Фурменный прибор для подачи дутья в доменную печь

 

Использование: устройство для подачи подогретого воздушного дутья в доменную печь. Сущность изобретения: устройство состоит из наклонной части, соединенной с гнутым коленом, соплом, фурмой и шаровым шарнирным соединением со стенкой печи, в котором наклонная часть состоит из конической трубки, прикрепленной своей верхней частью фланцами к верхнему соединительному участку, объединенному с гнутым коленом, сильфонного компенсатора и натяжных стержней, обеспечивающих механическое соединение между конической трубкой и нижним соединительным участком. Нижний соединительный участок и коническая трубка могут перемещаться друг относительно друга в осевом направлении и обладают средствами для ограничения их радиального перемещения. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к устройству для введения подогретого воздуха в шахтную печь, состоящему из множества отдельных элементов, имеющих внешнюю обкладку и внутреннюю жаростойкую набивку и состоящих из наклонного участка, соединенного с помощью гнутого колена, сопла, фурмы и шарового шарнирного соединения к стенке печи, в которой наклонный участок состоит из конической трубки, прикрепленной на фланцах своей верхней частью к верхнему подсоединительному участку, образующему часть кольцевой воздухораспределительной трубы, нижняя часть которой заглублена по оси в нижний подсоединительный участок, объединенный с гнутым коленом, сильфонного компенсатора, обеспечивающего герметичное уплотнение между конусной трубкой и нижней частью и натяжных стержней, обеспечивающих механическое соединение между конической трубкой и нижним соединительным участком.

Эти устройства широко известны под названием "фурменный патрубок" и имеют проблемы, связанные с перемещением и герметичностью. В самом деле, в результате воздействия высокой температуры подогретого воздуха (температура порядка 1200^оС и более) и высокой температуры, существующей внутри печи, стенка последней и кольцевая воздухораспределительная труба и фурменный патрубок подвержены тепловым расширениям и деформациям, вызывающим значительные относительные смещения между кольцевой воздухораспределительной трубой и стенками печей.

Таким образом, фурменный патрубок должен компенсировать эти относительные смещения или воспринимать их, в то же время не имея утечек газа или подогретого воздуха.

В дополнение к этим напряжениям теплового происхождения существуют напряжения, вызванные внутренними давлениями. Действительно, подогретый воздух, который вводится через фурменный патрубок в печь, находится в особенности в современных печах, под высоким давлением, которое, учитывая принятые здесь сечения, подвергают кольцевую воздухораспределительную трубу воздействию сил порядка нескольких тонн, эти давления распространяются, как на кольцевой воздухораспределительной трубы, так и из печи.

Известные фурменные патрубки, сконструированные так, чтобы они отвечали этим требованиям, состоят как из двух точек соединения, так и из трех точек соединения в каждом случае с шаровым шарнирным соединением между фурмой и соплом, а другое соединение (или два других соединения) в зависимости от типа расположено в наклонной части, соединяющей кольцевую воздухораспределительную трубу с гнутым коленом фурменного патрубка.

Соединения наклонной части в общем случае оснащаются гибкой уплотнительной втулкой и сильфонным компенсатором, соединяющими подвижные участки друг с другом.

Фурменные патрубки с тремя точками соединения, имеют преимущество по сравнению с фурменными патрубками, обладающими двумя точками соединения из-за наличия больших возможностей в восприятии или компенсации деформаций и напряжений как для радиальных, так и для осевых компонентов. Два соединения, расположенных в наклонной части таких фурменных патрубков, имеют шаровое шарнирное соединение, которое в воспринимает силовая составляющая, вызываемая давлением горячего воздуха, так, что эти силы не передаются на соединение между соплом и фурмой. Однако эти фурменные патрубки, имеющие три точки соединения, обладают недостатком, состоящим в относительно высокой стоимости, что имеет большое значение в свете большого количества фурменных патрубков, которыми оборудована доменная печь.

Фурменные патрубки с двумя соединениями преимущественно, состоящее в простоте и меньшей дороговизне. Однако эти фурменные патрубки более восприимчивы к напряжениям и деформациям, в особенности воздействующим на радиальные компоненты, что вызывает поломку уплотнительной втулки соединения в наклонной части и более скорый износ. Фурменный патрубок, кроме того, подвержен воздействию сил, вызванных давлением горячего воздуха. С целью предотвращения нарушения соединения между соплом и фурмой с последующими утечками от воздействия этих сил, наклонная часть этого фурменного патрубка должна быть прикреплена к стенке печи. Размещение этого закрепления, однако, не является идеальным благодаря очень большим смещениям фурменного патрубка и благодаря трудности доступа к нему.

Целью изобретения является обеспечение нового устройства для введения подогретого воздуха в шахтную печь, которое является относительно простым и недорогим и которое удовлетворительно воспринимает деформации и напряжения.

Для достижения этой цели в предлагаемом устройстве нижний соединительный участок и коническая трубка могут перемещаться друг относительно друга в осевом направлении и имеются средства для ограничения их радиального перемещения.

Было установлено, что если эти средства рассчитаны, на предотвращение осевого смещения более 2^о между конической трубкой и нижним соединительным участком, то могут быть получены удовлетворительные результаты.

Эти средства могут состоять из двух пластин, соединенных с фланцем верхнего соединительного участка, который выдается в блок, если смотреть со стороны печи, по другую сторону компенсатора, и направляются в соответствующие углубления фланца нижнего соединительного участка.

В соответствии с вторым вариантом эти средства состоят из внутреннего предохранительного кольца, соединенного с верхним фланцем нижнего соединительного участка и охватывающего нижнюю цилиндрическую часть конической трубки.

Уплотнение на уровне шарнирного шарового соединения между соплом и фурмой закрепляется с помощью пары натяжных стержней, регулируемых пружинами, натянутыми между стенкой печи и соплом гнутого колена.

Предпочтительно, чтобы эти натяжные стержни были установлены так, чтобы их оси образовывали острый угол в направлении основания по отношению к осям сопла.

На фиг. 1 изображен фурменный патрубок, вид сбоку; на фиг. 2 то же, осевой вертикальный разрез; на фиг. 3 схематически изображены существующие составляющие силы; на фиг. 4-6 средства для ограничения радиального смещения конической трубки по отношению к нижнему соединительному участку; на фиг. 7 второй вариант средств для ограничения радиального смещения, осевой разрез; на фиг. 8 и 9 схематическое изображение возможностей перемещения в случае свободного осевого смещения величиной 2^о между конической трубкой и нижним соединительным участком.

Фурменный патрубок включает в себя наклонный патрубок 22, направленный вниз, соединенный посредством гнутого колена 24 и сопла 26 с фурмой 28, которая закреплена на шпонке в темпеле 30 с помощью шарнирного шарового соединения, центр изгиба которого отмечен 0. Наклонная часть 22 состоит из верхнего соединительного участка 32, который является частью кольцевой воздухораспределительной трубы 20, и из нижнего соединительного участка 34, который прикреплен с помощью фланца 38 к гнутому колену 24. Соединение между верхним и нижним соединительными участками 32 и 34 обеспечивается с помощью конической трубки с нижней цилиндрической частью, которая прикрепляется с помощью фланца 40 к верхнему соединительному участку 32, нижняя часть которого соосно входит в верхнюю часть нижнего соединительного участка 34.

Как показано на фиг. 2, все элементы фурменного патрубка имеют внешнюю металлическую обкладку 42 и внутреннюю жаростойкую набивку 44.

В соответствии с одной из особенностей изобретения, патрубок 22 обладает некоторой степенью такой свободы, чтобы коническая трубка 36 могла в своей цилиндрической зоне перемещаться по оси с нижним соединительным участком 34 и наоборот. Уплотнение между этими двумя элементами обеспечивается с помощью кольцевой уплотнительной втулки 36 и сильфонным компенсатором 48, находящимся между верхним фланцем 40 и фланцем 50 нижнего соединительного участка 34. Три внешних натяжных стержня 52 обеспечивают механическую стабильность фурменного патрубка и ослабляют компенсатор 48 при разборке фурменного патрубка. Для этого натяжные стержни 52 прикрепляются с помощью гайки и контргайки к пластине 54, соединенной с верхним фланцем 40, и проходят через фланец 50 верхнего соединительного участка, в то же время допуская относительное осевое скольжение между натяжным стержнями 52 и фланцем 50 в пределах, установленных путем регулировки гаек 56.

С целью предотвращения утечек в шаровом шарнирном соединении между соплом 26 и фурмой 28 или для предотвращения разъединения устанавливается пара натяжных стержней, только один из которых может быть виден, как стержень 58, между гнутым коленом 24 и стенкой печи. Эти натяжные стержни 58 имеют пружину, усилие растяжения которой может быть отрегулировано с помощью гайки.

На фиг. 3 приведена принципиальная схема сил и их составляющих, которые возникают в фурменном патрубке. Фурменный патрубок изнутри прежде всего подвержен силе, возникающей благодаря давлению в кольцевой воздухораспределительной трубе 20. Эта сила S действует в осевом направлении и пропорциональна давлению к площади поперечного сечения компенсатора 48. Например, если компенсатор 48 имеет средний диаметр 580 мм и если давление в кольцевой воздухораспределительной трубе составляет 4 х 10⁵ Па, сила S составит 10560 даН. Учитывая, что фурменный патрубок не опирается в направлении действия силы S, последняя должна преломляться таким образом, чтобы встречать сопротивление, другими словами в направлении центра О в соединении между соплом 26 и фурмой 28. Эта составляющая представлена на фиг. 3 как S₁. Это нежелательное преломление приводит к возникновению составляющей S₂, которая направлена радиально. В этом случае составляющая S₁ имеет величину порядка 13000 даН6, а составляющая S₂ 7000 даН. Одной из целей изобретения является обеспечение средств, направленных на восприятие составляющей S₂, так как отсутствие этих средств подвергнет соединение между конической трубкой 36 и соединительным участком 34 воздействию радиальных скручивающих напряжений, способных вывести из строя втулку 36 и компенсатор 48.

На фиг. 3 составляющая S₁ была перераспределена в направлении точки О, принимая, что она находится в том месте, в котором воспринимает ее воздействие. Направление составляющей S₁ не является оптимальным, принимая, что она воздействует по нормали к нижней части шарового шарнирного соединения и способна оторвать верхнюю часть соединения и вызвать утечки в этой точке. Однако направление составляющей S₁ определяется благодаря действию натяжных стержней 58 и давлению внутри печи и в сопле; направление и величина этого давления представлены как Т на фиг. 3. Результирующая сила от действия натяжных стержней 58 представлена как I. Эта составляющая переносится в начало составляющей S₁ и после вычитания составляющей силы, возникающей благодаря воздействию давления T, получается результирующая R₁, которая отражает величину и направление силы, воздействующей на соединение между соплом 26 и фурмой 28. Эти результирующая R₁ имеет лучшую ориентацию, чем составляющая S₁ в том смысле, что меньшим является угол ее отклонения по отношению к оси сопла. Необходимо, кроме того, отметить, что ориентация результирующей R₁ тем лучше, чем больше угол отклонения J натяжных стержней 58 по отношению к оси сопла 26.

Усилие в натяжных стержнях 58 регулируется приблизительно так, чтобы воспринимать воздействие пружины, идущее из печи на фурму 28. Сила, противодействующая давлению, представлена вектором U. Если диаметр рабочего участка сопла составляет 450 мм, то сила U будет равна 6360 даН при давлении внутри печи 4 х 10⁵ Па. Следовательно, каждый из двух натяжных стержней 58 будет отрегулирован так, чтобы воспринимать силу порядка 3000 даН. При сложении силы реакции натяжных стержней Z и силы U с составляющей S₁ получается результирующая R₂, которая представляет собой силу воздействия фурмы 28 на темпель 30.

На фиг. 4 показан первый вариант средств, для восприятия радиальной составляющей S₂ силы S. В этом варианте верхний фланец 40 имеет две пластины 62, 64, которые распространяются вбок, если смотреть в направлении печи, по другую сторону компенсатора 48 и которые направляются из нижней расширенной частью в два соответствующих углубления 66, 68 нижнего фланца 50. Установка пластин 62, 64 в углублениях 66, 68 в результате предотвращает любое значительное радиальное смещение фланца 50 по отношению к фланцу 40 и в то же время допускает взаимное осевое смещение между этими двумя фланцами, т.е. некоторую раздвижку между конической трубкой 36 и соединительным участком 34.

Как установка пластин 62, 64 в соответствующих углублениях 66, 68, так и проход натяжных стержней 52 во фланец 50 и проникновение конической трубки 36 в соединительный участок 34 подвержены небольшой игре, чтобы допустить соевое смещение порядка 2^о между конической трубкой 36 и соединительными участком 34, который обладает степенями свободы, которые допустимы для восприятия фурменным патрубком перемещений, необходимых для компенсации разности смещений.

В варианте, показанном на фиг. 5, внешняя направляющая заменена на внутреннюю направляющую конической трубки 36. Эта направляющая связана с кольцом 70, например, выполненным из карбида кремния, которое окружает нижнюю цилиндрическую часть трубки 36. Это кольцо 70 также подвержено небольшой игре вокруг трубки 36 так, чтобы компенсировать радиальные силы, но в то же время выдержать осевое смещение порядка 2^о между трубкой 36 и соединительным участком 34.

На фиг. 8 схематически изображены смещения фурменного патрубка в горячем состоянии для осевого допуска смещения 2^о между конической трубкой и нижним соединительным участком. Более подробно показаны перемещения центра О соединения между соплом и фурмой, возникающие в результате перемещения стенки печи и перемещения стенки Y фланца 50 относительно условной мертвой точки Х, допуская, что кольцевая воздухораспределительная труба остается на месте. На примере, иллюстрирующем расстояние 2364 мм между О и Y и допуска смещения 2^о максимальное отклонение центра О в вертикальной плоскости представлено с помощью четырехугольника 72. Любое перемещение внутри этого четырехугольника 72 принимает форму только осевого смещения точки Y. Принимая во внимание тот факт, что точка О может быть также смещена в осевом направлении, подвижный четырехугольник превращается в параллелепипед 74 (см. фиг. 9). На практике этот параллелепипед представляет собой куб с длиной грани порядка 80 мм, которая соответствует смещению точки Y порядка 85 мм.

Формула изобретения

1. ФУРМЕННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ, содержащий кольцевой коллектор горячего дутья, соединенный с ним фурменный рукав, выполненный в виде прямолинейного наклонного участка из нескольких трубчатых секций, футерованных огнеупорным материалом, расположенных последовательно сверху вниз и соединенных между собой с образованием аксиального телескопического соединения посредством фланцев и шарнирно с сильфонными компенсаторами и натяжными стержнями, гнутого колена, размещенного в нижней части сопла, соединенного с фурмой, установленной в стенке печи, компенсаторы продольного удлинения и продольного расширения, средства ограничения радиального смещения, отличающийся тем, что шарнир, соединяющий коллектор с трубчатой секцией, выполнен с конической внутренней трубкой, средства ограничения радиального смещения выполнены в виде внутреннего направляющего кольца, выполненного заодно с фланцем и установленного с зазором вокруг конической трубки или в виде двух пластин, закрепленных одним концом на двух противоположных торцах, верхнего соединительного фланца верхней трубчатой секции, а другой конец каждой из пластин размещен в пазу, выполненном во фланце последующей трубчатой секции.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения уплотнения между соплом и фурмой под острым углом к оси сопла установлены два натяжных стержня с регулируемыми пружинами, причем один конец стержня закреплен на гнутом колене, а второй на фланце нижней секции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9