Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОГНЕУПОРНОЙ ФУТЕРОВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СОСУДА
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОГНЕУПОРНОЙ ФУТЕРОВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СОСУДА

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОГНЕУПОРНОЙ ФУТЕРОВКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО СОСУДА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: cпособ защиты огнеупорной футеровки металлургического реакционного сосуда, применим для процессов, плавки сырья, в процессе которой образуется расплав, состоящий из металла и шлака. Cущность: реакционные агенты для расплава, подаваемые в ванну расплавленного металла через средства ввода, расположены ниже и выше поверхности ванны, а газообразные реакционные агенты и/или газы, действующие инертно в ванне расплавленного металла, подают в расплав ниже поверхности ванны. Из расплава выделяются газы и дожигаются окислительными агентами в газовом пространстве. Всю поверхность огнеупорной футеровки в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда смачивают (непрерывно и полностью) частичными количествами расплава в виде капель, брызг, жидких частей, поднимающихся или выбрасываемых резко в виде фонтана и/или образованных волновым или резким движением расплава. Массу фракций расплава, которые ударяют в огнеупорную поверхность и смачивают футеровку, регулируют. Процесс смачивания поверхности огнеупорной футеровки контролируют с помощью скоростей потока газообразных реакционных агентов и/или газов, действующих инертно в расплаве, подаваемых в него через нижние фурмы. Скорости Qv (Hм3/мин) потоков газообразных реакционных агентов через нижние фурмы контролируют (регулируют) в зависимости от уровня ванны расплавленного металла hв (м) и максимальной высоты реакционного сосуда для смачивания всей огнеупорной поверхности в газовом пространстве hг (м) реакционного сосуда по следующей зависимости hг/(Qv/hв)2/3<≅>2,3. Отношение глубины ванны расплава hв к внутреннему диаметру d каждой нижней фурмы, т.е. hв/d, устанавливают на величинах больше 20. Количество расплава, которым смачивается поверхность футеровки, равно по крайней мере 50 кг/(мин·м2). поверхности. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2102493
Класс(ы) патента: C21B11/00, C21B13/00, C21C5/44
Номер заявки: 93050551/02
Дата подачи заявки: 15.10.1993
Дата публикации: 20.01.1998
Заявитель(и): Текнолоджикал Рисорсез ПТИ Лимитед (AU)
Автор(ы): Грегори Джордж Харди[AU]; Пол Герхард Мантей[DE]; Марк Филип Шварц[AU]
Патентообладатель(и): Текнолоджикал Рисорсез ПТИ Лимитед (AU)
Описание изобретения: Изобретение касается способа защиты огнеупорной футеровки металлургического сосуда, содержащего плавку, состоящую из металла и шлака, реагенты для плавки, подаваемые в ванну расплавленного металла через средства ввода, расположенные ниже и выше поверхности ванны, и газы, выделяющиеся из металлической ванны, дожигающиеся окислительными агентами в газовом пространстве, т.е. пространстве над спокойной плавкой.
Известный уровень включает ряд металлургических процессов, в которых сжигаемые газы частично или полностью сгорают в плавке и в реакционных сосудах над поверхностью ванны. В широком смысле это полное сгорание газа над расплавом, уже имеет место в сименс-мартеновской печи с выделяемой теплотой, повторно передающейся ванне.
С помощью процесса Кал-До получение стали и созданного на его основе процесса "Доред" для восстановления плавки железных руд, внимание было обращено, в первую очередь, на проблемы, возникающие с огнеупорной футеровкой при дожигании реакционных газов над расплавом чугуна вследствие высокой температуры.
Так, например, в публикации по поводу процесса Кал-До [1] приводятся данные о футеровке вращающегося конвертера и ее надежности, показывающие скорость износа порядка 4 7 мм на загрузку.
Эти величины являются фактором в 10 раз больше, чем сравнимые данные у существующих кислородных конвертеров для производства стали. В то время, как высокий износ футеровки во вращающихся конверторах относится за счет, с одной стороны, изменения температуры вследствие смачивания огнеупорного материала расплавом, а, с другой стороны, окисления капель железа на поверхности футеровки.
Влияние большого расхода огнеупоров на процесс "Доред" внушительно приведены библиографическими изучениями непосредственного восстановления железной руды, проведенными Mining College of leoben в 1976 г.
В заключение в нем говорится: "Расход огнеупорных материалов на работающем заводе (процесс "Доред") был значительно выше, чем ранее предполагалось. Поскольку, эта проблема не была решена даже с помощью специальных изучений, то работающий завод был остановлен в 1968 г.".
После быстрого развития производства стали на базе конвертера с верхним дутьем, идея последующего сгорания или дожигания реакционных газов из расплава чугуна в конвертере и использование выделившегося тепла для улучшения энергетического баланса в конвертере, была снова поднята сталеплавильщиками только позже, после внедрения конвертеров с нижней продувкой ОВМ.
В начале семидесятых годов были зарегистрированы ряд патентов, которые касались дожигания реакционных газов, главным образом, CO и H2 в конвертере путем подачи кислорода.
Характерными примерами являются патент США [2] и патент ГДР [3] Однако простое дожигание, как описано в этих охранных документах, ведет к преждевременному износу огнеупора в верхнем пространстве конвертера, и никакие заметные улучшения не наблюдаются в тепловом балансе процесса рафинирования стали.
Только с появлением нового способа верхнего дутья кислорода, [4] дожигание может осуществляться в сталеплавильном конвертере так, что образующееся тепло полностью показывает благотворное влияние на расплав и, тем самым, на тепловой баланс процесса рафинирования.
Существенным признаком этого способа является подача 20 80% от количества свежего кислорода в расплав в течение значительной части периода рафинирования через одну или более газовых струй, направленных на поверхность ванны, которые действуют, как свободные струи в газовом пространстве конвертера, и вдувание оставшегося количества кислорода ниже поверхности ванны.
В газовом пространстве эти свободные струи покрывают определенное расстояние, внутри которого они засасывают значительное количество отходящего газа конвертера. Газовая струя, состоящая, главным образом, из CO и CO2, ударяется о поверхность расплава при температуре, которая значительно выше, чем температура ванны, и составляет 2500oC.
Этот способ недостаточно понятно увеличивает износ футеровки в газовом пространстве конвертера, и он добивается только степени дожигания порядка 20
25% при высокой отдаче при повторной передаче тепла расплаву порядка 80 90%
Патент Германии [5] касается способа и устройства для дожигания реакционных газов и использования этого способа, отличающегося тем, что газовая струя или струи окислительных газов вдуваются на поверхность ванны через одну или более фурм с закручиванием.
Этот способ используется в производстве стали в восстановительной плавке железной руды и при газификации угля в ванне расплавленного чугуна. За счет изменения коэффициента закручивания можно осуществлять надежное регулирование дожигания от 40 до 80% и эффективность повторной передачи тепла, выделившегося в процессе дожигания, выплавке чугуна в пределах 80 90%
При такой высокой степени дожигания в газовом пространстве реакционного сосуда образуется очень высокая температура, несмотря на хорошую теплопередачу расплаву. Поскольку зависимости известны, то температуры газа свыше 2700oC могут быть рассчитаны.
Такое управление процессом с высокой степенью дожигания влечет за собой большую опасность преждевременного износа огнеупорной футеровки сосуда вследствие тепловых перенапряжений.
Чтобы избежать высоких температур в газовом пространстве реакционного сосуда и связанных с этим потенциальных проблем, метод восстановительной плавки по [6] предлагает другой путь.
Догорание реакционных газов происходит в слое пенистого шлака. В соответствии с патентной заявкой, кислород вдувается сверху вместе с копьем, а циркуляционный газ одновременно подается через фурмы, установленные ниже поверхности ванны. Этот процесс отличается тем, что на 1 м2 поверхности должно присутствовать минимальное количество шлака порядка 2000 кг. Это обеспечивает степень дожигания свыше 40% с повторной теплопередачей 90%
Известны способы для достижения высоких степеней дожигания над расплавом чугуна. Существуют также концепции удержания преждевременного износа футеровки сосуда в определенных пределах при дожигании порядка до 45% чтобы не рисковать экономикой всего способа.
Однако не существует огнеупорного материала, стойкого к температуре газового пространства свыше 2000oC или способа защиты футеровки сосуда от таких высоких температур.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ защиты огнеупорной футеровки металлургического сосуда, известный из заявки Японии [7] и включающий снижение температуры футеровки по сравнению с температурой газового пространства в процессе плавки металлургического сырья, которая заключается в образовании расплава, состоящего из металла и шлака, подачу выше и ниже расплава реакционных и/или инертных газов с последующим непрерывным дожиганием образующихся технологических газов окислительными реагентами в пространстве над расплавом. Снижение температуры огнеупорной футеровки осуществляется за счет вдувания рудоугольной смеси через сопла, тангенциально установленные по окружности печи.
Однако известный способ также не позволяет в полной мере экранировать огнеупорную футеровку от воздействия теплового излучения и защитить ее от износа, вследствие воздействия перегретого окисленного шлака.
Технической задачей изобретения является защита футеровки в газовом пространстве, предотвращение ее износа, несмотря на высокие температуры, и продление срока службы сосуда, что улучшает экономику способов производства стали и ферросплавов, газификация угля в ванне расплавленного чугуна, восстановительной плавки железистых руд и способов производства цветных металлов.
Эта задача решается за счет подачи газообразных реакционных агентов и/или газов, действующих инертно в металлической ванне, в расплав ниже поверхности ванны и смачивания всей поверхности огнеупорной футеровки в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда с помощью частичных количеств расплава в виде капель, брызг, жидких частей, поднимающихся или резко выбрасываемых в виде фонтана и/или волновых и резких движений расплава.
Целью настоящего изобретения является способ защиты огнеупорной футеровки металлургического реакционного сосуда, содержащего расплавленный металл, состоящий из металла и шлака, реакционные агенты для расплава, подаваемые в металлическую ванну через средства ввода, расположенные ниже и выше поверхности ванны, и газы, выделяющиеся из расплава, дожигаемые с окислительными агентами в газовом пространстве, т.е. пространстве над спокойной плавкой, отличающийся тем, что газообразные реакционные агенты и/или газы, действующие инертно в металлической ванне, подаются в расплав ниже поверхности ванны, а общая поверхность огнеупорной футеровки в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда смачивается частичными количествами расплава в виде капель, брызг, жидких частей, поднимающихся или резко выбрасываемых в виде фонтана и/или волнового или резкого движения расплава.
Еще одной целью настоящего изобретения является использование заявленного способа для производства стали и ферросплавов, для восстановительной плавки железистых руд, для газификации угля в ванне расплавленного чугуна и для рафинирования и производства цветных металлов.
Изобретение основывается на открытии, что, в противоположность ранним допущениям, подача газа в расплав ниже его поверхности, ведущая к сильному движению расплава ванны с частичными его количествами ударяющимися в футеровку газового пространства в виде капель, брызг, жидких частей, поднимающихся или резко выбрасываемых в виде фонтана и волновых и резких движений расплава, уменьшает износ огнеупорной футеровки в газовом пространстве реакционного сосуда.
В соответствии с настоящим изобретением такое резкое движение ванны с фракциями расплава, выбрасываемыми в виде фонтана на поверхность стенки в газовом пространстве реакционного сосуда, является желательным.
Это открытие является неожиданным, поскольку известный уровень предполагает, что огнеупорная футеровка в газовом пространстве реакционного сосуда имеет явно выраженный повышенный износ, когда поверхность футеровки смачивается расплавом, например, во вращающемся, барабанного типа, конвертере, и при высоких степенях дожигания, вследствие высоких температур газа в струе верхнего дутья.
В известных способах, например, во вращающемся конвертере Кал-До с его быстрым чередованием между смачиванием поверхности футеровки, расплавом во время вращения и последующей высокой тепловой нагрузкой, обусловленной дожиганием газовой струи, расход огнеупоров, в частности, в этой верхней части конвертера, принимает такой оборот, что ставит под угрозу экономию процесса.
В конвертере КМС (KMS) с комбинированной продувкой для производства стали увеличение дожигания порядка до 30% также приводит к преждевременному износу футеровки в газовом пространстве или шлемной части конвертера.
Открытие, на котором основывается изобретательский способ, заключается в том, что долговечность огнеупора в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда одновременно улучшается при увеличении степени дожигания в сосуде до величины порядка т 30 85% и высокой повторной передачи тепла расплаву 70 90% и при скоростях потока газа в нижних фурмах, вызывающих сильное движение ванны расплава с каплями, брызгами и фракциями расплава, выбрасываемыми как фонтан на поверхность футеровки, все являются более неожиданными и непредсказуемыми.
Размерная связь выбрасываемых фракций расплава, например, являются ли они каплями, крупными брызгами, фракциями расплава, поднимающимися или резко выбрасывающимися как фонтан или расплавом, доставляемым к поверхности футеровки волной или резким движением, не играет никакого существенного значения.
Единственно важным является то, что общая поверхность футеровки в газовом пространстве реакционного сосуда смачивается расплавом. Имеет ли влияние толщина слоя этого смачивания, до сих пор точно не установлено, в результате чего допускается любая толщина слоя, большая или маленькая, равномерная или неравномерная.
В соответствии с настоящим изобретением, смачивание поверхности огнеупорной футеровки в газовом пространстве контролируется расплавом, находящимся в реакционном сосуде, через скорости потока газов, направляемых в расплав через нижние фурмы, т.е. газообразными реагентами и газами, действующими инертно в ванне расплавленного металла.
Скорости потока 0,2 30 Нм3/мин а предпочтительно от 2 до 10 Нм3/мин, оказались достаточными при минимальной высоте заполнения расплавом реакционного сосуда. Эта минимальная высота заполнения основывается на спокойной поверхности ванны и должна быть более 0,3 м, а предпочтительно более 0,5 м.
Важным признаком настоящего изобретения является то, что скорости потоков газов, направляемых в расплав ниже поверхности ванны, видны и контролируются в зависимости от уровня ванны расплавленного металла и максимальной высоты реакционного сосуда. Первым шагом является связь скоростей потока с тонной ванны расплавленного металла в реакционном сосуде и минимальной высотой заполнения расплава в реакционный сосуд.
Прежде чем перейти к более подробному рассмотрению зависимостей между скоростью газового потока, уровнем ванны и высотой газового пространства, остановимся на рабочем режиме расплава и газового пространства над ним, возникающем при осуществлении способа настоящего изобретения.
Газ вдувается в расплав через находящиеся под ванной или нижние фурмы с такой скоростью, что части расплава поднимаются как фонтан с поверхности ванны. Скорость газов и расплава является достаточно высокой, чтобы увлечь за собой жидкость к поверхности футеровки в виде фонтана в качестве свободной струи или струй, тем самым смачивая ее.
Такой рабочий режим совершенно отличается от известного движения ванны расплавленного металла, похожего больше на кипение; сравни режим продувания конвертера при производстве стали, при наличии только разбивающихся капель и брызг.
Существенным признаком настоящего изобретения является регулирование рабочего режима расплава в металлургическом реакционном сосуде, в результате чего частичные количества расплава отделяются от поверхности ванны в виде фонтана со значительной скоростью и направляются к поверхности футеровки сосуда в газовом пространстве, тем самым смачивания ее.
Чтобы описать рабочий режим настоящего изобретения с адекватным смачиванием поверхности футеровки, включая оптимальные режимы вдувания газов ниже поверхности ванны, ясно и воспроизводимо для различных металлургических реакционных сосудов, была выведена формульная зависимость на базе различных экспериментальных и математических моделей с учетом кинетической энергии и газовых выталкивающих сил в расплаве.
Оказалось, что высота hф (м) струи фонтанного типа соответствует примерно отношению скорости газового потока Qv3/с) на фурму к глубине hв (м) ванны в степени 2/3, т.е.
hф ≈ (Qv/hв)2/3 или hф (Qv/hв)2/3
откуда вытекает следующая зависимость для смачивания стенки при оптимальных режимах вдувания газа:
hг/hф hг/(Qv/hв)2/3<≅>2,3
предпочтительно <1,7
> где hг соответствует высоте газового пространства (м); Qv - скорость газового потока для одной фурмы, приведенная к давлению и температуре на горловине фурмы.
В соответствии с формулой величина, меньшая или равная 2,3, предпочтительно меньшая 1,7, должна регулироваться.
Способ настоящего изобретения безусловно работает с более чем одной фурмой, при этом расстояние между фурмами является таким, что вдуваемые султаны не перекрывается, когда они образуются в расплаве над нижними фурмами, при угле отверстия порядка 20o.
Следует учитывать также зависимость между глубиной hв (м) ванны и диаметром d (м) фурмы. Соотношение hв/d должно устанавливаться на величинах больше 20. Если эта зависимость учитывается, то никакого газа не будет вдуваться через расплав при обычных эксплуатационных режимах, в результате чего устраняются так называемые продувы.
Кроме того, настоящее изобретение предусматривает в некоторых случаях приведение в действие дополнительных нижних фурм с помощью инертно действующих газов, чтобы смачивать поверхность футеровки в газовом пространстве реакционного сосуда выборочно, не подчиняясь установленным формулам зависимостям.
В качестве инертных газов или газов, действующих инертно в расплаве, можно использовать, например, аргон-азот, CO или аналогичные газы и их смеси. Эти специальные смачивающие фурмы могут работать для смачивания поверхности футеровки при угле экрана обычных нижних фурм. Они могут использоваться, например, на участках небольшой глубины ванны.
Таким образом, эти специальные смачивающие фурмы выполнены не в соответствии с вышеприведенной формулой и, следовательно, не вызывают извержений фракций расплава, поднимающихся как фонтан, доминирующих под действием кинетической энергии.
Вместо этого, смачивающие фурмы используют кинетическую энергию инертных газов, поступающих в расплав на большой скорости и увлекающих брызги и капли к поверхности футеровки. Эти смачивающие фурмы используются только в индивидуальных случаях и, главным образом, в зоне мелкой глубины ванны, а поскольку, вдуваемые инертные газы не вступают в реакцию с расплавом, то работа этих специальных фурм не нарушает хода способа настоящего изобретения.
Для получения предварительных условий для высоких степеней дожигания реакционных газов, выделяющихся из расплава, в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда необходимо вдувать окислительный агент, главным образом, воздух, кислород или их смеси, в сторону поверхности ванны с закручиванием и/или в виде периферийной газовой струи.
Окислительные газы могут подогреваться; например, воздух до температуры 1200 1500oC.
Газовое пространство металлургического реакционного сосуда содержит жидкие части, называемые вместе, как "частичные количества расплава" в виде капель, брызг, расплава, резко поднимающегося или выбрасываемого как фонтан.
Эти жидкие части, нагретые газовым пламенем дожигания, падают обратно в расплав и, тем самым, осуществляют значительную часть переноса энергии тепла дожигания в расплав. Поверхность расплава растворяется во время работы процесса в переходную зону, состоящую из смеси фракций расплава, реакционных газов и газов, образовавшихся в результате дожигания, в виде газовых пузырьков различных размеров и глубоко простирающихся газовых султанов.
Эта переходная зона имеет также большое значение для повторной передачи тепла, выделившегося при дожигании в расплав. Только эффект соединения преимущества технологии верхнего дутья для газов дожигания и газового пространства, в которое проникают фракции расплава и переходной зоны, ведут к повторной передаче тепла расплаву с хорошей эффективностью, а именно свыше 70% в частности, при высоких степенях дожигания.
Хотя температура в описанной газовой струе верхнего дутья окислительных агентов для дожигания в газовом пространстве может достигать значений, превышающих 2700oC, однако, температура расплава обычно регулируется в пределах 1300 1660oC и, предпочтительно 1350 1500oC, когда осуществляется способ настоящего изобретения.
Важным признаком настоящего изобретения является регулирование температуры в металлургическом реакционном сосуде. Разность температур между расплавом и газовым пространством в реакционном сосуде может составлять 100 и 1400oC. Эти разные величины обусловлены, главным образом, тепловым зарядом во время дожигания, т.е. степенью дожигания.
Температура нагревания окислительных агентов, используемых для дожигания реакционных газов, также имеет здесь значение, главным образом, температура предварительного нагревания воздуха, кислорода или любых смесей, включая другие смешанные газы, пригодные для использования в качестве окислительных агентов, или служащие для подогрева окислительных газов.
В соответствии с настоящим изобретением части расплава в виде фонтана выбрасываются на поверхность футеровки газового пространства реакционного сосуда, контролируются скоростями потоков газов, направляемых в расплав ниже поверхности ванны, и это смачивание футеровки приводит к охлаждению на месте огнеупорного материала на его поверхности.
Такое охлаждение в местах, подвергающихся воздействию высокой температуры газов, если бы они не смачивались расплавом, ведет к явному улучшению долговечности огнеупорного материала в газовом пространстве реакционного сосуда.
В то время, как футеровка в газовом пространстве реакционного сосуда над зоной ванны изнашивается преждевременно, если способ настоящего изобретения не применяется, теперь достигается равномерный износ футеровки реакционного сосуда.
Способ настоящего изобретения смачивает поверхность огнеупорного материала расплавом без зазора в газовом пространстве реакционного сосуда и охлаждает ее, в целом, на месте.
Защита огнеупорной футеровки в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда с помощью способа настоящего изобретения является явно лучше известных способов, в основном, по двум причинам.
Во-первых, охлаждение огнеупорной поверхности происходит на месте и, в частности, непрерывно, т.е. без чередования температурных напряжений на поверхности стенки.
Во-вторых, частичные количества расплава, выбрасываемые на огнеупорную поверхность, одновременно защищают ее от тепловой радиации газового факела дожигания, и достигается постоянная температура футеровки, которая только незначительно выше температуры расплава.
Капли металла с их высоким потенциалом восстановления ударяются в поверхность футеровки и защищают ее от перегрева, окисления (высокого содержания FeO) шлака, вызывающих явный износ огнеупора.
Кроме того, частичные количества расплава непрерывно распыляются на поверхность стенки и расплав доставляется на огнеупорную футеровку за счет волнового или резкого движения расплава, что приводит к интенсивному охлаждению и защите футеровки. Благодаря их постоянному обновлению, смачивающие слои не могут слишком сильно нагреться до того, как будут заменены свежим расплавом. Оценка увеличения температуры в частичных количествах расплава, когда он проходит через газовое пространство, дали максимальное значение порядка 50oC.
В противоположность этому, поверхность полностью смачивается расплавом в известных способах, например, во вращающемся конвертере, но как только футеровка выходит из ванны расплавленного металла, она подвергается воздействию высокой температуры дожигания реакционных газов в результате теплового излучения и конвекции.
Такое постоянное изменение температуры является, вероятно, причиной хорошо известного преждевременного износа огнеупорной футеровки в газовом пространстве таких сосудов.
В соответствии с настоящим изобретением поверхность огнеупорной футеровки в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда полностью смачивается расплавом, который непрерывно заменяется новыми частичными количествами, выбрасываемыми из расплава в сосуде, а затем, падающими обратно с футеровки или стекающими с нее.
Оценки частичных количеств расплава, выдуваемого на поверхность футеровки, дали величины по крайней мере порядка 50 кг/мин на 1 м2 поверхности стенки. Это безусловно приблизительная величина; однако, что важно для изобретения, так это то, что поверхность футеровки смачивается без зазора, в результате чего различной массы фракции расплава могут смачивать поверхность огнеупорной футеровки в различных местах газового пространства реакционного сосуда.
Ниже приводится более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на чертеж и неограничивающий пример.
На чертеже дан вид в поперечном сечении реакционного сосуда барабанного типа для восстановительной плавки железных руд и железистых руд для получения чугуна и сплавов на железной основе.
Барабанного типа реакционный сосуд имеет наружную рубашку 1, изготовленную из листовой стали и снабженную огнеупорной футеровкой, состоящей из изолирующего слоя 2 и изнашивающейся футеровки 3.
Реакционные газы вдуваются через нижние фурмы 6 в расплав, состоящий из ванны расплавленного чугуна 4 и слоя шлака 5, и образуют в расплаве вдуваемые султаны 7. Показаны также смачивающие фурмы 8.
Глубина hв ванны обозначена цифрой 9, а высота hг газового пространства цифрой 10. Цифрой 11 обозначена переходная зона.
Горячий воздух, т.е. воздух с температурой предварительного нагревания 1250oC подается в фурму верхнего дутья 13 через трубопровод 12. Эта фурма 13 дожигания вдувает дожигающий факел 14 в газовое пространство 10 сосуда восстановительной плавки. Реакционные газы дожигания из расплава 9 ударяются в частичные количества 15, выбрасываемые из расплава как фонтан и капли, и брызги 16. Эти частичные количества расплава в виде капель, брызг 16 и резко выбрасываемых частей 15 и частей расплава в волне и резком движении 17 смачивает огнеупорную поверхность как показано стрелками 18.
Явление смачивания огнеупорной поверхности 18 является существенным признаком настоящего изобретения, которому способствуют также смачиваемая фурма 8 и ее распыляемая струя 19.
Управляющий конвертер для восстановительной плавки железной руды содержит порядка 8 т чугуна с содержанием углерода 3% и температурой 1450oC. Слой шлака в 1,5 т плавает на поверхности ванные и имеет следующий состав, Cao 34 SiO2 26 FeO 5 MgO 12 в соответствии со щелочностью - 1,3.
Около 46 мг/мин железной руды с содержанием Fe 62% вдувалось в расплав чугуна через нижние фурмы. Одновременно 22 кг/мин измельченного угля, имеющим состав, C 85 H 3 O2 1,6 S 0,7 и золы 7 вводилось в ванну. После 3 ч работы 5 т чугуна и 1,8 т шлака сливались из сосуда восстановительной плавки через выпускное отверстие.
Около 30 Нм3/мин реакционного газа и 10 Нм3/мин инертного газа выделяются из расплава в газовое пространство и дожигаются там со 105 Нм3/мин горячего воздуха при температуре предварительного подогрева 1150oС. Средняя степень дожигания составила 57% которая возвращается в расплав с теплоотдачей 85% Через шесть нижних фурм и две дополнительные смачивающие фурмы, работающие с 3 Нм3/м азота, 50 кг/мин на 1 м2 огнеупорной поверхности, в соответствии с приблизительной оценкой, частичных количеств расплава выбрасывалось на огнеупорную поверхность в газовом пространстве реактора и охлаждали огнеупорный материал на месте.
После этого, управляющий сосуд работал в течение шести месяцев, и в нем наблюдался равномерный расход огнеупора в ванне и газовом пространстве.
Способ защиты огнеупорной футеровки в газовом пространстве металлургического реакционного сосуда может использоваться в производстве стали и ферросплавов, для восстановительной плавки железистых руд, в газификации угля в ванне расплавленного чугуна и при рафинировании цветных металлов.
Для всех металлургических способов, осуществляющих подачу реактивных агентов и, в частности, газообразных реакционных агентов в ванну расплавленного металла ниже поверхности ванны, способ настоящего изобретения отличается большой гибкостью в приспосабливаемости к специальным рабочим условиям этих способов.
Модификация этого способа и его специальная приспосабливаемость к различным рабочим режимам в вышеупомянутых и аналогичных металлургических процессах также предполагаются настоящим изобретением.
Существенные признаки способа обеспечены, и любой из них находится в области настоящего изобретения пока огнеупорная поверхность газового пространства металлургического реакционного сосуда охлаждается расплавом, поступающим на нее, имеющим температуру, которая ниже той, что господствует в газовом пространстве.
Формула изобретения: 1. Способ защиты огнеупорной футеровки металлургического сосуда, включающий снижение температуры футеровки по сравнению с температурой газового пространства в процессе плавки металлургического сырья, который заключается в образовании расплава, состоящего из металла и шлака, подачу выше и ниже расплава реакционных и/или инертных газов с последующим непрерывным дожиганием образующихся технологических газов окислительными реагентами в пространстве над расплавом, отличающийся тем, что снижение температуры футеровки в процессе плавки осуществляют путем смачивания всей ее поверхности частичным количеством расплава в виде капель, брызг, жидких частиц, поднимающихся или выбрасываемых резко и в виде фонтана и/или образованных волновым или резким движением расплава.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют регулирование масс фракций расплава, смачивающего поверхность футеровки в газовом пространстве.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что процесс смачивания поверхности огнеупорной футеровки в газовом пространстве регулируют посредством изменения скоростей, подачи реакционных и/или инертных газов, подаваемых ниже расплава.
4. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что скорости газов, подаваемых ниже расплава, регулируют в зависимости от уровня металлического расплава и максимальной высоты газового пространства.
5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что соотношение между скоростью потока газа, подаваемого ниже расплава, уровнем ванны расплавленного металла и высотой газового пространства поддерживают равным
(hг / Qv / hв)2/3 ≅ 2/3,
где Qv скорость потока газа, подаваемого ниже расплава, Нм3/мин;
hг высота газового пространства, м;
hв высота ванны расплавленного металла, м.
6. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что подачу газа ниже расплава осуществляют через фурмы, при этом отношение глубины ванны к внутреннему диаметру фурмы поддерживают более 20.
7. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную подачу инертных газов ниже расплава, обеспечивающих выборочное смачивание огнеупорной футеровки газового пространства.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что разность температур между расплавом и газовым пространством поддерживают равной 100 1400oС.
9. Способ по любому из пп.1 8, отличающийся тем, что количество расплава, которым смачивают поверхность огнеупорной футеровки газового пространства, составляет по крайней мере, 50 кг/мин · м2.
10. Способ по любому из пп.1 9, отличающийся тем, что температуру ванны расплава поддерживают ниже температуры газового пространства.
11. Способ по любому из пп.1 10, отличающийся тем, что поверхность огнеупорной футеровки смачивают непрерывно и полностью.