединительным элементом 44.
15 Удлиненная трубчатая структура 45 расположена в полой кольцевой структуре 41 так, чтобы разделять внутреннюю часть структуры 41 на внутренний удлиненный кольцевой проход 46 для потока воды и внешний удлиненный кольцевой проход 47 для потока воды. Задний конец (не показан) кольцевого охладительного кожуха 32 фурмы 27 снабжен входным отверстием для воды (также не показано),
2 0 через которое поток охлаждающей воды может быть направлен во внутренний кольцевой проход 46 для потока воды, и выпускным отверстием для воды (также не показано), из которого воду извлекают из внешнего кольцевого прохода 47 на заднем конце фурмы 27. Эта компоновка проходов 46, 47 для потока воды и впускных и выпускных отверстий для воды определяет систему водяного
2 5 охлаждения. Соответственно, при эксплуатации фурмы 27, охлаждающая вода
течет в переднем направлении вниз по фурме через внутренний кольцевой проход 46 для потока воды, радиально наружу через соединительный элемент 44 и затем в заднем направлении через внешний кольцевой проход 47 вдоль фурмы 27. Таким образом, охлаждающая вода обеспечивает эффективное охлаждение
3 0 фурмы 27 при воздействии тепла, генерируемого в плавильном сосуде 11, при
эксплуатации.
Фурма 27 также содержит систему обнаружения прорывов для
обнаружения прорыва в стенке внутренней трубки в сборе 31, расположенную
между внутренней трубкой в сборе 31 и системой водяного охлаждения,
размещенной в кольцевом охладительном кожухе 32.
5 С конкретной ссылкой на фиг. 3, система обнаружения прорывов включает
кольцевую камеру 58 между внутренней трубкой в сборе 31 и кольцевым охладительным кожухом 32 (и, следовательно, системой водяного охлаждения). Кольцевая камера 58 может быть любой подходящей радиальной толщины. Как правило, радиальная толщина кольцевой камеры 58 составляет 1-5 мм. Кольцевая
10 камера 58 содержит азот или любой другой подходящий инертный газ или любой другой подходящий газ под давлением. Азот подают в кольцевую камеру 58 через впускное отверстие 74 для поддержания камеры при заданном давлении газа. Давление газа выбирают так, чтобы оно было достаточным для вызова потока азота из кольцевой камеры 58 во внутреннюю трубку в сборе 31 через прорыв во
15 внутренней трубке в сборе 31 против внутреннего давления во внутренней трубке в сборе 31. Предпочтительное давление газа в любой данной ситуации будет зависеть от ряда факторов, включая механическую конструкцию в этой части фурмы 27 и рабочие давления для введения твердого загрузочного материала через внутреннюю трубку в сборе 31. Как правило, давление газа будет
2 0 составлять по меньшей мере 2 манометрических бар, более обычно - в диапазоне 2-15 манометрических бар, и более обычно - снова в диапазоне 5-12 манометрических бар.
Система обнаружения прорывов также включает датчик (не показан) для обнаружения потока азота в кольцевую камеру 58 через впускное отверстие 74,
2 5 который указывает, что имеется падение давления в кольцевой камере 58 и,
следовательно, - прорыв во внутренней трубке в сборе 31. В качестве примера, датчик может быть приспособлен обнаруживать усиление потока инертного газа в кольцевую камеру 58 через впускное отверстие 74, которое требуется для поддержания заданного давления газа в камере 58.
3 0 Система обнаружения прорывов также включает сигнальное устройство
(не показано), которое реагирует на датчик потока газа для указания на прорыв во внутренней трубке в сборе 31. Сигнальное устройство может представлять собой
любое подходящее сигнальное устройство, визуальное и/или звуковое, в комнате управления для сосуда 11.
При эксплуатации, если твердый зернистый материал, такой как горячая мелочь железной руды, прорывает внутреннюю трубку в сборе 31 и образует 5 прорыв (представленный численным обозначением 76 на фиг. 3) в сборе 31, газ азот под давлением в кольцевой камере 58 течет через прорыв в проход, определенный внутренней трубкой в сборе 31, и останавливает полностью или сводит к минимуму дальнейший износ внутренней трубки в сборе 31 в той части внутренней трубки в сборе 31 загрузочным материалом во внутренней трубке и
10 является преимуществом по одной этой причине. Кроме того, поток азота из кольцевой камеры 58 во внутреннюю трубку в сборе 31 приводит к усилению потока азота в кольцевую камеру 58 через впускное отверстие 74, и датчик обнаруживает усиление потока. Датчик уведомляет сигнальное устройство о том, что внутренняя трубка в сборе 31 была прорвана. Сигнальное устройство
15 запускает процедуру для замены фурмы 27. Эта процедура может представлять собой любую подходящую процедуру, включающую (а) изменение рабочих условий способа HIsmelt для "удержания" состояния, что позволит безопасно заменить фурму 27, включая остановку подачи загрузочных материалов в фурму 27, (Ь) отсоединение фурмы 27 от линий подачи загрузочного материала, (с)
2 0 удаление фурмы 27 из сосуда 11, (d) вставку заменяющей фурмы 27, (е)
соединение заменяющей фурмы 27 с линиями подачи загрузочного материала и (f) изменение рабочих условий способа HIsmelt из состояния "удержания" в установившееся состояние. Поток азота под давлением в кольцевой камере 58 через прорыв обеспечивает соразмерный временной интервал для запуска
2 5 процедуры замены и замены фурмы 27.
Система определения прорывов фурмы 27 обеспечивает следующие преимущества:
• Безопасность - как в плане обнаружения прорывов, так и предоставления времени (как правило, несколько часов) для замены фурмы.
3 0 • Возможность более длинных периодов эксплуатации до замены
внутренней трубки - это максимизирует срок службы фурмы. Эта возможность возникает благодаря тому, что система определения
прорывов обеспечивает четкое указание максимального периода
эксплуатации фурмы 27.
• Возможность изменения параметров введения, материала внутренней
трубки или способов изготовления внутренней трубки, что может
5 оказывать влияние на ее срок службы без необходимости реконструкции
истории для оценки средней продолжительности срока службы. Многие модификации могут быть внесены в вариант осуществления фурмы для введения твердых веществ согласно настоящему изобретению, описанный с учетом графических материалов, без отхода от сущности и объема 10 настоящего изобретения.
В качестве примера, хотя система обнаружения прорывов описана с учетом графических материалов в контексте охлаждаемой водой фурмы для введения твердых материалов, и целью системы обнаружения пробоин является обнаружение пробоины в трубке введения твердых веществ фурмы (которая 15 описана как центральная внутренняя трубка, но не обязательно ограничена ею) до того как она дойдет до системы водяного охлаждения, можно легко понять, что изобретение не ограничено этим типом фурмы и целью системы обнаружения пробоин. В качестве примера, изобретение также относится к фурмам, которые не содержат систем водяного охлаждения и отдельно вводят твердые загрузочные 2 0 материалы и кислородсодержащий газ, и важно обнаружить прорыв в компоненте введения твердых веществ фурмы до того, как прорыв может дойти до компонента введения кислородного газа фурмы.
В качестве примера, настоящее изобретение не ограничено конкретной конструкцией компонентов фурмы внутренней трубки в сборе 31 и кольцевого
2 5 охладительного кожуха 32 и материалами, из которых изготовлены эти
компоненты фурмы, описанные с учетом графических материалов. Настоящее изобретение применимо к любой охлаждаемой водой фурме для введения твердых веществ, изготовленной из любых подходящих материалов.
В качестве примера, настоящее изобретение не ограничено внутренней
3 0 трубкой в сборе 31, содержащей внешнюю секцию 56 трубки из
конструкционного материала, и центральную секцию 72 трубки из
износостойкого материала, связанных вместе металлургическим способом, описанной с учетом графических материалов.
В качестве примера, хотя система определения прорывов фурмы 27, представленной на графических материалах, включает кольцевую камеру 58, 5 которая содержит азот под давлением, причем кольцевая камера 58 включает впускное отверстие 74, через которое азот подают в кольцевую камеру 58 для поддержания давления газа в камере, датчик для обнаружения потока инертного газа в кольцевую камеру, который указывает, что имеется прорыв во внутренней трубке, и сигнальное устройство, реагирующее на датчик потока газа для 10 указания на прорыв во внутренней трубке в сборе 31, настоящее изобретение не ограничено этим и относится к любой системе для обнаружения прорыва во внутренней трубке в сборе 31.
Например, настоящее изобретение относится к любой системе для обнаружения изменения давления во внутренней трубке в сборе 31 или кольцевой 15 камере 58, которое указывает на прорыв во внутренней трубке в сборе 31.
Изменение давления может быть увеличением давления в кольцевой камере 58 или уменьшением давления в кольцевой камере 58.
В качестве примера, хотя вариант осуществления фурмы для введения твердых веществ описан в контексте способа прямого плавления HIsmelt, можно 2 0 легко понять, что настоящее изобретение не ограничено этим и относится к любому плавильному способу на основе плавильной ванны.
В качестве примера, хотя вариант осуществления фурмы для введения твердых веществ описан в контексте плавления железной руды, можно легко понять, что настоящее изобретение не ограничено этим материалом и относится к
2 5 любому подходящему металлсодержащему материалу.
В следующих далее пунктах формулы изобретения и предшествующем описании настоящего изобретения, кроме случаев, когда контекст требует иного вследствие точного указания или необходимого подтекста, слово "содержать" или варианты, такие как "содержит" или "содержащий", применяется в
3 0 инклюзивном смысле, т.е. для определения наличия заявленных признаков, но не
для исключения наличия или добавления дополнительных признаков в различных вариантах осуществления настоящего изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Фурма для введения твердых веществ, содержащая (а) трубку, которая образует проход для введения через трубку твердого загрузочного материала и имеет впускное отверстие для твердого материала на заднем конце и выпускное отверстие для выгрузки твердого материала на переднем конце трубки, и (Ь) систему обнаружения прорывов для обнаружения прорыва в трубке для введения твердых веществ.
2. Фурма по п.1, отличающаяся тем, что система обнаружения прорывов выполнена с возможностью обнаружения изменения давления в трубке для введения твердых веществ, или поступающего в трубку или выходящего из нее потока газа в результате прорыва в трубке.
3. Фурма по п. 1 или п. 2 содержит систему водяного охлаждения, и система обнаружения прорывов расположена между трубкой для введения твердых веществ и системой водяного охлаждения.
4. Фурма по п. 1 или п. 2 содержит систему для введения кислородсодержащего газа через фурму из заднего конца в передний конец фурмы, при этом система обнаружения прорывов расположена между трубкой для введения твердых веществ и системой введения газа.
5. Фурма по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что трубка для введения твердых веществ представляет собой центральную внутреннюю трубку фурмы.
6. Фурма по п. 5, отличающаяся тем, что система обнаружения прорывов содержит кольцевую камеру, расположенную радиально снаружи от внутренней трубки, и система обнаружения прорывов выполнена с возможностью обнаружения изменения давления в кольцевой камере, или поступающего в кольцевую камеру или выходящего из нее потока газа в результате прорыва во внутренней трубке.
7. Фурма по п. 5, отличающаяся тем, что система обнаружения прорывов содержит кольцевую камеру, расположенную радиально снаружи от внутренней трубки, датчик для обнаружения изменения давления в кольцевой камере или внутренней трубке, или поступающего в кольцевую камеру или внутреннюю трубку или выходящего из них потока газа, который указывает на наличие прорыва во внутренней трубке, и сигнальное устройство, которое реагирует на датчик, указывая на прорыв во внутренней трубке.
8. Фурма по п. 6 или п. 7, отличающаяся тем, что изменение давления или потока газа представляют собой уменьшение давления в кольцевой камере или направленный внутрь кольцевой камеры поток газа, когда внутренняя трубка прорвана.
9. Фурма по п. 8, отличающаяся тем, что кольцевая камера содержит инертный газ под давлением, которое выше, чем среднее давление газа во внутренней трубке, так что при эксплуатации инертный газ поступает в проход во внутренней трубке из камеры, когда внутренняя трубка прорвана.
10. Фурма по п. 9, отличающаяся тем, что кольцевая камера содержит впускное отверстие, через которое инертный газ подают в камеру для поддержания давления газа в камере.
11. Фурма по п. 6 или п. 7, отличающаяся тем, что изменение давления или потока газа представляют собой увеличение давления в кольцевой камере или направленный наружу из кольцевой камеры поток газа вследствие поступления газа в кольцевую камеру из прохода во внутренней трубке, когда внутренняя трубка прорвана.
12. Фурма по п. 11, отличающаяся тем, что кольцевая камера содержит инертный газ под давлением, которое ниже, чем среднее давление газа во внутренней трубке.
13. Фурма по п. 11, отличающаяся тем, что кольцевая камера находится под вакуумом.
14. Фурма по любому из пп. 6-13, отличающаяся тем, что радиальная глубина кольцевой камеры составляет 1-5 мм.
15. Фурма по любому из пп. 6-14, отличающаяся тем, что кольцевая камера проходит по существу вдоль длины кольцевого охладительного кожуха.
16. Фурма по любому из пп. 6-15, отличающаяся тем, что инертный газ представляет собой азот.
17. Установка прямого плавления, содержащая сосуд прямого плавления, имеющий по меньшей мере одну фурму для введения твердых веществ по любому из предыдущих пунктов.
18. Способ прямого плавления на основе плавильной ванны для производства расплавленного металла из твердого металлсодержащего загрузочного материала, включающий введение твердого загрузочного материала, такого как металлсодержащий загрузочный материал, в плавильную ванну в сосуде прямого плавления через по меньшей мере одну фурму для введения твердых веществ по любому из пп. 1-16, и отслеживание фурмы для обнаружения прорыва в фурме.
19. Способ по п. 18 включает проверку изменения давления в трубке для введения твердых веществ фурмы для введения твердых веществ, или потока газа поступающего в трубку или выходящего из нее в результате прорыва в трубке.
20. Способ по п. 18 или п. 19, отличающийся тем, что включает подачу инертного газа в кольцевую камеру фурмы для введения твердых веществ для поддержания внутреннего давления газа в кольцевой камере, и проверку изменения поступающего внутрь потока инертного газа для поддержания внутреннего давления газа.
21. Устройство для способа плавления на основе плавильной ванны для производства расплавленного металла из металлсодержащего загрузочного материала, содержащее сосуд прямого плавления, имеющий по меньшей мере одну фурму для введения твердых веществ по любому из пп. 1-16 и по меньшей мере одну фурму для введения кислородсодержащего газа, при этом сосуд прямого плавления содержит ванну расплавленного материала в виде расплавленного металла и расплавленного шлака с возможностью генерирования фонтана ванны/ шлака посредством выделения газа в плавильной ванне, генерирования отходящего газа, плавления предварительно нагретого металлсодержащего загрузочного материала и образования расплавленного металла.
Фиг. 1
2/3
ФУРМА ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ