Сводовая газокислородная горелка мартеновской печи

 

Использование: в области черной металлургии, в частности в конструкциях газогорелочных устройств мартеновских печей. Сущность изобретения: кислородные сопла горелки содержат в выходной части кольцевую проточку с диаметром, составляющим 1,6 - 2,2 и глубиной 0,2 - 0, диаметра основной цилиндрической части сопла, причем сопла с проточкой чередуются с цилиндрическими соплами, а угол между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел составляет (18 - 30) . Предлагаемая конструкция Формирует высокоскоростной факел с интенсивными турбулентными пульсациями, глубоко проникающий в объем металлошихты и обеспечивающий повышенные значения коэффициента теплообмена. 3 ил. ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК уцю C 21 С 5/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВ Е Н Н О Е ПАТЕ НТН О Е

ВЕДОМСТВО СССР (l 0CflATEHT CCCP) (21) 4846077/02 (22) 29. 06. 90 (46) 15.06 ° 93. Бюл. II 22 (71) Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии (72) А.И.Иастицкий, А.А.Курдюков, А.И.Поживанов, О.В.Филонов, Г.И.Налча, Г.Ç.Гизатулин, С.П.Терзиян, А.Ф.Папуна, А.А.Баранов, А.А.федюкин и С.К.Дубоделов (73) А.И.Иастицкий (56) Авторское свидетельство СССр

М 1404529, кл. С 21 С 5/48, 1988.

Авторское свидетельство СССР

It 1167209, кл. С 21 С 5/48, 1985. (54) СВОДОВАЯ ГАЗОКИСЛОРОДНАЯ ГОРЕЛКА ИАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ (57) Использование: в области черной

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к конструкциям газогорелочных устройств мартеновских печей.

Известна топливокислородная фурма, в головке которой (в тракте подвода охладителя) направляющие каналы выполнены вертикально, а в донной части эти каналы расположены радиально с огибанием сопел, причем топливо подается одной струей по центральному каналу, а кислород отдельными струями по периферии фурмы.

Недостатком горелки данной конструкции является ограниченное перемешивание энергоносителей и, как результат, снижение тепловой мощности факела, недостаточный прогрев шихты.

„„ЯЦ„„1822423 АЗ металлургии, в частности в конструкциях газогорелочных устройств мартеновских печей. Сущность изобретения: кислородные сопла горелки содержат в выходной части кольцевую проточку с диаметром, составляющим 1,6 - 2,2 и глубиной 0,2 — 0,4 диаметра основной цилиндрической части сопла, причем сопла с проточкой чередуются с цилиндрическими соплами, а угол между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел составляет (18 — 30)

Предлагаемая конструкция формирует высокоскоростной факел с интенсивными турбулентными пульсациями, глубоко проникающий в объем металлошихты и обеспечивающий повышенные значения коэффициента теплообмена. 3 ил.

Наиболее близкой к залвляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является газокислородная фурма для нагрева лома, снабженная установленным концентрично центральному газовому соплу с зазором относительно него стаканом, жестко соединенным с головкой, при этом зазор составляет I/12 - 1/24 площади поперечного сечения газового сопла.

Несмотря на некоторое улучшение организации сжигания топлива благодаря наличию кольцевого зазора, основная масса газа подается сосредоточенной струей, а расходящиеся потоки кислорода не обеспечивают смешение топлива и кислорода. Это связано с тем, что после истечения из горелки

1922423 на протяжении 30-40 калибров газового сопла в непосредственном контакте с газом участвует лишь 5-103 подаваемого кислорода. Поэтому недостатком известной конструкции является низкая степень полезного использования тепла топлива, и, как следствие, высокая продолжительность нагрева металлолома, приводящая к снижению про- 10 иэводительности печи.

Целью изобретения является повышение производительности сталеплавильного агрегата путем сокращения продолжительности прогрева. 15

Поставленная цель достигается тем, что сопла для подачи кислорода содержат в выходной части кольцевую проточку с диаметром 1,6 - 2,2 и глубиной 0,2 - 0,4 диаметра основной ци- О линдрической части сопла, причем сопла с проточкой чередуются с цилиндрическими соплами, а угол между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газо- Я вых сопел составляет (18-30) .

На фиг.1-3 показана горелка заявляемой конструкции в продольных разрезах.

Заявляемая горелка состоит из кон- 3р центрически расположенных труб 1-4 и головки 5, содержащей кислородные сопла 6 и 7, причем половина от общего количества кислородных сопел содержит в выходной части кольцевую проточку 8. Диаметр кольцевой проточки df равен 1,6-2,2 диаметра основной цилиндрической части сопла d, а глубина проточки h равна (0,,2-0,4) d.

Газообразное топливо подается через сопла 9. Угол оС между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел составляет (18-30)

Гаэокислородная горелка работает следующим образом.

Газообразное топливо подается высокоскоростными жесткими струями через цилиндрические сопла 9. При этом каждая струя газа попадает в зону 5О воздействия кислородных струй, одна из которых формируется цилиндрическим соплом 6, а другая цилиндрическим соплом с кольцевой проточкой 7.

Сопла 6 формируют жесткие высокоскоростные струи, а сопла 7 формируют пульсирующий поток кислорода за счет периодического отрыва объема кислорода иэ кольцевой проточки 8, Такал структура потока обеспечивает создание жесткого факела, глубоко проникающего в глубинные слои металлолома, высокую его турбулентность, качественное смешение газа и кислорода, высокие значения коэфФициента конвективного теплообмена между факелом и металлоломом. Таким образом, цилиндрические сопла обеспечивают высокую скорость и проникающую способность факела, а сопла с проточками вносят в этом высокоскоростной поток турбулентные пульсации, что приводит к качественному смешиванию энергоносителей, повышению степени полезного использования тепла топлива,сокращению продолжительности нагрева лома и повышению производительности печи.

Экспериментально установлены условия, необходимые для реализации эффективного факела, заключающиеся в соблюдении некоторых геометрических ограничений. В частности, для получения энергитичных пульсаций, способных турбулиэировать факел, глубина проточки должна составлять (0,20 4) d, à ее диаметр - (1,6-2,2) d.

При этом одновременно должен быть оптимальным угол между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел(18-30)

При глубине проточки менее 0,2d уменьшается мощность пульсаций, а при глубине более 0,4а существенно снижаетсл частота пульсирующих выбросов кислорода из объема проточки. В обоих случалх снижается интенсивность турбулизации факела, уменьшается термический КПД, возрастает время нагрева лома. При диаметре проточки менее 1,60 и более 2,2d генерация пульсаций струи практически отсутствует, т,е. горелка работает в нерасчетном режиме без турбулизации струи, что приводит к повышению длительности прогрева.

При величине угла между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел менее 18 струи кислорода и о газа сливаются в непосредственной близости от торца горелки, что приводит к раннему с горанию фа кела, уменьшая его тепловую мощность в момент контакта с металлом, снижению степени полезного использованил тепла топлива.

20

5 19

При увеличении угла между проекциями.осей сопел на горизонтальную о плоскость более 30 факел распадается на отдельные струи, часть из которых пульсирует, не турбулизируя факел, а другая часть струи с высокой скоростью достигает поверхности металлолома, прожигая колодцы и перегревал локальные участки его поверхности. В обоих случаях продолжительность прогрева возрастает, а производительность печи снижается.

Конструктивные параметры горелок отрабатывали на опытных плавках, проведенных в 650-т мартеновской печи.

Две горелки устанавливали в своде с расположением торца головки на высоте 3100 мм от уровня порогов заволочных окон. Подачу энергоносителей начинали в период завалки. Рля обеспечения сопоставимых условий эксперимента массу металлолома с насыпной плотностью 1,1 т/мэ устанавливали на всех опытных плавках равной 320 т, продолжительность завалки - 90 мин.

В период завалки печь дополнительно отапливали торцевыми газомаэутными горелками (расход газа 2000 мз/ч, мазута 0,5 т/ч, кислорода 600 мз/ч).

Расход природного газа на каждую иэ сводовых горелок составлял 1500 мз/ч, кислорода - 2500 мз/ч. В печь подавали вентиляторный воздух с расходом

40 тыс.мз/ч. 8 период прогрева торцевые горелки отключали. Рля оценки скорости прогрева металлолома по его объему в печь через шлаковую летку после завалки сыпучих материалов вводили под основную массу яома термопару ПР 30/6 с компенсирующим проводом с алундовыми изоляторами в кислородной леточной трубке диаметром 16 мм.

В жидкие периоды ванну продували через три фурмы с расходом кислорода

4000 мз/ч.

В предварительном эксперименте было установлено, что минимальная

22423 6 продолжительность периода плавления была в случае, когда заливку чугуна начинали при достижении температуры нижних слоев лома 600 С. о

При этом шихта характеризуется высоким значением среднемассовой температуры и вместе с тем не перегревается, т.е. исключается окисление избыточного количества железа, приводящее к выбросам металла и шлака из печи. Таким образом, продолжительностью прогрева считалась продолжительность нагрева нижних горизонтов металлошихты до 600 С.

Анализ полученных данных показывает, что использование горелки заявляемой конструкции обеспечивает увеличение скорости нагрева лома и приводит к сокращению продолжительности плавки как эа счет уменьшения длительности периода прогрева, так и эа

25 счет сокращения периодов плавления и доводки»

Формула и з о б р е т ения

Сводовая газокислородная горелка мартеновской печи, содержащая концентрично расположенные трубы для подвода и отвода охлаждающей воды, топлива и кислорода, а также головку с соплами, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности сталеплавильного агрегата путем сокращения продолжительности прогрева, сопла для подачи кислорода имеют в выходной части кольцевую проточку диаметром 1,6-2,2 и глубиной 0,2-0,4 диаметра основной цилиндрической части сопла, причем сопла с проточкой чередуются с цилиндрическими соплами, а угол между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел составляет 18-30

1922423

Составитель С.Дубоделов

Редактор В.Трубченко Техред И.Иоргентал Корректор Е.Папп

3акаэ 2119 Тираж - 4„40 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям прй ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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