Способ подачи топлива в фурму доменной печи и фурма доменной печи

 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в доменном производстве. Целью изобретения является снижение расхода кокса на выплавку чугуна за счет повышения эффективности смешения топлива с дутьем, В способе топливо вводится в виде кольцевой струи, образованной за счет эжектирования в нее потока дутья, при этом топливо вводят в дутьевой поток со скоростью (0,6-1,5) М, где М - критерий Маха. Кольцевую топливную струю подают в направлении, совпадающем с направлением движения дутья в фурме, под углом 50-85а к оси последней. Фурма для осуществления способа обеспечивает улучшенное смешение топлива с дутьем. 2 с.и. 7 з.п. ф-лы, 6 ил. 3 табл, ч Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК (s>)s С 21 В 7/16

ГОСУДАРСТВЕННЬЮ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4713845/02 (22) 29.06.89 (46) 07.10.91. Бюл. ¹ 37 (71) Мариупольский металлургический институт (72) И.Э,Крылов, А.В.Сущенко, Н.Н.Темнохуд, В.П.Лозовой, Е.И.Четыркин, M,ß.Âàñüкевич, П,А.Ламонов, А,В,Лесовой и

А.В,Рожнов (53) 669. 162.22(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 854991, кл. С 21 В 7/16, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 1229228, кл. С 21 В 7/16. 1984. (54) СПОСОБ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ФУРМУ

ДОМЕННОЙ ПЕЧИ И ФУРМА ДОМЕННОЙ

ПЕЧИ

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в доменном производстве для подачи горячего дутья и топлива в горн.

Целью изобретенйя является снижение . расхода кокса за счет повышения эффективности смешения топлива с дутьем.

Сущность способа заключается в том, что в топливо вводят в виде кольцевой или иной формы полой струи, что позволяет эжектировать поток дутья внутрь этой струи, При этом резко увеличивается эффективность смешения топлива с дутьем по сравнению с вариантом смешения только через наружный слой смешения топливной струи, так как быстро разрушается "жесткий" начальный участок топливной струи, куда дутье при внешнем смещении проникнуть не может. Кроме того, топливо с дутьем перемешивается также и через внешний,. Ж 1682399 А 1. (57) Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в доменном производстве. Целью изобретения является снижение расхода кокса на выплавку чугуна за счет повышения эффективности смешения топлива с дутьем, В способе топливо вводится в виде кольцевой струи, образованной за счет эжектирования в нее потока дутья, при этом топливо вводят в дутьевой поток со скоростью (0,6-1,5) М, где M- критерий Маха. Кольцевуютопливную струю подают в направлении, совпадающем с направлением движения дутья в фурме, под углом 50 — 85 к оси последней. Фурма для осуществления способа обеспечивает улучшенное смешение топлива с дутьем. 2 с.и. 7 з.п. ф-лы, 6 ил. 3 табл. слой смешения топливной струи в канале фурмы, т.е. значительно увеличивается поверхность взаимодействия топливного и дутьевых потоков, что также способствует повышению эффективности смешения. При расположении начального сечения потока дутья, эжектируемого внутрь топливной струи, выше по потоку начального сечения топливной струи обеспечивается необходимый коэффициент эжекции дутья внутрь топливной струи, В противном случае эжекция дутья внутрь струи топлива заметно ослабевает, а при расположении начального сечения потока дутья ниже начального сечения топливной струи вообще практически прекращается. Кроме того, в первом случае обеспечивается надежное охлаждение концевого участка перепускной камеры, что повышает стойкость фурмы. При отношении объемных расходов топлива и дутья, эжек1682399 распределения топлива по сечению канала фурмы, что приводит к снижению эффек- 10 тивности смешивания. Кроме того. обеспече30 тируемого внутрь топливной струи Чт/Чд >, равном (5 — 30);1, обеспечивается максимальная степень смешения топлива с дутьем в фурме. При Чт/Чд. < 5 топливная струя сильно разрушается, становится "мягкой" и не может проникнуть на достаточную глубину в дутьевой поток в канале фурмы. При этом резко повышается неравномерность ние соотношения Ч /Чд,з < 5 затруднительно технически (при обычно применяемых на практике параметрах энергоносителей), так как близко к пределу по эжекционным свойствам топливной струи в рассматриваемом случае. При этом существенно возрастают габариты перепускной камеры, что также недопустимо с точки зрения ограничения размеров корпуса. фурмы и ухудшения циркуляции охлаждающей воды в ней за счет перекрытия "живого" сечения для прохода воды. При VT/×ä э > 30 эффект подачи дутья внутрь топливной струи слабо выражен и эффективность смешения резко снижается. Диапазон скоростей подачи топлива в дутьевой поток WT = (0,6 — 1,5) M является наиболее оптимальным при обычно применяемых на практике параметрах энергоносителей (расходов, давлений, температур дутья и топлива), При величине VVT меньшей, чем 0,6 M резко снижается зжекционная способность топливной струи и эффективность смешивания топлива с дутьем.

Для обеспечения 1йт > 1,5 M необходимо иметь очень большие давления природного газа, которые практически не используются в доменном производстве, При введении топлива в дутьевой поток в виде неконцентричной струи, направленной максимальной в поперечном сечении стороной навстречу потоку дутья в фурме, обеспечивается максимальная совместная эжекция дутья в топливную струю через ее внутреннюю и наружную поверхности и максимальная эффективность смешивания топлива с дутьем при простоте конструктивного исполнения фурмы, Подача полой топливной струи под углом (50 — 85) к оси фурмы (а ) также способствует повышению эффективности смешения топлива с дутьем, так как при указанных углах наблюдается наиболее равномерное распределение концентрации топлива по сечению канала фурмы. При углах а <50 и а > 85О существенно уменьшается глубина проникновения струи топлива в поток дутья в канале фурмы.

При расположении среза перепускной камеры на расстоянии I), равном (0,2 — 1,5) ее внутреннего диаметра а >к вверх, по потоку от среза топливоподводящей трубки в фурме доменной печи, служащей для осуществления предлагаемого способа, обеспечивается необходимый коэффициент эжекции дутья внутрь топливной струи и надежное охлаждение концевого участка перепускной камеры, При li< 0.2 d K. резко снижается эжекция дутья внутрь струи топлина и эффективность смешения топлива и дутья в фурме. снижается стойкость концевого участка перепускной камеры, При I>>

>1,5 d«также происходит снижение коэффициента эжекции, резко уменьшается глубина проникновения топливной струи в расплав, сильно увеличиваются габариты узла подачи топлива в канал фурмы. При отношении площадей проходных сечений перепускной камеры F«и топливоподводящей трубки на участке последней полой формы FT, равном 0,8 — 1,5, при обычно используемых на практике параметрах энергоносителей обеспечивается необходимое отношение объемных расходов топлива и дутья, эжектируемого внутрь топливной струи, равное (5 — 30):1. Выполнение в фурме доменной печи участка топливоподводящей трубки полой формы длиной (Iz) 3 — 15 гидравлических диаметров газоподводящей трубки на этом участке (dr.T.) позволяет "разогнать" поток топлива на участке топливоподводящей трубки полой формы до необходимых скоростей и обеспечить истечение топлива в виде полой высокоскоростной струи с высокими эжекционными характеристиками. При 1 < Збг.т участок разгона мал, снижается коэффициент зжекции дутья внутрь топливной струи и ухудшается эффективность смешения реагентов в фурме. При 12 > 15дг,т заметно увеличивается сопротивление трения топливного потока на участке топливоподводящей трубки полой формы, где поток топлива имеет высокую скорость, увеличиваются потери давления топлива, снижается эффективность смешивания его с дутьем в канале фурми, существенно увеличиваются габариты выходного участка топливоподводящего тракта, что вызывает трудность конструктивного выполнения фурмы. При выполнении концевого участка топливоподводящей трубки с плавным уменьшением, а затем увеличением площади проходного сечения., так, что срез перепускной камеры расположен в сечении трубки, имеющем минимальную площадь проходного сечения для топлива максимально используются эжекционные свойства топливной струи, т.е. при

1682399

51 прочих равных условиях коэффициент эжекции имеет большую величину. При выполнении топливоподнодящей трубки на участке полай формы в поперечном сечении неконцентричной кольцевой формы топливная струя имеет развитую поверхность контакта с дутьевым потоком и обладает большой эжектирующей способностью на начальном участке, Этому же способствует и неравномерность профилей давлений, скоростей и T,ä. в начальном сечении топливной струи, вызванная неконцентричностью потока. С другой стороны предлагаемая форма 1onлиноподводяшей трубки наиболее проста н изготовлении, так как образуется при использовании двух обычных трубок соответствующих размеров. Расположение топлинаподнодящей трубки в фурме так, что сторона ее, которая имеет максимальную н поперечном сечении ширину, направлена в сторону фланца (при отношении минимальной к максимальной ширине проходного сечения топливопаднодя щей трубки, Д1А5, равном 0,2 — 0,8), способствует повышению эффектин ности смешивания топлива с дутьем, так ка,: поток дутья в фурме взаимодействует более интенсивно и продал>кительно, с той частью топлива, которая соответствует части полой топливной струи, обращенной в сторону фланца. При д1гд2 > 0,8 этот эффект слабо выражен, и эффективность смешивания топлива с дутьем в фурме практически такая же, как и в случае выполнения полой топливной трубки с оавной по пеоиметру шириной проходного сечения. При д1/Bz

<0,2 эффективность смешивания снижается из-за ухудшения эжекции дутья внутрь топливной струи (часть полой струи, которая имеет минимальную ширину быстро разрушается, струя быстро теряет полую форму), Расположение перепускной камеры и топливоподводящей трубки в разных плоскостях позволяет избежать локального перекрытия сечения для прохода охлаждающей воды в корпусе фурмы, если угол между указанными плоскостями будет не меньше 20 . При угле, больше чем 90-95", происходит попадание но входное отверстие перепускной камеры не "чистого" дутья, а дутья с примесью введенного топлива, в результате чего снижается расход дутья, эжектируемого внутрь полой топливной струи (при том же объемном расходе эжектируемой смеси), и ухудшается смешивание топлива с дутьем в фурме, На фиг, представлена фурма доменной печи для осуществления способа подачи топлива в фурму доменной печи, общий

35 нид на фиг.2-5 — варианты исг олнения топлиноподнадящей трубки и перепускной камеры фурмы доменной печи для осуществления дополнительных пунктов предлагаемого способа.

Фурма состоит из нодаохлаждаемаго корпуса 1 с фланцем 2, расположенных в полости корпуса, перепускной камеры 3 и топлиноподнодящей трубки 4. Конец 5 топлинопадводящей трубки имеет н поперечíoм сечении кольцевую или иную палую фарь у, внутренняя поверхность которой образована перепускнай камерой 3. Срез ерепускнай камеры 3 отстоит ат среза таплиноподнодя цей трубки 4 на расстояние t j, равное 0,2--",5 внутреннего диаметра dn< перепускной камеры 3, Отношение площадей проходных сечений перепускной камеры F i; и топливоподвадящей трубки Fy нэ участке последней полой формы равно 0,8—

",0. Длина участка топливопаднодящей трубки полай формы 2 составляет 3 — 15 гидравлических диаметров газоподводящей трубки 4 на этом участке (d;,т,), Гидравлический диаметр любого канала определяется

4 F по формуле dã --- р —, где F — площадь проходного сечения канала, Р— его периметр.

Для наиболее простого случая — кольцевой щели d; = 2 д, где д — ширина зазора в кольцевой щели и т.д.

В фурме доменной печи (фиг.2) топливоподводящая трубка 4 и перепускнэя камера 3 расположены в различных вертикальных плоскостях, причем угол (Ct ) между указанными плоскостями равен (2095)о

Б фурмы доменной печи (фиг.3) концевой участок 5 топливоподводящей трубки 4 выполнен с плавным уменьшением, а затем увеличением площади проходного сечения.

При этом срез перепускной камеры 3 расположен в сечении конца 5 трубки, имеющем минимальную площадь проходного сечения для топлива.

В фурме доменной печи .фиг.4 и 5)топливопадводящая трубка 4 на участке полой формы (Iz) имеет в поперечном сечении неканцентричную кольцевую форму и располо>кена тэк, что сторона ее, которая имеет максимальную в этом сечении ширину (д с), направлена в сторону фланца

2, При этом отношение минимальной к максимальной ширине (дмин д акс ) проходного сечения тапливоподводящей трубки 4 находится в пределах 0,2 — 0,8.

В фурме доменной печи (фиг.б) выходной участок топливаподводящей трубки 4

1682399 направлен s сторону среза фурмы под углом (/3) 50-85 к оси фурмы, Фурма работает следующим образом, Воздушное дутье через фланец 2 подается в канал фурмы и истекает через него в 5 горн доменной печи. Топливо подается в топливоподводящую трубку 4 и истекает из нее в канал фурмы в виде высокоскоростной (около звуковой или сверхзвуковой) полой струи. При этом скорость истечения 10 струи (e качестве топлива обычно используют природный газ) составляет 0,6 — 1,5 M.

Такая струя обладает высокой эжекционной, способностью, При истечении ее, в присопловой области создается разрежение, под 15 действием которого часть дутьевого потока эжектируется в перепускную камеру 3 и далее внутрь топливной струи через внутреннюю поверхность последней. Истекая и расширяясь далее в канале фурмы, топлив- 20 ная струя эжектирует дутье и через наружную поверхность. При укаэанных параметрах фурмы и газодинамических параметрах потоков дутья и топлива происходит эффективное смешивание топлива с 25 дутьем в канале фурмы, Обеспечивается оптимальное отношение объемных расходов топлива и дутья эжектируемого внутрь топливной струи, равное (5 — 30);1, при котором происходит одновременно и эффективное 30 смешивание дутья с топливом за счет эжекции топливной струи и достаточное(для получения равномерного профиля концентраций топлива в выходном сечении фурмы) "проникание" последней в снося- 35 щий поток дутья в канале фурмы.

Результаты исследования влияния отношения объемных расходов Чт/Чд.э на эффективность смешивания реагентов в канал фурмы (при lt/бак = 0,5; Nfr = 0,7 — 1,0 М; 40 2Иг,т = 8 — 10, дмин дмакс = 1;тХ = 75 ) приведены в табл.1, результаты исследования влияния величины скорости ввода топлива в канал фурмы на эффективность смешивания реагентов (при !1 /бпк = 0,5, 45

Чт/Чд.э = 10 — 20, l2/dr.т = 8 — 10 дминб дмакс

= 1,;a =- 75) — в табл.2, результаты исследования влияния направления и величины угла подачи потока топливной струи в канал фурмы (, а ) на эффективность смешивания 50 топлива с дутьем (при 11 /бпк = 0,5 Ю =

° "-{0,7 — 1,0) М, 12/ dr.ò = 8 — 10, Чт/Vg.ý = 10 — 20)— в табл.3, Выполнение в фурме перепускной ка меры и топливоподводящей трубки с указанными параметрами при расположении их в одной плоскости (общепринятый вариант расположения) практически невозможно из-за ограниченности размеров водоохлаждаемого корпуса. Кроме того, при этом происходит существенное локальное перекрытие сечения для прохода охлаждающей воды в корпусе фурмы (вблизи места ввода топлива в канал фурмы), что может привести к прогару и выходу фурмы из строя. Расположение перепускной камеры и топливопроводящей трубки в разных плоскостях позволяет избежать этих недостатков, если угол. между укаэанными плоскостями (Р ) не меньше 20О. Поэтому значение угла P = 20 принято за нижнее граничное значение диапазона оптимальных углов P . Для установления верхнего значения проведены исследования с цельк» изучения влияния величины угла Р íà состав газов, эжектируемых в перепускную камеру, П ри р> 90 — 95 и роисходит нежелаемое явление; попадание во входное отверстие перепускной камеры не "чистого" дутья, а дутья с примесью введенного топлива. В результате этого снижается расход дутья эжектируемого внутрь топливной струи (при том же объемном расходе эжектируемой смеси) и ухудшается смешивание топлива с дутьем в канале фурмы. Таким образом, диапазон оптимальных углов

Р составляет (20-95) .

Применение предлагаемого способа подачи топлива в фурму доменной печи и конструкции фурмы доменной печи для его осуществления позволяет снизить расход кокса на выплавку чугуна на 9,5 — 11 кг/т чугуна за счет повышения коэффициента замены кокса углеродсодержащими топливными добавками, Формула изобретения

1, Способ подачи топлива в фурму доменной печи, включающий подачу через ее полость дутья, введение в это дутье топлива отдельной струей и создание соосно топливной струе за счет эжекционной сйособности последней потока дутья при заданном соотношении расхода дутья и топлива, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью снижения расхода кокса за счет повышения эффективности смешения топлива с дутьем, топливо вводят в виде полой струи, внутрь которой эжектируют поток дутья, начало истечения которого расположено над выходным сечением топливной струи, причем отношение объемных расходов топлива и дутья, эжектируемого внутрь топливной струи, устанавливают равным (5 — 30);1, а топливо вводят в дутьевой поток со скоростью (0,6-1,5) М, где M — критерий Маха.

2. Способ no n.l, отличающийся тем, что топливо вводят в виде неконцентричной кольцевой струи, направленной мак10

1682399

Таблица1 вблизи среза топливной трубки, обладает слабой проникающей способностью.

Таблица2

П р и м е ч а н и е: Резко увеличивают газопроводящем тракте. симальной шириной навстречу потоку дутья в фурме.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что полую топливную струю подают 5 под углом (50-85) к оси фурмы в направлении, совпадающем с направлением движения дутья.

4. Фурма доменной печи, содержащая водоохлаждаемый корпус с флан цем, распо - 10 ложенные в полости корпуса перепускную камеру, соединенную входным и выходным . отверстиями с дутьевым каналом и топливоподводящую трубу, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода кокса за счет 15 повышения эффективности смешения топлива с дутьем, топливоподводящая труба на конце выполнена с участком полой формы, внутренняя поверхность которой образована перепускной камерой, при этом срез пе- 20 репускной камеры расположен от среза топливоподводящей трубы на расстоянии

0,2-1,5 внутреннего диаметра перепускной камеры, а отношение площадей проходных сечений перепускной камеры и топливопод- 25 водящей трубы на участке последней составляет 0,8-1,5. причем длина указанного участка составляет 3-15 гидравлических диаметров топливоподводящей трубы на этом участке. 30

5. Фурма по и 4, отличающаяся тем, что участок полой формы топливоподающей трубы выполнен кольцевым, 6. Фурма по п.4, о т л и ч а ю щ в я с я тем, что топливоподводящая труба и перепускная камера расположены в разных вертикальных плоскостях, причем угол между указанными плоскостями составляет (2095) .

7. Фурма по п.4 или 5,6, отл ича ю щая с я тем, что участок полой формы топливоподводящей трубы выполнен с плавным уменьшением, а затем увеличением площади проходного сечения, при этом срез перепускной камеры расположен в сечении трубы, имеющем минимальную площадь проходного сечения, 8, Фурма по пп,5-7, отличающаяся тем, что участок полой формы топливоподводящей трубы выполнен в поперечном сечении неконцентричным относительно перепускной камеры, при этом его максимальное сечение расположено со стороны фланца, а отношение минимальной к максимальной ширине его проходного сечения составляет 0,2-0,8.

9. Фурма по пп. 5-8, отличающаяся тем, что выходной участок топливоподводящей трубки направлен в сторону среза фурмы под углом (50-85) к оси последней.

1682399

ТаблицаЗ

П р и м е ч а н и е: 3а положительное направление угла йусловно принято направление, совпадающее с направлением движения дутья в канале фурмы.

Хорошее перемешивание топлива с дутьем в канале фурмы достигается при О см 0,25-0,30.

1682399

1682399

Составитель В.Чижова

Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая

Редактор Н.Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3383 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5