Фурма печи бокового дутья

Когда говорят про фурму печи бокового дутья, многие сразу представляют просто стальную трубу, вмурованную в кирпич. И в этом кроется главная ошибка. На деле, это один из самых критичных узлов в агрегатах вроде отражательных или шахтных печей, где от его работы зависит всё — и равномерность процесса, и стойкость футеровки, и в конечном счёте, экономика плавки. Слишком высоко поставишь скорость дутья — прошьёшь кладку, получишь локальный перегогрев. Слишком низко — не добьёшься нужной турбулентности в ванне, шлаки будут плохо перемешиваться, тепло распределится неравномерно. Я сам долго считал, что главное — это материал, жаропрочная сталь да охлаждение. Пока на одном из старых заводов не столкнулся с ситуацией, когда при, казалось бы, корректных параметрах, фурмы выходили из строя за полгода, а не за положенные полтора-два года.

Конструкция — это не только чертёж

Итак, классическая фурма печи бокового дутья — это, по сути, водоохлаждаемый медный или стальной корпус с фланцем, системой подвода воздуха (или обогащённой смеси) и часто — соплом для вдувания пылевидного топлива или флюсов. Казалось бы, ничего сложного. Но дьявол в деталях. Угол ввода в кладку, например. На бумаге всё просто: 7-15 градусов к горизонту. Но на практике, если не учесть естественную усадку и подвижку футеровки печи при нагреве, через пару месяцев этот угол может измениться, и струя воздуха начнёт бить прямо в противоположную стенку, разъедая её. Видел такое на медноплавильном агрегате — пришлось останавливать и перекладывать целый пояс.

Ещё один момент — зона ?носка?, та самая часть, которая контактирует с раскалённой внутренностью печи. Здесь многие производители экономят, делая её из обычной жаропрочной стали с наплавкой. Работает, но недолго. Более надёжный вариант — литой медный носок с внутренним лабиринтом для охлаждающей воды. Но и тут есть подвох: качество литья. Неоднородность меди, раковины — и теплосъём падает, носок просто ?поплывёт?. Мы как-то получили партию таких, пришлось срочно искать замену. Сейчас некоторые продвинутые проекты, вроде тех, что предлагает ZHONGJI SUNWARD на своём сайте https://www.zjsunward.ru, используют для этих целей бесшовные гнутые медные трубки с точно рассчитанным профилем — меньше рисков с качеством литья, лучше гидродинамика охлаждающей воды.

И охлаждение, кстати, отдельная песня. Недостаточно просто подать воду. Нужно обеспечить высокую скорость её потока именно в критической зоне, чтобы не было закипания и парообразования у стенок. Частая ошибка — слишком большой диаметр подводящих шлангов. Вода идёт, но медленно, успевает сильно нагреться. В итоге, на внутренней поверхности носка образуется слой пара, который является отличным теплоизолятором. Металл перегревается и деформируется. Приходилось переделывать всю обвязку, ставить более мощные насосы и сужать проточные каналы.

Монтаж и ?первый пуск? — где рождаются проблемы

Можно иметь идеально спроектированную фурму, но испортить всё на этапе монтажа. Самая частая история — неправильная центровка и фиксация. Фурма должна стоять жёстко, но при этом иметь возможность для некоторого термического расширения. Если её ?намертво? заклинить в кладке или, наоборот, плохо закрепить на каркасе, проблемы гарантированы. При нагреве металл расширяется, создаются напряжения, могут пойти трещины по сварным швам или даже по телу носка.

Помню случай на пуске новой линии. Печь прогрели, вышли на режим, и через сутки одна из фурм дала течь по корпусу. Остановили, посмотрели — оказалось, монтажники, торопясь, не выставили её по шаблону, и она слегка ?смотрела? вниз. Вода из системы охлаждения конденсировалась на холодном конце и стекала по корпусу прямо в зону высоких температур у фланца. Постоянный термоудар в одном месте сделал своё дело. Пришлось резать кладку и переставлять.

Ещё один критичный этап — прогрев и ввод в работу. Резкий старт дутья холодным воздухом на горячую футеровку вокруг фурмы — верный путь к растрескиванию огнеупора. Нужен плавный выход на рабочие параметры. На одном из проектов, где мы работали с китайскими коллегами, в том числе и по технологиям, которые использует ZHONGJI SUNWARD (они, как я знаю, базируются на компетенциях Чаншаского института), была чёткая поэтапная инструкция: сначала прогрев печи на мазуте, потом постепенный ввод дутья с повышением расхода на 10% в час, постоянный мониторинг температуры кладки вокруг фурменных отверстий термопарами. Казалось бы, мелочь, но это продлевало жизнь и фурмам, и самой футеровке на многие месяцы.

Материалы и реальные условия эксплуатации

Говоря о материалах, сразу отмечу: медь для носка — это хорошо, но не панацея. В средах с высоким содержанием цинка или свинца в шихте может происходить быстрое ?отравление? меди, она становится хрупкой. Сталь с керамической вставкой или специальным покрытием иногда оказывается более живучей, хоть и хуже отводит тепло. Выбор всегда — компромисс. Нужно смотреть на химизм процесса, температуру в зоне, наличие абразивных частиц в дутье.

У нас был опыт с печью для переплава свинцовых аккумуляторных паст. Изначально поставили медные фурмы. Через три месяца носок одной из них просто развалился при осмотре. Анализ показал высокую концентрацию свинца в поверхностном слое меди. Перешли на фурмы с корпусом из специальной нержавеющей стали и сменными соплами из карбида кремния. Ресурс увеличился в разы, хотя пришлось усиливать систему охлаждения из-за более низкой теплопроводности стали.

Это к вопросу о том, что универсальных решений нет. Компании, которые занимаются проектами ?под ключ?, как ZHONGJI SUNWARD, это хорошо понимают. Их ценность не в том, чтобы продать стандартный узел, а в том, чтобы спроектировать его под конкретный процесс, смоделировать тепловые потоки, подобрать материал и рассчитать режимы охлаждения, исходя из полной картины технологии. На их сайте видно, что они делают ставку именно на комплексные EPC-решения, где оборудование — часть отлаженной системы.

Система контроля и управления дутьём

Современная фурма печи бокового дутья — это уже не просто ?железка?. Это управляемый элемент. Датчики расхода воздуха, температуры выходящей охлаждающей воды, иногда даже эндоскопы для визуального контроля состояния носка — всё это стало необходимостью. Потому что по косвенным признакам можно вовремя поймать проблему. Например, если температура воды на выходе из конкретной фурмы резко выросла на 5-10 градусов при стабильном расходе, это явный признак того, что внутри образовался слой накипи или шлака, ухудшивший теплообмен. Значит, скоро будет перегрев.

На одной из наших печей мы поставили простейшую систему с термопарами на каждой фурме и выводом данных на общий щит. Это спасло от серьёзной аварии. Однажды ночью сработала сигнализация по превышению температуры на фурме №3. Дежурный персонал, следуя инструкции, немедленно снизил на ней расход воздуха и увеличил подачу воды. Утром при осмотре обнаружили, что от вибрации лопнула внутренняя перегородка в лабиринте охлаждения, поток воды нарушился. Если бы не сигнал, через пару часов носок бы расплавился, и жидкий металл хлынул бы наружу.

Китайские инжиниринговые компании, те же, что связаны с ZHONGJI SUNWARD, сейчас активно интегрируют такие системы мониторинга в свои проекты ?под ключ?. Это логично — они отвечают за весь цикл, и им выгодно, чтобы оборудование работало стабильно долго. Поэтому в их предложениях часто заложены не просто аппаратные решения, а целые алгоритмы управления и диагностики, что для конечного заказчика часто важнее, чем сэкономленные на стали тысячи рублей.

Ремонтопригодность и сервис — о чём часто забывают

Идеальная фурма, которую нельзя быстро заменить или отремонтировать, — плохая фурма. Конструкция должна предусматривать возможность демонтажа без полной разборки футеровки печи. Обычно это достигается за счёт фланцевого соединения с водяной и воздушной магистралями с внешней стороны печи. Но и здесь есть нюансы. Фланец должен быть защищён от прямого лучистого жара из рабочего пространства, иначе прокладки будут выгорать, болты прикипать.

Мы когда-то работали с печью, где доступ к фурмам был крайне затруднён — всё зашито в кожух. Чтобы добраться до фланца, нужно было снимать полквадрата обшивки. На замену одной фурмы уходило 8 часов просто на подготовительные работы. В итоге, при следующем капитальном ремонте, по нашему требованию, проектировщики (как раз из алюминиевого холдинга, с которым связан ZHONGJI SUNWARD) переделали узлы доступа, сделав быстросъёмные люки. Время замены сократилось до двух часов.

Сервис — это ещё и наличие запчастей. Хорошо, когда производитель или поставщик, как та же компания со своим сайтом https://www.zjsunward.ru, держит на складе стандартные комплектующие: сменные носки, уплотнения, прокладки. Потому что ждать три месяца носок из-за границы, пока печь стоит в полурабочем режиме, — это прямые убытки. Наличие локального сервисного центра или хотя бы склада расходников в регионе — огромный плюс, который сейчас всё больше ценят.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что, возвращаясь к началу. Фурма печи бокового дутья — это не расходник и не простая железка. Это точный инженерный узел, эффективность которого определяется десятком факторов: от химического состава шихты и точности расчёта угла вдува до качества монтажа и продуманности системы мониторинга. Ошибка в любом из этих звеньев сводит на нет преимущества даже самой дорогой конструкции.

Сейчас, глядя на проекты крупных игроков, которые предлагают полный цикл от технологии до пуска, вижу тенденцию к глубокой интеграции. Фурма перестаёт быть обособленным предметом закупки. Она становится частью цифровой модели печи, её параметры оптимизируются в симуляторе, а работа контролируется в реальном времени. Это правильный путь. Потому что в металлургии мелочей не бывает. И опыт, часто горький, как раз и учит обращать внимание на эти ?мелочи? вроде скорости воды в охлаждающем контуре или материала одной-единственной прокладки. Именно они в итоге и решают, будет ли печь работать стабильно или станет головной болью для цеха.