Погружная горелка

 

О П И С А Н И Е ()968076

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.04.81 (21) 3279005/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

С 21 С 5/48

Гееударстеенный комнтет

СССР (53) УДК 669.184. .142 (088.8) Опубликовано 23.10.82. Бюллетень № 39

Дата опубликования описания 28.10.82 по делам нзобретеннй н открытий (72) Авторы изобретения.

К. К. Прохоренко, А. Л. Белявцев, В. Я. Конюх, К

Д. В. Гулыга, О. Н. Гаврилова, Г. Л. Сиротюк и

Институт газа АН Украинской CCP и ордена Ле

Трудового Красного Знамени институт электро им. Е. О. Патона (71) Заявители (54) ПОГРУЖНАЯ ГОРЕЛКА

Изобретение относится к металлургии, в частности к фурмам для получения стали, и может быть использовано при корректировке свойств неметаллических расплавов, например доменных шлаков.

Известна погружная горелка, в которой сопла расположены несколькими ярусами. !

Такое расположение сопел сопровождается наклоном их книзу под различными углами, что необходимо для более полной проработки прилегающего к горелке объема расплава. Горелка указанной конструкции предназначена главным образом для обработки расплавов в емкостях конической или цилиндрической формы типа ковшей и шлаковых чаш,(1).

Недостатком этой головки является то, что она не обеспечивает проработку расплава в емкостях, наттример, прямоугольной формы, Наиболее близким к предлагаемому является погружная горелка для нагрева расплава, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты подачи топливоокислительной смеси, подвода и отвода охлаждающей воды, и головку с расположенными в два яруса соплами.

Такая горелка обеспечивает перемешивание расплава сгорающей смесью газообразного топлива с кислородом и продуктами горения (2) .

Недостатком известной горелки является то, что при работе она создает потоки расплава, направленные в сторону стенок емкости, удерживающей расплав, Это неизбежно должно вызвать разрушение футеровки.

Целью изобретений является интенсификация процессов теплообмена и устранение разрушения футеровки. ,Поставленная цель достигается тем, что в погружной горелке для нагрева расплавов, включающей концентрично расположенные трубы, образующие тракты подачи топливоокислительной смеси подвода и отвода охлаждающей воды, и головку, с расположенными в два.яруса соплами, согласно изобретению, .сопла верхнего яруса наклонены к оси горелки под углом 89,9 — 75, сопла нижнего яруса — под углом 90,1 — 130, при этом сопла верхнего и нижнего яруса, расположенные в одной вертикальной плоскости, попарно параллельны и направлены в противоположные стороны, а расстояние между осями сопел составляет 10 — 50 их диаметров.

968076

Такое расположение сопел приводит к тому, что во время работы горелки поднимающаяся кверху в расплаве газовая струя из нижних сопел увлекает за собой расплав.

На поверхности или в приповерхностных слоях этот восходящий поток расплава подхватывается потоком, формируемым истекающей из сопел верхнего яруса струей, и отбрасывается. В результате того, что струи нижнего яруса «позади себя> создают некоторое разрежение, верхний поток по мере затухания поворачивает книзу в этом направлении.

На фиг. 1 схематично представлена головка горелки, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3— разрез Б — Б на фиг. 1.

Горелка содержит концентрически расположенные трубы 1 и 2 для подвода и отвода охлаждающей воды и трубу 3 для подвода топливнокислородной смеси. Труба 3 2О может состоять из двух концентрических труб с целью раздельной подачи топлива и окислителя с последующим их смешением в сопле или перед соплом. Нижнее сопло 4 горелки расположено в нижней части головки, и имеет угол наклона к оси горелки 90,1—

130 . Верхнее сопло 5 расположено íà расстоянии 10 — 50 диаметров сопла выше нижнего и наклонено под углом 89,9 — 75 к оси горелки. Сопла верхнего и нижнего ярусов расположены в шахматном порядке, причем каждому соплу верхнего яруса соответствует сопло нижнего яруса, размещенное в одной с ним вертикальной плоскости, а угол между осями в каждой паре равен 180 .

Количество плоскостей, в которых расположены оси сопел, должно быть не менее одной и не более трех, так как угол между этими плоскостями не может быть меньше

60 . Диаметры сопел верхнего и нижнего яруса равны, а расстояние между осями сопел равняется 10 — 50 диаметров сопла (d).

Указанные величины углов и расстояний 4О определены путем гидравлического моделирования. При этом критерием оптимальности указанных параметров служило количество циркулирующей жидкости, мощность циркуляции и длина циркуляционной зоны. Мо- 45 делирование проводили в водяной ванне дли, ной 1000 и глубиной.500 мм при продувке ее сжатым воздухом через сопло d = 5 мм и погружении сопел верхнего яруса на глубину 2d. Результаты моделирования сведены в табл. 1 — 3. При этом длину зоны цир- 50 куляции характеризовали величиной расстояния L между стенками модельного сосуда, расположенными напротив сопла верхнего и нижнего ярусов. Горелка при продувке располагалась посередине модели, поэтому при длине зоны циркуляции более 0,5 1 струя ударялась в стенку, что означало непригодность данного режима к использованию, так как должно приводит к разрушению стенки.

Мощность циркуляции определялась долей воды, вовлеченной в движение струей.

Для сравнения проведено моделирование известной горелки. Однако данные моделирования известной горелки в таблицы не внесены, так как оказалось, что в этом случае при любых параметрах горелки длина циркуляционной зоны превышала 0,5 1, т. е. струя взаимодействовала со стенкой сосуда, а количество вовлеченной в циркуляцию жидкости не превышало 20%, т. е. было значительно ниже, чем в предлагаемой конструкции.

В табл. 1 представлена зависимость мощности и величины зоны циркуляции от угла наклона сопла верхнего яруса (расстояние между ярусами равно 10d, наклон сопла нижнего яруса 20 )

В табл. 2 представлена зависимость мощности и длины зоны циркуляции от угла наклона сопла нижнего яруса (расстояние между ярусами равно 206, наклон сопла верхнего яруса 10 ).

В табл. 3 представлена зависимость мощности и длины зоны циркуляции от расстояния между соплами верхнего и нижнего яруса (угол наклона сопел верхнего и нижнего яруса соответственно равен 10 и 20 ).

Из данных табл. 1 видно, что увеличение угла наклона сопел верхнего яруса свыше

15 вызывает резкое снижение мощности перемешйвания ванны; Кроме того, струя достигает стенки, что связано с нарушением взаимодействия верхней и нижней струй.

Аналогичный результат наблюдается и в том случае, когда нижнее сопло наклонено под углом более 40 (табл. 2). Взаимодействие струй нарушается также и при приближении сопел друг к другу на расстояние ме; нее 10d и удалении их более 50d (табл. 3).

В этом случае наблюдается взаимодействие струй со стенкой сосуда и снижение мощности циркуляции жидкости.

Для проработки всего объема расплава сопла горелки должны располагаться в двухтрех вертикальных плокостях. Причем угол между отмеченными плоскостями составляет не менее 60 „так как в противном случае снижается мощность циркуляции расплава изза взаимодействия струй соседних сопел верхнего или нижнего ярусов.

Горелка работает следующим образом.

Перед погружением в расплав подают охлаждающую воду, горючий газ и кислород (воздух). После загорания факела горелку погружают в расплав на глубину, соответ.ствующую расстоянию между уровнями сопел верхнего и нижнего ярусов.

Экономический эффект от использования предлагаемой погружной горелки составит не менее 2 руб/т доменного шлака.

968076

Таблица 1 град

0,5

0,4

3б

0,4

0,5

15

0,5

Таблица 2

Мощность циркуляции,<о Длина зоны циркуляции

0,55

0,44

20

0,4

0,42

37

0,45

0,5

Таблица 3

0,5

10

0,44

0,4

0,42

36

0,48

32

0,5

Угол наклона сопла верхнего яруса, Угол наклона сопла нижнего яруса, град

Расстояние между соплами

Мощность циркуляции, Иощность циркуляции,l

Длина зоны циркуляции

Длина зоны циркуляции

968076

Формула изобретения

I с («

Составитель О. Попов

Техред И. Верес Корректор А. Гриценко

Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Г. Волкова

Заказ 726! /40

Погружная горелка для нагрева расплава, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты подачи топливоокислительной смеси подвода и отвода охлаждающей воды, и головку с расположенными в два яруса соплами, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процессов теплообмена и уменьшения разрушения футеровки, сопла верхнего яруса наклонены к оси горелки под углом 89,9 — 75, сопла нижнего яруса — под углом 90,1 — 130, при этом сопла верхнего и нижнего яруса, расположенные в одной вертикальной плоскости, попарно параллельны и направлены в, противоположные стороны, а расстояние между осями сопел составляет 10 — 50 их диаметров, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 510518, кл. С 21 С 5/48, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 557106, кл. С 21 С 5/48, 1977.