Воздушная фурма доменной печи

 

Соизз Советсиин

Сециапистичвсиин

Республик

Оп ИСАНИЕ

И ЗОЗРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii908810 (6l ) Дополнительное к авт, спид-ву— (22) Заявлено 30.08.79 (21) 2849185/22-02 с присоединением заявки 1те— (23) Приоритет (53 ) М. Кл.

С 21 В 7/16

9Ьвудлратеенный каммтет

СССР ае делан язоаретеннй в впрытнй

Опубликовано 28-0282 Гиоллетень М 8

Дата опубликования описания 28.02.82 (53) УДК 669,162. .215 (088.8) Б. И. Ашпнн, 3. М. Кудрявцева, Т. И. Кухтин, Ж. E.,:Ñëåïöîâ, Н. Е. Дунаев, А. К. Гусаров, Ф. К. Адмакин, А. С. Янковский, М. Ф. Марьясов, В. Н. СКрябин и А. И. Лаптев

Западно-Сибирский ордена Ленина металлургический завод им. 50-летия Великого Октября н Центральный наугад исследоватедьский институт черной металлургии нм. И. П. Бардина

- т; (72) Авторы изобретения (7<) Заявители (54) ВОЗДУЫНАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству чугуна в доменных печах.

Известна воздушная фурма доменной печи, актоящая из водоохлаждаемого полого конического корпуса, фланца, пропущенной через фланец н .водоохлаждаемую полость корпуса топливоподводящей трубки, выходной натрубок которой направлен навстречу горячего, дутья в осевой части фурмы Ю.

Недостатками известной фурмы являются возможность смещения факела горения в одну сторону, истечение топлива концентрированным потоком, нестабильное, смешивание топлива горячим дутьем и тяжелые термические условия работы газоподводящего патрубка, приводящие к его разрушению..

Известна аналогичная воздушная фурма доменной печи, в которой пропущенная через фланец и водоохлаждаемую пщц)сть корпуса тош1ивоподводящая трубка заканчивается наконечником в виде полого цилиндра, в сферическом конце которого имеется щелевое отверстие, причем радиус кривизны сферы относится к ширине щели в пределах 5-45 (2).

Недостатком этого устройства является локализация факела горения топлива в сравнительно небольшой зоне по сечению фурмы, приводящая к неполному сгоранию топлива.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является воздушная фурма доменной печи, состоящая из водоохлаждаемого полого конического корпуса с фланцем на торцовой части, пропущенной через водоохлаждаемую полость гаэоподводящей трубки, и полуколвцевой распределительной перфорированной камеры расположенной на поверхности внутреннего усеченного конуса против выходного отверстия гаэоподводящен трубки 131.

Недостатками данной фурмы являются неравномерность распределения топлива по сечению внутреннего клапана фурмы, не обеспечивающая полное сгорание дополнительного топлива, сложность изготовления полукольцевой камеры и всего устройства, а также yxyatueмне условий охлаждения воздушной фурмы

3 908810 и снижение ее стойкости из-за одностороннего по сечению канала фурмы горению дсполнительного топлива.

Цель изобретения — обеспечение интенсивного неремешивания дополнительного топлива с горячим дутьем, равномерного горения топлива в поперечном сечении канала фурмы, высокой полноты его сгорания, предохранение внутренней поверхности канала фурмы от гаэодинамического удара топливной струи. 19

Поставленная цель достигается тем, что в фурме, содержащей водоохлаждаемый полый корпус, фланец на торцовой части корпуса, топливоподводящую .трубку, пропущенную через водоохлаждаемую полость, и распредели- 15 тельную камеру в виде наконечника на топливоподводящей трубке, распределительная камера выполнена с перфорацией типа каналов различного сечения, продольные оси которых расположены симметрично в плоскости поперечного сечения фурми, причем канал максимального сечения расположен на продольной оси наконечника, а сечения остальных уменьшаются с увеличением угла между их пРодольной осью и осью наконечника. И

Углы между осями соседних каналов находятся в пределах от 15 до 45, суммарная площадь поперечных сечений всех каналов равна 0,3 — 0,8 площади поперечного сечения тол ливоподводящей трубки, а отношение площади 1 поперечного сечения наибольшего канала к площади поперечного сечения наименьшего канала находится в пределах 1,08 — 16.

Плоскость сечения, в которой расположены продольные оси всех топливовыводных каналов, ориентирована к оси фурмы под углом от 45 до 135 .

Углы между продольными осями соседних и крайних каналов определяются главным образом числом каналов, выполненных в распределительной камере. Количество каналов в распределительной камере равно 3 — 9, так как большее число каналов выполнить в одной плоскости сечения наконечника при неизменном соотношении площадей каналов технологически затруднительно.

Угол 45 между продольными осями соседних каналов может быть при трехканальном наконечнике. Угол более 45 нецелесообразен, так как нарушается равномерное распределение топлива в поперечном сечении фур- о мы и снижается степень использования центральной его части.

Зля наконечника с болыиим числом каналов (например, 9 каналов) углы между продольными осями соседних каналов состав. ляют 15 — 20, Минимальный угол между продольными осями крайних каналов при трехканальном

4 наконечнике составляет 45, как можно заключить из сказанного выше, а максимальный о угол 140 может иметь место при девятиканальном наконечнике, Увеличение угла более

140 нецелесообразно, так как при этом, даже при самом незначительном сечении топливовыводного крайнего канала, струя топлива . будет бить о внутреннюю поверхность фурменного канала, разрушая ее под воздействием газодинамического и теплового перенапряжений, Сечение топливоподводящей трубки выбирается, исходя иэ размеров водоохлаждаемой полости фурмы и распьлагаемого напора дополнительного топлива, подаваемого в доменную печь.

При подаче природного газа скорости в этих трубках обычно не превышают 50-80м/с.

Если такие скорости сохранить и при вводе газа в канал фурмы, то получится вялый, легко деформируемый факел, так как скорость подачи горячего дутья в доменную печь составляет 150 — 250 м/с. Поэтому минимальная скорость истечения газа определяется из равенства напоров природного газа и горячего дутья

W (з1- à — дутья = газа г 2g

Это дает скорость выхода газа порядка

100 — 110 м/с и соответственно суммарное сечение всех каналов для выхода газа равно

0,75 — 0,8 площади поперечного сечения топливовыводящей трубки, Максимальная скорость истечения газа определяется, исходя иэ того, что гаэодинамический напор топливной струи в 4 раза превышает напор горячего дутья. Это дает скорость истечения газа, равную 231 м/с, т.е. немного больше 0,5 звуковой. При этом суммарное сечение каналов должно быть равно

0,3 — 0,34 площади поперечного сечения топливоподводящей трубки.

Дальнейшее повышение скоростей нецелесообразно, так как будет .связано с опасностью локальных тенловьи -yea pos на внутреннюю поверхность канала фурмы.

Максимальный угол разлета факела 14, а центральный угол ядра постоянных скоростей 7 . В горящем факеле, находящемся под воздействием напора дутья, эти цифры безусловно другие, однако принципиальная картина, наблюдаемая при истечении струй, сохраняется. Поэтому, чтобы. внутренняя поверхность фурми в зоне активного горения факела испытывала одинаковое тепловое напряжение по мере приближения ее к кромке наконечника, факел должен быть укорочен, Это

5 может быть осуществлено только за сче уменьшения поперечного сечения канала, и > скольку скорости газа во всех каналах буну одинаковыми.

Реальным является максимальное рассто яние от внутренней поверхности канала фурмы до кромки канала по оси наконечника при наклонном его расположении (под углом например, 135 ) 200 мм, а минимальное в этом случае около 50 мм. Тогда отношение диаметров максимального и минимального каналов будет соответствовать соотношению этих расстояний очах 200 . 4, d )p 50 а отношение площади равно 16.

Для трехканального наконечника с углом между продольными осями каналов 45 длина центрального факела близка к длине двух соседних, поэтому отношение площадей сечений этих каналов близко к 1,0:

Угол наклона наконечника к направлению потока горячего дутья зависит прежде всего от параметров дутья, в том числе от степени его обогащения кислородом и температуры (чем выше эти параметры, тем прн прочих равных условиях длина факела должна быть меньше). С этой точки зрения утол 45 дает короткий путь топливовозлушной смеси по каналу фурмы и обеспечивает еще устойчивость факела, а угол 135 — наиболее длинный путь, когда по параметрам дутья необходим длинный факел горения топлива.

3а пределами этих углов факел становится неустойчивым и прижимается к поверхности фурмы.

Изобретение основано на разделении нотока вводимого топлива на отдельные струи с учетом угла распределения каждого факела и сужения ядра высоких скоростей гарантирующих равномерность распределения топлива по всему сечению фурмь. без образования локальных зон наиболее высоких температур и обеспечивающих хорошее перемешивание дополнительного топлива с горячим дутьем и практически полное сгорание его в фурменном очаге горения.

На фиг. 1 схематично изображена воздушная фурма с распределительной камерой в виде сферического наконечника, общий вид; на фиг. 2 и 3 — распределительная камера с топливовыводными каналами различного сечения, продольные оси которых расположены в одной плоскости с продольной осью наконечника (вариант).

Устройство состоит из полого водоохлаждаемого конического корпуса 1, фланца 2 на торцовой части, пропущенной через фланец

908810

Формула изобретения

1. Воздушная фурма доменной лечи, содержащая водоохлаждаемый полый корпус, фланец на торцовой части корпуса, топливо$0 подводящую трубку, пропущенную через водоохлаждаемую полость, и распределительную камеру в виде наконеа1ика на топливоподводяшей трубке, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода кокса путем улучшения перемешивания дополнительного топлива с горячим дутьем и повышения полноты его сгорания; распределительная камера выполнена с перфорацией типа каналов н водоохлаждаемую полость коопуса фурмы товявоподводящей -рубки 3, эаканчивающейт ся распределительной камерой 4, жестко присоединенной к трубке на резьбе или посредством сварки. При этом полость расположения прсдольных осей всех топливовыводных каналов и продольной оси наконечника ориентирована к направлению потока горячего дутья под углом 90, 10 Распределительная камера представляет собой сферический наконечник, в котором выполнены пять каналов различного сечения: один центральный канал диаметром 12 мм, два симметричных канала каждый диаметром 10 мм, два симметричных канала диаметром 9 мм и два симметричных канала диаметром 6 мм. Углы между продольными осями соседних каналов составляют 17 — 25,.а утэл между продольными ося, ми крайних каналов диаметром 6 мм — около о

130 . Суммарная площадь поперечного сечения всех каналов составляет приблизительно 0,58 площади поперечного сечения топливоподводящей трубки, а отношение площади поперечного сечения большого канала к площади поперечного сечения меньшего канала равно 4, Устройство работает следующим образом.

Во внутреннее лространс.во корпуса 1 фурмы подается горячее дутье, дополнительное топливо, (например, природный газ) пой

ЗО давлением вводят через топливоподводящую трубку 3, пропущенную через фланец 2 и водоохлаждаемую полость корпуса l фурмы, Через каналы в наконечнике топливо поступает во внутреннее пространство фурмы, образуя веерообразный факел, состоящий из отдельных струек, и равномерно распределяясь в ее поперечном сечении. Воздушное (горячее) дутье, движущееся с большой скоростью (порядка 150/250 м/с), пронизывает факел, дополнительно разбивая его на мельчайшие струйки и хорошо перемешиваясь с топливом, обеспечивает условия для его полного сгорания.

ВНИИПИ Заказ 752/28

Тирах 581 Подписное

7 908810 различного сечения, продольные оси которых расположены симметрично в плоскости поперечного сечения фурмы, причем канал максимального сечения расположен на продольной оси наконечника, а сечения ocTRJfbHblx умень- 5 пэиотся с увеличением угла между их продоль ной осью и осью наконечника.

2. Фурма по п. 1, о т л и ч а ю щ ая с я тем что углы между осями соседних каналов составляют 15-45, суммарная площадь поперечных сечений всех каналов

0,3-0,8 площади поперечного сечения топливоподводящей трубки, а отношение площади поперечного сечения наибольшего канала к площади сечения наименьшего составляет

1,08-16.

3. Фурма по нп. 1 и 2, о т л и ч а ю. щ а я с я тем, что плоскость сечения, в кбторой расположены продольные осн каналов, ориентирована к оси фурмы под углом

45-135 ф

Источники информации, принятые во внимание прн зкснертизе

1. Авторское свидетельство СССР Н 370237, кл. С 21 В 7/16, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР N 477194, кл. С 21 В 7/16, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР Н 429096, кл. С 21 В 7/16, 1973.

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4