EA030272B1

EA030272B1 - Фурма для продувки погружением сверху, обеспечивающая улучшенное погружное горение

Info

Publication number: EA030272B1
Application number: EA201690484A
Authority: EA
Inventors: Маркус Реутер; Роберт Уолтер Матусевич; Цзилян Сиа; Нейл Джейкобсон
Original assignee: Оутотек (Финлэнд) Ой
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2018-07-31
Also published as: US20160265848A1; PL3058109T3; CN105612263B; EP3058109B1; KR20160047583A; ES2626828T3; WO2015056143A1; CL2016000821A1; ZA201602244B; AU2014335829B2; US10077940B2; KR101700078B1; EA201690484A1; EP3058109A1; CN105612263A

Abstract

Предложена фурма (24), применяемая в пирометаллургической операции (10) для продувки методом погружения сверху (TSL), имеющая по меньшей мере две, по существу, концентрические трубы (28, 30), при этом между одной из труб (28), самой удаленной от центра, и следующей, смежной с ней трубой (30) образован кольцевой канал (42) для кислородсодержащего газа, а внутри самой внутренней трубы (30) образован дополнительный канал (46) для топлива. Нижняя часть длины самой удаленной от центра трубы (28), считая от погружаемого нижнего выпускного конца фурмы (24), выходит за пределы выпускного конца другой или каждой другой трубы (30), образуя между выпускными концами указанных труб камеру (34), с которой сообщается канал (42) для кислородсодержащего газа. Фурма (24) дополнительно содержит устройство (60) преобразования газового потока, расположенное на нижнем концевом участке канала (42) для кислородсодержащего газа рядом с указанной камерой (34) и выполненное с обеспечением придания составляющей потока, направленной внутрь от внутренней поверхности самой удаленной от центра трубы (28), кислородсодержащему газу, проходящему в камеру (34) и продольно внутри нее по направлению к выпускному концу фурмы (24), с обеспечением улучшения смешивания кислородсодержащего газа с топливом, поступающим в указанную камеру из канала (46) для топлива.

Description

изобретение относится к погружным фурмам для продувки погружением сверху, применяемым в ходе пирометаллургических операций с использованием плавильной ванны.

Предпосылки изобретения

Для облегчения понимания изобретения приведено описание предпосылок к его созданию. При этом следует понимать, что при обсуждении не подразумевается или не признается факт того, что любой материал, упоминаемый как опубликованный, является известным или составляет часть общедоступных знаний на дату приоритета заявки.

В процессах плавки с использованием плавильной ванны или других пирометаллургических операциях, которые требуют взаимодействия между ванной и источником кислородсодержащего газа, применяют разные конструкции, обеспечивающие подачу газа. Как правило, указанные операции включают прямое вдувание в расплавленный штейн/металл. Данное вдувание можно выполнить посредством фурм нижнего дутья, как в печи бессемеровского типа, или фурм бокового дутья, как в конвертере ПирсаСмита. В альтернативном варианте вдувание газа может быть выполнено посредством фурмы, обеспечивающей либо продувку сверху, либо вдувание методом погружения. Примерами вдувания с помощью фурмы верхнего дутья являются сталеплавильные цеха с конвертерами, работающими по процессу КАЛДО и БОП, в которых чистый кислород вдувают сверху ванны, получая сталь из расплавленного железа. Другим примером является процесс получения меди в конвертере МйъиЫкЫ, при котором дутьевые фурмы создают струи газа, такого как воздух или воздух, обогащенный кислородом, которые, ударяясь и проникая сквозь верхнюю поверхность ванны, обеспечивают, соответственно, производство и переработку медного штейна. В случае дутья с использованием погружной фурмы ее нижний конец погружают таким образом, что дутье происходит внутри, а не сверху шлакового слоя ванны, обеспечивая продувку методом погружения сверху (Т§Ь), общеизвестным примером которого является Т§Ь технология, разработанная корпорацией "ОШо1сс АиктеИ", применяемая в целом ряде операций по обработке металлов.

При использовании обоих видов описанного выше дутья, а именно как продувки сверху, так и Т§Ь продувки, фурма подвергается высокотемпературному воздействию ванны. При продувке сверху в процессе получения меди в конвертере МйъиЫкЫ используют сравнительно небольшие стальные фурмы, в которых диаметр внутренней трубы составляет примерно 50 мм, а диаметр наружной трубы равен примерно 100 мм. Внутренняя труба оканчивается примерно на уровне свода печи, значительно выше зоны реакции. Наружная труба, которая может поворачиваться с предотвращением ее прилипания к водоохлаждаемому кольцу, расположенному по своду печи, проходит вниз в газовое пространство печи до местоположения, при котором ее нижний конец расположен примерно на высоте 500-800 мм над верхней поверхностью плавильной ванны. Через внутреннюю трубу вдувают частицы сырья, увлекаемые воздухом, тогда как воздух, обогащенный кислородом, вдувают через кольцевое пространство, образованное между трубами. Несмотря на то, что нижний конец наружной трубы расположен выше поверхности ванны и обеспечено всевозможное охлаждение фурмы проходящими по ней газами, наружная труба прогорает примерно на 400 мм в день. Поэтому, чтобы уменьшить воздействие в месте данного прогорания, в процессе эксплуатации наружную трубу понемногу опускают, и при необходимости прикрепляют новые секции к верхней части наружной, расходуемой в процессе эксплуатации трубы.

Фурмы для Т§Ь продувки имеют гораздо больший размер по сравнению с фурмами для продувки сверху, такими как для описанного выше процесса получения меди в конвертере МйкиЫкЫ. Обычно фурма для Т§Ь продувки имеет, по меньшей мере, внутреннюю и наружную трубы, как указано далее, но может иметь по меньшей мере еще одну трубу, концентрическую относительно внутренней и наружной труб. Диаметр наружной трубы обычных крупногабаритных фурм для Т§Ь продувки составляет 200-500 мм или более. Кроме того, фурма намного длиннее и проходит вниз через свод Т§Ь реактора, высота которого может составлять примерно 10-15 м, так что нижний конец наружной трубы погружен на глубину порядка 300 мм или более в расплавленную фазу шлака, находящегося в ванне, но защищен покрытием затвердевшего шлака, образуемого и сохраняющегося на наружной поверхности наружной трубы в результате охлаждающего воздействия вводимого внутрь потока газа. Внутренняя труба может оканчиваться примерно на том же уровне, что и наружная труба, либо на более высоком уровне, примерно 1000 мм над нижним концом наружной трубы. Таким образом, может случиться, что погруженным оказывается только нижний конец наружной трубы. В любом случае, на наружной поверхности внутренней трубы может быть установлена винтовая лопасть или другое устройство формирования потока, перекрывающее кольцевое пространство, образованное между внутренней и наружной трубами. Лопасти оказывают сильное закручивающее действие на воздух или воздух, обогащенный кислородом, вдуваемый вдоль данного кольцевого пространства, и обеспечивают усиление охлаждающего эффекта, а также соответствующее смешивание газа с топливом и сырьем, загружаемым по внутренней трубе, при этом смешивание происходит, по существу, в камере смешивания, образованной наружной трубой под нижним концом внутренней трубы, расположенным на достаточном расстоянии над нижним концом наружной трубы.

Наружная труба фурмы для Т§Ь продувки изнашивается и прогорает на нижнем конце, но благодаря защитному покрытию из застывшего шлака это происходит в значительно меньшей степени, чем при

- 1 030272

отсутствии указанного покрытия. Однако при использовании Т§Ь технологии износ в значительной степени зависит от способа эксплуатации. Выбирая способ эксплуатации, технологию можно реализовать на практике даже несмотря на то, что нижний конец фурмы погружается в высокореактивную и коррозивную среду, находящуюся в ванне с расплавленным шлаком. Внутренняя труба Т§Ь фурмы может быть использована для подачи таких загружаемых материалов, как концентрат, флюсы и восстановитель, вдуваемые в шлаковый слой ванны, либо для подачи топлива. Газ, содержащий кислород, такой как воздух или воздух, обогащенный кислородом, подается через кольцевое пространство, образованное между трубами. Перед началом продувки методом погружения внутрь шлакового слоя ванны, фурму располагают таким образом, что ее нижний конец, т.е. нижний конец наружной трубы, расположен на соответствующем расстоянии над поверхностью шлака. Газ, содержащий кислород, и топливо, такое как нефтяное топливо, мелкий уголь или газообразные углеводороды, подают в фурму, и полученную смесь кислорода с топливом поджигают с целью получения факела пламени, воздействующего на шлак. Это вызывает разбрызгивание шлака, образуя на наружной трубе фурмы покрытие из жидкого шлака, который застывает под воздействием газовой струи, проходящей через фурму, обеспечивая вышеуказанное покрытие из застывшего шлака. Если в дальнейшем фурму опускают, обеспечивая дутье внутрь шлака, продолжающееся протекание кислородсодержащего газа через фурму поддерживает такую температуру нижнего участка фурмы, при которой покрытие из застывшего шлака сохраняется и защищает наружную трубу.

При использовании Т§Ь фурмы взаимные положения нижних концов наружной и внутренней труб, т.е. расстояние, на которое нижний конец внутренней трубы отодвинут (если это имеет место) от нижнего конца наружной трубы, является оптимальной длиной для диапазона рабочих режимов конкретного пирометаллургического процесса, определяемого на стадии конструирования. Оптимальная длина может отличаться для разных областей применения Т§Ь технологии. Таким образом, при двухэтапной периодической загрузке с целью конвертирования медного штейна в черновую медь и переносе кислорода через шлак в штейн, каждый из процессов непрерывной одноэтапной операции конвертирования угольного штейна в черновую медь, восстановления свинцового шлака или переплавки железорудного сырья для производства чугуна в чушках, предполагает разную соответствующую оптимальную длину камеры смешивания. Однако в каждом случае, когда нижний конец наружной трубы немного изнашивается и прогорает, длина камеры смешивания постепенно уменьшается ниже значения, оптимального для пирометаллургической операции. Подобным образом, если между концами наружной и внутренней труб смещение отсутствует, нижний конец внутренней трубы может быть не защищен от воздействия шлака, при этом тоже подвергаясь износу и прогару. Таким образом, время от времени нижний конец, по меньшей мере, наружной трубы нуждается в подрезке, обеспечивающей ровный край, к которому приваривают отрезок трубы соответствующего диаметра, чтобы снова установить оптимальные взаимные положения нижних концов труб с целью оптимизации режимов плавки.

Степень износа и прогара нижнего конца наружной трубы изменяется в ходе проведения пирометаллургической операции в плавильной ванне. Факторы, определяющие указанную степень, включают скорость переработки сырья, рабочую температуру, химический состав и текучесть содержимого ванны, скорости потоков в фурме и т.д. В некоторых случаях степень коррозионного износа и прогара является сравнительно высокой и в самом худшем случае может привести к потере нескольких часов рабочего времени в день вследствие необходимости остановки технологического процесса с целью вывода из эксплуатации изношенной фурмы и ее замены, при этом изношенную фурму, изъятую из процесса эксплуатации, ремонтируют. Данные перерывы в работе могут возникать по нескольку раз в день, при этом каждая остановка процесса увеличивает непроизводительное время. Несмотря на то, что Т§Ь технология имеет существенные преимущества по сравнению с другими технологиями, включая снижение затрат, любые потери рабочего времени, необходимого для замены фурм, влекут за собой существенные убытки.

Были предложены варианты жидкостного охлаждения фурм для продувки сверху и Т§Ь фурм с целью защиты указанных фурм от воздействий высокой температуры при пирометаллургических процессах. Примеры фурм, применяемых для продувки сверху и охлаждаемых жидкой средой, описаны в следующих патентах США:

- 2 030272

3223398 - Вегйат θί а1,

3269829 - Ве1к1П,

3321139 - ϋθ 3а1 ηί Магйп,

3338570 - ΖΪΓηηΊθΓ,

3411716 - 51ерИап θί а1,

3488044 - ЗИерпегс!,

3730505 - Патассюй! θί а1,

3802681 - ΡίθίίθΓ,

3828850 - ΜοΜίηη θί а1,

3876190 - ΰοήηδίοηθ θί а1,

3889933 - ^иау,

4097030 - Оезааг,

4396182 - ЗсИайаг θί а1,

4541617 - Окапе θί а1; и

6565800 - ϋιιηηθ.

Во всех указанных ссылках, за исключением указанных патентов США 3223398 и 3269829, концентрические, крайние снаружи трубы используют для пропускания текучей среды к выпускной головке фурмы вдоль подающего канала и назад от указанной головки вдоль обратного канала, хотя в патенте № 3223398 применяют вариант, в котором данный поток ограничен участком сопла фурмы. Несмотря на то, что в патенте № 3269829 предложено охлаждение водой, она проходит через выпускные отверстия вдоль длины внутренней трубы, смешиваясь с кислородом, подаваемым по кольцевому проходу, образованному между внутренней и наружной трубами, и впрыскивается в виде пара вместе с кислородом. Нагревание и испарение воды обеспечивает охлаждение фурмы, предложенной в патенте № 3269829, при этом указано, что создаваемая и впрыскиваемая струя обеспечивает возврат тепла в ванну.

В патентах США № 3521872 от ТйешеНь, № 4023676 от Веппей и др. и № 4326701 от Наубеп, 1г. и др. описаны погружные фурмы для дутья. Предложение в патенте № 3521872 подобно описанному в американском патенте № 3269829. В каждом из них применяют фурму, охлаждаемую за счет добавления воды в поток газа и ее испарения во вдуваемом потоке, при этом данная конфигурация отличается от конфигурации для охлаждения фурмы водой посредством переноса тепла в замкнутой системе. Однако устройство, предложенное в патенте № 3521872, не имеет внутренней трубы, и газ и вода подаются вдоль единой трубы, в которой вода превращается в пар. Предложение в патенте № 4023676 хотя и называется фурмой, более похоже на отверстие, в которое ее вводят, расположенное ниже поверхности расплавленного черного металла и проходящее сквозь периферическую стенку печи, в которой находится расплавленный металл. В патенте № 4023676 концентрические трубы для дутья проходят внутри керамической муфты, при этом охлаждающая вода циркулирует по трубам, заключенным в керамический кожух. В патенте № 4326701 подача охлаждающей текучей среды предусмотрена только на верхнем участке фурмы, тогда как ее нижний участок до погружаемого выпускного конца содержит только одну трубу, заключенную в кожух из огнеупорного цемента.

В патенте № 3521872 обращено особое внимание на недостатки предложений известного уровня техники. Обсуждение касается рафинирования меди с использованием кислородного дутья. Хотя медь имеет температуру плавления примерно 1085°С, в патенте № 3521872 отмечается, что рафинирование меди проводят при сверхвысокой температуре, составляющей примерно от 1140 до 1195°С. При такой температуре фурмы, выполненные из нержавеющей стали высокого качества или легированной стали, имеют очень небольшую прочность. Таким образом, даже используя фурмы для продувки сверху, обычно применяют охлаждение циркулирующей текучей средой, либо огнеупорное или керамическое покрытие в случае использования погружных фурм, предложенных в патентах №№ 4023676 и 4326701. Преимущество американского патента № 3269829 и усовершенствование, предложенное в патенте № 3521872 относительно патента № 3269829, заключается в использовании интенсивного охлаждения, получаемого в результате испарения водяной смеси внутри вдуваемого газа. В каждом случае испарение, обеспечивающее охлаждение фурмы, должно быть реализовано внутри газа. Усовершенствование, предложенное в патенте № 3521872 относительно 3269829, заключается в атомизации охлаждающей воды перед ее подачей в фурму, исключая риски повреждения конструкции фурмы и детонации, возникающей в результате вдувания воды внутрь расплавленного металла.

В американском патенте № 6565800 от Ниппе описана фурма для вдувания твердозернистого материала в расплавленный материал с использованием инертного носителя. А именно, фурму используют просто для переноса зернистого материала в расплав, а не в качестве устройства, обеспечивающего смешивание материалов и их горение. Фурма имеет центральную внутреннюю трубу, через которую вдувают зернистый материал, при этом в непосредственном термическом контакте с наружной поверхностью

- 3 030272

указанной трубы, которая имеет кожух с двойными стенками, может циркулировать такое охлаждающее средство, как вода. Кожух проходит вдоль части длины внутренней трубы, при этом остальная часть длины трубы выступает из кожуха на выпускном конце фурмы. Длина фурмы составляет по меньшей мере 1,5 м, и переводя чертежи в реальный масштаб, понятно, что наружный диаметр кожуха составляет порядка 12 см при внутреннем диаметре внутренней трубы, составляющем примерно 4 см. Кожух состоит из последовательных отрезков, сваренных вместе, при этом основные отрезки выполнены из стали, а концевая секция, расположенная ближе к выпускному концу фурмы, выполнена из меди или медного сплава. Выступающий из кожуха выпускной конец внутренней трубы выполнен из нержавеющей стали, что облегчает его замену, и соединен с основной длиной внутренней трубы посредством соединения с винтовой резьбой.

Считается, что фурма, описанная в американском патенте № 6565800 от Эиппс. подходит для использования в НВЗшеЙ процессе производства черного метала, при этом фурма обеспечивает вдувание железорудного сырья и углеродсодержащего восстановителя. В данном случае фурма подвержена воздействию агрессивных режимов, включая рабочие температуры порядка 1400°С. Однако, как указано выше со ссылкой на патент США № 3521872, температура плавления меди составляет примерно 1085°С, а уже при температуре примерно от 1140 до 1195°С нержавеющая сталь имеет очень низкую прочность. Возможно, решение, предложенное в патенте № 6565800, подходит для использования применительно к НЦЗшеЙ процессу, при условии высокого соотношения поперечных сечений охлаждающего кожуха и внутренней трубы, составляющего примерно 8:1, и небольших поперечных сечениях в целом. Фурма, предложенная в патенте № 6565800, не относится к Т8Ь фурме, а также не походит для использования в Т8Ь технологии.

Примеры фурм для использования в пирометаллургических процессах, основанных на Т8Ь технологии, предложены в американских патентах №№ 4251271 и 5251879, оба от Иоуф а также в американском патенте № 5308043 от Иоуб и др. Как подробно отмечено выше, сначала шлак разбрызгивается с использованием фурмы для продувки сверху на слой расплавленного шлака, обеспечивая на фурме защитное покрытие из шлака, который застывает под воздействием подаваемого сверху с высокой скоростью дутьевого газа, создающего разбрызгивание. Твердое покрытие из шлака сохраняется в хорошем состоянии, несмотря на то, что в дальнейшем фурму опускают и погружают нижним выпускным концом в слой шлака, обеспечивая внутри шлака заданную продувку методом погружения сверху. При этом фурмы, описанные в американских патентах №№ 4251271 и 5251879, работают в условиях охлаждения, обеспечивающего сохранность слоя застывшего шлака только за счет дутья, как в патенте № 4251271, а в патенте № 5251879 за счет указанного дутья и газа, вдуваемого через трубу, заключенную в защитный кожух. Однако в патенте № 5308043 дополнительно к охлаждению, обеспечиваемому дутьем и газом, вдуваемым через трубу, заключенную в защитный кожух, обеспечено охлаждение текучей средой, циркулирующей по кольцевым каналам, образованным тремя наружными трубами фурмы. Это стало возможным за счет наличия кольцевой головки из твердого стального сплава, расположенной на выпускном конце фурмы, которая соединяет самую наружную и самую внутреннюю из трех указанных труб по периферии фурмы. Кольцевая головка охлаждается дутьевым газом и также жидким охладителем, протекающим по всей верхней торцевой поверхности головки. Твердость кольцевой головки и ее изготовление из соответствующей легированной стали обеспечивает хороший уровень износостойкости и сопротивления прогару. При данной конфигурации устройства практический срок службы фурмы обусловлен необходимостью замены ее головки, что предупреждает вероятность повреждения фурмы, обеспечивая выпуск охлаждающей жидкости внутрь плавильной ванны.

Продувка фурмой методом погружения сверху (Т8Ь) широко применяется в пирометаллургических процессах, поскольку по сравнению с фурмой для продувки сверху имеет ряд преимуществ. В пирометаллургических процессах, например, с использованием плавильной печи, работающей по Т8Ь технологии, одним из основных слабых мест является конструкция фурмы. Вследствие агрессивных свойств высокотемпературной фазы шлака, в которой проводят продувку методом погружения, а также наличия факела горения, обычно образуемого в результате сжигания топлива на погружаемом конце фурмы или в его пределах, может сократиться период эксплуатации между ремонтами головки погружаемой сверху фурмы. Указанные факторы приводят к износу и прогару на выпускном конце фурмы, хотя износ можно дополнительно усугубить введением минерального концентрата в некоторых Т8Ь операциях пирометаллургического процесса. Некоторые типовые фурмы для продувки методом погружения сверху были предложены в упомянутых выше американских патентах №№ 4251271 и 5251879, а также в находящихся на стадии рассмотрения заявках ФО 2013/000017 и ФО 2013/029092 от авторов настоящего документа. Как правило, указанные фурмы включают спиральные завихрители, которые обеспечивают протекание газа по спиральной траектории в верхней части длины фурмы, облегчая смешивание газа и топлива, впрыскиваемых в зону горения, образованную в пределах выпускного конца фурмы, или, по меньшей мере частично, за пределами данного конца.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованной фурме для продувки методом погружения сверху, применяемой в операциях Т8Ь пирометаллургического процесса. Фурма согласно данному изобретению представляет альтернативу фурме, описанной в американском патенте № 5308043 от Иоуб

- 4 030272

и др., и, по меньшей мере, предпочтительные варианты осуществления данного изобретения могут обеспечить преимущества по сравнению с фурмой согласно указанному патенту.

Сущность изобретения

В данном изобретении предложена фурма для продувки методом погружения сверху (Т8Ь), применяемая в пирометаллургической операции. Фурма имеет по меньшей мере две, по существу, концентрические трубы, при этом между самой удаленной от центра трубой и следующей, смежной с ней трубой образован кольцевой канал для кислородсодержащего газа, а внутри самой внутренней трубы образован дополнительный канал для топлива. Нижняя часть длины самой удаленной от центра трубы, считая от погружаемого нижнего выпускного конца фурмы, выходит за пределы выпускного конца другой или каждой другой трубы, образуя между выпускными концами указанных труб камеру, с которой сообщается канал для кислородсодержащего газа. Фурма дополнительно содержит устройство преобразования газового потока, которое расположено смежно с указанной камерой на нижнем концевом участке канала для кислородсодержащего газа, и которое может обеспечивать придание направленной внутрь составляющей потока, направленной от внутренней поверхности самой удаленной от центра трубы, кислородсодержащему газу, проходящему к камере и продольным образом внутри нее, по направлению к выпускному концу фурмы, тем самым, улучшая смешивание кислородсодержащего газа с топливом, поступающим в камеру из канала для топлива. Указанное устройство имеет по меньшей мере один внутренний элемент винтовой формы и наружный элемент, проходящий вокруг указанного по меньшей мере одного внутреннего элемента, так что указанное устройство обеспечивает протекание газа на участке нижнего конца кольцевого канала по спиральному проточному каналу уменьшающегося поперечного сечения вокруг наружной поверхности следующей смежной трубы.

При использовании Т8Ь фурмы согласно изобретению кислородсодержащий газ подается под давлением в первый соединительный патрубок, расположенный на верхнем конце фурмы, обеспечивая протекание указанного газа в продольном направлении по длине кольцевого канала для указанного газа, образованного между самой удаленной от центра и следующей, смежной с ней трубами. Газ может представлять собой кислород, воздух или воздух, обогащенный кислородом. Кроме того, топливо, которое может представлять собой нефтяное топливо, сжиженный нефтяной газ или мелкодисперсное топливо в газе-носителе, такое как уголь или другое твердое угольное топливо, захваченное потоком воздуха или азота, подается под давлением во второй соединительный патрубок, расположенный на верхнем конце фурмы, обеспечивая протекание данного топлива в продольном направлении по проходу для топлива, образованному внутри самой внутренней трубы, или проходу, образованному между самой внутренней трубой и следующей, смежной с ней трубой, не являющейся самой удаленной от центра. Устройство выполнено таким образом, что кислородсодержащий газ и топливо могут смешиваться в камере, образованной между выпускным концом самой удаленной от центра трубы и выпускным концом другой или каждой другой трубы, получая горючую смесь, которую можно поджечь или воспламенить с целью образования мощного факела горения, выходящего за пределы выпускного конца фурмы.

Как описано в приведенном выше разделе "Предпосылки изобретения", фурму сначала подвешивают над ванной со шлаком, так что пламя, образованное горючей смесью, направлено на поверхность шлака, приводя к тому, что наружная часть нижнего конца фурмы покрывается капельками разбрызгиваемого шлака. В результате охлаждающего эффекта, обеспечиваемого потоком кислородсодержащего газа, проходящего вдоль кольцевого канала для указанного газа и за его пределы, шлак затвердевает, образуя покрытие из застывшего шлака, которое может сохраняться даже после того, как фурму опускают, погружая нижним концом внутрь шлака, чтобы пламя могло образовать внутри шлака зону горения. Данная методика широко применяется в различных пирометаллургических процессах, хотя в некоторых операциях возникают проблемы. Например, смешивание кислородсодержащего газа и топлива может быть недостаточным для достижения эффективного горения топлива, что приводит к проблеме поддержания температуры в ванне в результате погружного горения и дисперсии топлива внутри ванны, в которой топливо, вопреки предназначенному, работает в качестве восстанавливающего агента. Кроме того, могут возникать трудности при сохранении в хорошем состоянии обязательного покрытия из твердого шлака, особенно при значениях температуры в ванне, близких к верхнему пределу температурного диапазона для области применения Т8Ь технологии, причем в тех местах, где данное покрытие отсутствует, возникает интенсивная эрозия самой удаленной от центра трубы. При таких высоких температурах эффект охлаждения, создаваемый кислородсодержащим газом, не может обеспечить соответствующее охлаждение самой удаленной от центра трубы, при этом факел пламени может подходить очень близко к ее внутренней поверхности и дополнительно ухудшать и без того несоответствующее охлаждение данной трубы. Согласно данному изобретению, устройство фурмы, обеспечивающее преобразование потока, обеспечивает более эффективное функционирование, способствуя перемешиванию кислородсодержащего газа и, тем самым, повышая эффективность горения топлива, а также участвуя в концентрации факела и, таким образом, увеличивая расстояние пламени от внутренней поверхности самой удаленной от центра трубы, и таким образом способствует сохранению покрытия из застывшего шлака.

Фурма согласно изобретению предпочтительно включает по меньшей мере одно- или многозаходный спиральный лопастный завихритель, расположенный в кольцевом канале для кислородсодержащего

- 5 030272

газа. В американском патенте № 4251271 от Р1оуб предложено использовать фурму только с одним завихрителем для кислородсодержащего газа, проходящим на протяжении основной части длины кольцевого канала. При этом фурма согласно данному изобретению предпочтительно включает по меньшей мере один сравнительно короткий завихритель, более предпочтительно два или три таких укороченных завихрителя, которые в их предпочтительном многозаходном варианте выполнения также называют комплектом. Это не расходится с существующими практическими методиками, когда применение коротких завихрителей или комплектов, а не более длинных завихрителей, как в американском патенте № 4251271, обеспечивает меньший перепад давления газа между верхним и нижним концами фурмы, что позволяет подавать газ при более низком давлении.

Завихрители вызывают закручивание кислородсодержащего газа, вводимого вдоль кольцевого канала. В результате, под действием центробежных сил газ отжимается к внутренней поверхности самой удаленной от центра трубы, усиливая эффект охлаждения газом по сравнению с охлаждением без использования завихрителей. Однако данный эффект завихрителей оказывается контрпродуктивным относительно надлежащего смешивания газа с топливом в камере. То есть для получения эффективного смешивания в камере нужно, чтобы газ перемещался во внутреннем, а не наружном направлении, и устройство преобразования потока согласно изобретению обеспечивает корректировку любого негативного воздействия завихрителей.

Устройство видоизменения потока может иметь разные виды. Однако в каждом варианте устройство функционирует путем передачи газу, протекающему продольно к камере по участку нижнего конца кольцевого прохода для кислородсодержащего газа, части потока от внутренней поверхности самой удаленной от центра трубы. Фактически часть потока может проходить отчасти радиальным или радиальным и продольным образом, но в любом случае предпочтительно образует существенную турбулентность или вихревые потоки в кислородсодержащем газе, протекающем к камере и в ее пределах, так что смешивание газа и топлива еще более улучшено.

Устройство преобразования потока имеет по меньшей мере один внутренний элемент винтовой формы и наружный элемент, проходящий вокруг по меньшей мере одного внутреннего элемента. При данной конфигурации устройство преобразования потока вынуждает газ протекать на участке нижнего конца кольцевого канала по спиральному проточному каналу уменьшающегося поперечного сечения, вокруг наружной поверхности следующей трубы, наиболее близкой к центру. Один или каждый внутренний элемент предпочтительно представляет собой винтовую лопасть, так что устройство преобразования потока имеет одно- или многозаходную спиральную конфигурацию. Указанная по меньшей мере одна лопасть внутреннего элемента может быть прикреплена через промежутки или сплошным образом вдоль внутренней спиральной кромки к наружной поверхности следующей трубы, наиболее близкой к центру. Предпочтительно ширина указанной по меньшей мере одной лопасти уменьшается в радиальном направлении относительно следующей трубы, наиболее близкой к центру, при этом лопасть имеет максимальную ширину на верхнем конце или ближе к указанному концу. Наружный элемент закрывает наружную периферию спирального проточного канала снаружи и вокруг следующей трубы, наиболее близкой к центру. Если имеется только один внутренний элемент, то наружный элемент может иметь винтовую форму, при этом его радиально внутренняя поверхность проходит вокруг и между последовательными витками одной лопасти. Тем не менее, наружный элемент предпочтительно проходит вокруг и вдоль всех последовательных витков одной или каждой лопасти. Если необходимо перекрыть все последовательные витки, наружный элемент может иметь ступенчатую или сужающуюся радиальным образом внутреннюю поверхность. В предпочтительном виде наружный элемент имеет внутреннюю поверхность в форме усеченного конуса, при этом его наружная поверхность тоже может иметь форму усеченного конуса или иную форму, такую как цилиндрическая или коническая.

Указанная одна или каждая лопасть, содержащая по меньшей мере один внутренний элемент, имеет верхнюю спиральную поверхность, которая предпочтительно обращена к верхнему, впускному концу фурмы, а ее радиальные сечения, по существу, перпендикулярны продольной оси фурмы. При этом возможны и другие конфигурации, в которых верхняя поверхность может быть выполнена наклонной или криволинейной относительно данной оси.

Наиболее предпочтительно, чтобы указанная одна или каждая лопасть устройства преобразования потока была закреплена, например, по наружной поверхности следующей смежной трубы. Крепление можно выполнить сваркой, выполняемой либо непрерывным, либо прерывистым способом вдоль длины каждой лопасти. В альтернативном варианте наружный элемент устройства преобразования потока может содержать стакан или кольцевой кожух, при этом одна или каждая лопасть может быть прикреплена к внутренней поверхности стакана или кожуха и тоже непрерывной или прерывистой сваркой. Элементы устройства преобразования потока могут быть выполнены из стали, характеристики термического расширения которой предпочтительно подобны указанным характеристикам для стали, из которой изготовлены трубы фурмы, и предпочтительно, чтобы марки стали имели одинаковый или близкий состав.

В том случае, если устройство фурмы, обеспечивающее преобразование потока согласно изобретению, включает по меньшей мере одну винтовую лопасть, между указанным устройством и завихрителями существует несколько общих черт. Завихрители выполнены спиральными и могут иметь вид одно- 6 030272

или многозаходного винта. Однако спиральная форма является фактором подобия, когда завихрители и лопасти устройства преобразования потока существенно отличаются по общему виду и функционально. На практике завихрители прикреплены или установлены на наружной поверхности и вдоль данной поверхности трубы, следующей и смежной с самой удаленной от центра трубой. Кроме того, в направлении своей длины завихрители имеют, по существу, равномерную ширину, так что их ширина, по существу, перекрывает радиальную ширину кольцевого прохода для кислородсодержащего газа, тем самым, вихреобразующее устройство вынуждает, по существу, весь данный газ протекать по спиральной траектории. Однако, хотя лопасти устройства преобразования потока тоже могут быть прикреплены или установлены на наружной поверхности и вдоль данной поверхности следующей смежной трубы, нужно, чтобы их ширина, по существу, перекрывала радиальную ширину кольцевого прохода только у верхних концов лопастей или в направлении указанных концов, а далее ширина лопастей уменьшается. Кроме того, лопасти взаимодействуют с наружным элементом устройства преобразования потока, образуя проточный канал уменьшающегося поперечного сечения. Разумеется, существует еще одно главное отличие, которое заключается в том, что завихрители передают газу направленную наружу, а не внутрь часть потока, что обеспечено комбинацией лопастей и наружного элемента устройства преобразования потока.

В данном изобретении предложена фурма для продувки методом погружения сверху, которая благодаря улучшению потока газа, протекающего по направлению к камере смешивания и через нее, образованную в нижней части длины наружной трубы, обеспечивает лучшее смешивание газа с впрыскиваемым топливом, улучшенное горение смеси и более сильное пламя горения, которое локализовано на расстоянии от внутренней поверхности наружной трубы. Кроме того, усовершенствования обеспечивают лучшую сохранность защитного слоя из застывшего шлака даже при более высоких температурах эксплуатации, или его сохранность на протяжении более длительного периода эксплуатации при данной температуре, что позволяет уменьшить производственные затраты на пирометаллургическую операцию, в которой применяют фурму, за счет увеличения рабочего времени между последовательными выводами из эксплуатации с целью замены фурмы.

Краткое описание чертежей

Далее данное изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых проиллюстрированы конкретные предпочтительные варианты выполнения данного изобретения.

На чертежах

фиг. 1 изображает схематический вид в аксонометрии, с частичным вырезом, реактора, в котором продувку выполняют методом погружения сверху (Т§Ь);

фиг. 2 - Т§Ь фурму одного вида, выполненную согласно изобретению и применяемую в Т§Ь реакторе, изображенном на фиг. 1;

фиг. 3 - увеличенный вид в разрезе элементов, подобных изображенным на фиг. 2; и

фиг. 4 - вид сверху модифицированных элементов, изображенных на фиг. 3, в разрезе по линии А-А

фиг. 3.

Подробное описание

Перед тем как перейти непосредственно к чертежам, следует отметить, что обязательным требованием, предъявляемым к Т§Ь фурме согласно изобретению, как и в целом для Т§Ь фурм, являются большие размеры. В местоположении, удаленном от выпускного конца, например, рядом с верхним или впускным концом, фурма имеет конструкцию, посредством которой ее можно подвесить вертикально внутри Т§Ь реактора. Фурма может иметь длину примерно 7,5 м, например, в случае небольшого Т§Ь реактора специального назначения. У крупного Т§Ь реактора специального назначения длина фурмы может достигать примерно 25 м или даже более. Чаще всего длина фурмы соответствует диапазону примерно от 10 до 20 м. Указанные размеры относятся к общей длине фурмы и самой удаленной от центра трубе, измеряемой до выпускного конца. Следующая смежная труба и самая близкая к центру труба, а также любая другая труба фурмы, имеющей по меньшей мере три, по существу, концентрические трубы, может доходить для выпускного конца и, таким образом, по существу, имеет такую же общую длину, что и самая удаленная от центра труба. Однако каждая труба, кроме самой удаленной от центра трубы, может заканчиваться на небольшом расстоянии от выпускного конца указанной трубы, например, составляющем около 1000 мм. Обычно фурма имеет большой диаметр, например, определяемый внутренним диаметром самой удаленной от центра трубы, который составляет примерно от 100 до 650 мм, предпочтительно примерно от 200 до 650 мм, и общий диаметр от 150 до 700 мм, предпочтительно, примерно 250550 мм.

Обратимся к фиг. 1, на которой изображен Т§Ь реактор или печь 10, предназначенная для выполнения пирометаллургической операции, в которой продувку выполняют методом погружения сверху (Т§Ь) с использованием Т§Ь фурмы согласно данному изобретению. Печь 10 изображена с частичным вырезом, чтобы показать ее внутреннее устройство, соответствующее проведению пирометаллургической операции. Печь 10 имеет секцию 12 высокого цилиндрического основания, в котором расположена плавильная ванна 14, содержащая или имеющая верхний слой, состоящий из шлака. В продолжение верхнего участка секции 12 основания печь 10 имеет ассиметричный, в форме усеченного конуса свод 16, над которым расположена дымовая труба 18. Секция 12 и свод 16 печи 10 обычно имеют наружную оболоч- 7 030272

ку 20 из стали, которая облицована соответствующей футеровкой 22. Вертикально подвешенная фурма 24, более детально изображенная на фиг. 2, проходит через свод 16 вниз в секцию 12 основания печи 10 и рядом с осью указанной секции. Фурма 24 проходит сквозь свод 16 и может быть поднята или опущена посредством салазок (не показаны на чертеже), к которым может быть присоединен верхний конец указанной фурмы. Салазки могут перемещаться вертикальным образом по направляющей конструкции (не показана на чертеже). Посредством фурмы 24 в ванну 14 могут вводиться кислородсодержащий газ и соответствующее топливо. Топливо может захватываться газом-носителем, что, как правило, выполняют, если топливо является твердым, например имеет вид угольной мелочи. Однако топливо также может представлять собой углеводородные газ или жидкость. Кроме того, по меньшей мере часть подлежащего плавке сырья может быть загружена в печь 10, падая в ванну 14 через впускное отверстие 26. В качестве дополнения или альтернативы, если данное сырье имеет мелкодисперсный вид, оно может быть введено в ванну через соответствующий канал фурмы 24. Для обеспечения, по существу, герметичности вокруг отверстия в своде 16 печи, через которое проходит фурма 24, и отверстия 26, предусмотрено уплотнение (не показано на чертеже). Кроме этого, в печи 10 поддерживают давление ниже атмосферного, чтобы предотвратить выход газов из печи помимо трубы 18.

Фурма 24, изображенная на фиг. 2 в осевом разрезе, имеет концентрическую конфигурацию из наружной трубы 28 и внутренней трубы 30. Фурма 24 проходит концентрическим образом через чехловую трубу 32, которая оканчивается на значительном расстоянии от нижнего, головного конца фурмы 24, так что при использовании фурмы конец трубы 32 расположен также далеко от ванны 14. Для некоторых пирометаллургических операций можно использовать трубы 28 и 30, имеющие, по существу, одинаковую длину. Тем не менее, для большого количества пирометаллургических операций конец внутренней трубы 30 располагают над головным концом фурмы, как изображено на фиг. 2, обеспечивая образование камеры 34 смешивания и сгорания внутри трубы 28, ниже конца трубы 30, что является нормой для фурм согласно данному изобретению. Как изображено разрывом в средней части труб 28 и 30, длина указанных труб может меняться в зависимости от требований, предъявляемых к процессу, в котором их используют. Технологический газ, обеспечивающий внешнее охлаждение наружной трубы 28, подают по каналу 36 в кольцевое пространство 38, образованное между экранирующим устройством 32 и фурмой 24. Кроме того, внутреннее охлаждение трубы 28 обеспечивают посредством кислородсодержащего газа, подаваемого по каналу 40, предназначенному для протекания указанного газа вниз по кольцевому каналу 42, образованному между трубами 28 и 30 и сообщающемуся с камерой 34. Топливо может подаваться по каналу 44, обеспечивающему его протекание внутрь и вниз по проходу 46, представляющему внутренний центральный канал трубы 30.

В проходе, образованном между трубами 28 и 30, над нижним концом трубы 30 фурмы 24 и с осевым смещением друг от друга расположены завихрители 48. Каждый завихритель 48 может иметь вид отдельной спиральной полосы, как изображено на чертеже, или системы, включающей многозаходные спиральные полосы. Закручивание по спирали передается завихрителями 48 кислородсодержащему газу, проходящему вниз по каналу 42, что заставляет газ перемещаться наружу к внутренней поверхности трубы 28 и улучшает охлаждение данной трубы. Кроме того, завихрение обеспечивает качество смешивания данного газа и топлива в камере 34 смешивания и сгорания. Завихрители 48 установлены на наружной поверхности трубы 30, например, посредством сварки, после которой труба 28 становится оболочкой трубы 30, проходя вдоль указанной трубы и выполненных на ней завихрителей 48. Завихрители 48 имеют такую ширину, что наружный спиральный край каждого из них вплотную примыкает к внутренней поверхности наружных труб 28. Таким образом, по существу, весь газ, передаваемый по каналу 42, ограничен спиральным проточным каналом в указанном канале перед поступлением в камеру 34, что обеспечивает в указанной камере качественное смешивание газа, поступающего из данного канала, и топлива, проходящего в камеру 34 из канала 46. Полученная в результате смешивания смесь газа и топлива поджигается, образуя факел пламени, выходящий из камеры 34, достаточный для достижения технических целей некоторых Т8Ь пирометаллургических операций. Учитывая, что при вдувании некоторых материалов в плавильную ванну может потребоваться использование восстанавливающего агента или восстановителя, материал не обязательно состоит только из топлива для горения. При необходимости добавления восстанавливающего агента в плавильную ванну обычно используют такой материал, как "топливо/восстановитель", часть которого не горит в качестве топлива, впрыскиваемого внутрь ванны, и может работать как восстановитель.

Несмотря на то, что фурма 24 имеет только две трубы 28 и 30, их количество может быть увеличено. Таким образом, в одной конфигурации канал 42 и закручивающее устройство 48 могут быть выполнены между трубой 28 и промежуточной трубой, расположенной между трубами 28 и 30. При данной конфигурации между промежуточной трубой и трубой 30 будет образован еще один кольцевой канал для подачи твердого сырья.

При запуске печи 10 фурму 24 опускают в положение, при котором ее нижний головной конец находится выше изначально неактивной ванны 14. При введении через фурму 24 кислородсодержащего газа по каналу 40 и топлива по каналу 44 данное топливо поджигается в результате воспламенения смеси, образовавшейся в камере 34 из кислородсодержащего газа и топлива перед выпуском из нижней го- 8 030272

ловки фурмы 24. Материалы, поставляемые через фурму для данного процесса горения топлива, подают при высокой скорости, что приводит к образованию очень сильного потока горения или пламени, которое воздействует на поверхность шлака, находящегося в ванне 14, тем самым, вызывая его усиленное разбрызгивание. Наружная поверхность трубы 28, расположенная ниже нижнего конца чехловой трубы 32, покрывается каплями расплавленного шлака, которые застывают в результате охлаждающего действия газов, проходящих по трубе 28 вдоль и за пределы канала 42. Оседание шлака образует защитный слой 50 покрытия (см. увеличенный фрагмент А) на наружной поверхности трубы 28. По каналу 38 начинают подачу потока охлаждающего газа (если еще не начали), вместе с которым газ выходит от нижнего конца чехловой трубы 32, дополнительно охлаждая трубу 28. Затем фурму 24 опускают таким образом, что ее нижний конец с головкой погружается в шлак, обеспечивая вдувание методом погружения и образуя зону горения внутри шлака в результате горения топлива в факеле пламени, образованном в процессе данной продувки. Продувка методом погружения создает значительную турбулентность в шлаке, так что разбрызгивание шлака продолжается, и может быть достигнуто тщательное перемешивание сырья со шлаком. Далее печь 10 находится в режиме, обеспечивающем проведение заданного пирометаллургического процесса. В ходе данного процесса охлаждающий газ может быть подан по каналу 36 в проход 38, образованный между чехловой трубой 32 и наружной трубой 28 фурмы 24, выходя в газовое пространство 52 над ванной 14. Охлаждающий газ способствует еще большему охлаждению наружной поверхности трубы 28 фурмы 24 и сохранению защитного слоя 34 из застывшего шлака. Охлаждающий газ может представлять собой кислородсодержащий газ, такой как воздух или воздух, обогащенный кислородом, что обеспечивает возврат тепловой энергии в ванну 14 посредством газов, образующихся после сжигания, таких как окись углерода и водород, которые выделяются из ванны 14 в процессе пирометаллургической операции. В альтернативном варианте охлаждающий газ может представлять собой не окисляющийся газ, такой как азот, или, по существу, не окисляющийся, охлажденный технологический газ, рекуперированный из дымовых газов.

У фурмы 24, изображенной на фиг. 1 и 2, нижняя часть длины канала 42 выполнена с устройством 60 преобразования газового потока. Как изображено на чертежах, устройство 60 расположено над камерой 34, между наружной трубой 28 и внутренней трубой 30. Устройство 60 может работать, придавая направленную внутрь составляющую потока, направленную в сторону от внутренней поверхности трубы 28, кислородсодержащему газу, протекающему по каналу 42, прежде чем газ будет протекать в продольном направлении в камере 34 и по направлению к нижнему, выпускному концу фурмы 24. При придании данной составляющей потока газу устройство может обеспечивать улучшение смешивания газа с топливом, проходящим в камеру 34 из канала 46 трубы 30, по сравнению со смешиванием, достигаемым исключительно при помощи завихрителей 48 (т.е. без использования устройства 60).

Устройство 60, изображенное на фиг. 2, имеет трехзаходную конфигурацию из отстоящих по окружности винтовых лопастей 62 и рубашку в форме усеченного конуса или конусное кольцо 64, проходящее вокруг и обеспечивающее уплотнение по наружной периферии каждой лопасти 62. Три лопасти 62 проходят продольным образом до места соединения между каналом 42 и верхним концом камеры 34. Кроме того что лопасти 62 проходят продольным образом, они проходят окружным образом вокруг наружной поверхности трубы 30, принимая вид спирали. Каждая лопасть 62 имеет вид узкой полосы и прикреплена, например, сваркой, вдоль одного из ее боковых краев к наружной поверхности трубы 30, так что ширина лопасти выступает от указанной поверхности. Несмотря на то, что каждая из лопастей 62 изображена чисто схематически, ее ширина сужается вдоль длины лопасти, при этом максимальное значение ширины имеет место на верхнем конце лопасти или вблизи него. Кроме того, хотя лопасти 62 изображены по существу плоскими в поперечных сечениях и перпендикулярными продольной оси фурмы 24, что является предпочтительным, указанные лопасти могут иметь наклонные или криволинейные поперечные сечения, так что их верхняя поверхность обращена по направлению к указанной оси. Однако в каждой конфигурации фурмы 24, лопасти 62 в комбинации с рубашкой или конусным кольцом 64 способствуют приданию составляющей потока, направленной в сторону от трубы 28, газу, протекающему по нижней части длины канала 42, тем самым, улучшая смешивание газа с топливом, поступающим в камеру 34 из канала 46, а также улучшая горение топлива и увеличивая силу пламени. Указанные факторы также обеспечивают увеличение расстояния между факелом пламени и внутренней поверхностью трубы 28 и, тем самым, минимизируют нагрев указанной трубы пламенем.

В конфигурации, изображенной на фиг. 2, устройство 60 содержит сплошное конусное кольцо 64, имеющее внутреннюю поверхность в форме усеченного конуса. Совместно с внутренней трубой 30 поверхность 66 образует кольцевой проход 68, радиальная ширина которого уменьшается от максимального значения на верхнем конце 68а до минимального значения на нижнем конце 68Ь. Устройство выполнено таким образом, что кольцо 64, лопасти 62 и труба 30 в совокупности образуют соответствующий спиральный проточный канал уменьшающегося поперечного сечения между каждой следующей парой лопастей 62, при этом каждый проточный канал не только ограничивает протекание газа по спиральным проточным каналам, создавая составляющую потока в сторону от наружной трубы 28, но и увеличивает скорость потока газа до максимального значения на нижнем конце 68Ь.

В конфигурации, изображенной на фиг. 2, сплошное конусное кольцо 64 имеет, по существу, ци- 9 030272

линдрическую наружную поверхность 70, которая может контактировать с внутренней поверхностью наружной трубы 28 или находиться в непосредственной близости с этой поверхностью. Однако, как изображено на увеличенном фрагменте В на фиг. 2, наружная поверхность 70 кольца 64 может отстоять от внутренней поверхности трубы 28 на расстояние, достаточное для образования между ними узкого кольцевого зазора 72. Зазор 72 предпочтительно имеет достаточную величину для того, чтобы позволить небольшой части газа, протекающего по каналу 42, проходить между устройством 60 и трубой 28, тем самым, охлаждая последнюю. Наиболее предпочтительно, чтобы зазор 72 обеспечивал проход кольцевой завесы газа, чтобы обеспечить по сути равномерное охлаждение трубы 28. Обратное давление, возникающее в результате уменьшающегося поперечного сечения указанных проточных каналов для газа через устройство 60, работает на увеличение скорости потока газа, проходящего через зазор 72, дополнительно способствуя охлаждению трубы 28.

Как отмечено выше, лопасти 62 устройства 60 прикреплены по их внутренним краям к трубе 30. Кроме того, конусное кольцо 64 может быть прикреплено по его внутренней поверхности 66 к радиально-наружным краям лопастей 62, например, посредством сварки. В альтернативном варианте или в качестве дополнения, кольцо 64 может быть прикреплено через интервалы по его наружной поверхности 70 к наружной трубе 28, например, при помощи средств крепления или крепежных ремней, перебрасываемых через канал 42 в местоположения на внутренней трубе 30 и над устройством 60.

В аналогичных конфигурациях, изображенных на фиг. 3 и 4, детали, соответствующие изображенным на фиг. 2, имеют подобные номера позиций, увеличенные на 100 и 200 соответственно. Изображенное на фиг. 3 устройство 160 преобразования потока имеет две лопасти 162, выполненные с двухзаходной конфигурацией, тогда как устройство 260, изображенное на фиг. 4, имеет восемь лопастей 262. Кроме того, вместо сплошного конусного кольца 64, предусмотренного в устройстве 60, изображенном на фиг. 2, устройства 160 и 260 имеют рубашку 164, 264 в форме усеченного конуса. Хотя внутренняя поверхность 166, 266 каждой из рубашек 164, 264 имеет форму усеченного конуса, рубашки образованы из листового металла и имеют соответствующую наружную поверхность 170 (в устройстве 160, а для устройства 260 не показанную на чертеже), которая имеет такой же вид, как и поверхность 166, 266.

В конфигурации устройства 160, представленного на фиг. 3, данное устройство изображено установленным в канале 142, образованном между наружной трубой 128, внутренний диаметр которой равен Р₁, и внутренней трубой 130, имеющей наружный диаметр Р₂. Устройство 160 имеет общую высоту Н₁, при этом рубашка 164 имеет высоту Н₂, верхний диаметр Ό! и нижний диаметр Ό₂. Верхний диаметр Ό! рубашки 164 меньше внутреннего диаметра Р₁ наружной трубы 128, при этом наверху рубашки 164 остается небольшой кольцевой зазор Οι и сравнительно большое кольцевое пространство VI между верхним концом рубашки 164 и трубой 130. Форма рубашки 164 в виде усеченного конуса обеспечивает гораздо больший кольцевой зазор Ο2 между нижним концом указанной рубашки и внутренней поверхностью наружной трубы 128, а также соответственно меньшее расстояние ν₂ между нижним концом рубашки 164 и наружной поверхностью трубы 130. Радиальная ширина зазора Οι позволяет небольшой части газа, протекающего по каналу 142, проходить вниз по внутренней поверхности трубы 128 и обеспечивать ее охлаждение. Основная часть газа проходит вниз через устройство 160, по проточным каналам, образованным между каждой последующей парой лопастей 162. Однако сужение книзу элементов устройства 160 приводит к тому, что указанные проточные каналы уменьшаются в поперечном сечении по направлению к нижнему, выпускному концу устройства 160, поэтому за нижним, выпускным концом внутренней трубы 130 газ, протекающий к камере 134, выходит с увеличенной скоростью и направляется к оси фурмы 124. В результате добиваются эффективного, по существу, идеального смешивания газа, поступающего в камеру 134 из канала 142 и устройства 160, и топлива, поступающего в указанную камеру из трубы 130. Данное улучшенное смешивание обеспечивает более эффективное, по существу, полное сгорание топлива после поджигания смеси, образуя сильное пламя горения, локализованное ниже трубы 130 и отстоящее вбок от поверхности трубы 128.

Хотя устройство 60, изображенное на фиг. 2, и устройство 160, изображенное на фиг. 3, имеют набор многозаходных лопастей 62, 162, для наглядности иллюстрации на чертежах показаны три и две лопасти соответственно. Предпочтительно иметь по меньшей мере четыре лопасти, например от семи до двенадцати.

Специалисты в данной области техники поймут, что обсуждаемое в данном документе изобретение допускает изменения и модификации, кроме конкретно описанных. Понятно, что изобретение включает все те изменения и модификации, которые не выходят за рамки сущности и объема изобретения.

На протяжении описания и формулы изобретения слово "содержат" и его производные, такие как "содержащий" и "содержит", не исключают другие дополнения, элементы, системы или этапы.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Фурма, применяемая в пирометаллургической операции для продувки методом погружения сверху (Т§Ь) и имеющая по меньшей мере две, по существу, концентрические трубы, при этом между самой удаленной от центра трубой и следующей, смежной с ней трубой образован кольцевой канал для кисло- 10 030272

родсодержащего газа, а внутри самой внутренней трубы образован дополнительный канал для топлива, причем нижняя часть длины самой удаленной от центра трубы, считая от погружаемого нижнего выпускного конца фурмы, выходит за пределы выпускного конца другой или каждой другой трубы с образованием камеры между выпускными концами указанных труб, с которой сообщается канал для кислородсодержащего газа, при этом фурма дополнительно содержит устройство преобразования газового потока, которое расположено на нижнем концевом участке канала для кислородсодержащего газа рядом с указанной камерой и которое выполнено с обеспечением придания составляющей потока, направленной внутрь от внутренней поверхности самой удаленной от центра трубы, кислородсодержащему газу, проходящему в камеру и продольно внутри нее по направлению к выпускному концу фурмы, с обеспечением улучшения смешивания указанного газа с топливом, поступающим в указанную камеру из канала для топлива, причем указанное устройство имеет по меньшей мере один внутренний элемент винтовой формы и наружный элемент, проходящий вокруг указанного по меньшей мере одного внутреннего элемента, так что указанное устройство обеспечивает протекание газа на участке нижнего конца кольцевого канала по спиральному проточному каналу уменьшающегося поперечного сечения вокруг наружной поверхности следующей смежной трубы.
2. Фурма по п.1, в которой указанное устройство выполнено с возможностью придания газу, протекающему продольно к указанной камере через участок нижнего конца кольцевого канала для кислородсодержащего газа, составляющей потока, которая направлена от внутренней поверхности самой удаленной от центра трубы и, по существу, является в некоторой степени радиальной или радиальной и продольной.
3. Фурма по п.1 или 2, в которой указанный один или каждый внутренний элемент является винтовой лопастью, так что указанное устройство имеет одно- или многозаходную спиральную конфигурацию.
4. Фурма по п.1 или 2, в которой указанная по меньшей мере одна лопасть внутреннего элемента прикреплена через промежутки или сплошным образом вдоль внутренней спиральной кромки к наружной поверхности следующей, самой внутренней трубы.
5. Фурма по пп.1-3 или 4, в которой ширина указанной по меньшей мере одной лопасти уменьшается в радиальном направлении относительно следующей, самой внутренней трубы от максимальной ширины на верхнем конце лопасти или вблизи указанного конца.
6. Фурма по любому из пп.1-4, в которой наружный элемент закрывает наружную периферию спирального проточного канала снаружи и вокруг следующей, самой внутренней трубы.
7. Фурма по п.6, в которой наружный элемент проходит вокруг по всем последовательным виткам указанной одной или каждой лопасти.
8. Фурма по п.7, в которой наружный элемент имеет внутреннюю поверхность в форме усеченного конуса, а его наружная поверхность также имеет форму усеченного конуса или иную форму, такую как цилиндрическая.
9. Фурма по любому из пп.1-8, в которой указанная одна или каждая лопасть указанного устройства прикреплена, например, к наружной поверхности следующей смежной трубы, например, сваркой, выполненной либо непрерывно, либо прерывисто вдоль длины каждой лопасти.
10. Фурма по любому из пп.1-8, в которой наружный элемент указанного устройства может содержать рубашку или кольцевой кожух, а указанная одна или каждая лопасть прикреплена к внутренней поверхности рубашки или кожуха, например, непрерывной или прерывистой сваркой.
11. Фурма по любому из пп.1-10, в которой указанное устройство имеет по меньшей мере четыре лопасти, например от семи до двенадцати лопастей.
12. Фурма по любому из пп.1-11, в которой указанное устройство выполнено с обеспечением придания направленной внутрь составляющей потока основной части газа, протекающего вниз по кольцевому каналу для кислородсодержащего газа, и вместе с самой удаленной от центра трубой образует кольцевой зазор, через который может проходить небольшая часть указанного газа, перетекая по внутренней поверхности указанной трубы.

- 11 030272