Способ отопления мартеновской печи и горелка для мартеновской печи Советский патент 1992 года по МПК F27B3/20 C21C5/04 C21C5/48 

СО О)

а

даемый корпус и концентрично установленные в нем внутреннюю 5, среднюю 4 и наружные 2, 3 трубы, торцы каждой из которых заглублены относительно торца охватывающей трубы. По периметру средней k и внутренней 5 труб равномерно выполнены радиальные пазы е и f, глубина которых соответственно равна 0,06-0,1 длины заглубления внутренней трубы 5 относительно торца средней трубы k, а на торце средней трубы k равна 1,0-1,5,величины зазора между наружной 3 и , -,. средней k трубами, при этом суммар- « ная площадь поперечного сечения пазов средней трубы 4 выполнена /равной

0,1-0,8 площади ее сечения, а площадь сечения пазов внутренней трубы 5 равна 0,5-1,8 ее сечения, причем величина заглубления средней трубы k равна 4-7 зазорам между средней k и внутренней 5 трубами. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.

Изобретение относится к металлургии , вг частности к способам и устройствам для нагрева металла в мартеновских и конвертерных печах. Целью изобретения является снижение расход да топлива за счет повышения полноты его сгорания. При отоплении мартеновских печей техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в.том, что в качестве газа для распыления жидкого топлива используют газообразное топливо, подаваемое в количестве 2-2,5 от расхода жидкого топлива с давлением 0,9-1,1 от давления окислительного газа, причем расход окислительного газа выдерживают равным 2,5- 3 от расхода.жидкого топлива, а смешивание жидкого топлива с окислительным газом осуществляют после его распыления. Для осуществления способа предложена горелка., содержащая охлаж-, i СП 4

Изобретение относится к металлур- гии, в частности к способам и устройствам для нагрева металла в мартеновских печах и конвертерах.

Цель изобретения - снижение расхода топлива за счет повышения полноты его сгорания.

При распылении жидкого топлива газообразным топливом происходит увели- чение светимости факела. Это обусловле-i но тем, что разложение мазута при нагревании в условиях недостатка окислителя происходит с образованием сажистого углерода. Мельчайшие частицы сажистого углерода обладают высокой отражательной способностью Яркость факела резко возрастает. Поскольку нагревание стали в мартеновской печи происходит, в основном, путем тепло- излучения, теплопередача от факела возрастает, а время плавки сокращается.

В свою очередь струя жидкого топлива под малым углом (угол раскрытия струи) направляется на внутреннюю поверхность кольцевой струи газообразного топлива, имеющую значительно большую скорбеть. Происходит срезание наружных слоев цилиндрической струи жидкого топлива и начинается быстрое перемешивание мелких частиц жидкого топлива со струей газообразного топлива и ускорение жидких частиц. Двухфазная струя под действием эжекции внешней кольцевой струи смыкается с внутренней поверхностью окислительного газа, вовлекается в нее и ускоряется. Благодаря малым углам взаимодействия струй не происходит торможенияt смеси. Такая картина наблюдается при статическом одинаковом давлении газообразного и жидкого топлива. Изменение давления в какую-либо сторону

не срывает нормальной работы горелки, поскольку наличие пазов на торцах труб позволяет стабилизировать, работу горелы в широком диапазоне давлений. При разности статических давлений мазута и газа происходит проникание одного из компонентов в радиальные пазы. В пазах образуется донная область низкого давления. Тонкие: струйки, например, мазута проникают в пазы, если давление мазута выше давления газообразного топлива. Происходит такое послойное срезание струек жидкого топлива с образованием мелких частиц. За торцом трубы для подвода жидкого топлива образуются жгуты жидкого топлива, истекающие между пазами, и вся струя приобретает вид цветка. Эти жгуты диспергируются потоком газообразного топлива, между пазами образуются струйки газа, разрезающие струю жидкого топлива. Таким образом, диспергация жидкого топлива осуществляется успешно при любом соотношении давлений компонентов.

На фиг. 1 показана горелка, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Горелка мартеновской печи содержит водоохлаждаемый корпус 1 и концентрично установленные в нем трубы 1, 2, 3, 4, 5. Трубы 1 и 3 по торцу жестко заглушены кольцевой крышкой 6. Труба 2 заглублена относительно торца труб 1 и 3, образуя полости а для подвода и отвода охлаждающей воды Труба 4 заглублена относительно тор ца трубы 3. Труба 5 заглублена относительно торца трубы 4. Трубы 3, , 5 образуют два кольцевых, канала Ъ и с и цилиндрический канал d.Внутренняя полость d трубы 5 соединена с источником, жидкого топлива. Внутренняя полость Ь трубы, k соединена с источником газообразного топлива. Внутренняя полость b трубы 3 соединена с источником окислительного газа. В торце труб k и 5 выполнены радиальные пазы е и f соответственно. Пазы е и f размещены по-торцам труб 4 и 5 равномерно. Длина каждого паза f равна 0,06-0,1 заглубления торца трубы 5 относительно торца трубы 4. Суммарная площадь пазов f равна 0,5-1,8 площади внутреннего сечения трубы 5. Длина каждого радиального паза е на торце трубы 4 равна 1,0- 1,5.величины кольцевого зазора между наружным диаметром трубы 4 и внутренним диаметром трубы 3. Суммарная площадь поперечного сечения радиальных пазов е равна 0,1-0,6 площади внутреннего сечения трубы 4. Заглубление торца трубы 5 относительно торца Трубы 4 равно 4-7 величинам кольцевого зазора между наружным диаметром трубы 4 и внутренним диаметром трубы 3.

Способ осуществляют следующим обг разом.

Струю жидкого топлива направляют в полость d трубы 5. Струя топлива достигает пазов f и торца трубы 5. По полости с трубы 4 подают газроб- разное топливо. В случае, если давление жидкого топлива превышает давле- ние газообразного топлива, жидкое, топливо через пазы f выдавливается в полость с трубы 4 в виде тонких струек. При этом газообразное топливо срезает тонкие слои этих струек и направляет в поток газообразного топлива. Кроме того, за торцом трубы 5 жидкое топливо в виде жгутов жидкости направляют между пазами f в поток газообразного топлива. За торцом трубы 5 формируется как бы цветок жидкого топлива, который направляется в поток газообразного топлива, движущийся по полости с трубы 4. Газообразным топливом осуществляют послойное срезание жидкого топлива. В случае, если давление жидт кого топлива меньше давления газообразного топлива, тонкие струйки газа направляют в пазы f, образуя донное области низкогр давления, и в виде жгутов между пазами f за торцом трубы 5 направляют к оси тр.убы 5. Образуется завеса из жгутов газового топлива за торцом трубы 5. В эту aaf весу направляют жидкое топливо. При

5

этом осуществляют послойное срезание жидкого топлива газообразным топливом и перемешивание их.

Давление газообразного топлива- на

входе поддерживают равным 0,,1 давления окислительного газа. При снижении давления газообразного топлива менее 0,9 от давления окисли тельного газа ухудшается перемешивание, наблюдается высокочастотная не - устрйчивость факела, цель не достигается, при давлении более 1,1 наблюдается аналогичный процесс и результат.

Расход газообразного топлива удерживают равным 2-2,5 от расхода жидкого топлива. Рекомендованный диапазон по расходу газообразного топлива (2- 2,5 от расхода жидкого топлива) выбран исходя из того, что при более низком расходе ухудшается распыление жидкого топлива и снижается полнота сгорания его, цель недостига5 ется.

Расход окислительного газа поддерживают равным 2, расхода жидкого топлива. При расходе окислительного газа менее 2,5 расходов жидкого топо лива ухудшается фронт горения, который смещается по длине факела от горелки, падает яркостная температура, .цель не достигается. При расходе более 3,0 фронт горения перемещается к горелке, падает яркостная темпера0

5

тура, цель также не достигается.

Образовавшуюся двухфазную струю направляют по полости с трубы 4. Двух- фазная струя достигает пазов ей торца трубы 4. В пазах е образуются донные области низкого давления при любом соотношении давлений двухфазной струи и окислительного газа, который 5 направляют по полости b трубы 3. Осуществляют послойное перемешивание ; тонких слоев двухфазной струи и окислительного газа. На выходе трубы 3 образуют высокодисперсную двухфазную. струю, в которой равномерно распределены мелкие частицы жидкого топлива. Однако, в этой струе недостаточно окислителя для сгорания жидкого топлива без образования сажистого уг- . лерода. Воздействием высокой температуры мелкие частицы жидкого топлива разлагают с образованием сажистого углерода. Горение сажистого углерода резко повышает яркость факела.

Горелка для мартеновской печи работает следующим образом.

Жидкое топливо направляется по внутренней полости d трубы 5, а газообразное топливо - по внутренней полости с трубы t. В пазах f на торце трубы 5 происходит взаимодействие газообразного и жидкого топлива. В завсимости от соотношения давлений жид- кого и газообразного топлива происходит струйное истечение одного топлива в другое с образованием донной области низкого давления. За торцом трубы 5 образуются жгуты жидкого топ лйва или струйки газообразного топлива. В обоих случаях осуществляется послойное срезание жидкого топлива струей газообразного топлива с обра- зованием мельчайших частиц жидкого топлива.,Смесь перемешивается с образованием двухфазной струи. Из-за высокой окружающей температуры и отсутствия окислителя жидкое топливо разлагается с образованием сажистого углерода. Двухфазный поток направляется по внутренней полости трубы Ц к срезу трубы f. В пазах е трубы.k начинается взаимодействие двухфазной струи со струей окислительного газа, направляемой по внутренней полости b трубы 3. В пазах е трубы k образуется донная область низкого давления. При любом соотношении давления двухфазной струи и окислительного га за происходит послойное перемешивание газовых потоков. Образуется высокодисперсная двухфазная смесь с равномерным распределением мелких частиц сажистого углерода по всему объему струи. Высокая степень перемешивания компонентов двухфазной струи и высокая яркость горения обеспечивают высокий КПД горелки, позволяют снизить расход топлива и время плавки стали.

Рекомендованные диапазоны горелки выбраны исходя из того, что при глубине пазов менее 0,06 от длины заглубления внутренней трубы относительно средней смешивание малоэффективно. При этой величине более 0,1 также происходит ухудшение процесса смешивания. Цель не достигается.

При величине пазов средней трубы менее 1,6 и более 1,5 от величины зазора между наружной и средней трубами также ухудшаются процессы смешивания. Цель не достигается.

0

5

о

Аналогично не получается положительного результата при отношении рекомендованных параметров по площади сечения пазов 0,1-0,8 для пазов средней трубы и 0,5- 1,8 для пазов внутренней трубы. При отклонении рекомендованных диапазонов по величине заглублений торца средней трубы (k-7) от зазора между средней и внутренней трубами происходит ухудшение характеристик факела вследствие появления неустойчивости струйных потоков и, как результат, снижение средне- интегральной температуры факела, а расход топлива и продолжительность плавки увеличиваются.

Пример 1. Осуществляют плавку стали в 00-тонной мартеновской печи с использованием горелок, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением и реализующих предлагаемый способ формирования факела нагревательной горелки. Полученные результаты, приведенные в табл. 1-5, сравнивались с выплавкой стали с использованием известного способа формирования факела нагревательных горелок и известных горелок.

Таблица

расход компо

окислительногогаза

жидкого

топлива

Изменение продолжительностиплавки, %

1,75 х

2 х

2,25 х 2,75 х

2,5

2,75 х

2,25 х

2,5 х 2,25 х 2,75

3,0 х 3,25 х

Увеличение на

3

Снижение на 2% Снижение на 10% Снижение на k% Увеличение на

г%

Увеличение на

5

Снижение на 3%

Снижение на

10%

Снижение на Ь%

Увеличение на

6%

П р и меч а н и ei Начало плав- ления после заливки чугуна.

Таблица 5

Сокращение времени плавки, %

5

Нет

2

k

1

Нет

Примечание. 1) суммарная площадь пазов равна 0,3 площади сечения трубы

2)суммарная площадь пазов равна 1,0 площади сечения трубы 5;

3)длина радиальных пазов равна 1,3 а 0,8.

Таким образом применение предложенного способа формирования факела нагревательной горелки и горелки позволяет сократить время плавки стали в 1 00-тонной мартеновской печи на 6-8%, снизить расход топлива на 6-JO$ уменьшить расход жидкого чугуна. Формула изобретения

равна на торце внутренней трубы 0,06- :0,1 длины заглубления ее торца относительно средней трубы, а на торце средней трубы 1 ,0-1 ,5 величины зазора меж-, ду наружной и средней трубами, при этом суммарная площадь поперечного сечения пазов средней трубы выполнена

равной 0,1-0,6 площади ее сечения, а площадь пазов внутренней трубы 0,5- 1,8 ее сечения, причем величина заглубления торца средней трубы равна k-7 зазорам между средней и внутренней трубой.