Дутьевая фурма доменной печи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s С 21 B 7/16

ГОСУДАРСТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

IlG ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I» 1Л

4 (О О Д (21) 4779677/02 (22) 11.10.89 (46) 07.10.92. Бюл. М 37 (71) Институт черной металлургии и Макеевский металлургический комбинат (72) Н,Г,Бойков, И.Г.Товаровский, П.Е,Коваленко, В.M.Çàìóðóåâ, А.П.Чеботарев, В,И.Дичко и А.А.Третяк (56) Авторское свидетельство СССР

М 1121293А, кл. С 21 В 7/16, 1983, (54) ДУТЬЕВАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к устройствам для подачи дутья и добавок к дутью, в частности коксового, природного газа или их смеси в доменную печь, Аналогом этого изобретения может быть воздушно-газовая фурма, содержащая фланец с подводящим и отводящим охладитель-патрубками, водоохлаждаемый корпус с дутьевым каналом и две газовыводящие трубки для вывода коксового газа, проходящие через водоохлаждаемую полость и выходящие отверстиями в дутьевой канал на расстоянии 30 мм от торца фурмы, Известна дутьевая фурма доменной печи, содержащая корпус с дутьевым каналом и головкой, водоохлаждаемую полость с газовыводящей трубкой с насадкой в виде сопла Лаваля, выведенной в дутьевой канал.

Для повышения ее стойкости ось сопла направлена к продольной оси фурмы под углом 35-40 и пересекает ее на расстоянии

0,1-0,4 диаметра дутьевого канала от торца головки. (57) Сущность изобретения: в фурме доменной печи, содержащей водоохлаждаемый корпус с дутьевым каналом и фланцем, узел ввода газообразных реагентов в дутьевой канал, нижняя кромка выходного конца патрубка подвода газообразных реагентов размещена на расстоянии 0,5 — 0,6 его диаметра от продольной оси дутьевого канала, а срез выходного конца патрубка выполнен под углом 70 — 75 к его продольной оси,2 ил, Недостатком этих фурм является то, что они не учитывали всех факторов, действующих в этой системе и цель не достигалась.

Так, для повышения стойкости фурмы коксовый газ вводился s поток дутья на расстоянии 30 мм от торца фурмы, но из-за того, что выходные отверстия были сделаны заподлицо с дутьевым каналом и не учитывалась высокая скорость воспламенения водорода с кислородом, имел место быстрый эрозионный износ стенок дутьевого канала вокруг отверстий. Кроме того не учитывались свойства коксового газа (в частности, его удельный вес) и высокое химическое средство его компонентов (сероводорода, цианидов) к меди. Коксовый газ, введенный в струю дутья в верхней части дутьевого канала, как газ имеющий удельный вес, в 3 раза мень-! ши.1 удельного веса дутья, вырывался в верхнюю часть струи дутья, сгорая с дутьем, контактировал с верхней частью стенки дутьевого канала и в этом месте вызывал интенсивный эрозионный износ, 1766961

Известно техническое решение, где коксовый газ вводился в струю дутья в оболочке сжатого воздуха, подаваемого между двух концентрических трубок, а по центральной трубе выходил коксовый газ, Эти концентрические трубки изготовлены из хромотитанистой стали аустенитного класса-располагаются под углом к оси фурменного прибора и входят в сопло.

Дополнительных данйГ(х о установочных размерах выхбдйого отверстия нет.

Известно техническое решение, где в фурменный прибор, содержащий водоохлаждаемую фурму, сопло и колено, вмонтировано устройство для подачи коксового и природного газа. Вдуваемый газ подается через трубу, вмонтированную в сопло, которая заканчивается патрубком, выведенным на осьфурменного прибора и входящим в фурму, где он устанавливается на трубчатые опоры из сталистого чугуна, Технические решения показали в ра6оте хороШие результаты, однако изготовление этого оборудования сложное, а по достигаемым результатам — полнота превращения углеводородов и увеличение стойкости воздушных фурм — уступают

" предлагаемому техническому решению, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является дутьевая фурма доменной печи (прототип), содержащая водоохлаждаемый корпус с фланцем, смесительную камеру, расположенную в кожухе с патрубком подвода газообразного топлива, сообщенную с рабочим дутьевым каналом фурмы, в которой для повышения эффективности доменной плавки путем более полного сжигания газообразного топлива и возможности

его конверсии, снижения расхода кокса фурма снабжена патрубком подвода окис.лителя, соединенным со смесительной камерой, при этом выходное сопл о смесительной камеры выполнено в виде вытянутого овала, продольная ось которого перпендикулярна оси рабочего канала фурмы на расстоянии 0,1-0,7 его диаметра от ее выходного торца, а продольная ось сопла расположена под углом 15-60 к оси рабочего канала фурмы, Предполагается, что. в этом техническом решении с помощью двух подводящих окислитель и природный газ патрубков в смесительную камеру, расположенную в охлаждаемом корпусе фурмы, получается смесь, из которой затем получается конвертированный газ.

К недостаткам прототипа следует отнести необходимость монтирования на доменной печи отдельного коллектора для распределения окислителя по фурмам (вместе с отдельной трассой и запорной арматурой для каждой фурмы), а также не учитывается смещение равновесия химиче5 ских реакций (принцип Ле-Шателье), превращения углеводородов при создавшихся начальных условиях для реакций в этом устройстве — направление реакций будет в сторону:получения конечных продуктов

55 (C0z + Hz0), а не конвертированного газа, Кроме того, не учитывается возможность загорания смеси (например, при снижении расходов) газов в выходном сопле, что при образовании "гремучей" смеси вызывает небольшие взрывы ("хлопки"), которые разрушают смесительную камеру и фурму по сварочным швам.

Цель изобретения — повышение стойкости фурмы за счет полного сжигания газообразного топлива, Поставленная цель достигается тем, что в дутьевой фурме доменной печи, содержащей водоохлаждаемый корпус с дутьевым каналом и фланцем, узел ввода газообразных реагентов в дутьевой канал выполнен так, чтобы нижняя кромка выходного конца патрубка подвода газообразных реагентов размещена на расстоянии 0,5-0,6 его диаметра от продольной оси фурмы, а срез выходного конца патрубка выполнен под углом 70-75 к его продольной оси, На фиг. 1 представлена дутьевая фурма доменной печи с предлагаемым узлом ввода газообразных реагентов в струю дутья; на фиг, 2 — схема раскрытия струи газообразных реагентов в струе дутья с помощью рассекателя и геометрии установочных углов конца газовыводящей трубки.

Дутьевая фурма доменной печи (фиг. 1) содержит фланец 1 с подводящим и отводящим охладитель патрубками, водоохлаждаемый корпус 2 с дутьевым каналом 3, рыльную часть 4 и выступающий в дутьевой канал конец трубки 5 для ввода газообразных реагентов в струю дутья. Конец трубки

5 снабжен рассекателем 6, изготовленным из основного материала трубки, и жестко соединен с корпусом дутьевого канала теплосъемной подставкой 7, изготовленной, например, из меди, Нижняя кромка выступающего конца трубки отстоит от продольной оси фурмы на расстоянии 0,5-0,6 своего диаметра, а срез выходного конца патрубка выполнен подуглом 70 "75 к его продольной оси.

Предпочтительными для фурм при раздельном вдувании газов угол наклона продольной оси газовыводящего патрубка к продольной оси фурмы составляет 46 — 53, а расстояние от.верхней кромки патрубка до

1766961 ка устанавливается методом подгонки 10

20

25 линии торца фурмы — 0,5 — 0,55 диаметра дутьевого канала фурмы.

Для исключения повреждения газовыводящего патрубка от вдавливаемого в фурму кокса во время остановок его верхняя кромка по срезу отстоит на расстоянии, равном 0,5 — 0,55 диаметра дутьевого канала; для той же цели, а также для снятия тепловых напряжений с газовыводящего патрубтеплосъемная подставка, выполненная, например, из меди.

Угол наклона продольной оси газовыводящего патрубка к оси фурми составляет 46 — 53 и имеет целью исключить контакт вдуваемого газа со стенкой -дутьевого канала и направить часть его в нижнюю половину сечения фурмы, не касаясь стенок канала.

Установка газовыводящего патрубка на расстоянии 0,5 — 0,6 своего диаметра от продольной оси фурмы обеспечивает внедрение струи вдуваемого газа в поток дутья .на глубину, исключающую контакт газа со стенкой дутьевого канала на диаметрально противоположной стороне дутьевого канала и распределение струи газа в струе дутья так, как показано на фиг. 2. В случае уменьшения расстояния от продольной оси фурмы до нижней кромки газовыводящего патрубка (меньше 0,5 диаметра патрубка) возможен контакт коксового газа с материалом стенки дутьевого канала, что вызовет эрозионный износ, а в случае увеличения расстояния на величину, большую 0,6 диаметра газовыводящего патрубка, струя вдуваемого газа занимает верхнюю часть дутьевого канала и при больших расходах газа возможен пиролиз метана, что нежелательно, Для достижения той же цели выполнен срез конца парубка под углом 70 — 75 к его продольной оси. B случае среза под углом, меньшим 70, при колебаниях расходов дутья и газа возможен контакт коксового газа со стенкой дутьевого канала снизу, что вызывает его эрозионный износ, а в случае среза под углом, большим 75, возможны завихрения газа в верхнюю часть дутьевого канала, где возможен его контакт со стенкой дутьевого канала, что также вызовет его эрозионный износ.

Такой подвод газа обеспечивает смешивание газа с дутьем и выброс этой смеси за пределы фурмы, где объем фурменного оча30

50 га значительно больше объема дутьевого канала фурмы. Согласно принципам Ле-Шателье, изменение объема для реагирующих газов является изменением начальныхусловий реакций и вызывает смещение направления равновесия реакций в сторону образования продуктов реакции, имеющих больший объем. B этом случае создаются благопрйятные условия для превращения метана в восстановительный газ по реакции

СH4+ — Oz - СО+ 2Кг, 1 где из 1,5 объема реагирующих газов образуется 3 объема газов-восстановителей за счет уменьшения реакции

CH4 + 202 +СО2 + 2HzO + Q, > идущей с образованием конечных продуктов реакции С02 и Н20 и с максимальным выделением тепла на периферии горна и для регенерации их по реакциям

COz+ С-+2СО и HzO+ С - СО+ Hz в центральных зонах печи требуются затраты тепла.

Это теоретическое обоснование полностью подтверждается результатами исследований. Так, при зондировании горна через фурму с таким подводом газа на расстояниях от торца фурмы по радиусу к центру 1,25; 1,5; 1,75; 2 м, содержание водорода в горновом газе увеличилось соответственно на 2,8; 3,7; 4.6; 4% по сравнению с обычным подводом.

Формула изобретения

Дутьевая фурма доменной печи, содержащая водоохлаждаемый корпус с дутьевым каналом и фланцем, узел ввода., газообразных реагентов в дутьевой канал, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости фурмы за счет полного сжигания газообразного топлива, нижняя кромка выходного конца патрубка подвода газообразных реагентов размещена на расстоянии 0,5-0,6 его диаметра от продольной оси дутьевого канала, а срез выходного конца патрубка выполнен под углом 70-75 к его продольной оси.

1766961

2 5 одежд

Составитель Н,Бойков

Техред M.Moðãåíòàë

КоРРектоР Н.Ревская

Редактор T.Õîðèíà

Заказ 3522 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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