ВОЗДУШНАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 1995 года по МПК C21B7/16 

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

Известна воздушная фурма доменной печи для подачи дутья с дополнительным преимуществено жидким топливом, содержащая фланец, корпус с водоохлаждаемой полостью и проходящие через них топливо-подводящие трубки, выходной конец каждой из которых снабжен цилиндрической насадкой, с осью, лежащей в одной плоскости с осью фурмы, выступающей в рабочий канал фурмы и снабженной выходным отверстием, выполненным в виде щели, ось которой по ее ширине лежит в одной плоскости с осью фурмы [1]
Недостатком этого устройства является то, что при использовании такой конструкции фурмы не удается в полной мере добиться тонкодисперсного распыления вдуваемого жидкого топлива и его равномерного распределения по поперечному сечению фурмы.

Наиболее близкой к предлагаемой является воздушная фурма доменной печи, содержащая фланец, корпус с водоохлаждаемой полостью и проходящую через них топливоподводящую трубку, выходной конец которой снабжен цилиндрической насадкой, выступающей в рабочий канал фурмы и снабженной выходным отверстием, выполненным в виде щели с выступом, плоская поверхность которого расположена навстречу потоку дутья и под тупым углом α к оси фурмы.

При устранении в некоторой степени вышеуказанных недостатков и достижении некоторого улучшения распыливания жидкого топлива (в сравнении с аналогом) при использовании такой конструкции фурмы не удалось в полной мере добиться тонкодисперсного распыления вдуваемого жидкого топлива и его равномерного распределения по поперечному сечению фурмы. Кроме того наблюдалась низкая стойкость выступа при воздействии на него потока горячего дутья. В ряде случаев выступ значительно обгорал, что снижало стойкость и эффективность работы устройства.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение стойкости устройства при одновременном повышении качества распыления и перемешивания дополнительного топлива в потоке дутья.

Цель достигается тем, что на существующей воздушной фурме доменной печи, содержащей фланец, корпус с водоохлаждаемой полостью и проходящую через них топливоподводящую трубку, выходной конец которой оборудован цилиндрической насадкой, выступающей в рабочий канал и снабженной выходным отверстием, выполненным в виде щели с выступом, плоская поверхность которого расположена навстречу потоку дутья и под тупым углом α к оси фурмы, на плоской поверхности упомянутого выступа дополнительно выполнены продольные канавки, концентрически расходящиеся от оси насадка, нижняя кромка которых находится на одном уровне с нижней кромкой щели, а глубина канавок составляет 0,3-0,6 высоты щели, при этом сам выступ выполнен полым с отверстиями по его крайней кромке, оси которых пересекаются с осями продольных канавок в вертикальной плоскости под углом β=α- 65, а общая площадь сечения отверстий и общая площадь сечения щели составляют соответственно 0,2-0,4 и 0,4-0,5, общей площади сечения цилиндрической насадки.

Проведенный анализ патентной и научно-технической документации не выявил технических решений, идентичных заявляемому. По сравнению с прототипом заявляемое решение имеет новые отличительные признаки и, следовательно, соответствует критерию "Новизна".

При поиске по патентной и научно-технической литературе не выявлены технические решения, содержащие признаки, сходные с отличительными признаками в заявленном решении, что свидетельствует о соответствии его критерию изобретения "Существенные отличия".

Предлагаемое устройство имеет в качестве отличительных количественные признаки, выражающиеся в следующем: канавки на плоской поверхности выступа выполнены глубиной 0,3-0,6 ширины щели; оси отверстий, выполненных по крайней кромке выступа, пересекаются с осями продольных каналов в вертикальной плоскости под углом β=α- 65. Здесь α- угол наклона поверхности выступа к оси фурмы. По прототипу этот угол меняется в пределах 95-135^о, следовательно угол β в данном случае будет составлять 30-70^о; общая площадь сечения отверстий и общая площадь сечения щели составляют соответственно 0,2-0,4 и 0,4-0,5 общей площади сечения цилиндрической насадки.

Выбор данных пределов изменения указанных параметров обусловлен следующими причинами:
1. Глубина канавок на плоской поверхности выступа составляет 0,3-0,6 ширины щели. Данная величина позволяет при истечении потока дополнительного топлива (ДТ) из щели насадка сформировать преимущественный поток струй ДТ по канавкам выступа и добиться более глубокого и равномерного распределения струй в потоке дутья. Уменьшение глубины канавок ниже 0,3 ширины щели не приводило к созданию направленного по канавкам потока дополнительного топлива, что ограничивало глубину его проникновения в поток дутья и вызывало смещенное (к точке подвода) распределение дополнительного топлива в потоке дутья. Увеличение глубины канавок выше 0,8 ширины щели нецелесообразно, поскольку в этом случае эффект по созданию направленного потока струй ДТ уже мало проявляется. Т.е. при увеличении глубины канавок выше 0,8 ширины щели сколько-нибудь значительного улучшения распределения дополнительного топлива в потоке дутья не отмечалось.

2. Создание направленных струй ДТ положительно сказывается на равномерности распределения топлива по сечению фурмы, однако в этом случае не достигается качественного требуемого мелкодисперсного распыления частиц дополнительного топлива. Для достижения этой цели предлагается часть потока ДТ направлять через отверстия, расположенные в одной плоскости с осями канавок по краю выступа. Эта часть потока, выходя из отверстий будет воздействовать на основной поток ДТ, идущий из щели по канавкам, дополнительно распыляя его. При этом в зависимости от угла наклона самого насадка к потоку дутья α(по прототипу 95-135^о) меняется характер воздействия потока дутья на поток ДТ:
а) при уменьшении угла наклона насадка до 95^о основной поток ДТ из щели вводится почти перпендикулярно к оси фурмы. В этом случае наиболее велика глубина проникновения ДТ в объем дутья, а также достаточно велика степень распыления ДТ за счет того, что происходит как бы удар потока дутья по площадке выступа, на которую подают ДТ. В этом случае значительного дополнительного распыления ДТ не требуется и угол β должен быть минимальным;
б) при увеличении угла наклона насадка α до 135^о поток ДТ вводят как бы по ходу дутья, в этом случае уменьшается глубина проникновения ДТ в поток дутья и ухудшается степень распыления ДТ, так как снижается эффект от удара потока дутья по площадке выступа, поскольку последняя расположена под более тупым углом к оси фурмы. В этом случае необходимо более интенсивное воздействие на основной поток ДТ. Этому служит увеличение угла β(т.е. увеличение угла атаки потока ДТ, из отверстий к основному потоку ДТ из щели), что позволит нивелировать снижение степени распыления и перемешивания ДТ в потоке дутья.

По проведенным исследованиям качества распыления и перемешивания ДТ в потоке дутья была определена зависимость угла β от угла наклона насадка α, которая выглядит следующим образом: β=α- 65.

3. Выбор пределов изменения общей площади сечения отверстий и общей площади сечения щели соответственно 0,2-0,4 и 0,4-0,5 общей площади сечения цилиндрического насадка определяется степенью перераспределения потока между отверстиями и щелью.

При снижении общей площади сечения отверстий ниже 0,2 общей площади сечения насадка выходящего из них потока оказывается недостаточно для полноценного распыления ДТ и эффекта от данного действия не наблюдалось. При увеличении общей площади отверстий выше 0,4 общей площади сечения насадка слишком значительное количество ДТ выходит через отверстия, что снижает качество перемешивания ДТ, так как снижается глубина проникновения основного его потока в поток дутья. При снижении общей площади сечения щели ниже 0,4 общей площади сечения насадка основной поток ДТ оказывается вялым, резко падает глубина его проникновения в поток дутья, снижается степень его перемешивания и качество распыления. При повышении же выше 0,5 поток получается слишком интенсивным, что также приводит к снижению степени его перемешивания и качества распыления, поскольку снижается эффект от воздействия на него дополнительного потока через отверстия в выступе.

На фиг.1 представлена фурма, разрез; на фиг.2 устройство и схема расположения насадка; на фиг.3 насадок, вид сверху.

Фурма содержит водоохлаждаемый корпус 1 и проходящую через него топливоподводящую трубку 2, выходной конец которой оборудован цилиндрической насадкой 3, выступающей в рабочий канал фурмы и снабженной выходным отверстием, выполненным в виде щели 4, которая продолжается полым выступом 5. На плоской поверхности выступа 5, расположенной перпендикулярно и навстречу потоку дутья, выполнен ряд концентрических канавок 6, оси которых перпендикулярны образующей (вертикальной) плоскости щели.

Кроме того по крайней кромке выступа 5 выполнен ряд отверстий 7 одинакового диаметра, оси которых пересекаются с осями продольных канавок 6 в вертикальной плоскости под углом β.

Устройство работает следующим образом.

Дополнительное топливо поступает по топливоподовдящей трубке 2 через водоохлаждаемый корпус 1 в насадку 3, где его поток перераспределяется на два потока: основная часть проходит через щель 4, попадает на плоскую площадку выступа 5 с концентрическими канавками 6 и далее в поток дутья; второй поток проходит через сам полый выступ 5 (дополнительно охлаждая его), отверстия 7 и также подается в объем дутья, под углом β к основному потоку ДТ, дополнительно распыляя последний.

П р и м е р. На доменной печи производят вдувание горячего дутья и дополнительного топлива через фурмы, содержащие корпус с водоохлаждаемой полостью и проходящую через них топливоподводящую трубку, выходной конец которой снабжен цилиндрической насадкой. Насадка снабжена выходным отверстием, выполненным в виде щели с выступом, плоская поверхность которого расположена навстречу потоку дутья и под тупым углом α к оси фурмы.

При реализации предлагаемого устройства на плоской поверхности выступа выполняют продольные канавки 6, концентрически расходящиеся от оси насадка. Нижняя кромка канавок находится на одном уровне с нижней кромкой щели. Из заявленных пределов выбирают глубину канавок r 0,5 ширины щели. Сам выступ 5 выполняют полым с отверстиями по его крайней кромке, оси которых пересекаются с осями продольных канавок в вертикальной плоскости под углом: β=α- 65, где α- угол наклона насадка к оси фурмы. При угле наклона насадка α= 110^о угол наклона отверстий составит соответственно: β=110-65 45^о. При этом общая площадь сечения отверстий и общая площадь сечения щели (из заявленных пределов) составляют соответственно 0,3 и 0,4 общей площади сечения цилиндрической насадки.

Для конкретных условий, если имеется цилиндрический насадок для подачи дополнительного топлива, диаметром D 7 см, то общая площадь его сечения будет составлять π˙R² 3,14˙3,5² 38,5 см². Отсюда общая площадь сечения отверстий S1 и общая площадь сечения щели S2 составят соответственно: 11,5 и 15,4 см².

Для расчета высоты щели А необходимо задаться величиной радиуса кривизны щели. В данном случае для расчета использовалась формула Гюйгенса для длины дуги, по которой для этого достаточно задаться лишь расстоянием L и l (фиг. 3). Принимают L 1,5 см, а l 3,58 см. Т.е. длина щели будет составлять: 3 2˙ l-1/3(2˙ l-D) 2 x x3,58+1/3(2 ˙3,58-7)=7,21 см.

Находят величину высоты щели:
A S2/B 2,14 см.

После этого необходимо определить глубину и количество концентрических канавок. Глубина канавок будет составлять:
r 0,5˙ A 1,07 см.

Количество канавок n определяется исходя из того соображения, что оптимальной формой их выполнения в сечении является полуокружность, следовательно их ширина будет равна диаметру. Расстояния между канавками можно принять как 0,1-0,3 их глубины. Т.е. расстояние между осями канавок у щели (С) составит:
C r˙ 2+(0,1-0,3)˙ r 2,247-2,461;
Принимают С 2,3 см.

Тогда n B/C 7,21/2,3 3 шт.

На практике обычно можно просто задать возможно допустимое количество канавок из предела 3-7 шт.

Количество отверстий, выполняемых по крайней кромке выступа, равно количеству канавок, при этом диаметр отверстий D определяется исходя из их общей площади следующим образом:
D 2· 2· 2,2 см
В результате получены следующие параметры предлагаемого устройства: высота щели А 2,14 см; глубина концентрических канавок r 1,07 см; количество канавок n 3 шт; диаметр отверстий в крайней кромке выступа D 2,2 см; угол наклона их осей к осям канавок β= 45^о; угол наклона самого насадка к оси фурмы α= 110^о.

Предлагаемая конструкция при применении на доменных печах позволит в значительной мере повысить стойкость устройства, при повышении качества распыления и перемешивания дополнительного топлива в потоке дутья.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству чугуна в доменных печах. Воздушная фурма доменной печи содержит фланец, корпус с водоохлаждаемой полостью и проходящую через них топливоподводящую трубку, выходной конец которой оборудуется цилиндрической насадкой, выступающей в рабочий канал и снабженной выходным отверстием, выполненным в виде щели с выступом, плоская поверхность которого расположена навстречу потоку дутья и под тупым углом α к оси фурмы, причем на плоской поверхности выступа выполнены продольные канавки, концентрически расходящиеся от оси насадка, нижняя кромка которых находится на одном уровне с нижней кромкой щели, а глубина канавок составляет 0,3 0,6 высоты щели, при этом сам выступ выполнен полым с отверстиями по его крайней кромке, оси которых пересекаются с осями продольных канавок в вертикальной плоскости под углом b = α - 35 , а общая площадь сечения отверстий и общая площадь сечения щели составляют соответственно 0,2 0,4 и 0,4 0,5 общей площади сечения цилиндрической насадки. 3 ил.

ВОЗДУШНАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, содержащая фланец, корпус с водоохлаждаемой полостью и проходящую через них топливоподводящую трубку, выходной конец которой оборудован цилиндрической насадкой, выступающей в рабочий канал с выходным отверстием, выполненным в виде щели с выступом, плоская поверхность которого расположена навстречу потоку дутья и под тупым углом α к оси фурмы, отличающаяся тем, что на плоской поверхности выступа выполнены продольные канавки, концентрически расходящиеся от оси насадка, нижняя кромка которых находится на одном уровне с нижней кромкой щели, а глубина канавок составляет 0,3 0,6 высоты щели, при этом сам выступ выполнен полым с отверстиями по его крайней кромке, оси которых пересечены с осями продольных канавок в вертикальной плоскости под углом b = α - 65, а общая площадь сечения отверстий и общая площадь сечения щели составляют соответственно 0,2 0,4 и 0,4 0,5 общей площади сечения цилиндрической насадки.