Сводовая газокислородная горелка мартеновской печи

 

Использование: в черной металлургии при выплавке стали в мартеновских печах. Сущность изобретения: устройство состоит из головки газокислородной горелки, сопел 2для подачи газообразного топлива и сопел 3для подачи кислорода. Угол между продольными осями сопел для подачи газообразного топлива и кислорода составляет 40-50°, Соотношение удаления от продольной оси горелки центров срезов сопел для подачи газообразного топлива и кислорода равно 0,2-0,4. Сопла 3 для подачи газообразного топлива имеют на выходном срезе форму эллипса с отношением длин большой и малой оси равным 1,1-1,2. 2 ил., 1 табл.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 21 С 5/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 — 11

Ор

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4846044/02 (22) 29.06.90 (46) 30.09.92. Бюл, М 36 (71) Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии (72) А.И.Мастицкий, А.М.Поживанов, О.В,Филонов, Г.И.Налча, Г.З,Гизатулин, А.Ф.Папуна, С,П.Терзиян, В.С.Ворошилин, Е.Г.Грызлов, А.А.Федюкин и С.К.Дубоделов (56) Авторское свидетельство СССР

N 922429, кл. С 21 С 5/48, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1167209, кл. С 21 С 5/48, 1985. (54) СВОДОВАЯ ГАЗОКИСЛОРОДНАЯ ГОРЕЛКА МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ (57) Использование: в черной металлургии при выплавке стали в мартеновских печах.

Сущность изобретения: устройство состоит из головки газокислородной горелки, сопел

2 для подачи газообразного топлива и сопел

3 для подачи кислорода. Угол между продольными осями сопел для подачи газообразного топлива и кислорода составляет

40 500, Соотношение удаления от продольной оси горелки центров срезов сопел для подачи газообразного топлива и кислорода равно 0,2-0,4. Сопла 3 для подачи газообразного топлива имеют на выходном срезе форму эллипса с отношением длин большой и малой оси равным 1,1-1,2. 2 ил., 1 табл, 1765190

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к конструкциям газогорелочных устройств для отопления мартеновских печей, Целью изобретения является повышение эффективности нагрева металлошихты.

Поставленная цель достигается тем, что в сводовой газокислородной горелке, включающей головку с соплами для подачи газообразного топлива и кислорода, оси которых расположены под углом друг к другу, этот угол составляет 40„.50, а соотношение расстояния от продольной оси горелки центров срезов сопел для подачи кислорода и газообразного топлива равно 0,2-0,4, причем сопла для подачи газообразного топлива имеют на выходном срезе форму эллипса с соотношением длин большой и малой оси равны 1,1-1,2.

Причинно-следственную связь между совокупностью отличительных признаков и целью изобретения можно представить в виде следующей схемы, Истекающая из эллиптического сопла струя газа на начальном участке имеет форму, аналогичную форме сопла, а по мере движения, вследствие потери динамического напора, сечение струи стремится приблизиться к окружности с увеличением площади поперечного сечения струи и снижением скорости потока. При этом, благодаря первоначально эллиптической форме струи, периферийная часть потока газа отделяется от ядра струи.

Вследствие того, что в струе, благодаря ее эллиптичности, имеются зоны, удаленные от центра, происходит периодический отрыв крупных газовых объемов, что приводит к расширению зоны контакта факела с металлошихтой, При оптимальных параметрах эллиптического сопла отрыв части струи приобретает периодический характер с частотой, зависящей от расхода и давления газа при фиксированном значении площади поперечного сечения сопла, Оптимизация взаимного расположения кислородных и газовых сопел обеспечивает полное окисление компонентов за счет качественного смещения газа и кислорода.

При угле между продольными осями кислородных и газовых сопел менее 40 контакт между струями газа и кислорода происходит в зоне, в которой эллиптичность сопла еще не приводит к отделению фрагментов газа, т,е. не реализуется возможность расширения зоны контакта факела с металлошихтой. При величине угла между продольными осями кислородных и газовых сопел более 50 струя кислорода взаимодействует только с тороидальным вихрем, при этом в центре образуется зона недожо10

При отношении длины большой оси эллипса к малой на выходном срезе сопла нее

1,1 струя близка по форме к цилиндрической., при этом отрыва фрагментов газовой струи не происходит, площадь контакта факела и ванны остается незначительной, интенсивность конвективного теплообмена низка, а эффективность нагрева лома практически не изменяется. При величине данного параметра более 1,2 струя имеет неорганизованный характер вследствие продолжительного отрыва значительной ее части, при этом наблюдается взаимодействие отделившейся части струи с основным потоком, что снижает динамический напор струи и интенсивность ее проникновения в глубинные горизонты металлошихты. Эффективность нагрева металла при этом снижается.

На фиг.1 поперечный разрез головки; на фиг.2 — А на фиг.1, Горелка состоит из головки 1 с соплами для подачи газа 2 и подачи кислорода 3, Отношение длины большой оси эллипса отверстия на срезе газового сопла I> к длине малой оси!2 составляет 1,1...1,2,угла а между продольными осями кислородных и газовых сопел составляет (40...50 ), соотношение уделения от продольной оси горелки центров срезов топливных а; и кислородных ag сопел составляет 0,2„,0,4.

Сводовая газокислородная горелка работает следующим образом.

Газообразное топливо истекает из эллиптического сопла 2, При движении газа по соплу на его стенках нарастает пограничный слой, Из-за трения газа о стенки сопла

2 скорость его от центра к периферии убывает. При этом в наиболее удаленных от центра зонах воздействие сил трения на поток максимально, В центре сопла ядро га топлива, а по периферии зона переокисления металлошихты. Одновременно снижается температура факела, и, соответственно, эффективность нагрева металлошихты не достигает максимальных значений.

При соотношении удаления от продольной оси центров срезов топливных и кислородных сопел менее 0,2 контакт струи недостаточен из-за того, что поток газа располагается внутри потока кислорода, вследствие чего топливо в факеле окисляется не . полностью, а дожигание происходит над ванной эа счет случайных соприкосновений отраженных потоков газа и кислорода. При значении этого параметра более 0,4 струи газа проходят сквозь струи кислорода, не успевая полностью окислиться, что снижает эффективность нагрева металошихты.

1765190 потока тормозится незначительно. Вследствие-этого на боковой поверхности струи газа образуются тороидальные вихри переменного сечения, и струя газа разделяется на два потока — основной в центре сопла и периодически открывающийся от 5 центральной части тороидальный вихрь.

Это обеспечивает расширение зоны взаимодействия факела с металлошихтой, повышает качество смешения газа с кислородом и увеличивает интенсивность конвективно- 10

ro теплообмена, что, в конечном итоге, повышает эффективность нагрева металлошихты. Подаваемый кислород направляется соплами под оптимальным углом к эллиптическому потоку газа (топлива), 15 причем, одновременная оптимизация удаления срезов сопел от оси фурмы обеспечивает качественное смешение газа и кислорода с образованием высокоскоростного факела с большой зоной охвата повер- 20 хности металлошихты. Таким образом, сложная вихревая структура потока топлива, формируемая эллиптическими соплами, в сочетании с оптимальным расположением кислородных сопел обеспечивает достиже- 25 ние положительного эффекта, т.е. повышение эффективности нагрева металлошихты.

Испытания заявляемой горелки при различных ее геометрических параметрах были проведены при выплавке стали в 650-т 30 мартеновской печи. Две горелки были установлены в своде печи и включались в периоды завалки и прогрева. Массу заваленного металлолома при испытаниях горелки устанавливали равной 350 т, продолжитель- 35 ность завалки 2,16 ч, продолжительность прогрева 0,7 ч. В периоды завалки и прогрева на осногные торцевые горелки подавали

2000 м /ч природного газа, 0,6 т/ч мазута и з

1000 м /ч кислорода, В печь подавали вен- 40 з тиляторный воздух с расходом 40 тыс.мз/ч, Свободные газокислородные горелки включали одновременно с началом завалки и отключали в момент начала слива чугуна.

Расход природного газа на каждую горелку составлял 1000 м /ч, расход кислорода— з

1300 м /ч. Эффективность нагрева лома з оценивали по скорости расплавления металлошихты (продолжител ьности периода плавления) и по значениям температуры металла в момент полного расплавления ванны. Расход чугуна во всех случаях устанавливали равным 340 т, температура чугуна 1320+10 С, интенсивность продувки кислородом, которую начинали после слива

200 т чугуна, составляла 4000 м /ч. В.аналогичных условиях были проведены опытные плавки с использованием известных горелок (прототип), Результаты опробования приведены в таблице, Анализ приведенных в таблице данных показывает, что использование горелки предлагаемой конструкции при заявляемых значениях режимных параметров обеспечивает повышение эффективности нагрева, выражающееся в увеличении температуры расплава и сокращении продолжительности периода давления, что является следствием увеличения объемной температуры нагрева металлолома в период прогрева при неизменном расходе топлива.

Формула изобретения

Сводовая гаэокислородная горелка мартеновской печи, содержащая головку с соплами для подачи газообразного топлива и кислооода, оси которых расположены под угломдругкдругу,отл ич а ю щая ся тем, что, с целью повышения эффективности нагрева металлошихты, угол между осями сопел для подачи кислорода и газообразного топлива составляет 40-50 С, а соотношение расстояния от продольной оси горелки центров срезов сопл для подачи кислорода и газообразного топлива равно 0,2-0,4, причем сопла для подачи газообразного топлива имеют на выходном срезе форму эллипса с отношением длин большой и малой осей, равным 1,1-1,2.

1765190

Конструктивные параметры горелок и эффективность нагрева металлошихты

Эффективность прогрева

Удален. центра среза топливн. сопла от оси горелки, мм

Длина большой оси эллипса, мм

Длина малой ос эллипса, мм

Угол между ося ми кисл. и газовых сопел, град

Удален. центра среза кислор. сопла о оси горелки, мм

Отношение удалений от оси горелки центров топливн, и кисл, сопел

Отношение большой оси к малой

Температура металла по расплавлении, "C

Длительность периода плавлен, мин

1510

1565

10 10

1О

48

48

240

10 тип

Составитель А, Мастицкий

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л. Лукач

Редактор A. Ь /3

Заказ 3354 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Г л У

1.0, 5

10 5

10 5

10,5

10,5

11,0

11,0

11,0

11,0

11,О

11,5

11,5 11,5

11,5

11,5

12,0

12Ä0

12,0

12,0 12,0

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

Прото

1,05

1,05

1 05

1 05

1,05

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,15

1,15

1,15

1,15

1,15

1,20

1,20

1,20

1,20

1,20

1,25

1,25

1,25

1,25

1,25

24

24

24

24

24

24

24

24

24

24

24

24

24

2й

24

24

24

24

24

24

24

24

24

24

48

120 80

48

48

240

0,1 .0,2

0,3

0,4

0 5

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,1

0 2

0,3

0,4

0,5

0,5

0,4

О ° 8

0,2

0,1

S0

85 i 05

---+

1510