Фурмы для печи. Фурменные холодильники для доменной печи и кислородно-конверторного производства

Доменная печь состоит из колошника (распределителя шихты в печи), шахты (конической части печи для нагрева и восстановления железа), распара (цилиндрической части печи для размягчения и плавления железа), заплечников (конической части где формируется восстановительный газ) и горна (цилиндрической части печи для накопления жидкого чугуна и шлака).

В верхней части горна размещаются фурмы, представляющие собой каналы для подачи нагретого дутья (смеси сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом). В этой части горна температура может достигать до 2000°C. Поэтому фурмы эксплуатируются в чрезвычайно экстремальных условиях, но подача кислорода в горн в зону горения является необходимым для обеспечения высокой температуры и эффективного плавления железа. В сутки через фурмы может поступать в доменную печь до 4 500 тысяч м³ воздуха.

Схема использования фурменного агрегата в доменной печи

Впервые фурмы были применены в 1740 году в доменной печи Невьянского завода. Широкое распространение использование фурм в доменном производстве получило в начале ХХ века. После этого конструкция фурм имела весьма незначительные изменения, хотя технология ее производства постоянно усовершенствовалась.

Фурменный агрегат

Фурменный агрегат состоит из сопла, передающего дутье в фурму, подвижного колена и неподвижного колена, фурменного рукава для соединения через хомут с патрубком кольцевого воздухопровода и натяжное винтовое крепление с пружиной. Основные рабочие соединения в фурменном агрегате, такие как фурмы с соплом, сопла с подвижным коленом, подвижного и неподвижного колена, осуществляются через плотное соединение зашлифованных конических поверхностей путем последовательного плотного расположения следующей детали в предыдущей. При этом точно пригнанные конические поверхности обеспечивают герметичность соединения. Любое нарушение технологического режима нагрева и неплотность одного из соединений в фурменном агрегате приводит к выгоранию элементов конструкции и авариям.

В наиболее тяжелых температурных условиях работают фурма, фурменный холодильник и сопло. Фурменный холодильник устанавливается в амбразуре кладки печи, а сопло сопрягается с фурмой, которая уже выступает в рабочее пространство печи на 250 – 350 мм.

Сопла обычно изготавливают из стали с покрытием из специальной керамической огнеупорной футеровки. Фурмы производятся из меди. Устаревшая конструкция фурмы представляла собой изделие из штампованной листовой меди с толщиной стенки до 8 мм. В настоящее время фурмы в основном изготавливаются из меди методом центробежного литья, что обеспечивает максимальный срок службы фурмы за счет высокой технологичности изготовления, при которой достигается максимальная однородность материала и отсутствие в нем микропор. Однако данный способ несколько дороже, чем производство фурм методом вакуумного литья, который также иногда применяется при изготовлении фурм и имеет меньшую себестоимость изготовления, но существует вероятность наличия незначительной неоднородности материала. В любом случае производство фурм методом литья практически вытеснило использование сварной конструкции фурм из-за ее более низкой работоспособности, не смотря на более низкую себестоимость производства. Фурменный холодильник также изготавливается методом литья и выполняется из меди (реже из бронзы), устанавливается в амбразуре кладки печи и крепится через фланец с дополнительной приваркой к кожуху горна.

Охлаждение фурмы доменной печи производится водой, которая подается с расходом 15 – 25 м³/час непосредственно на внутренний торец фурмы. При этом нагрев отводимой охлаждающей воды не должен превышать 15 °C. Давление охлаждающей воды, подаваемой на торец фурмы и фурменный холодильник, не превышает 5 – 10 атм. Использование в качестве материала медь с содержанием не ниже 99,5 % Cu позволяет эффективно осуществлять отвод тепла от рабочего конуса фурмы, работающего в экстремально горячих условиях.

Фурменный холодильник

Производственно – инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) имеет большой опыт в изготовлении по чертежам заказчика фурм и фурменных холодильников методом центробежного литья. Компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) проводит контроль качества работы и материального исполнения на всех этапах производства от анализа исходного сырья до контроля чистовой механической обработки.

Другим местом применения фурм является кислородный конвертор, который представляет собой поворачивающуюся на цапфах и футерованную внутри емкость грушевидной формы с верхним отверстием для подачи через фурму кислорода, загрузки чугуна, лома, шлакообразующих, и снабженная леткой для выпуска стали.

Специальная водоохлаждаемая фурма, необходимая для подачи кислорода в конвертор, располагается в его горловине строго по оси. Глубина ввода фурмы в конвертор над ванной может меняться по ходу плавки. Перемещение фурмы осуществляется со скоростью не более 1 м/с специальным устройством, сопряженным с механизмом вращения конвертора. Давление подаваемого в фурму кислорода обычно не превышает 16 бар.

Фурма обычно состоит из двух составных частей: медной головки, работающей в тяжелых высокотемпературных условиях до 2600 °C и трубной подводящей части, которая выходит из высокотемпературной зоны и уже не требует экстремально быстрого отвода тепла. Трубная часть, длина которой может доходить до 27 метров, состоит из трех соосно закрепленных труб из жаропрочной стали. В центральную трубу обычно подается кислород. В среднюю полость, образованную центральной и средней трубой, поступает охлаждающая вода, которая по специально организованному перетоку в головке фурмы отводится через полость между средней и наружной трубой. За счет такой организации потока охлаждающей воды осуществляется отвод тепла от головки фурмы и от трех трубных частей, находящихся в экстремально горячей зоне. Скорость подачи воды определяется из условия, чтобы разница температур на входе и выходе не превышала 30°C. Для компенсации неодинаковых температурных расширений елементов труб в трубной отводящей части из-за существенного отличия степени прогрева во внутренних трубах используются гофрированные металлические компенсаторы, а в местах крепления труб сальниковые уплотнения, допускающие движение труб вдоль оси. В зоне конвертора на трубной отводящей части крепится медная головка фурмы, в которой располагаются сопла, распределяющие кислород внутри конвертора.

Головки фурмы обычно изготавливаливаются из чистой меди, чтобы обеспечить максимальную отдачу тепла протекающей охлаждающей воде и сохранить прочностные свойства конструкции и не допустить перегрева материала. Первоначально медные головки выполнялись из сварной конструкции, которая была недостаточно надежной, и сварные швы существенно сокращали срок службы головки. В настоящее время в основном применяются литые конструкции головок фурм. Однако несмотря на это срок службы головки фурмы обычно не превышает 150 плавок.

В первых конверторах головки имели одно сопло при достаточно низкой скорости подачи кислорода. По мере возрастания потребности в увеличении расхода кислорода и увеличения объема конвертора, применение одного сопла стало приводить к разбрызгиванию расплавленного металла при продувке. В настоящее время в головках фурм используется до семи сопел при сохранении прочности и сохранении срока службы конструкции. При этом располагаются на одной окружности вокруг оси головки фурмы под определенным углом к этой оси, который определяется в зависимости от свободного объема конвертора и расстояния до стенок конвертора, чтобы кислород из сопла не выжигал огнеупорный материал стенки. Это обеспечивает более равномерную продувку без разбрызгивания металла и увеличивает на несколько процентов выход готового металла.

Оборудование для Металлургии

Производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) готова также поставить для заказчиков металлургических производств ряд специальных деталей по техническому заданию заказчиков из специальных нержавеющих сталей повышенной механической прочности и износостойкости, жаропрочных сталей, стеллена, бронзы, керамики и сталей с покрытием:

• Медные гильзовые и сборные кристаллизаторы МНЛЗ
• Валки станов холодной и горячей прокатки
• Шпиндели и карданные валы прокатных станов
• Зубчатые колеса, вал-шестерни, шестеренные и червячные пары, конические и глобоидальные передачи
• Специальные изделия из бронзы, в том числе используемые в процессе прессования нержавеющей стали
• Печные ролики, в том числе со специальным покрытием
• Погружное оборудование из стеллена и керамики для процесса горячего цинкования нержавеющей полосы и деталей