1. Устройство для плавки, содержащее плавильную емкость, имеющую корпус, ограничивающий внутреннее пространство этой емкости, и фурму для вдувания твердых материалов, проходящую через отверстие в корпусе емкости в ее внутреннее пространство, причем упомянутая фурма для вдувания твердых материалов имеет центральную внутреннюю трубку, через которую материал в виде твердых частиц проходит в емкость и кольцевой кожух для охлаждения, окружающий центральную внутреннюю трубку на существенной части ее длины и снабженный внутренними каналами для протекания охлаждающей воды, при этом фурма для вдувания твердых веществ дополнительно содержит кольцевую установочную деталь фурмы, проходящую по окружности кольцевого кожуха для охлаждения на некотором расстоянии от переднего конца фурмы для создания в этом положении сегмента фурмы увеличенного поперечного сечения по сравнению с той частью фурмы, которая идет от этого положения вперед, причем корпус емкости снабжен трубкой для установки фурмы, проходящей наружу емкости от упомянутого отверстия и упомянутая установочная деталь фурмы размещена в упомянутой трубке для установки и проходит внутрь или через отверстие в корпусе емкости.

2. Устройство по п.1, в котором корпус емкости внутри футерован огнеупорным материалом, образующим внутреннюю поверхность емкости, а передний конец установочной детали фурмы проходит через отверстие в корпусе таким образом, что он находится на одном уровне с огнеупорным материалом на упомянутой внутренней поверхности.

3. Устройство по п.2, в котором упомянутая внутренняя поверхность емкости представляет собой поверхность водоохлаждаемой огнеупорной панели, прикрепленной к стенке емкости.

4. Устройство по п.2 или 3, в котором трубка для установки фурмы проходит наружу и вверх от вертикальной части стенки емкости, а передний конец установочной детали фурмы расположен под углом к продольной оси фурмы таким образом, что размещен вертикально и находится на одном уровне с упомянутой внутренней поверхностью емкости.

5. Устройство по любому из пп.2-4, в котором передний конец установочной детали фурмы закрыт огнеупорным материалом.

6. Устройство по п.5, в котором огнеупорный материал представляет собой полученное при помощи предварительной обработки давлением кольцо, прикрепленное к переднему концу установочной детали фурмы.

7. Устройство по любому из пп.1-6, которое дополнительно содержит блокируемое крепежное средство, предназначенное для прикрепления фурмы к упомянутой трубке для установки фурмы.

8. Устройство по п.7, в котором блокируемое крепежное средство прикрепляет фурму к упомянутой трубке для установки фурмы таким образом, что передний конец упомянутой установочной детали фурмы проходит через упомянутое отверстие в корпусе.

9. Устройство по п.7 или 8, в котором блокируемое крепежное средство выполнено такой конструкции, что при его разблокировании имеется возможность перемещения фурмы внутрь емкости на некоторое расстояние за счет скольжения ее установочной детали внутри трубки для установки фурмы.

10. Устройство по любому из пп.7-9, в котором внешний конец трубки для установки фурмы снабжен расположенным в радиальном направлении с ее внешней стороны установочным фланцем, при этом кольцевая установочная деталь фурмы снабжена расположенным в радиальном направлении с ее внешней стороны фланцем и блокируемое крепежное средство содержит прижимные болты, предназначенные для прижатия друг к другу упомянутых фланцев.

11. Устройство по п.10, в котором блокируемое крепежное средство дополнительно содержит промежуточный элемент, размещаемый между упомянутыми фланцами для удержания их на расстоянии друг от друга при затягивании прижимных болтов, но удаляемый при ослаблении прижимных болтов для перемещения фурмы внутрь емкости на первоначальное расстояние между фланцами за счет скольжения упомянутой установочной детали фурмы в упомянутой трубке для установки фурмы.

12. Устройство по любому из пп.1-11, в котором упомянутая кольцевая установочная деталь имеет внешний диаметр, который составляет, по меньшей мере, полтора диаметра кольцевого кожуха для охлаждения фурмы.

13. Устройство по п.12, в котором внешний диаметр кольцевой установочной детали составляет два диаметра кожуха для охлаждения.

14. Способ эксплуатации установки для прямой плавки, включающей металлургическую емкость и одну или более фурм для вдувания твердых веществ в эту емкость, содержащий этапы установки каждой фурмы таким образом, чтобы она проходила в емкость через отверстие, размер которого превышает поперечное сечение этой части фурмы с использованием установочной детали фурмы с размером, соответствующим упомянутому отверстию, выполнение операции выплавки в емкости, при этом шлак прилипает к фурме и внутренней стенке емкости, и удаление фурмы в несколько этапов по окончании операции выплавки, при этом перемещают фурму с ее установочной деталью внутрь емкости для разрушения отложений шлака в непосредственной близости от упомянутого отверстия и отводят фурму через это отверстие.

15. Способ по п.14, в котором емкость содержит стенку с внутренней поверхностью, причем упомянутое отверстие проходит через стенку емкости и имеет размер, соответствующий установочной детали фурмы, и по меньшей мере одна фурма имеет на переднем конце секцию с поперечным сечением уменьшенного размера относительно установочной детали фурмы, причем упомянутый этап установки фурмы в емкости содержит перемещение упомянутой секции переднего конца фурмы через упомянутое отверстие таким образом, чтобы по меньшей мере часть этой секции проходила в емкость дальше внутренней поверхности ее стенки, а также установку и выравнивание упомянутой установочной детали внутри отверстия.

16. Способ по п.15, в котором упомянутая установочная деталь содержит на переднем конце секцию, наклоненную под заранее определенным углом к продольной оси фурмы, причем упомянутый этап установки фурмы в емкости дополнительно содержит перемещение фурмы через упомянутое отверстие таким образом, чтобы продольная ось фурмы проходила внутрь и вниз в емкость, а также выравнивание фурмы в отверстии таким образом, чтобы секция переднего конца упомянутой установочной детали была параллельна или фактически находилась на одном уровне с внутренней поверхностью стенки емкости.

17. Способ по любому из пп.14-16, в котором во время упомянутой операции выплавки установочная деталь фурмы закреплена внутри трубки для установки фурмы, проходящей наружу от упомянутого отверстия.

18. Способ по п.17, в котором установочную деталь фурмы удерживают прикрепленной к трубке для установки фурмы при помощи блокируемого крепежного средства во время операции выплавки и блокируемое крепежное средство разблокируют при завершении этой операции, чтобы сделать возможным перемещение фурмы внутрь емкости за счет скольжения упомянутой установочной детали внутри трубки для установки фурмы.

19. Способ по п.17 или 18, в котором разблокирование упомянутого крепежного средства включает удаление промежуточного элемента, установленного между концевой частью упомянутой установочной детали фурмы и концевой частью упомянутой трубки для установки фурмы, и перемещение фурмы внутрь емкости внутри упомянутой трубки для установки фурмы на расстояние, фактически соответствующее размеру упомянутого промежуточного элемента.

20. Способ по любому из пп.14-19, в котором фурму перемещают внутрь с использованием портативного гидравлического устройства, установленного между установочной деталью фурмы и трубкой для установки фурмы.

 

(57) Реферат / Формула:
Устройство для плавки, содержащее плавильную емкость, имеющую корпус, ограничивающий внутреннее пространство этой емкости, и фурму для вдувания твердых материалов, проходящую через отверстие в корпусе емкости в ее внутреннее пространство, причем упомянутая фурма для вдувания твердых материалов имеет центральную внутреннюю трубку, через которую материал в виде твердых частиц проходит в емкость и кольцевой кожух для охлаждения, окружающий центральную внутреннюю трубку на существенной части ее длины и снабженный внутренними каналами для протекания охлаждающей воды, при этом фурма для вдувания твердых веществ дополнительно содержит кольцевую установочную деталь фурмы, проходящую по окружности кольцевого кожуха для охлаждения на некотором расстоянии от переднего конца фурмы для создания в этом положении сегмента фурмы увеличенного поперечного сечения по сравнению с той частью фурмы, которая идет от этого положения вперед, причем корпус емкости снабжен трубкой для установки фурмы, проходящей наружу емкости от упомянутого отверстия и упомянутая установочная деталь фурмы размещена в упомянутой трубке для установки и проходит внутрь или через отверстие в корпусе емкости.

2. Устройство по п.1, в котором корпус емкости внутри футерован огнеупорным материалом, образующим внутреннюю поверхность емкости, а передний конец установочной детали фурмы проходит через отверстие в корпусе таким образом, что он находится на одном уровне с огнеупорным материалом на упомянутой внутренней поверхности.

3. Устройство по п.2, в котором упомянутая внутренняя поверхность емкости представляет собой поверхность водоохлаждаемой огнеупорной панели, прикрепленной к стенке емкости.

4. Устройство по п.2 или 3, в котором трубка для установки фурмы проходит наружу и вверх от вертикальной части стенки емкости, а передний конец установочной детали фурмы расположен под углом к продольной оси фурмы таким образом, что размещен вертикально и находится на одном уровне с упомянутой внутренней поверхностью емкости.

5. Устройство по любому из пп.2-4, в котором передний конец установочной детали фурмы закрыт огнеупорным материалом.

6. Устройство по п.5, в котором огнеупорный материал представляет собой полученное при помощи предварительной обработки давлением кольцо, прикрепленное к переднему концу установочной детали фурмы.

7. Устройство по любому из пп.1-6, которое дополнительно содержит блокируемое крепежное средство, предназначенное для прикрепления фурмы к упомянутой трубке для установки фурмы.

8. Устройство по п.7, в котором блокируемое крепежное средство прикрепляет фурму к упомянутой трубке для установки фурмы таким образом, что передний конец упомянутой установочной детали фурмы проходит через упомянутое отверстие в корпусе.

9. Устройство по п.7 или 8, в котором блокируемое крепежное средство выполнено такой конструкции, что при его разблокировании имеется возможность перемещения фурмы внутрь емкости на некоторое расстояние за счет скольжения ее установочной детали внутри трубки для установки фурмы.

10. Устройство по любому из пп.7-9, в котором внешний конец трубки для установки фурмы снабжен расположенным в радиальном направлении с ее внешней стороны установочным фланцем, при этом кольцевая установочная деталь фурмы снабжена расположенным в радиальном направлении с ее внешней стороны фланцем и блокируемое крепежное средство содержит прижимные болты, предназначенные для прижатия друг к другу упомянутых фланцев.

11. Устройство по п.10, в котором блокируемое крепежное средство дополнительно содержит промежуточный элемент, размещаемый между упомянутыми фланцами для удержания их на расстоянии друг от друга при затягивании прижимных болтов, но удаляемый при ослаблении прижимных болтов для перемещения фурмы внутрь емкости на первоначальное расстояние между фланцами за счет скольжения упомянутой установочной детали фурмы в упомянутой трубке для установки фурмы.

12. Устройство по любому из пп.1-11, в котором упомянутая кольцевая установочная деталь имеет внешний диаметр, который составляет, по меньшей мере, полтора диаметра кольцевого кожуха для охлаждения фурмы.

13. Устройство по п.12, в котором внешний диаметр кольцевой установочной детали составляет два диаметра кожуха для охлаждения.

14. Способ эксплуатации установки для прямой плавки, включающей металлургическую емкость и одну или более фурм для вдувания твердых веществ в эту емкость, содержащий этапы установки каждой фурмы таким образом, чтобы она проходила в емкость через отверстие, размер которого превышает поперечное сечение этой части фурмы с использованием установочной детали фурмы с размером, соответствующим упомянутому отверстию, выполнение операции выплавки в емкости, при этом шлак прилипает к фурме и внутренней стенке емкости, и удаление фурмы в несколько этапов по окончании операции выплавки, при этом перемещают фурму с ее установочной деталью внутрь емкости для разрушения отложений шлака в непосредственной близости от упомянутого отверстия и отводят фурму через это отверстие.

15. Способ по п.14, в котором емкость содержит стенку с внутренней поверхностью, причем упомянутое отверстие проходит через стенку емкости и имеет размер, соответствующий установочной детали фурмы, и по меньшей мере одна фурма имеет на переднем конце секцию с поперечным сечением уменьшенного размера относительно установочной детали фурмы, причем упомянутый этап установки фурмы в емкости содержит перемещение упомянутой секции переднего конца фурмы через упомянутое отверстие таким образом, чтобы по меньшей мере часть этой секции проходила в емкость дальше внутренней поверхности ее стенки, а также установку и выравнивание упомянутой установочной детали внутри отверстия.

16. Способ по п.15, в котором упомянутая установочная деталь содержит на переднем конце секцию, наклоненную под заранее определенным углом к продольной оси фурмы, причем упомянутый этап установки фурмы в емкости дополнительно содержит перемещение фурмы через упомянутое отверстие таким образом, чтобы продольная ось фурмы проходила внутрь и вниз в емкость, а также выравнивание фурмы в отверстии таким образом, чтобы секция переднего конца упомянутой установочной детали была параллельна или фактически находилась на одном уровне с внутренней поверхностью стенки емкости.

17. Способ по любому из пп.14-16, в котором во время упомянутой операции выплавки установочная деталь фурмы закреплена внутри трубки для установки фурмы, проходящей наружу от упомянутого отверстия.

18. Способ по п.17, в котором установочную деталь фурмы удерживают прикрепленной к трубке для установки фурмы при помощи блокируемого крепежного средства во время операции выплавки и блокируемое крепежное средство разблокируют при завершении этой операции, чтобы сделать возможным перемещение фурмы внутрь емкости за счет скольжения упомянутой установочной детали внутри трубки для установки фурмы.

19. Способ по п.17 или 18, в котором разблокирование упомянутого крепежного средства включает удаление промежуточного элемента, установленного между концевой частью упомянутой установочной детали фурмы и концевой частью упомянутой трубки для установки фурмы, и перемещение фурмы внутрь емкости внутри упомянутой трубки для установки фурмы на расстояние, фактически соответствующее размеру упомянутого промежуточного элемента.

20. Способ по любому из пп.14-19, в котором фурму перемещают внутрь с использованием портативного гидравлического устройства, установленного между установочной деталью фурмы и трубкой для установки фурмы.

 

---

009964
Область техники
В настоящем изобретении предлагается металлургическая фурма, проходящая в емкость и обеспечивающая вдувание твердых материалов в виде частиц в эту емкость. Устройство этого типа может использоваться для вдувания металлургического исходного материала в жидкую ванну в плавильной емкости для производства расплавленного металла, например, при помощи процесса прямой плавки.
Известный процесс прямой плавки, в котором в качестве реакционной среды используется слой расплавленного металла и который обычно называют процессом Hismelt, описан в международной заявке PCT/AU/96/00197 (WO 96/31627), зарегистрированной на имя заявителя данной заявки.
Описанный в упомянутой международной заявке процесс Hismelt содержит следующие этапы:
создание ванны до расплавленного железа и шлака в емкости;
вдувание в упомянутую ванну
металлосодержащего исходного материала, в типичном случае оксидов металла; и
твердого углеродного материала, в типичном случае угля, который действует как восстановитель для оксидов металла и как источник энергии; и
плавление металлосодержащего исходного материала с получением металла в слое металла.
Под термином "плавка" здесь подразумевается термическая обработка, при которой для получения жидкого металла происходят химические реакции восстановления оксидов металла.
Процесс Hismelt также предусматривает последующее сжигание реакционных газов, таких как СО и H2, выходящих из ванны в пространство над этой ванной, с использованием кислородсодержащего газа и с обеспечением переноса тепла, выделяющего при последующем сжигании в ванну для увеличения тепловой энергии, доступной для плавления металлосодержащих исходных материалов.
Кроме того, процесс Hismelt предусматривает создание переходной зоны над условной спокойной поверхностью ванны, в которой существует значительная масса поднимающихся и впоследствии опускающихся капель или брызг, или потоков расплавленного металла и/или шлака, которые создают эффективную среду для переноса в ванну тепловой энергии, выделяющейся при сжигании реакционных газов над ванной.
В процессе Hismelt металлосодержащий исходный материал и твердый углеродный материал вдувают в слой металла через ряд трубок/фурм, которые наклонены к вертикали для прохождения вниз и внутрь через боковую стенку плавильной емкости в нижнюю область этой емкости для подачи твердого материала в нижний слой металла на дне упомянутой емкости. Эти фурмы должны выдерживать рабочие температуры порядка 1400°C в плавильной емкости. Соответственно, каждая фурма должна иметь внутреннюю систему принудительного охлаждения для успешной работы в такой суровой среде и должна быть способна выдерживать существенные локальные перепады температур.
В патенте США № 6398842 описан один из видов таких фурм, которые способны эффективно работать в указанных условиях. При такой конструкции материал из твердых макрочастиц подается через центральную внутреннюю трубку, установленную с небольшим зазором во внешнем кольцевом кожухе для охлаждения, при этом передний конец внутренней трубки выходит в металлургическую емкость за передний конец кожуха для охлаждения.
В процессе эксплуатации было обнаружено, что при отключении установки после операции выплавки отложения шлака на металлургических фурмах внутри емкости и на соседних областях стенки емкости усложняют отвод этих фурм. В частности, шлак скрепляет фурму и стенку емкости, и отложения шлака на фурме могут превысить размер отверстия, через которое ее необходимо отвести, приводя к необходимости ждать достаточного охлаждения емкости, которое позволит ввести в эту емкость оборудование для разрушения настылей. Настоящим изобретением предлагаются устройство, а также способ, облегчающие отвод фурмы.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предлагается устройство для выплавки, содержащее плавильную емкость, имеющую корпус, ограничивающий внутреннее пространство этой емкости, и фурму для вдувания твердых веществ, проходящую через отверстие в корпусе емкости в ее внутреннее пространство, причем упомянутая фурма для вдувания твердых веществ включает центральную внутреннюю трубку, через которую материал из твердых макрочастиц проходит в емкость, и кольцевой кожух для охлаждения, окружающий центральную внутреннюю трубку на существенной части ее длины и снабженный внутренними каналами для протекания охлаждающей воды, при этом фурма для вдувания твердых веществ дополнительно содержит кольцевую установочную деталь фурмы, проходящую по окружности кольцевого кожуха для охлаждения в положении на некотором расстоянии от переднего конца фурмы, для создания в этом положении сегмента фурмы увеличенного поперечного сечения по сравнению с той частью фурмы, которая идет от этого положения вперед, корпус емкости снабжен трубкой для установки фурмы, проходящей наружу емкости от упомянутого отверстия, и установочная деталь фурмы размещена в упомянутой трубке для установки и проходит внутрь или через отверстие в корпусе емкости.
Может быть предусмотрено блокируемое крепежное средство, предназначенное для прикрепления фурмы к трубке для установки фурмы таким образом, что передний конец установочной детали фурмы проходит через упомянутое отверстие в корпусе.
- 1 -
009964
Корпус емкости внутри может быть футерован огнеупорным материалом, образующим внутреннюю поверхность емкости, и передний конец установочной детали фурмы может проходить через отверстие в корпусе таким образом, что он будет находиться на одном уровне с огнеупорным материалом на упомянутой внутренней поверхности.
Внутренняя поверхность емкости может представлять собой поверхность водоохлаждаемой огнеупорной панели, прикрепленной к стенке емкости.
Трубка для установки фурмы может проходить наружу и вверх от вертикальной части стенки емкости, и передний конец установочной детали фурмы может быть расположен под углом к продольной оси фурмы таким образом, чтобы находиться на одном уровне с вертикальной внутренней поверхностью емкости.
Кольцевая установочная деталь может иметь внешний диаметр, который по меньшей мере в полтора раза больше внешнего диаметра кольцевого кожуха для охлаждения фурмы. Он может составлять порядка двух диаметров кожуха для охлаждения.
Блокируемое крепежное средство имеет такую конструкцию, что при его разблокировании фурма может быть перемещена внутрь емкости на некоторое расстояние путем скольжения ее установочной детали внутри трубки для установки.
Кроме того, настоящим изобретением предлагается способ работы установки для прямой плавки, включающей металлургическую емкость и одну или более фурм для вдувания твердых веществ в эту емкость, содержащий следующие этапы: установка каждой фурмы таким образом, чтобы она проходила в емкость через отверстие, размер которого превышает поперечное сечение этой части фурмы, с использованием установочной детали фурмы с размером, соответствующим упомянутому отверстию, выполнение операций выплавки в емкости, в результате чего шлак прилипает к фурме и внутренней стенке емкости, и в заключение операции выплавки удаление фурмы в несколько этапов, которые включают перемещение фурмы с ее установочной деталью внутрь емкости для разрушения отложений шлака в непосредственной близости от упомянутого отверстия и отвод фурмы через это отверстие.
Установочная деталь фурмы может быть размещена внутри трубки для установки фурмы, проходящей наружу из емкости, и фурма может быть перемещена внутрь с использованием портативного гидравлического устройства, установленного между установочной деталью для фурмы и трубкой для установки фурмы.
Краткое описание чертежей
Для более полного объяснения настоящего изобретения конкретные варианты его реализации будут описаны в некоторых деталях со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - вертикальное поперечное сечение металлургической емкости, включающей фурму для ввода твердых веществ с конструкцией, соответствующей настоящему изобретению;
фиг. 2 - продольное сечение одной из фурм для вдувания твердых веществ, предназначенной для ввода угля в емкость;
фиг. 3 - продольное сечение с более детальным изображением задней части фурмы, показанной на
фиг. 2;
фиг. 4 - продольное сечение части узла внутренней трубки фурмы, показанной на фиг. 2; фиг. 5 - продольное сечение фурмы, предназначенной для вдувания горячего рудного материала в емкость;
фиг. 6 - продольное сечение задней части фурмы, показанной на фиг. 5; и
на фиг. 7 изображена измененная фурма, проходящая через водоохлаждаемую панель, прикрепленную к внутренней поверхности стенки емкости.
Подробное описание предпочтительного варианта реализации
На фиг. 1 изображена емкость для прямой выплавки, подходящая для осуществления процесса Hismelt, описанного в международной заявке на патент PCT/AU96/00197. Металлургическая емкость, в общем, обозначена номером 11 и содержит горн, включающий основание 12 и боковые стороны 13, выполненные из огнеупорного кирпича; боковые стенки 14, образующие, в общем, цилиндрический стакан, который проходит вверх от боковых сторон 13 горна и включает верхнюю секцию 15 стакана и нижнюю секцию 16 стакана; свод 17; выпускной канал 18 для отходящих газов; копильник 19 для непрерывного выпуска расплавленного металла; и выпускное отверстие 21 для выпуска расплавленного шлака.
В процессе эксплуатации емкость содержит жидкую ванну железа и шлака, которая включает слой 22 расплавленного металла и слой 23 расплавленного шлака на слое 22 металла. Стрелка с номером 24 указывает положение номинальной спокойной поверхности слоя 22 металла, а стрелка с номером 25 указывает положение номинальной спокойной поверхности слоя 23 шлака. Предполагается, что термин " спокойная поверхность" означает поверхность в условиях отсутствия ввода газа и твердых веществ в емкость.
Емкость снабжена проходящей вниз фурмой 26 для вдувания горячего воздуха, предназначенной для подачи струи горячего воздуха в верхнюю область емкости и рядом фурм 27 для вдувания твердых веществ, проходящих вниз и внутрь через боковые стенки 14 в слой 23 шлака и обеспечивающих ввод железной руды, твердого углеродного материала и флюсов, в струе газа-носителя, который обеднен ки
- 2 -
009964
слородом, в слой 22 металла. Положение фурм 27 выбирают так, чтобы их выходные концы 28 находились выше поверхности слоя 22 металла в ходе процесса. Это положение фурм снижает риск повреждения из-за контакта с расплавленным металлом, а также делает возможным охлаждение этих фурм за счет принудительной циркуляции воды внутри них без риска контакта воды с расплавленным металлом, находящимся в емкости.
Фурмы 27 могут быть двух типов, первый из которых используется для вдувания горячего рудного материала, а второй - для вдувания углеродного материала, например угля. Могут быть предусмотрены, например, восемь фурм для вдувания твердых веществ, расположенных по окружности емкости и образованных группой из четырех фурм для вдувания горячей руды и четырех фурм для вдувания угля, размещенных между фурмами для вдувания горячей руды. Все фурмы могут быть установлены во внешних корпусах общей конструкции, при этом упомянутые два типа фурм имеют разную внутреннюю конструкцию из-за существенно различающейся температуры вдуваемых горячей руды и угля.
На фиг. 2-4 изображена конструкция фурмы для вдувания углеродного материала, обозначенной номером 27а. Как показано на этих чертежах, фурма 27а содержит центральную внутреннюю трубку 31, предназначенную для подачи твердых веществ, и кольцевой кожух 32 для охлаждения, окружающий центральную внутреннюю трубку 31 на существенной части ее длины. Центральная внутренняя трубка 31 изготовлена на большей части ее длины из стальной трубы 33, выполненной из низкоуглеродистой стали, при этом на ее переднем конце установлена сменная удлинительная трубка или наконечник 34, выступающий относительно переднего конца кожуха 32 для охлаждения.
Центральная внутренняя трубка 31 до наконечника 34 облицована внутри керамической облицовкой 37, образованной из нескольких литых керамических труб. Задний конец центральной внутренней трубки 31 соединен через фланец 38 с системой подачи угля, при помощи которой уголь в виде псевдо-ожиженных частиц подается в нагнетаемом под давлением газе-носителе, например азоте.
Кольцевой кожух 32 для охлаждения содержит длинную полую кольцевую конструкцию 41, состоящую из внешней и внутренней трубок 42, 43, соединенных между собой передним соединительным элементом 44, и удлиненную трубчатую конструкцию 45, которая расположена внутри полой кольцевой конструкции 41 таким образом, что разделяет внутреннее пространство конструкции 41 на внутренний удлиненный кольцевой канал 46 для протекания воды и внешний удлиненный кольцевой канал 47 для протекания воды. Удлиненная трубчатая конструкция 45 образована длинной трубой 48 из углеродистой стали, приваренной к изготовленному путем механической обработки переднему концевому элементу 49 из углеродистой стали, который установлен внутри переднего соединительного элемента 44 полой трубчатой конструкции 41 с образованием кольцевого концевого канала 51, который соединяет передние концы внутреннего и внешнего каналов 46, 47 для протекания воды. Задний конец кольцевого кожуха 32 для охлаждения снабжен впускным каналом 52, через который поток охлаждающей воды может быть направлен во внутренний кольцевой канал 46 для протекания воды, и выпускным каналом 53, через который воду выпускают из внешнего кольцевого канала 47 на заднем конце фурмы. Таким образом, при использовании фурмы охлаждающая вода протекает вперед и вниз вдоль фурмы через внутренний кольцевой канал 46, затем разворачивается в переднем кольцевом концевом канале 51 и течет во внешней кольцевой канал 47, через который она протекает в обратном направлении вдоль фурмы и выходит через выпускной канал 53. В результате наиболее холодная вода участвует в переносе тепла от поступающих твердых веществ и обеспечивает эффективное охлаждение твердых веществ, вводимых через центральную внутреннюю трубку, а также эффективное охлаждение переднего конца и внешних поверхностей фурмы.
Внешние поверхности трубки 42 подвергнуты механической обработке для получения упорядоченного рельефа из прямоугольных выступающих утолщений 54, каждое из которых имеет в поперечном сечении внутреннюю выточку или канавку в форме ласточкиного хвоста, в результате чего эти утолщения расходятся наружу и служат ключевыми элементами для затвердевания шлака на внешней поверхности фурмы. Затвердевание шлака на фурме способствует снижению до минимума температуры в ее металлических компонентах. В процессе эксплуатации обнаружено, что шлак, застывающий на переднем конце фурмы или наконечнике, служит в качестве основы для образования удлиненной трубки из твердого материала, являющейся продолжением фурмы, которое дополнительно защищает металлические компоненты от суровых рабочих условий внутри емкости.
Фурма установлена в стенке емкости 11 с помощью установочной конструкции 61, содержащей трубчатую деталь 60, проходящую по окружности кожуха для охлаждения и имеющую две стенки для создания между ними кольцевого пространства 70. Эта трубчатая деталь 60 размещена внутри трубчатого кронштейна 62 для установки фурмы, приваренного к корпусу емкости 11 таким образом, что он выступает вверх и наружу от емкости, и снабженному на верхнем конце фланцем 63. Установочная конструкция 61 соединена с задним концом внешней трубки 42 кольцевого кожуха 32 для охлаждения через кольцо 64 и также включает кольцевой установочный фланец 65, который может быть прижат к фланцу 63, находящемуся на конце трубчатого кронштейна 62 при помощи прижимных болтов 66. Между фланцами 63 и 65 установлено разрезное разделительное кольцо 67 для удержания их на расстоянии друг от друга при затягивании прижимных болтов 66. Компоновка такова, что передняя часть служащей в каче
- 3 -
009964
стве втулки трубчатой детали 60 конструкции 61 проходит насквозь до внутренней поверхности стенки емкости. Как видно на фиг. 2, стенка емкости в этом месте образована стальным цилиндрическим корпусом 16а и внутренней огнеупорной облицовкой 16b и передний конец трубчатой детали 60 наклонен под углом к продольной оси фурмы таким образом, чтобы находиться на одном уровне с поверхностью внутренней огнеупорной облицовки.
Трубчатая деталь 60 установочной конструкции 61 имеет водяное охлаждение, охлаждающая вода подается во внутреннее пространство 70 через впускной канал 68 и возвращается через выпускной канал 69, расположенные на заднем конце упомянутой детали. Внутреннее пространство 70 может быть разделено, чтобы создать внутри него удлиненный канал для протекания охлаждающей воды.
Задний конец промежуточной трубки 48 кожуха 32 и задний конец внутренней трубки 31 фурмы размещены в трубчатом корпусе 71, проходящем в заднем направлении от кольца 64 установочной конструкции 61. На корпусе 71 предусмотрены впускной канал 52 и выпускной канал 53, предназначенные для впуска охлаждающей воды в кожух 32 для охлаждения фурмы и выпуска воды из него. Гибкая кольцевая соединительная конструкция 81 соединяет задний конец промежуточной трубки 48 упомянутого кожуха с трубчатым корпусом 71, обеспечивая разделение внутреннего и внешнего канала для протекания воды внутри корпуса, а также делая возможным относительное продольное перемещение внутренней и внешней трубок и промежуточной трубки этого кожуха из-за различного теплового расширения и сжатия элементов фурмы.
Задний конец трубчатого корпуса 71 обеспечивает место крепления для заднего конца внутренней трубки 43 кольцевого кожуха для охлаждения.
Внутренняя трубка 31 удерживается на расстоянии от кольцевого кожуха 32 для охлаждения при помощи группы разделительных втулок 83, выступающих наружу от центральной внутренней трубки и расположенных вдоль нее с интервалами, чтобы обеспечить контакт с внутренней поверхностью внутренней трубки кольцевого кожуха для охлаждения, с целью создания кольцевого канала 84 для протекания газа между центральной внутренней трубкой и кольцевым кожухом для охлаждения. На заднем конце фурмы имеется впускной канал 85 для продувочного газа, позволяющий вводить продувочный газ, например азот, в канал 84 для его протекания вперед через фурму между внутренней трубкой и кольцевым кожухом для охлаждения с выходом из фурмы на переднем конце этого кожуха.
Центральная внутренняя трубка снабжена луковицеобразным выступом 86 в области переднего конца кожуха для охлаждения для образования управляемого сопла между внутренней трубкой и кожухом для управления скоростью потока вдуваемого газа. Разделительные втулки 83 выполнены таким образом, чтобы между внешней поверхностью центральной внутренней трубки и внутренней поверхностью кожуха для охлаждения оставались расположенные по окружности зазоры, позволяющие продувочному газу свободно протекать через кольцевой канал 84. Одна из разделительных втулок 83 установлена близко к луковицеобразному выступу 86, чтобы обеспечить его точное позиционирование у переднего конца внешнего кожуха для охлаждения для создания контролируемого кольцевого зазора для выпускного сопла продувочного газа. Поток продувочного газа поддерживается на таком уровне, чтобы воспрепятствовать проникновению шлака с переднего конца сопла между внутренней трубкой и внешним кожухом для охлаждения. Если шлак проникнет в фурму в этой области, он сразу застынет из-за наличия холодной воды в кожухе и холодного продувочного газа.
Во время работы фурм шлак будет накапливаться на их внешних поверхностях и на внутренней поверхности емкости. При остановке процесса шлак затвердевает, приводя к прикреплению фурмы к емкости. Однако при наличии изображенной схемы установки эту связь можно легко разрушить, чтобы облегчить отвод фурмы. Этого можно достичь путем такого ослабления прижимных болтов 66, которого достаточно для удаления разрезного разделительного кольца 67. Это делает возможным ограниченное перемещение внутрь трубчатой детали 60, служащей в качестве установочной втулки для фурмы, внутри установочного кронштейна 62, в результате чего передний конец трубчатой детали 60 перемещается внутрь от стенки емкости, разрушая отложения шлака. Это, в свою очередь, позволяет легко отвести фурму вместе со шлаком, затвердевшим на внешней трубке 42, через увеличенное отверстие, имеющееся в установочном кронштейне 62.
Фурмы для вдувания горячей руды могут иметь конструкцию, в общем, похожую на конструкцию фурм для вдувания угля. Однако, как показано на фиг. 5 и 6, фурма 27b ввода горячей руды содержит толстостенную внутреннюю трубку 31b, изготовленную методом центробежного литья и не имеющую внутренней облицовки. Трубка 31b должна состоять из секций, которые соединяются при помощи разрезных соединительных втулок 91. Смежные трубки могут быть выровнены друг относительно друга и соединены посредством соединительных втулок при помощи прерывистой шовной сварки. Передний конец внутренней трубки 31b снабжен выступом 86b, задающим размер сопла для выхода продувочного газа. Из-за наличия внутренней трубки с более высокой толщиной стенки в фурме для ввода горячей руды этот выступ гораздо меньше более массивного луковицеобразного выступа в фурме для вдувания угля.
В дополнительном варианте фурма для вдувания горячей руды снабжена водоохлаждаемым фланцем 92 для предотвращения перегрева трубки корпуса 71b. Этот фланец вставлен между водоохлаждае-мым концевым фланцем корпуса фурмы и фланцем, расположенным на конце системы ввода руды, ко
- 4 -
009964
торый также может быть водоохлаждаемым.
Внутренняя трубка фурмы для ввода горячей руды удерживается внутри кожуха для охлаждения на расстоянии от него при помощи группы разделительных втулок, выступающих наружу от центральной внутренней трубы таким же образом, что и в конструкции фурмы для ввода угля. Как и в фурме для ввода угля, расстояние между внутренней трубкой и кожухом для охлаждения обеспечивает кольцевой канал для протекания продувочного газа, который выходит из трубки на переднем конце упомянутого кожуха.
Внешние установочные средства для этих двух типов фурм идентичны, так как оба типа фурм могут быть вставлены в корпус общей конструкции.
На фиг. 7 схематично изображена фурма 27с для вдувания твердых веществ, установленная в один из трубчатых кронштейнов 62 для установки фурм, имеющийся в емкости 11. Фурма 27с для вдувания твердых веществ может иметь, в общем, ту же конструкцию, которая описана выше с использованием фиг. 2-6. Стенка 16 емкости футерована внутри водоохлаждаемыми огнеупорными панелями 100, и фурма 27с проходит в емкость через отверстие в этих панелях. Конструкция фурмы 27с изменена таким образом, что передний конец ее внешней трубчатой детали 60 закрыт кольцом 101 из огнеупорного материала для защиты этой передней поверхности от воздействия избыточных температур во время запуска процесса и операций замены фурмы перед накоплением шлака внутри емкости. Трубчатая деталь 60 проходит через стенку емкости таким образом, чтобы огнеупорное кольцо 101 находилось на одном уровне с внутренней поверхностью водоохлаждаемой панели 101 и служило огнеупорной заглушкой в отверстии этой панели.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для плавки, содержащее плавильную емкость, имеющую корпус, ограничивающий внутреннее пространство этой емкости, и фурму для вдувания твердых материалов, проходящую через отверстие в корпусе емкости в ее внутреннее пространство, причем упомянутая фурма для вдувания твердых материалов имеет центральную внутреннюю трубку, через которую материал в виде твердых частиц проходит в емкость и кольцевой кожух для охлаждения, окружающий центральную внутреннюю трубку на существенной части ее длины и снабженный внутренними каналами для протекания охлаждающей воды, при этом фурма для вдувания твердых веществ дополнительно содержит кольцевую установочную деталь фурмы, проходящую по окружности кольцевого кожуха для охлаждения на некотором расстоянии от переднего конца фурмы для создания в этом положении сегмента фурмы увеличенного поперечного сечения по сравнению с той частью фурмы, которая идет от этого положения вперед, причем корпус емкости снабжен трубкой для установки фурмы, проходящей наружу емкости от упомянутого отверстия и упомянутая установочная деталь фурмы размещена в упомянутой трубке для установки и проходит внутрь или через отверстие в корпусе емкости.
2. Устройство по п.1, в котором корпус емкости внутри футерован огнеупорным материалом, образующим внутреннюю поверхность емкости, а передний конец установочной детали фурмы проходит через отверстие в корпусе таким образом, что он находится на одном уровне с огнеупорным материалом на упомянутой внутренней поверхности.
3. Устройство по п.2, в котором упомянутая внутренняя поверхность емкости представляет собой поверхность водоохлаждаемой огнеупорной панели, прикрепленной к стенке емкости.
4. Устройство по п.2 или 3, в котором трубка для установки фурмы проходит наружу и вверх от вертикальной части стенки емкости, а передний конец установочной детали фурмы расположен под углом к продольной оси фурмы таким образом, что размещен вертикально и находится на одном уровне с упомянутой внутренней поверхностью емкости.
5. Устройство по любому из пп.2-4, в котором передний конец установочной детали фурмы закрыт огнеупорным материалом.
6. Устройство по п.5, в котором огнеупорный материал представляет собой полученное при помощи предварительной обработки давлением кольцо, прикрепленное к переднему концу установочной детали фурмы.
7. Устройство по любому из пп.1-6, которое дополнительно содержит блокируемое крепежное средство, предназначенное для прикрепления фурмы к упомянутой трубке для установки фурмы.
8. Устройство по п.7, в котором блокируемое крепежное средство прикрепляет фурму к упомянутой трубке для установки фурмы таким образом, что передний конец упомянутой установочной детали фурмы проходит через упомянутое отверстие в корпусе.
9. Устройство по п.7 или 8, в котором блокируемое крепежное средство выполнено такой конструкции, что при его разблокировании имеется возможность перемещения фурмы внутрь емкости на некоторое расстояние за счет скольжения ее установочной детали внутри трубки для установки фурмы.
10. Устройство по любому из пп.7-9, в котором внешний конец трубки для установки фурмы снабжен расположенным в радиальном направлении с ее внешней стороны установочным фланцем, при этом кольцевая установочная деталь фурмы снабжена расположенным в радиальном направлении с ее внешней стороны фланцем и блокируемое крепежное средство содержит прижимные болты, предназначенные
- 5 -
009964
для прижатия друг к другу упомянутых фланцев.
11. Устройство по п.10, в котором блокируемое крепежное средство дополнительно содержит промежуточный элемент, размещаемый между упомянутыми фланцами для удержания их на расстоянии друг от друга при затягивании прижимных болтов, но удаляемый при ослаблении прижимных болтов для перемещения фурмы внутрь емкости на первоначальное расстояние между фланцами за счет скольжения упомянутой установочной детали фурмы в упомянутой трубке для установки фурмы.
12. Устройство по любому из пп.1-11, в котором упомянутая кольцевая установочная деталь имеет внешний диаметр, который составляет, по меньшей мере, полтора диаметра кольцевого кожуха для охлаждения фурмы.
13. Устройство по п.12, в котором внешний диаметр кольцевой установочной детали составляет два диаметра кожуха для охлаждения.
14. Способ эксплуатации установки для прямой плавки, включающей металлургическую емкость и одну или более фурм для вдувания твердых веществ в эту емкость, содержащий этапы установки каждой фурмы таким образом, чтобы она проходила в емкость через отверстие, размер которого превышает поперечное сечение этой части фурмы с использованием установочной детали фурмы с размером, соответствующим упомянутому отверстию, выполнение операции выплавки в емкости, при этом шлак прилипает к фурме и внутренней стенке емкости, и удаление фурмы в несколько этапов по окончании операции выплавки, при этом перемещают фурму с ее установочной деталью внутрь емкости для разрушения отложений шлака в непосредственной близости от упомянутого отверстия и отводят фурму через это отверстие.
15. Способ по п.14, в котором емкость содержит стенку с внутренней поверхностью, причем упомянутое отверстие проходит через стенку емкости и имеет размер, соответствующий установочной детали фурмы, и по меньшей мере одна фурма имеет на переднем конце секцию с поперечным сечением уменьшенного размера относительно установочной детали фурмы, причем упомянутый этап установки фурмы в емкости содержит перемещение упомянутой секции переднего конца фурмы через упомянутое отверстие таким образом, чтобы по меньшей мере часть этой секции проходила в емкость дальше внутренней поверхности ее стенки, а также установку и выравнивание упомянутой установочной детали внутри отверстия.
16. Способ по п.15, в котором упомянутая установочная деталь содержит на переднем конце секцию, наклоненную под заранее определенным углом к продольной оси фурмы, причем упомянутый этап установки фурмы в емкости дополнительно содержит перемещение фурмы через упомянутое отверстие таким образом, чтобы продольная ось фурмы проходила внутрь и вниз в емкость, а также выравнивание фурмы в отверстии таким образом, чтобы секция переднего конца упомянутой установочной детали была параллельна или фактически находилась на одном уровне с внутренней поверхностью стенки емкости.
17. Способ по любому из пп.14-16, в котором во время упомянутой операции выплавки установочная деталь фурмы закреплена внутри трубки для установки фурмы, проходящей наружу от упомянутого отверстия.
18. Способ по п.17, в котором установочную деталь фурмы удерживают прикрепленной к трубке для установки фурмы при помощи блокируемого крепежного средства во время операции выплавки и блокируемое крепежное средство разблокируют при завершении этой операции, чтобы сделать возможным перемещение фурмы внутрь емкости за счет скольжения упомянутой установочной детали внутри трубки для установки фурмы.
19. Способ по п.17 или 18, в котором разблокирование упомянутого крепежного средства включает удаление промежуточного элемента, установленного между концевой частью упомянутой установочной детали фурмы и концевой частью упомянутой трубки для установки фурмы, и перемещение фурмы внутрь емкости внутри упомянутой трубки для установки фурмы на расстояние, фактически соответствующее размеру упомянутого промежуточного элемента.
20. Способ по любому из пп.14-19, в котором фурму перемещают внутрь с использованием портативного гидравлического устройства, установленного между установочной деталью фурмы и трубкой для установки фурмы.
- 6 -
009964
009964
Фиг. 5
Фиг. 6
27с
Фиг. 7
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 8 -