Дутьевая фурма доменной печи Российский патент 2023 года по МПК C21B7/16 F27B1/16 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к системе подачи природного газа в доменную печь.

Известна фурма, содержащая корпус с водоохлаждающим каналом, соединенным с патрубками подвода и отвода воды, рыльную часть, фланец и канал для подачи газа. Корпус фурмы выполнен из цельной конической втулки. В теле корпуса просверлен водоохлаждающий канал в виде змеевика постоянного сечения, соединенный каналами-перемычками в рыльной части и во фланце [Патент РФ 2460806, МПК C21B7/16, 2012].

Недостатком данного технического решения является наличие значительных потерь тепла горячего дутья с охлаждающей воздушную фурму водой.

Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ охлаждения фурмы воздушного дутья и подачи природного газа в доменную печь и устройство для его осуществления, при этом устройство снабжено дополнительным стаканом, образующим с внутренним стаканом фурмы зауженную кольцевую полость, с которой соединен патрубок подвода охлаждающей воды. Патрубок отвода воды соединен с полостью фурмы, образованной дополнительным и наружным стаканами. Фланец фурмы соединен с патрубком подачи газа и выполнен в виде кольцевого коллектора, имеющего сопла для распределенной подачи воды в воздушную полость фурмы [Патент РФ 2449022, МПК C21B7/16, 2012].

Недостатком данного технического решения является существенное усложнение технологии изготовления воздушной фурмы при неявном получении эффекта по улучшению охлаждения внутреннего стакана, а также наличие значительных потерь тепла горячего дутья с охлаждающей воздушную фурму водой.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка конструкции дутьевой фурмы доменной печи, позволяющей обеспечить повышение коэффициента замены твёрдого топлива природным газом за счёт улучшения смешивания газа с потоком дутья, а также повысить срок службы теплоизоляционных вставок, обеспечивая снижение теплопотерь с охлаждающей водой.

Технический результат достигается тем, что в дутьевой фурме доменной печи, содержащей патрубки подвода и отвода охлаждающей воды, наружный и внутренний стаканы, рыльную часть, фланец и канал подачи газа, выполненный во фланце в виде кольцевого коллектора с выполненными в нем радиальными отверстиями, выходящими в полость дутьевого канала, согласно изобретению, в дутьевом канале установлена цельная теплоизоляционная вставка с зазором по отношению к поверхности дутьевого канала, а отношение суммарных площадей поперечных сечений радиальных отверстий кольцевого коллектора больше площади поперечного сечения входного отверстия канала подачи газа.

Отношение суммарных площадей поперечных сечений радиальных отверстий кольцевого коллектора к площади поперечного сечения входного отверстия канала подачи газа составляет не менее 1,1.

Кольцевой коллектор содержит 3 – 16 радиальных отверстий.

Диаметр радиальных отверстий составляет 10 – 30 мм.

Угол между осями радиальных отверстий в поперечном сечении кольцевого коллектора составляет 15 – 120°.

Теплоизоляционная вставка выполнена переменной толщины.

Толщина теплоизоляционной вставки составляет 6,0 – 20,0 мм.

Величина зазора между теплоизоляционной вставкой и поверхностью дутьевого канала составляет 0,4 – 2,0 мм.

Зазор между теплоизоляционной вставкой и поверхностью дутьевого канала частично заполнен огнеупорным материалом.

Радиальные отверстия подачи газа во фланце выполнены наклонными по отношению к оси дутьевого канала под углом 45 – 135°.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Подача природного газа через распределённые по окружности фланца отверстия (кольцевой коллектор) обеспечивает равномерное его смешивание с дутьём, повышение полноты сгорания и увеличение коэффициента замены твёрдого топлива газом. Также, подача газа через кольцевой коллектор во фланце фурмы обеспечивает подогрев газа при охлаждении фланца фурмы.

Применение теплоизоляционной вставки обеспечивает снижение теплопотерь с охлаждающей водой, а выполнение вставки в цельном виде без отверстия для подачи газа обеспечивает увеличение срока службы вставки за счёт устранения концентратора напряжений в теле вставки.

Превышение суммарных площадей поперечных сечений радиальных отверстий кольцевого коллектора газа над площадью поперечного сечения входного отверстия канала подачи газа обеспечивает возможность наращивания расхода природного газа с сокращением основного топлива доменной плавки – кокса. Отношение суммарных площадей поперечных сечений радиальных отверстий кольцевого коллектора к площади поперечного сечения входного отверстия канала подачи газа составляет не менее 1,1. Данное значение соотношения позволяет снизить сопротивление потока природного газа при увеличении его расхода.

Кольцевой коллектор содержит 3 – 16 радиальных отверстий с их диаметром 10 – 30 мм. При количестве отверстий менее 3 и диаметре каждого отверстия менее 10 мм ухудшается равномерное распределение природного газа по окружности и снижается степень его смешивания с дутьем.

При количестве отверстий более 16 и диаметре каждого отверстия более 30 мм снижается стойкость фланца и не происходит дальнейшего повышения смешивания газа с дутьем и улучшения степени его сгорания.

Угол между осями радиальных отверстий в поперечном сечении кольцевого коллектора составляет 15 – 120°. Данный угол зависит от количества отверстий и их диаметров и необходим для обеспечения равноудаленного истечения природного газа в дутьевой канал.

Теплоизоляционная вставка выполняется переменной толщиной и толщиной 6,0 – 20,0 мм. Переменная толщина вставки (увеличенная со стороны канала подачи газа) позволяет обеспечить повышенную стойкость вставки. Уменьшение толщины вставки по направлению движения дутья способствует снижению в ней дополнительных напряжений, приводящих к преждевременному разрушению вставки.

При толщине вставки менее 6,0 мм снижается стойкость вставки и ее эффективность (увеличиваются теплопотери дутья с охлаждающей водой).

Увеличение толщины вставки более 20,0 мм не целесообразно в связи либо со снижением эффективности охлаждения фурмы (снижается сечение охлаждаемой полости), либо в связи с необходимостью уменьшения диаметра дутьевого канала.

Зазор между теплоизоляционной вставкой и поверхностью дутьевого канала должен составлять 0,4 – 2,0 мм для обеспечения стойкости вставки с учетом разных коэффициентов теплового расширения материалов фурмы и теплоизоляционной вставки.

Зазор между теплоизоляционной вставкой и поверхностью дутьевого канала может быть частично заполнен огнеупорным материалом (в виде сетки) для обеспечения центрирования теплоизоляционной вставки относительно фурмы и соблюдения указанного зазора.

Радиальные отверстия подачи газа во фланце выполнены наклонными по отношению к оси дутьевого канала под углом 45 – 135°. Указанный диапазон наклона отверстий подачи газа позволяет обеспечивать эффективное смешивание газа с дутьем и полноту его сгорания, в том числе и при направлении потока природного газа навстречу потоку дутья (при угле наклона от 90 до 135°).

Изобретение поясняется чертежами (Фиг. 1 и Фиг. 2):

1 – патрубок подвода воды

2 – патрубок отвода воды

3 – наружный стакан

4 – внутренний стакан

5 – рыльная часть

6 – фланец

7 – канал подачи газа

8 – теплоизоляционная вставка

α - угол между осями радиальных отверстий, град.

β – угол наклона радиальных отверстий.

Осуществление изобретения

Фурма работает следующим образом. Фурма устанавливается в доменную печь (не показана) и подсоединяется патрубками 1 и 2 к системе охлаждения, а газовым патрубком (не показан) - к системе подачи газа. После установки фурмы и наладки системы охлаждения к фланцу 6 подсоединяется фурменный прибор для подачи воздушного дутья. При включении воды из системы охлаждения вода подается через патрубок 1 и проходит до рыльной части фурмы, далее проходит тело фурмы и покидает фурму через патрубок 2, возвращаясь в систему охлаждения. После подачи дутья через патрубок подачи газа из системы поступает природный газ, подогреваясь от горячего фланца и фурмы, что обеспечивает более полное сгорание газа в фурме. Из фланца газ выходит в дутьевой канал фурмы через распределённые по окружности каналы подачи газа 7, обеспечивая равномерное смешивание с дутьём и более полное сгорание газа.

Использование фурмы заявленной конструкции позволяет обеспечить повышение коэффициента замены твёрдого топлива природным газом не менее чем на 5%, а также повысить срок службы теплоизоляционных вставок не менее чем на 20% и сократить потери тепла горячего дутья с охлаждающей водой не менее чем на 10%.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить расход природного газа в доменных печах, и, как следствие, снизить расход дорогостоящего кокса, а также увеличить стойкость самой фурмы.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к системе подачи природного газа в доменную печь. Дутьевая фурма доменной печи содержит патрубки подвода и отвода охлаждающей воды, наружный и внутренний стаканы, рыльную часть, фланец и канал подачи газа, выполненный во фланце в виде кольцевого коллектора с выполненными в нем радиальными отверстиями, выходящими в полость дутьевого канала. При этом в дутьевом канале установлена цельная теплоизоляционная вставка с зазором по отношению к поверхности дутьевого канала. А отношение суммарных площадей поперечных сечений радиальных отверстий кольцевого коллектора больше площади поперечного сечения входного отверстия канала подачи газа. Изобретение обеспечивает улучшение смешивания газа с потоком дутья, повышение срока службы теплоизоляционных вставок и снижение теплопотерь с охлаждающей водой. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Дутьевая фурма доменной печи, содержащая патрубки подвода и отвода охлаждающей воды, наружный и внутренний стаканы, рыльную часть, фланец и канал подачи газа, выполненный во фланце в виде кольцевого коллектора с выполненными в нем радиальными отверстиями, выходящими в полость дутьевого канала, отличающаяся тем, что в дутьевом канале установлена цельная теплоизоляционная вставка с зазором по отношению к поверхности дутьевого канала, а отношение суммарных площадей поперечных сечений радиальных отверстий кольцевого коллектора больше площади поперечного сечения входного отверстия канала подачи газа.

2. Дутьевая фурма по п. 1, отличающаяся тем, что отношение суммарных площадей поперечных сечений радиальных отверстий кольцевого коллектора к площади поперечного сечения входного отверстия канала подачи газа составляет не менее 1,1.

3. Дутьевая фурма по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевой коллектор содержит 3 – 16 радиальных отверстий.

4. Дутьевая фурма по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр радиальных отверстий составляет 10 – 30 мм.

5. Дутьевая фурма по п. 1, отличающаяся тем, что угол между осями радиальных отверстий в поперечном сечении кольцевого коллектора составляет 15 – 120°.

6. Дутьевая фурма по п. 1, отличающаяся тем, что теплоизоляционная вставка выполнена переменной толщины.

7. Дутьевая фурма по п. 1, отличающаяся тем, что толщина теплоизоляционной вставки составляет 6,0 – 20,0 мм.

8. Дутьевая фурма по п. 1, отличающаяся тем, что величина зазора между теплоизоляционной вставкой и поверхностью дутьевого канала составляет 0,4 – 2,0 мм.

9. Дутьевая фурма по п. 1, отличающаяся тем, что зазор между теплоизоляционной вставкой и поверхностью дутьевого канала частично заполнен огнеупорным материалом.

10. Дутьевая фурма по п. 1, отличающаяся тем, что радиальные отверстия подачи газа во фланце выполнены наклонными по отношению к оси дутьевого канала под углом 45 – 135°.