RU2235789C2 - Blast tuyere of blast furnace and method for applying of protective coating onto blast tuyere of blast furnace - Google Patents
Blast tuyere of blast furnace and method for applying of protective coating onto blast tuyere of blast furnace Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235789C2 RU2235789C2 RU2002129285/02A RU2002129285A RU2235789C2 RU 2235789 C2 RU2235789 C2 RU 2235789C2 RU 2002129285/02 A RU2002129285/02 A RU 2002129285/02A RU 2002129285 A RU2002129285 A RU 2002129285A RU 2235789 C2 RU2235789 C2 RU 2235789C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tuyere
- layer
- blast
- copper
- lance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах с использованием медных, охлаждаемых водой дутьевых (воздушных) фурм.The invention relates to ferrous metallurgy and can be used in the smelting of cast iron in blast furnaces using copper, water-cooled blow (air) tuyeres.
Несмотря на усилия доменщиков - производственников, а также научно-исследовательских и проектных институтов, проблема повышения стойкости фурм доменных печей до сих пор не решена. Согласно статистическим данным, на заводах Украины за 1997 год в доменных цехах было сменено около 2500 фурм (Труды Международного конгресса доменщиков - Производство чугуна на рубеже столетий. Днепропетровск - Кривой Рог, июнь 1999 г., с.347).Despite the efforts of the production workers, as well as research and design institutes, the problem of increasing the durability of the tuyeres of blast furnaces has not yet been solved. According to statistics, about 2,500 tuyeres were changed at the factories of Ukraine in 1997 in blast furnaces (Proceedings of the International Congress of Domenists - Cast Iron Production at the Turn of the Century. Dnepropetrovsk - Krivoy Rog, June 1999, p. 347).
Недостаточная противопрогарная стойкость фурм является причиной того, что средняя стойкость фурм составляет всего 3-4 месяца.Insufficient fire resistance of tuyeres is the reason that the average resistance of tuyeres is only 3-4 months.
Низкая стойкость фурм приводит к высокому расходу дефицитной и дорогостоящей меди на изготовление фурм. Потери производства на остановках доменных печей для смены фурм только на заводах Украины составляют 200-250 тыс. т/год.The low resistance of the tuyeres leads to a high consumption of scarce and expensive copper for the manufacture of tuyeres. Losses of production at the stops of blast furnaces for changing tuyeres only at Ukrainian plants amount to 200-250 thousand tons / year.
Нефутерованное медное тело фурмы приводит к большим потерям тепла с охлаждающей водой со стороны горячего дутья (внутренний стакан) и со стороны фурменной зоны горна (наружный стакан и передняя "рыльная" часть).The lined copper body of the lance leads to large heat losses with cooling water from the side of the hot blast (inner cup) and from the tuyere zone of the hearth (outer cup and front "fishery" part).
Известна дутьевая фурма доменной печи, состоящая из внутреннего и наружного медных конических стаканов и “рыльной” медной обечайки с рифленой поверхностью. Жаростойкий защитный слой из железохромалюминиевого сплава нанесен на внутренний стакан и рифленую обечайку и имеет толщину 1,0-1,5 толщины стенки корпуса. Соединяющий стык между внутренним стаканом и обечайкой заполнен обмазкой из двуокиси циркония (А.С. СССР №576341, МПК С 21 В 7/16, 1976 г.).Known blasting tuyere of a blast furnace, consisting of internal and external copper conical beakers and "rile" copper shell with a corrugated surface. A heat-resistant protective layer of iron-aluminum alloy is deposited on the inner glass and corrugated shell and has a thickness of 1.0-1.5 thickness of the body wall. The connecting joint between the inner cup and the shell is filled with a zirconia coating (AS USSR No. 576341, IPC С 21 В 7/16, 1976).
Дутьевая фурма с такой конструкцией защиты не изолирует наружный стакан от высоких температур горна доменной печи и от прогара стакана, что происходит обычно на доменных печах при смене гарнисажа. Железохромоалюминиевый сплав не является теплоизолятором, так как имеет высокий коэффициент теплопроводности, что снижает тепловую защиту фурмы. Кроме того, требуется прецизионная технология при заливке жаростойкого сплава в песчаные формы, что и оговаривается в описании - “медная часть фурмы может оплавиться”. Кроме этого, при попадании шлака с чугуном в канал фурмы, очистка канала при остановке печи будет затруднительной, так как чугун и шлак свариваются с железохромоалюминиевым сплавом.A blow lance with such a protection design does not isolate the outer cup from the high temperatures of the furnace hearth and from the burnout of the cup, which usually happens on blast furnaces when changing the skull. The iron-chromium-aluminum alloy is not a heat insulator, since it has a high coefficient of thermal conductivity, which reduces the thermal protection of the lance. In addition, precision technology is required when pouring a heat-resistant alloy into sand forms, which is specified in the description - “the copper part of the lance can melt”. In addition, if slag with cast iron enters the lance channel, it will be difficult to clean the channel when the furnace is stopped, since cast iron and slag are welded with an iron-chromium-aluminum alloy.
Известен способ нанесения защитного покрытия на дутьевую фурму доменной печи, при котором облицовку внутреннего стакана и “рыльной” рифленой обечайки осуществляют методом литья в песчаную форму жаростойким железохромоалюминиевым сплавом толщиной 1,0÷ 1,5 толщины стенки корпуса. После покрытия внутреннего стакана и “рыльной” рифленой обечайки их соединяют сварным швом, который затем заделывают огнеупорной обмазкой на основе ZnO2 (А.С. СССР №576341, МПК С 21 В 7/16, 1976 г.).There is a method of applying a protective coating on a blasting tuyere of a blast furnace, in which the lining of the inner cup and the “rippled” corrugated shell are made by sand casting with a heat-resistant iron-chromium-aluminum alloy with a thickness of 1.0 ÷ 1.5 of the thickness of the body wall. After coating the inner cup and the “ryl” corrugated shell, they are connected by a weld, which is then sealed with a refractory coating based on ZnO 2 (AS USSR No. 576341, IPC C 21
Изготовление рифленой поверхности “рыльной” части фурмы (обечайки) возможно на токарном станке с отходами дорогостоящей меди. Неоднородность теплоизоляционного слоя внутри фурмы - заделка шва после приварки “рыльной” обечайки к внутреннему и внешнему стаканам фурмы обмазкой на основе ZnO2 приведет к появлению трещин в этом месте и последующей эрозии слоя. При попадании шлака с чугуном в канал фурмы очистка ее при остановке будет затруднительной и приведет к разрушению защиты (чугун и шлак сплавляются с железохромоалюминиевым сплавом). Данный способ нанесения защитного покрытия прецизионный, что и оговаривается в описании - “медная часть фурмы может оплавиться”.The manufacture of the corrugated surface of the “back” part of the lance (shell) is possible on a lathe with waste of expensive copper. The heterogeneity of the heat-insulating layer inside the tuyere — sealing the weld after welding the “ryl” shell to the inner and outer tuyeres of the tuyere by a ZnO 2 -based coating will lead to cracks in this place and subsequent erosion of the layer. If slag with cast iron enters the tuyere channel, cleaning it at a stop will be difficult and will lead to destruction of the protection (cast iron and slag are alloyed with an iron-chromium-aluminum alloy). This method of applying a protective coating is precision, which is specified in the description - “the copper part of the lance can melt”.
Известна также дутьевая фурма доменной печи (А.С. СССР №798178, кл. С 21 В 7/16, 1979 г.), которая состоит из водоохлаждаемого корпуса, в свою очередь состоящего из наружного и внутреннего медных стаканов, по торцам соединенных медной “рыльной” обечайкой и стальным фланцем. Такая фурма после ее соответствующей подготовки к процессу покрытия в специальной камере оксидной пленкой фтористой меди по всей рабочей поверхности имеет полную конструкцию защиты. При этом внутренний стакан защищается от теплового воздействия горячего (1000÷ 1200° С) дутья, наружный стакан и “рыльная” часть фурмы (обечайка) от теплового воздействия газов фурменной зоны горна печи и от прогаров при попадании чугуна и шлака. Фурма покрыта оксидной пленкой фтористой меди по всей внутренней и наружной поверхности, что является более прогрессивным подходом, и, по мнению авторов, повышает стойкость фурмы. Однако в описании к изобретению не указана толщина пленки. По нашему мнению, ожидаемая толщина пленки, исходя из описания процесса покрытия, может составлять 0,1... 0,2 мм, что с точки зрения теории теплопередачи и защиты от прогаров совершенно недостаточно, так как механизм прогара фурм состоит в следующем (С.М. Андоньев и др. “Охлаждение доменных печей” Москва: Металлургия, 1972, с.275). Жидкий чугун, попадая на охлаждаемую поверхность, вызывает резкое повышение температуры стенки и образование устойчивой паровой пленки (пленочное кипение), изолирующей поверхность фурмы в месте контакта от массы воды. В результате резкого ухудшения теплообмена температура стенки повышается до температуры плавления меди, фурма прогорает.Also known is the blasting tuyere of a blast furnace (AS USSR No. 798178, class C 21
Известен способ нанесения защитного покрытия на дутьевую фурму доменной печи (А.С. СССР №798178, кл. С 21 В 7/16, 1979 г.), при котором на стальном фланце фурмы завинчивают заглушки на отверстия для охлаждающей воды и обваривают конец трубки ввода добавок по поверхности стального фланца. Шаровую поверхность фланца покрывают парафином, чтобы не подвергать ее воздействию фтора. После этого фурму помещают в герметичный шкаф, подают в шкаф фтор, смесь воздуха с фтором вытесняют в поглотительную емкость, затем после “промывки” объема шкафа и наполнения его чистым фтором фурму выдерживают в шкафу заданное время, медь реагирует с фтором по реакцииThere is a method of applying a protective coating on a blasting lance of a blast furnace (AS USSR No. 798178, class C 21 B 7/16, 1979), in which plugs are screwed onto the holes for cooling water on the steel lance of the tuyeres and the tube end is scalded. introducing additives on the surface of the steel flange. The spherical surface of the flange is coated with paraffin so as not to expose it to fluorine. After that, the tuyere is placed in a sealed cabinet, fluorine is fed into the cabinet, the mixture of air and fluorine is forced out into the absorption tank, then after washing the cabinet volume and filling it with pure fluorine, the tuyere is kept in the cabinet for a specified time, copper reacts with fluorine by reaction
Сu+F2=CuF2,Cu + F 2 = CuF 2 ,
образуя на поверхности фурмы плотную оксидную пленку, непроницаемую для самого фтора, проявляющую инертность и в других агрессивных средах. Перед извлечением фурмы из шкафа необходимо фтор из его объема вытеснить на поглотительную емкость азотом.forming a dense oxide film on the surface of the tuyere, impermeable to fluorine itself, exhibiting inertness in other aggressive environments. Before removing the tuyeres from the cabinet, it is necessary to displace fluorine from its volume with nitrogen to the absorption capacity.
Таким образом, технология покрытия рабочего тела фурмы трудоемкая, сложная и небезопасная. Кроме того, в технологии покрытия нет фазы очистки стаканов и “рыльной” части фурмы от окислов меди (перед покрытием), поэтому реакция Сu+F2 будет ограниченной, а пленка не цельной по обрабатываемой поверхности, что снизит ее назначение. Технология покрытия чрезвычайно вредна, и вряд ли может быть осуществлена в производственных условиях (Правила безопасности в газовом хозяйстве предприятий черной металлургии, ПБГЧМ-86, Москва: Металлургия, 1987 г.).Thus, the technology of coating the lance working fluid is laborious, complex and unsafe. In addition, in the coating technology there is no phase for cleaning the glasses and the “back” part of the tuyere from copper oxides (before coating), therefore, the Cu + F 2 reaction will be limited, and the film will not be integral over the treated surface, which will reduce its purpose. The coating technology is extremely harmful, and can hardly be implemented under production conditions (Safety Rules in the Gas Industry of Iron and Steel Enterprises, PBGChM-86, Moscow: Metallurgy, 1987).
Наиболее близким к предлагаемой дутьевой фурме доменной печи по совокупности существенных признаков и по технической сущности является дутьевая фурма, описанная в статье “Плазменное напыление дутьевых фурм доменных печей” (Журнал “Автоматическая сварка”, 1988, №1, с.54, 55). Дутьевая фурма доменной печи состоит из медных внутреннего и наружного стаканов, по торцам соединенных стальным фланцем и медной “рыльной” обечайкой. Фурма имеет композиционное защитное покрытие, которое состоит из подслоя никеля толщиной 0,2 мм, оксидно-металлического слоя толщиной 0,4 мм, а наружный слой выполнен из диоксида циркония и имеет толщину 0,8 мм.The closest to the proposed blast tuyere of a blast furnace in terms of the combination of essential features and technical essence is the blast tuyere described in the article “Plasma spraying of blast tuyeres of blast furnaces” (Journal of Automatic Welding, 1988, No. 1, p. 54, 55). The blast furnace lance consists of copper inner and outer cups connected at the ends by a steel flange and a copper “snout” shell. The lance has a composite protective coating, which consists of a 0.2 mm thick nickel sublayer, a 0.4 mm thick metal oxide layer, and the outer layer is made of zirconia and has a thickness of 0.8 mm.
Недостатком такой конструкции фурмы является то, что основной защитный слой имеет малую толщину (0,4+0,8=1,2 мм, где 0,4 - оксидно-металлический слой, 0,8 - слой диоксида циркония). Внутренний стакан фурмы вообще не теплоизолируется по тепловым потокам от горячего дутья к воде, охлаждающей фурму.The disadvantage of such a tuyere design is that the main protective layer has a small thickness (0.4 + 0.8 = 1.2 mm, where 0.4 is an oxide-metal layer, 0.8 is a zirconia layer). The inner cup of the lance is not thermally insulated at all by the heat fluxes from the hot blast to the water cooling the lance.
Малая толщина защитного слоя, покрывающего не всю рабочую поверхность фурмы, приводит к большим теплопотерям с охлаждающей фурму водой, а также к плохой противопрогарной защите, к большой вероятности образования устойчивой паровой пленки и прогару тела фурмы при попадании на него чугуна и шлака.The small thickness of the protective layer covering not the entire working surface of the lance leads to large heat loss with cooling lance water, as well as poor fire protection, the formation of a stable vapor film and burnout of the lance body when cast iron and slag get on it.
Наиболее близким к описываемому способу нанесения защитного покрытия на доменную фурму является способ, описанный в статье “Плазменное напыление дутьевых фурм доменных печей” (Журнал “Автоматическая сварка”, 1988, №1, с.54-55). Поверхность фурм перед напылением подвергают дробеструйной обработке стальной колотой дробью зернистостью 0,8... 1,1 мм, подслой никеля плазменным способом наносят на медную поверхность фурмы (основу), затем производят плазменное напыление оксидно-металлического слоя и слоя диоксида циркония на внешнюю поверхность фурмы (наружный стакан и внешняя часть “рыльной” обечайки фурмы).Closest to the described method for applying a protective coating to a domain lance is the method described in the article “Plasma spraying of blast tuyeres of blast furnaces” (Journal of Automatic Welding, 1988, No. 1, p. 54-55). Before spraying the surface of the tuyeres is subjected to bead-blasting with steel chipped grains with a grain size of 0.8 ... 1.1 mm, the nickel sublayer is applied by plasma to the copper surface of the tuyeres (base), then the oxide-metal layer and zirconia layer are plasma sprayed onto the external surface tuyeres (the outer glass and the outer part of the “snout” shell of the tuyere).
Плазменное напыление такого композиционного покрытия на внешнюю поверхность фурмы (наружный стакан и “рыльная” обечайка) позволяет повысить их стойкость по сравнению с серийными фурмами на 30%, что является недостаточным из-за больших затрат на обработку.Plasma spraying of such a composite coating on the outer surface of the tuyeres (outer cup and rylny shell) makes it possible to increase their resistance by 30% compared to serial tuyeres, which is insufficient due to the high processing costs.
Недостатком такого способа напыления является то, что подслой никеля толщиной 0,2 мм наносят на медную поверхность фурмы (основу) после дробеструйной обработки стальной колотой дробью зернистостью 0,8... 1,1 мм. Разрушение покрытия происходит главным образом вследствие отслоения отдельных участков от основы.The disadvantage of this method of spraying is that a 0.2 mm thick nickel sublayer is applied to the copper surface of the tuyere (base) after bead-blasting with steel chipped with a grain size of 0.8 ... 1.1 mm. The destruction of the coating occurs mainly due to the detachment of individual sections from the base.
В предлагаемой усовершенствованной дутьевой фурме доменной печи путем нанесения теплоизоляционного и противопрогарного двухслойного покрытия из указанных материалов и заданной толщины на всю внутреннюю (со стороны горячего дутья) и внешнюю (со стороны горна печи) рабочую поверхность ее медной части, без изменения конструкции фурмы, достигается значительное повышение защиты медного тела фурмы от прогаров. При этом снижается тепловая нагрузка на охлаждающую фурму воду с отдалением пленочного кипения при попадании на тело фурмы чугуна и шлака. Кроме этого, в процессе эксплуатации фурмы двухслойная защита может быть самовосстанавливающейся за счет самофутеровки золой кокса, составляющими шлака доменной плавки.In the proposed improved blast furnace lance of the blast furnace by applying a heat-insulating and fireproof two-layer coating of these materials and a given thickness to the entire internal (from the hot blast side) and external (from the furnace hearth) working surface of its copper part, without changing the lance design, significant increased protection of the tuyere copper body from burnouts. At the same time, the thermal load on the cooling lance of the water decreases with the film boiling being removed when iron and slag get on the lance body. In addition, during the operation of the lance, the two-layer protection can be self-healing due to self-lining of coke ash, which constitute blast furnace slag.
Поставленная задача решается тем, что дутьевая фурма доменной печи состоит из медных внутреннего и наружного стаканов, по торцам соединенных стальным фланцем и медной “рыльной” обечайкой с нанесенным на всю рабочую поверхность медной части фурмы защитным покрытием. При этом первый, внутренний слой защитного покрытия выполнен из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана имеет толщину 1-5 мм, а второй, наружный слой из диоксида циркония имеет толщину 0,2 мм.The problem is solved in that the blast furnace lance of the blast furnace consists of copper inner and outer cups, connected at the ends by a steel flange and a copper “ryl” shell with a protective coating applied over the entire working surface of the copper part of the lance. In this case, the first, inner layer of the protective coating is made of oxides or mixtures thereof with an admixture of 4 ± 0.2% titanium dioxide has a thickness of 1-5 mm, and the second, outer layer of zirconia has a thickness of 0.2 mm.
Общим с прототипом является то, что дутьевая фурма доменной печи состоит из медных внутреннего и наружного стаканов, по торцам соединенных стальным фланцем и медной “рыльной” обечайкой. Фурма имеет защитное покрытие, наружный слой которого выполнен из диоксида циркония.In common with the prototype is that the blast furnace tuyere of a blast furnace consists of copper inner and outer cups, connected at the ends by a steel flange and a copper “ryl” shell. The lance has a protective coating, the outer layer of which is made of zirconium dioxide.
Отличие от прототипа в том, что защитное покрытие нанесено на всю рабочую поверхность медной части фурмы. Первый слой защитного покрытия выполнен из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана и имеет толщину 1÷ 5 мм. Второй слоя из диоксида циркония имеет толщину 0,2 мм.The difference from the prototype is that the protective coating is applied to the entire working surface of the copper part of the lance. The first layer of the protective coating is made of oxides or mixtures thereof with an admixture of 4 ± 0.2% titanium dioxide and has a thickness of 1 ÷ 5 mm. The second zirconia layer has a thickness of 0.2 mm.
В лучшем варианте выполнения защитное покрытие нанесено на всю внутреннюю и наружную рабочую поверхность внутреннего и наружного стаканов и “рыльной” обечайки.In the best embodiment, a protective coating is applied to the entire inner and outer working surface of the inner and outer cups and the “snout” shell.
Нанесение защитного покрытия на всю рабочую поверхность медной части фурмы позволяет получить футерованную огнеупорными материалами фурму. Огнеупорные материалы защитного слоя в силу низкого коэффициента теплопроводности снижают нагрев охлаждающей фурму воды горячим дутьем, подаваемым через внутренний стакан фурмы в доменную печь, и горячим горновым газом. Кроме того, огнеупорные материалы защитного слоя в силу высокой температуры плавления (1700÷ 2000° С) и низкого коэффициента теплопроводности защищают медную часть от прогара при попадании на ее тело чугуна и шлака, что корреспондируется с механизмом прогара медного тела фурмы.Applying a protective coating on the entire working surface of the copper part of the lance allows you to get a lining with refractory materials. The refractory materials of the protective layer, due to the low coefficient of thermal conductivity, reduce the heating of the cooling tuyere of water by hot blast supplied through the inner tuyere of the tuyere to the blast furnace and by hot furnace gas. In addition, the refractory materials of the protective layer due to the high melting point (1700 ÷ 2000 ° C) and low coefficient of thermal conductivity protect the copper part from burnout when pig iron and slag get on its body, which corresponds to the burnout mechanism of the copper tuyere body.
Первый слой защитного покрытия выполнен из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана. Это необходимо для того, чтобы защитный слой из оксидов и их смесей вместе с высокой огнеупорностью защищал медное тело фурмы от нагрева и перегрева, защищая от плавления меди (прогаров), противостоя абразивному воздействию и износу циркулирующего при горении перед фурмами кокса.The first protective coating layer is made of oxides or mixtures thereof with an admixture of 4 ± 0.2% titanium dioxide. This is necessary so that the protective layer of oxides and their mixtures together with high refractoriness protects the copper body of the tuyere from heating and overheating, protecting it from melting copper (burnouts), resisting the abrasive effects and wear of coke circulating during combustion before tuyeres.
Целесообразно иметь внутренний слой толщиной до 5 мм. Покажем это на таком примере.It is advisable to have an inner layer up to 5 mm thick. We show this with such an example.
Определим теплосъем охлаждаемой водой фурмы через всю ее рабочую поверхность (Линчевский В.П. “Металлургические печи”. Главная редакция литературы по ЧМ, Москва-Ленинград, 1936 г., с.115).Let us determine the heat removal of the tuyeres cooled by water through its entire working surface (VP Linchevsky “Metallurgical furnaces.” Main editorial literature on the World Cup, Moscow-Leningrad, 1936, p. 115).
1. Фурма без обработки (серийная):1. Tuyere without processing (serial):
q=K (Тг-Тв), ккал/м2× ч,q = K (T g -T c ), kcal / m 2 × h,
где К - коэффициент сопротивления проходу тепла, ккал/м2× ч× ° С;where K is the coefficient of resistance to heat passage, kcal / m 2 × h × ° C;
Тг - околофурменная температура в горне, ° С;T g - near-farm temperature in the furnace, ° C;
Тв - температура воды в фурме, ° С.T in - the temperature of the water in the tuyere, ° C.
где α 1 - коэффициент теплопередачи стенке фурмы от газов горна, ккал/м2× ч× ° С;where α 1 is the heat transfer coefficient of the lance wall from the hearth gases, kcal / m 2 × h × ° C;
δ - толщина стенки фурмы, мм;δ — tuyere wall thickness, mm;
λ - коэффициент теплопроводности красной меди, ккал/м× ч× ° С;λ is the thermal conductivity coefficient of red copper, kcal / m × h × ° C;
α 2 - коэффициент теплопередачи от стенки фурмы к воде, ккал/м2× ч× ° С;α 2 - heat transfer coefficient from the tuyere wall to water, kcal / m 2 × h × ° C;
Принимаем: Тг=1600° С; Тв=30° С; α 1=400 ккал/м2× ч× ° С; δ =8,0 мм;Accepted: T g = 1600 ° C; T in = 30 ° C; α 1 = 400 kcal / m 2 × h × ° C; δ = 8.0 mm;
λ м=300 ккал/м × ч× ° С; α 2=5000 ккал/м2× ч× ° С;λ m = 300 kcal / m × h × ° C; α 2 = 5000 kcal / m 2 × h × ° C;
а) Вода, охлаждающая тело фурмы, забирает от газов печи тепла (наружная поверхность фурмы):a) Water cooling the lance body takes heat from the furnace gases (outer surface of the lance):
qн=366,75× (1600-30)=575 797 ккал/м2× чq n = 366.75 × (1600-30) = 575 797 kcal / m 2 × h
Наружная поверхность (площадь) фурмы (Fн, м2) состоит (фиг.1) из площади наружного стакана фурмы и торцевой площади передней “рыльной” части фурмы:The outer surface (area) of the tuyere (F n , m 2 ) consists (Fig. 1) of the area of the outer cup of the tuyere and the end area of the front “back” of the tuyere:
Qн=qн×Fн=575 797× 0,49=282140 ккал/чQ n = q n × F n = 575 797 × 0.49 = 282140 kcal / h
б) Вода, охлаждающая тело фурмы, забирает от горячего (1000° С) дутья тепла (внутренний стакан фурмы):b) Water cooling the lance body takes away from the hot (1000 ° C) heat blast (inner lance cup):
qвн=366,75× (1000-30)=355 747 ккал/м2× чq ext = 366,75 × (1000-30) = 355747 Kcal / m 2 × h
Поверхность (площадь) внутреннего стакана:The surface (area) of the inner glass:
Qвн=qвн×Fвн=355747× 0,0938=33373,9 ккал/чQ ext ext = q × F ext = 355 747 × 0,0938 = 33373,9 kcal / h
Общий теплосъем водой на серийной фурме:Total heat removal by water on a serial tuyere:
Qобщ=Qн+Qвн=282140+33374=315514 ккал/чQ total = Q n + Q ext = 282 140 + 33374 = 315514 Kcal / h
2. Фурма с покрытием: 0,1 мм никель-алюминиевого сплава и 1,0 керметного покрытия (например, корундом с примесью двуокиси титана) с коэффициентом теплопроводности λ кор=2,34 ккал/м× ч× ° С. Тогда коэффициент сопротивления проходу тепла К будет равен:2. Coated lance: 0.1 mm nickel-aluminum alloy and 1.0 cermet coating (for example, corundum with an admixture of titanium dioxide) with a thermal conductivity λ cor = 2.34 kcal / m × h × ° C. Then the resistance coefficient the passage of heat K will be equal to:
Следовательно, керметное покрытие толщиной в 1,0 мм дает снижение теплосъема на величинуTherefore, a cermet coating with a thickness of 1.0 mm gives a decrease in heat removal by an amount
При возможной и допустимой толщине керметного покрытия, равного 5,0 мм на внутреннем стакане, и снижении при этом внутреннего диаметра воздушной фурмы на 10,0 мм, что также допустимо и предельно по условиям скорости истечения дутья с устья воздушной фурмы в горн доменной печи, коэффициент снижения проходу тепла составитWith a possible and permissible thickness of the cermet coating equal to 5.0 mm on the inner cup and a decrease in the inner diameter of the air lance by 10.0 mm, which is also permissible and extremely limiting in terms of the velocity of the flow of blast from the mouth of the air lance in the furnace of a blast furnace, the coefficient of decrease in heat transfer will be
Общее снижение теплопотерь с охлаждающей фурму водой составитThe total reduction in heat loss with cooling tuyere water will be
Из расчета видно, что при нанесении на тело воздушной фурмы керметного покрытия толщиной до 5 мм коэффициенты проходу тепла и теплопотери снизятся на 44%, что вполне достаточно как с точки зрения потерь тепла с охлаждающей фурму водой, так и с точки зрения защиты тела фурмы от прогара (с учетом покрытия пленкой двуокиси циркония).It can be seen from the calculation that when a cermet coating with an air lance up to 5 mm thick is applied to the body, the heat and heat loss coefficients will decrease by 44%, which is quite sufficient both from the point of view of heat loss from the cooling lance with water and from the point of view of protecting the lance body from burnout (taking into account the film coating of zirconium dioxide).
Следовательно, нижний предел толщины керметного покрытия составляет 1,0 мм и дает снижение теплосъема на 13,5%, верхний - 5,0 мм с расчетным снижением теплосъема на 44,0%. При этом противопрогарная стойкость фурмы корреспондируется с толщиной керметного (защитного) покрытия. Лимит верхнего предела в 5,0 мм связан с внутренним диаметром стакана фурмы и размерами постановочного места для фурмы в печи при ее замене (размером футляра).Therefore, the lower limit of the thickness of the cermet coating is 1.0 mm and gives a decrease in heat removal by 13.5%, the upper - 5.0 mm with an estimated decrease in heat removal by 44.0%. Moreover, the fire resistance of the lance corresponds to the thickness of the cermet (protective) coating. The limit of the upper limit of 5.0 mm is associated with the inner diameter of the lance cup and the dimensions of the mounting space for the lance in the furnace when it is replaced (case size).
Второй слой из диоксида циркония имеет толщину 0,2 мм. Слой из диоксида циркония в определенной степени является абразивоустойчивым. Но более важное его назначение состоит в том, что он не смачивается чугуном и шлаком, а следовательно, “отталкивает” чугун и шлак при попадании их на тело фурмы, чем облегчается противопрогарная работа основного защитного слоя. Поэтому увеличение этого дорогостоящего слоя выше 0,2 мм является нерациональным, так как основной защитный слой также абразивостойкий.The second zirconia layer has a thickness of 0.2 mm. The zirconia layer is abrasion resistant to a certain extent. But its more important purpose is that it is not wetted by cast iron and slag, and therefore, “repels” cast iron and slag when they hit the tuyere body, which facilitates the fire protection of the main protective layer. Therefore, an increase in this expensive layer above 0.2 mm is irrational, since the main protective layer is also abrasion resistant.
В предлагаемом способе нанесения защитного покрытия на дутьевую фурму доменной печи используется относительно дешевый способ газопламенного напыления, обеспечивающий получение на медной части фурмы, на подслое, устойчивое защитное покрытие (тепловое и противопрогарное). Этот слой, в свою очередь, является подслоем для увеличения его толщины до 5,0 мм способом газотермической наплавки. Способ газотермической наплавки является также, в противовес плазменному способу, относительно дешевым. Вместе с тем, практика показала, что защитный слой, полученный газопламенным напылением и газотермической наплавкой, является износо- и эрозионностойким от кокса и дутья. Покрытие сохраняется при очистке внутреннего стакана фурмы от попавшего на защитный слой чугуна и шлака.In the proposed method for applying a protective coating to the blasting tuyere of a blast furnace, a relatively cheap method of flame spraying is used, which provides a copper layer of the tuyere, a sublayer, a stable protective coating (thermal and fireproof). This layer, in turn, is a sublayer for increasing its thickness to 5.0 mm by the method of gas thermal surfacing. The thermal spraying method is also, in contrast to the plasma method, relatively cheap. At the same time, practice has shown that the protective layer obtained by flame spraying and gas thermal surfacing is wear and erosion resistant from coke and blast. The coating is preserved when cleaning the inner cup of the lance from cast iron and slag trapped on the protective layer.
Поставленная задача решается тем, что способ нанесения защитного покрытия на дутьевую фурму доменной печи включает подготовку поверхности фурмы путем абразивного снятия ее верхнего слоя и нанесение подслоя. Газопламенным напылением наносят слой толщиной 1 мм из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана. Наращивают этот слой до 5 мм. Затем газопламенным напылением наносят слой диоксида циркония толщиной 0,2 мм.The problem is solved in that the method of applying a protective coating to the blowing lance of a blast furnace involves preparing the surface of the lance by abrasive removal of its upper layer and applying a sublayer. By flame spraying, a layer 1 mm thick of oxides or mixtures thereof with an admixture of 4 ± 0.2% titanium dioxide is applied. Extend this layer to 5 mm. Then, by flame spraying, a layer of zirconium dioxide 0.2 mm thick is applied.
Нанесение слоя толщиной 1 мм из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана газопламенным напылением позволяет получить устойчивый защитный слой, присущий этому способу напыления, и защитить медное тело фурмы от тепловых потоков со стороны горячего дутья и горячих горновых газов на расчетные 13,5% с соответствующей противопрогарной защитой.Application of a 1 mm thick layer of oxides or mixtures thereof with an admixture of 4 ± 0.2% titanium dioxide by flame spraying allows to obtain a stable protective layer inherent in this spraying method and to protect the lance's copper body from heat flows from the side of hot blast and hot furnace gases estimated 13.5% with appropriate fire protection.
Наращивание слоя из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана до 5 мм газотермической наплавкой значительно усиливает защитный слой медного тела фурмы от тепловых потоков со стороны горячего дутья и горячих горновых газов на 44% и основательно (с самофутеровкой) защищает тело фурмы от прогаров.The build-up of a layer of oxides or mixtures thereof with an admixture of 4 ± 0.2% titanium dioxide up to 5 mm by thermal welding significantly enhances the protective layer of the lance copper body from heat flows from the hot blast and hot furnace gases by 44% and thoroughly (with self-lining) protects lance body from burnouts.
Слой из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана имеет толщину 5 мм. В этом случае внутренний диаметр внутреннего стакана фурмы уменьшается на 10 мм, что допустимо и даже полезно по условиям увеличения скорости истечения дутья в горн доменной печи. Наружный диаметр наружного стакана фурмы при этом увеличивается на 10 мм, что предельно допустимо по условиям геометрии постановочного места в горн печи при установке и смене фурм.A layer of oxides or mixtures thereof with an admixture of 4 ± 0.2% titanium dioxide has a thickness of 5 mm. In this case, the inner diameter of the inner lance cup decreases by 10 mm, which is permissible and even useful under conditions of increasing the velocity of the expiration of the blast in the furnace of the blast furnace. In this case, the outer diameter of the outer lance cup increases by 10 mm, which is extremely permissible according to the geometry of the staged place in the furnace hearth when installing and changing lances.
Слой диоксида циркония толщиной 0,2 мм наносят газопламенным напылением. Это позволяет получить достаточный не смачиваемый чугуном и шлаком или отталкивающий чугун и шлак слой, чем и облегчается задача основного защитного слоя по защите медного тела фурмы от тепловых потоков и прогаров.A 0.2 mm thick zirconia layer is applied by flame spraying. This makes it possible to obtain a sufficient layer that is not wetted by cast iron and slag or repellent cast iron and slag, which facilitates the task of the main protective layer for protecting the tuyere copper body from heat fluxes and burnouts.
В лучшем варианте выполнения способа нанесения защитного покрытия на дутьевую фурму доменной печи наращивание слоя из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана производят газотермической наплавкой.In the best embodiment of the method for applying a protective coating to the blasting tuyere of a blast furnace, a layer of oxides or mixtures thereof with an admixture of 4 ± 0.2% titanium dioxide is built up by gas thermal surfacing.
На фиг.1 показана предлагаемая дутьевая фурма доменной печи, продольный разрез; на фиг 2 - вид А на фиг.1.Figure 1 shows the proposed blasting tuyere of a blast furnace, a longitudinal section; in Fig.2 is a view A in Fig.1.
Фурма состоит из двух медных стаканов. Внутренний 1 и наружный 2 стаканы по торцам соединены стальным фланцем 3 и медной “рыльной” обечайкой 4. На всю внутреннюю и наружную рабочую поверхность внутреннего 1 и наружного 2 стаканов и “рыльной” обечайки 4 нанесено защитное покрытие 5, состоящее из двух слоев. Толщина первого слоя 6 защитного покрытия, выполненного из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана, составляет 1÷ 5 мм, а второго слоя 7 - из диоксида циркония 0,2 мм.The lance consists of two copper glasses. The inner 1 and outer 2 glasses at the ends are connected by a steel flange 3 and a copper “snout” shell 4. A protective coating 5, consisting of two layers, is applied to the entire inner and outer working surface of the inner 1 and outer 2 glasses and a “snout” shell 4. The thickness of the
Нанесение защитного покрытия на дутьевую фурму доменной печи происходит следующим образом.The application of a protective coating on the blowing lance of a blast furnace is as follows.
Абразивной обработкой снимают верхний слой рабочего тела фурмы, ее медной части и наносят подслой. Таким образом фурма проходит подготовительную часть обработки. Методом газопламенного напыления наносят слой из оксидов или их смесей с примесью 4± 0,2% диоксида титана до толщины 1,0 мм. Затем методом газотермической наплавки наращивают этот слой до толщины 5 мм, после чего газопламенным напылением наносится слой двуокиси титана толщиной 0,2 мм.Abrasive treatment removes the upper layer of the working body of the tuyere, its copper part and applies a sublayer. Thus, the lance passes through the preparatory part of the processing. Using a flame spraying method, a layer of oxides or mixtures thereof with an admixture of 4 ± 0.2% titanium dioxide to a thickness of 1.0 mm is applied. Then, by thermal spraying, this layer is grown to a thickness of 5 mm, after which a layer of titanium dioxide 0.2 mm thick is applied by flame spraying.
Обработанная таким образом фурма является защищенной от прогара и теплоизолированной.The lance treated in this way is burn-proof and thermally insulated.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Рабочее тело фурмы, ее медную часть обрабатывали пескоструйным методом для снятия окислов меди и инородных тел. Методом газопламенного напыления на очищенную поверхность фурмы нанесли слой никель-алюминиевого сплава толщиной 0,1 мм. Далее этим же методом нанесли слой порошка, состоящего из оксидов алюминия Аl2О3 с примесью 4% диоксида титана толщиной в 1,0 мм (оптимальная толщина для напыления). Затем методом газотермической наплавки нанесли порошок того же состава с доведением защитного слоя до толщины в 2,0; 3,0 и 5,0 мм. В заключение вся рабочая и футерованная теплозащитным и противопригарным слоем поверхность методом газопламенного напыления покрыли слоем двуокиси титана толщиной 0,2 мм.The working body of the tuyere, its copper part was treated by sandblasting to remove copper oxides and foreign bodies. Using a flame spraying method, a 0.1 mm thick nickel-aluminum alloy layer was applied to the cleaned surface of the tuyere. Then, using the same method, a powder layer consisting of Al 2 O 3 aluminum oxides with an admixture of 4% titanium dioxide with a thickness of 1.0 mm was applied (optimal thickness for spraying). Then, by the method of gas thermal surfacing, a powder of the same composition was applied, bringing the protective layer to a thickness of 2.0; 3.0 and 5.0 mm. In conclusion, the entire working surface lined with a heat-shielding and non-stick layer was coated by a flame spraying method with a layer of titanium dioxide 0.2 mm thick.
На доменной печи №1 ОАО “ДМЗ” были испытаны дутьевые фурмы, изготовленные по предлагаемому способу. Фурмы, при изготовлении которых соблюдалась предлагаемая технология, показали срок службы в два-три раза выше, чем у серийных фурм.On blast furnace No. 1 of OJSC "DMZ" were tested blowing tuyeres made by the proposed method. The tuyeres, in the manufacture of which the proposed technology was observed, showed a service life of two to three times higher than that of serial tuyeres.
Технико-экономический эффект “футеровки” рабочего тела фурмы заключается в увеличении ее срока службы с 3-х до 12-ти месяцев, снижении потерь тепла с охлаждающей корпус фурмы водой да 44%, увеличении производства из-за снижения простоев печи, а также снижении затрат, связанных с уменьшением расхода фурм.The technical and economic effect of the “lining” of the lance working fluid is to increase its service life from 3 to 12 months, reduce heat loss from the cooling lance body by water and by 44%, increase production due to reduced furnace downtime, and also reduced costs associated with reducing tuyere consumption.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2001128249 | 2001-12-03 | ||
| UA2001128249A UA49411C2 (en) | 2001-12-03 | 2001-12-03 | A blast furnace blowing tuyere and a method of protecting covering applying on the blast furnace blowing tuyere |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002129285A RU2002129285A (en) | 2004-05-27 |
| RU2235789C2 true RU2235789C2 (en) | 2004-09-10 |
Family
ID=34391222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002129285/02A RU2235789C2 (en) | 2001-12-03 | 2002-11-04 | Blast tuyere of blast furnace and method for applying of protective coating onto blast tuyere of blast furnace |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2235789C2 (en) |
| UA (1) | UA49411C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532781C1 (en) * | 2013-06-10 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of coating |
| EP3456849A1 (en) | 2017-09-15 | 2019-03-20 | Obschestvo S. Ogranichennoi Otvetstvennostyu "Mednogorsky Medno-Serny Kombinat" | Tuyere for bottom and side blowing and method for cooling the same |
-
2001
- 2001-12-03 UA UA2001128249A patent/UA49411C2/en unknown
-
2002
- 2002-11-04 RU RU2002129285/02A patent/RU2235789C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Автоматическая сварка, 1988, №1, с.54 и 55. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532781C1 (en) * | 2013-06-10 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of coating |
| EP3456849A1 (en) | 2017-09-15 | 2019-03-20 | Obschestvo S. Ogranichennoi Otvetstvennostyu "Mednogorsky Medno-Serny Kombinat" | Tuyere for bottom and side blowing and method for cooling the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA49411C2 (en) | 2005-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10760854B2 (en) | Adjustable heat exchange apparatus and method of use | |
| EP1253390B1 (en) | Water jacket of arc furnace | |
| KR890004532B1 (en) | Stave cooler | |
| RU2087453C1 (en) | Method of fettling refractory ceramic mass and lance for pulverizing powder in this procedure | |
| RU2235789C2 (en) | Blast tuyere of blast furnace and method for applying of protective coating onto blast tuyere of blast furnace | |
| US5924861A (en) | Furnace discharge assembly | |
| JP3170766B2 (en) | Furnace wall cooling pipe of iron making device and method of manufacturing the same | |
| CN110923512B (en) | High-temperature corrosion resistant alloy core, production process and electromagnetic heating rotary kiln | |
| JP2718734B2 (en) | Steel pipe for boiler which is resistant to sulfidation corrosion and erosion | |
| US5435528A (en) | Porous plug structure for aluminum furances | |
| JP3715184B2 (en) | Stave cooler and manufacturing method of double pipe used therefor | |
| JP2778348B2 (en) | Furnace protection wall with slow cooling stove cooler | |
| RU2215043C2 (en) | Method of preparation of blast furnace tuyere for operation | |
| CN213578775U (en) | Water jacket of smoke outlet of side-blown converter | |
| CN221630399U (en) | Ore smelting furnace lining | |
| RU2233338C1 (en) | Blast tuyere for blast furnaces and method of manufacture of such tuyere | |
| JP4413146B2 (en) | Melting furnace cooling unit structure | |
| GB2064079A (en) | Surface coated copper furnace components | |
| EA018570B1 (en) | A furnace and a method for cooling a furnace | |
| JPS5917347B2 (en) | rotary reduction furnace | |
| JPS62183950A (en) | Thermal spraying roll for hot casting slab | |
| SU1624250A1 (en) | Rotary furnace for thermal degreasing of charge for making refractory and precision alloys | |
| SU576341A1 (en) | Blast furnace blowing tuyere | |
| SU870433A1 (en) | Tuyere of blast furnace | |
| JP2009084605A (en) | Tuyere for blast furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091105 |