СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК669.162. .231. 84 (088.8) Л.П.Грес, M.Ë.Áðoäñêèé, Э.М.Гольдфарб, Ю.M.Ôëåéøìàí, В.H.Íèêèôîðîâ, М.-Г.Ь.Кутнер, Н.Н.Подкантор, И.A.Áðèòâèí, А.С.Гусаров, А.Н.Мариков, С.M.Родов и А.Е.Любин (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель

))нелролетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургинеский институт т! ! (54) ДОМЕННЪ|Й ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ

;;,, ) Е .. т ъ т а (Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструк циям воздухонагревателей доменных печей, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где требуется высокотемпературный нагрев газов.

Известны доменные воздухонагреватели с внутренней камерой горения, содержащие камеры горения и насадки, а также разделительную стенку с экраном из жароупорной стали (1 ).

Недостатком известных конструкций воздухонагревателей является низкая стойкость разделительной стенки камер горения и насадки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому экономическому эффекту является доменный воздухонагреватель, содержащий камеры горения и насадки, разделительную стенку с изоляционным слоем и защитным стальным листом по всей ширине разделительной стенки 2 ).

Недостатком известной конструк. ции доменного воздухонагревателя является низкая стойкость огнеупоров кладки камеры горения, испытывающих значительные крип и температурные напряжения, уровень которых возрастает по мере увеличения температур под куполом. Причиной появления напряжений в кладке является перепад температур между внутренней и наружной (обращ)енной к факелу) поверхностями кирпичей, величина которых увеличивается при переводе воздухонагревателя из режима нагрева на дутье Кроме этого,для нагрева дутья до более 1050-1100 C необходимо доменный газ обогащать природным или

20 коксовым газами или же подогревать воздух или доменный газ в специальных теплообменниках. При этом стоимость нагрева дутья увеличивается.

3 9718

Цель изобретения вЂ” повышение стойкости футеровки и увеличение эффективности нагрева дутья.

Цель достигается тем, что по всему наружному периметру металлической камеры уложены компенсационные огнеупорные маты. Выходные отверстия в кладке разделительной стенки выполнены под углом 0-60 и оси камеры о горения по направлению к куполу. 30

С увеличением угла Q увеличивается инжектирующая способность выходящего воздуха и улучшается тяга, На фиг.l изображен доменный воздухонагреватель, продольный разрез; на фиг.2 вЂ” разрез A-А на фиг.l; на фиг.3 вЂ” вид Б на фиг.1(на котором видны отверстия для выхода подогретс го воздуха в рабочее пространство камеры горения на фиг.4 вЂ” полость, > горизонтальный разрез; на фиг.5 разрез В-В на фиг.4.

Доменный воздухонагреватель состоит из металлического кожуха 1, к внутренней поверхности которого примыкает огнеупорная кладка 2, Воздухонагреватель содержит камеру насадки 3 и встроенную камеру горения

4, обьединенные общим куполом 5. В камере горения 4 установлены штуцеры гооячего дутья 6 и горелки 7. 1(амеру насадки 3 от камеры горения 4 отделяет многослойная разделительная стенка 8, состоящая из слоев 9 и 10 огнеупорной кладки воздухоохлаждаемых металлических листов 11, образующих

35 полость, по периметру листов уложены компенсационные огнеупорные маты 12., Металлические листы 11, образующие полос-и, установлены от низа камеры горения 4 на высоту, составляющую

10-20 средних диаметров камеры горения. Полость между листами 11 с противоположных ее концов связана с пат- рубками подачи сжатого воздуха 13

В верхней части полости между листами ll и в слоях 9 и 10 разделительной стенки 8, примыкающей к камере горения 4, выполнены отверстия

14, соединяющие полость между листами 11 с рабочим пространством камеры горения 4. Выходные отверстия 14 выполнены под углом 30-60 к оси о камеры по направлению к куполу. Внутри 55 полости из листов 11 на всю ее толщину установлены ребра-турбулизаторы 15„ расположенные в шахматном

86 ф порядке с шагом, равным 8-15 толщин полости, Доменный воздухонагреватель работает следующим образом, В период нагрева насадки в горелке 7 производят неполное сжигание низкокалорийного топлива, например, доменного газа с коэффициентом расхода n = 0,85-0,95. При недожоге газа в нижней части камеры горения 4, выложенной муллитовыми или муллитокорундовыми агнеупорами, развиваются температуры 1100-1200 С, что создает благоприятные условия для службы этих огнеупоров.

Сжатый воздух в количестве 3-51 от количества дутья, идущего на печь| необходимом для дожигания газа и обеспечения заданной температуры под куполом, подается через подводящие воздухопроводы в нижнюю часть противоположных концов полости из листов 11. Воздух, проходя снизу вверх через полость, нагревается до 400-600 С за счет тепла кладки разделительной стенки 8. Нагретый воздух проходит через выходные отверстия 14 в листе и разделительной стенке 8 и попадает в рабочее пространство камеры горения 4. В верхней части камеры горения 4 продукты неполного горения доменного газа дожигаются за счет подогретого

Bo3pyxa. При этом развиваются температуры, близкие к заданной под куполом (1400-1450"С). Этот участок камеры ;орения обычно футеруется динасовыми огнеупорами, и при нагрузках на них 0-0,5 кг/см условия

2. их службы будут удовлетворительными.

В период охлаждения насадки горячее дутье проходит через камеру насадки 3, верхнюю часть камеры горения 4 и штуцер горячего дутья 6. В этот период воздух, нагретый в полости из листов 11, попадает в верхнюю часть камеры горения 4, смешивается с нагретым дутьем и через штуцес горячего дутья 6 покидает воздухонагреватель. В этом случае воздух, нагретый в полости из листов 11, выполняет роль смесителя доменного дутья.

Защитная полость из листов 11 представлена на фиг.4 и 5. Она состоит из передней 16, задней 17, боковых стен 18, а также верхней и нижней полок 1 1 и 20. В нижней части

9 71886

5 камеры выполнены подводы 21 сжатого воздуха. Внутри камеры к задней стенке камеры приварены в шахматном порядке ребра-турбулизаторы 15, не позволяющие камере сплюснуться.

Отверстия 14 для выхода воздуха в камеру горения расположены в верхней части полости из листов 11.

При работе известной конструкции воздухонагревателя со встроенной о камерой горения наблюдается неудовлетворительная стойкость ее разделительной стенки. Обычно разрушения кладки проявляются в виде деформации кирпичей и потери устойчи- 1З вости кладки на отметке 8-12 м выше оси штуцера газовой горелки. Деформа ция огнеупоров вызвана значительными уровнями температур и нагрузок. Длина факела составляет 8-10 м, а тем- 2о пературы по .высоте камеры горения отличаются от температур под куполом незначительно (на 50-800). Поэтому температуры в камере горения составо ляют 1400-1450 С в период нагрева 25 и 1350-1250 С в период дутья. Нагрузки на огнеупоры на уровне штуцера гох рячего дутья составляют 4-6 кг/см.

Например, для огнеупоров типа

ИКВ-72 при 1400 и 1450 допусти- щ мые нагрузки должны составлять

3 и 0,5 кг/см - соответственно (ГОСТ-2090 1-75).

Установка в известной конструкции воздухонагревателя только защит3$ ного листа из жароупорной стали и изоляции внутри разделительной стены не снижает существенного уровня температур и нагрузок на кирпичи, а только кратковременно, до разруше4О ния внутреннего оката камеры го(ения, предотвращает прорыв газов из камеры горения в насадку (или наоборот). При этом использование теплоизоляции в кладке разделительной сте15 ны приведет к увеличению среднемассовой температуры кирпичей, примыкающих к факелу, что вследствие повышения крипа ухудшает условия их службы.

Установка же внутри разделительной стенки воздухоохлаждаемой полости из жароупорной стали снижает существующий уровень температур, что приводит к снижению крипа кирпичей.

При этом также улучшаютса условия службы теплоизоляции и металлических листов.

Необходимость набора принятых конструктивных параметров разделительной стенки следующая.

Высота полости должна составлять !

0-20 средних диаметров камеры горения. Если принять ее высоту меньше, то в районе кладки из МКВ-72 будут достигаться температуры 1400-1450, что недопустимо при нагрузках на кирпич 2,6-3 кг/см . Если же высота

2, полости будет больше, то газ смешиваясь с нагретым воздухом, выходящим из полости, полностью не сгорит в камере горения, а его дожигание B насадке приведет к оплавлению кирпичей.

Толщина полости должна составлять

0,01-0,03 среднего диаметра камеры горения. При толщине полости менее

0,01 среднего диаметра камеры горения возможно сплющивание боковых граней,При толщине полости более

0,03 среднего диаметра камеры горения снизится сечение камеры горения, и при этом скорости воздуха в полости ниже 15 м/с, что сделает малоэффективным нагрев воздуха и охлаждение стен.

В связи с тем, что металлический лист имеет значительную высоту и его температуры изменяются во времени, при жестком:его закреплении возникнут опасные температурные напряжения.

Для их устранения предлагается на металлических листах установить компенсаторы.

При разогреве кладки и в период циклической работы воздухонагревателя металлические листы подвергаются сжатию кладкой, что может привести к уменьшению или исчезновению полости для прохода воздуха. В связи с этим предлагается по всему периметру металлических листов уложить компенсационные огнеупорные маты, например, типа ИКРВ-50, которые могут работать при 1100 С (ГОСТ 2090 1-75 ).

Кроме того, внутри полости предлагается установить на всю ширину зазора ребра жесткости, расположенные в шахматном порядке, которые будут также турбулизировать поток воздуха, что увеличит теплоотдачу от стенок к нагреваемому воздуху.

Чтобы защитить металлические листы полости от прямого излучения кладки камеры горения, а также снизить потери давления в ней, выходные ото верстия выполнены под углом 30-60 к потоку газов в рабочем пространстве

971886 камеры горения. При угле выхода нагретого воздуха менее 30 струи вью ходящего воздуха ощутимо тормозят проходящие продукты сгорания. При угле более 60О существенно ухудшается перемешивание продуктов неполного сгорания и выходящих струй воздуха. Поэтому газ будет догорать в насадке, что приведет к оплавлению кирпичей.

3а счет применения данного технического решения повышается стойкость кладки камеры горения, а использование нагретого в полости воздуха для дожигания газа в верхней части камеры горения позволит экономить природный или коксовый газ.

Внедрение предложенного технического решения применительно к домен- . ной печи с годовой производительностью 1 млн, т чугуна, по сравнению с известной конструкцией повышает стойкость кладки камеры горения на

50-70, а также экономит 12002000 м /ч природного газа.

Формула изобретения

1. Доменный воздухонагреватель, содержащий камеры горения и насадки, разделительную стенку с изоляционными слоями и защитным стальным листом по всей ширине разделительной стенки, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости футеровки и увеличения эффективности нагрева дутья от низа камеры горения на всю ширину разделительной стенки, дополнительно и симметрично первому установлен стальной лист с образованием между ними полости, в нижней части которой встроен патрубок подачи сжатого воздуха, при этом в верхней части разделительной стенки и примыкающего к ней стального листа выполнены отверстия о под углом 30-60 н оси камеры горения по направлению к куполу.

2. Воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что высота и ширина полости соответст вен но равны 10-20 и 0,01-0,03 среднего диаметра камеры горения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Инструкция по футеровке и суш" ке доменных печей и их вспомогательные устройства„ К., 1978, с.23.

2. Энгель К. и Винцер Ф. Конструкция и результаты работы высокотемпературных воздухонагревателей. Черные металлы, 1975, N "7, с.27-31.