ДУТЬЕВАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 2004 года по МПК C21B7/16 

Изобретение относится к черной металлургии, а конкретно к подаче горячего дутья и дополнительного газообразного топлива в доменную печь.

Подача природного/коксового газа в горн доменной печи производится, как правило, через одну газоподводящую трубку, проходящую через водоохлаждаемую полость фурмы и выходящую в дутьевой канал на расстоянии 150-200 мм от ее среза. Диаметр газоподводящей трубки, определяющий при постоянной давлении газа глубину проникновения его струи в поток дутья, выбирается из условия обеспечения максимального расхода газа и остается неизменным при изменениях расхода газа на фурму.

Недостатком применяемого подвода является невозможность регулирования глубины проникновения струи газа в поток воздушного дутья и поддержания ее на оптимальном уровне при изменении расхода газа, что отрицательно сказывается на полноте окисления газа и коэффициенте замены кокса газом.

Известна дутьевая фурма доменной печи, содержащая водоохлаждаемый корпус с каналом подвода дутья, фланец и топливоподводящие трубки, проходящие через фланец, водоохлаждаемую полость фурмы и соединенные с каналом подвода дутья, причем трубки выполнены с разными выходными сечениями, составляющими 0,4-1,2 и 1,2-5% площади выходного сечения дутьевого канала фурмы. Вводы топливоподводящих трубок в поток дутья расположены под углом 90^o к нему на различном расстоянии от фланца фурмы по периметру дутьевого канала, причем для каждой трубки выполнены отдельные отверстия во фланце и в стенке дутьевого канала. На патрубке ввода газа в фурму перед ее фланцем установлен кран-переключатель. С его помощью, в зависимости от установленного расхода газа, выбирается трубка нужного диаметра, обеспечивающая проникновение струи газа в центральную зону дутьевого канала. При изменении расхода газа подача его краном переключается на другую трубку, что сохраняет оптимальные условия его окисления в фурме. Хорошее смешивание газа с дутьем возможно, если скорость газа составляет 0,7-1,2 скорости дутья. Задаваясь величиной глубины проникновения струи газа в поток дутья
,
где d_ф- диаметр фурмы, по формуле (1) можно найти диаметр трубки, обеспечивающей оптимальные условия смешивания газа с дутьем:

где d - диаметр выходного отверстия трубки;
h - абсолютная глубина проникновения газа (поток дутья;
K_c - коэффициент, зависящий от угла α встречи струй, при α=90^o наибольший, 2,2;
W_г, W_д - скорости газа и дутья;
ρ_г, ρ_д - плотности газа и дутья.

/см. авт.св. ССCР 903812, кл. С 21 В 7/16, 1982/.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной фурмы, относится то, что в ней имеют место повышенные тепловые потери с охлаждающей водой: горячее дутье на входе в фурму до ввода газа, а далее дутье и горящий газ контактируют непосредственно с стенкой корпуса, отдельное размещение топливоподводящих трубок в водоохлаждаемой полости приводит к ухудшения охлаждения фурмы, т.к. трубки создают большее сопротивление движению воды по сравнению с подачей газа одной трубкой. Кроме того, при вводе нескольких трубок через отверстия в фланце и стенке дутьевого канала увеличивается вероятность течи фурмы по сварке.

Известна дутьевая фурма доменной печи, включающая фланец, наружный конический стакан, рыльную часть с цилиндрическим дутьевым каналом и цилиндрической выборкой со стороны внутреннего стакана, внутренний стакан, поверхность которого служит продолжением цилиндрической поверхности выборки рыльной части, причем цилиндрическая выборка в рыльной части и внутренняя поверхность внутреннего стакана покрыты слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки в виде цилиндрической трубы, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру фланца, а внутренний диаметр равен диаметру цилиндрического дутьевого канала рыльной части, и в слое выполнено отверстие для ввода топливной добавки в дутьевой канал, патрубки подвода воды и патрубки дополнительного топлива /см. патент RU 2138559 C1, кл. C 21 В 7/16, 1999 - принят за прототип/.

Как и все известные фурмы доменных печей, через которые подают газ, фурма-прототип снабжена известным обратным подъемным клапаном для обеспечения взрывобезопасности: вмонтированный в линию патрубков подвода газа, клапан закрывается при падении давления газа, предупреждая поступление дутья в газопровод.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной фурмы, относится то, что ее конструкция ввода газа в дутье не позволяет поддерживать оптимальные условия смешивания газа с дутьем при изменениях расхода газа при регулировании нагрева горна изменением расхода газа при пуске печей после капитальных ремонтов и текущих простоев. Например, на печах НЛМК объемом 1000, 2000, 3200 м³ в фурмы диаметром 130 мм газ подается по трубе /площадь выходного отверстия 0,001 м²/, при регулировании нагрева горна природным газом относительный расход газа может меняться кратковременно на 15-37,5%. При проплавке первого объема заявочной шихты, длящейся 24-30 часов, расходы природного газа и скорости его истечения в дутье меньше имеющих место при полном ходе печи /см. Чернобривец Б. Ф. , Капорулин В. В., Завидонский В.А. Практика доменного производства. - М.: Металлургия, 1992, с.67-68, 42, 47/, что не обеспечивает оптимальных условий смешивания газа и дутья.

Сущность изобретения - улучшение смешивания газа и дутья при изменениях расходов газа.

Технический результат - ввод газа в дутье со скоростями, обеспечивающими улучшение смешивания газа и дутья, снижение расхода кокса на выплавку чугуна.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной дутьевой фурме доменной печи, включающей фланец, наружный конический стакан, рыльную часть с цилиндрическим дутьевым каналом и цилиндрической выборкой со стороны внутреннего стакана, внутренний стакан, поверхность которого служит продолжением цилиндрической выборки рыльной части, причем цилиндрическая выборка рыльной части и внутренняя поверхность внутреннего стакана сокрыты слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки в виде цилиндрической трубы, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру фланца, а внутренний диаметр равен диаметру цилиндрического дутьевого канала рыльной части и в слое выполнено отверстие для ввода газа в дутьевой канал, патрубки подвода воды и газа, обратный подъемный клапан, особенность состоит в том, что патрубки подвода газа образуют два газовых канала, соединенных между собой и дутьевым каналом, с выходными отверстиями в дутьевой канал разной площади в форме круга и кольца.

Другой особенностью устройства является то, что ввод в дутьевой канал фурмы газовых каналов с выходными отверстиями разной площади в форме круга и кольца выполнен через одно отверстие во внутреннем стакане и одно отверстие во фланце фурмы.

Следующая особенность устройства состоит в том, что газовый канал с выходным отверстием в форме кольца образован коленами, размещенными в водоохлаждаемой полости фурмы и выходящими за фланец, причем каждое из них выполнено из прямых патрубков одного диаметра, расположенных под углом друг к другу, и колено из патрубков меньшего диаметра расположено концентрически внутри колена из патрубков большего диаметра.

Другая особенность устройства состоит в том, что газовый канал с выходным отверстием в дутьевой канал фурмы в форме кольца выполнен из патрубков трубы образован коленом в водоохлаждаемой полости, соединенным сваркой перед фланцем с прямым патрубком, который резьбой соединен с вентилем, к которому резьбой подсоединено входное колено, снабженное обратным подъемным клапаном с патрубком с деталями шарнирного соединения для подключения к стационарному газопроводу подвода газа к фурме.

Кроме того, особенностью устройства является то, что газовый канал с выходным отверстием в форме круга выполнен из патрубков трубы образован коленом в водоохлаждаемой полости, прямыми и изогнутыми вне фурмы патрубками, размещенными под углом друг к другу, соединенными между собой при помощи сварки и резьбы вентиля этого газового канала.

Следующая особенность устройства состоит в том, что газовый канал из патрубков своим входным коленом вварен в газовый канал патрубков между обратным клапаном и вентилем этого канала и введен в канал патрубков перед фланцам фурмы.

Труба /наружный диаметр 42,25 мм, внутренний 35,75 мм, площадь проходного сечения 0,001 м² / принята как применяемая в фурмах унифицированного ряда фурм доменных печей СССР для фланцев разных габаритов /см. чертеж "Фурма ФД" МР 47.1 06, НИИАчермет, лаборатория 43, г. Днепропетровск/.

Труба /наружный диаметр 21,25 мм, внутренний 15,75 мм, площадь проходного сечения 0,195•10^-6 м²/ выбрана как обеспечивающая необходимые скорости газа при пусках доменных печей после капитальных ремонтов и текущих простоев, регулировании нагрева горна расходом природного газа.

Предложенная конструкция позволяет подавать газ по каналу патрубков малого диаметра, когда обеспечивается истечение при круглой форме устья струи, в виде кольцевой одиночной струй, если канал патрубков малого диаметра перекрыт, и двойной концентрической струей при поступлении газа через кольцевую щель и канал малого диаметра одновременно /площади выхода газа 0,195•10^-6, 0,6488•10^-6, 0,8435•10^-6 м² соответственно/.

При выходе газа из кольцевого устья, поскольку внутри струи нет среды для удовлетворения эжекционной потребности струи, давление в этой зона падает и внутри кольцевого пространства возникают циркуляционные вихри, направленные к соплу вдоль оси струи. При распространении центральной и кольцевой струй образуются два циркуляционных вихря по обе стороны от центральной струи. Разрыв между струями способствует более быстрому перемешиванию и падению скорости по оси струи /см. Основы практической теории горения. /Под ред. В.В. Померанцева. - Л.: Энергоиздат. - 1986. - С.39/.

Указанные возможности воздействия на скорость газа позволяют подобрать оптимальный режим при задаваемых расходах газа для печей разного объема, обеспечить повышение степени использования газа и экономию кокса.

Фиг.1 - фурма с патрубками подвода газа и воды.

Фиг. 2 - узел ввода колен в фланец и дутьевой канал фурмы, разрез А-А на фиг.1.

Фиг.3 - вид Б на фиг.2: ввод канала в канале перед фланцем.

Фиг.4 - вид В на фиг.3: каналы патрубков вне фурмы без вентилей этих каналов.

Фиг.5 - установка фурмы в фурменном приборе.

Дутьевая фурма 1 /фиг.1/ снабжена газовым каналом 2 из патрубков трубы и газовым каналом 3 из патрубков трубы Канал 2 вне фурмы 1 включает прямой патрубок 4, вентиль 5, входное колено 6, обратный подъемный клапан 7 с патрубком 8 для подключения к стационарному газопроводу. Канал 3 из патрубков своим входным коленом 9 вварен в входное колено 6 из трубы включает вентиль 10, узел 11 из патрубков врезанный в патрубок 4. С патрубком 4 соединено колено 12 /см.фиг.2/. Через патрубок 13 подводится, а через патрубок 14 выводится вода. Фурма 1 /фиг.2/ содержит фланец 15, наружный стакан 16, рыльную часть 17 с дутьевым каналом 18, внутренний стакан 19, слой 20 футеровки с отверстием 21, в которое выведены выходное отверстия 22 в форме круга и выходное отверстие 23 в форме кольца, образованное коленом 12 из патрубков и коленом 24 из патрубков разметанных в водоохлаждаемой полости 25. Колено 24 /см. фиг.3/ соединено через патрубок 26 с узлом патрубков 11 /см. фиг.1, 2, 3, 4/. Узел патрубков и /фиг.3, 4/ образован сваркой прямых патрубков 26 и 28 с изогнутым при монтаже патрубком 27. Вырез в патрубке 4 для соединения узла и с коленом 24 после сварки их и надвижки патрубка 4 на узел 11 закрыт вставкой 29, которая обварена.

Фурма работает следующим образом /см. фиг.5/. После установки фурмы в фурменный прибор соединяют магистрали дутья, воды, подсоединяют известным шарнирным соединением 30 фурму к стационарному газопроводу с вентилем 31. При подаче дутья в печь открывают вентиль 31 на стационарном газопроводе, вентиль 10 и подают газ в дутьевой канал фурмы через выходное отверстие колена 24, отверстие 21 в слое футеровки. При дальнейшем увеличении расхода газа переходят на подачу его через кольцевое отверстие 23, открывая вентиль 5 и закрывая вентиль 10, или подают газ одновременно через отверстия 22, 23.

Газ, частично сгорая в фурме, благодаря слою 20 футеровки не оказывает высоких механических и термических воздействий непосредственно на внутренний стакан. Футеровка позволяет работать и с отношением скорости газа к скорости дутья более 1, 2, обеспечивая заглубление струи газа в дутье ниже продольной оси фурмы.

Таблица иллюстрирует возможности регулирования скорости газа, подаваемого в фурму, на примере пуска печи объемом 2000 м³ после капитального ремонта второго разряда. Дутье подавалось через 20 фурм диаметром 150 мм, площадь выходного отверстия газа в фурму было 0,001 м². По фактическому режиму дутья задувки за 32 часа рассчитаны имевшие место скорости газа и дутья, а также возможные скорости выхода газа, если при том же режиме применялись фурмы заявляемой конструкции.

Изобретение относится к черной металлургии, а конкретно к подаче горячего дутья и газа в горн доменной печи. Фурма содержит фланец, рыльную часть, наружный и внутренний стаканы, образующие цилиндрический дутьевой канал, патрубки подвода газа, которые образуют два газовых канала, соединенных между собой и с дутьевым каналом и имеющих выходные отверстия разной площади и формы. Эти каналы выполнены из патрубков труб причем каждый канал имеет свой вентиль. Канал из патрубков снабженный обратным подъемным клапаном, соединен с каналом патрубков между обратным клапаном и вентилем, а перед фланцем фурмы канал патрубков введен в канал патрубков и размещен в нем концентрически, что обеспечивает ввод в дутьевой канал двух газовых каналов через одно отверстие во внутреннем стакане и фланце фурмы. Использование изобретения обеспечивает ввод газа в дутье со скоростями, обеспечивающими улучшение смешивания газа и дутья. 5 з.п.ф-лы, 1 табл., 5 ил.

1. Дутьевая фурма доменной печи, включающая фланец, наружный конический стакан, рыльную часть с цилиндрическим дутьевым каналом и цилиндрической выборкой со стороны внутреннего стакана, внутренний стакан, поверхность которого служит продолжением цилиндрической поверхности выборки рыльной части, причем цилиндрическая выборка в рыльной части и внутренняя поверхность внутреннего стакана покрыты слоем теплоизоляционной огнеупорной футеровки в виде цилиндрической трубы, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру фланца, а внутренний диаметр равен диаметру цилиндрического дутьевого канала рыльной части и в слое футеровки выполнено сквозное отверстие для ввода газа в дутьевой канал, патрубки подвода воды и газа, обратный подъемный клапан газа, отличающаяся тем, что патрубки подвода газа образуют два газовых канала, соединенных между собой и с дутьевым каналом, с выходными отверстиями в дутьевой канал фурмы разной площади в форме круга и кольца.2. Дутьевая фурма по п.1, отличающаяся тем, что ввод в дутьевой канал фурмы газовых каналов с выходными отверстиями разной площади в форме круга и кольца выполнен через одно отверстие во внутреннем стакане и одно отверстие во фланце фурмы.3. Дутьевая фурма по п.1 или 2, отличающаяся тем, что газовый канал с выходным отверстием в форме кольца образован коленами, размещенными в водоохлаждаемой полости фурмы и выходящими за фланец, каждое из которых выполнено из прямых патрубков одного диаметра, расположенных под углом друг к другу, причем колено из патрубков меньшего диаметра расположено концентрически внутри колена из патрубков большего диаметра.4. Дутьевая фурма по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что газовый канал с выходным отверстием в дутьевой канал фурмы в форме кольца выполнен из патрубков трубы образован коленом в водоохлаждаемой полости, соединенным сваркой перед фланцем с прямым патрубком, резьбой соединенным с вентилем, к которому резьбой подсоединено входное колено с обратным подъемным клапаном с патрубком с деталями шарнирного соединения для подключения к стационарному газопроводу подвода газа к фурме.5. Дутьевая фурма по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что газовый канал с выходным отверстием в форме круга выполнен из патрубков трубы образован коленом в водоохлаждаемой полости, прямыми и изогнутыми вне фурмы патрубками, размещенными под углом друг к другу, соединенными между собой при помощи сварки и резьб вентиля этого газового канала.6. Дутьевая фурма по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что газовый канал из патрубков своим входным коленом вварен в газовый канал патрубков между обратным клапаном и вентилем этого канала и введен в канал патрубков перед фланцем фурмы.