Дутьевая фурма доменной печи Советский патент 1992 года по МПК C21B7/16 

1

(21)4779677/02 (22)11.10.89 (46)07.10.92. Бюл. №37

(71)Институт черной металлургии и Макеевский металлургический комбинат

(72)Н.Г.Бойков, И.ГТоваровский, П.Е.Коваленко, В.М.Замуруев, А.П.Чеботарев, В.И.Дичко и А.А.Третяк

(56) Авторское свидетельство СССР

№1121293А,кл. С 21 В 7/16,1983.

(54) ДУТЬЕВАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

(57) Сущность изобретения: в фурме доменной печи, содержащей водоохлаждаемый корпус с дутьевым каналом и фланцем, узел ввода газообразных реагентов в дутьевой канал, нижняя кромка выходного конца патрубка подвода газообразных реагентов размещена на расстоянии 0,5 - 0,6 его диаметра от продольной оси дутьевого канала, а срез выходного конца патрубка выполнен под углом 70 - 75° к его продольной оси.2 ил,

Изобретение относится к устройствам для подачи дутья и добавок к дутью, в частности коксового, природного газа или их смеси в доменную печь.

Аналогом этого изобретения может быть воздушно-газовая фурма, содержащая фланец с подводящим и отводящим охладитель-патрубками, водоохлаждаемый корпус с дутьевым каналом и две газовыводящие трубки для вывода коксового газа, проходящие через водоохлаждаемую полость и выходящие отверстиями в дутьевой канал на расстоянии 30 мм от торца фурмы,

Известна дутьевая фурма доменной печи, содержащая корпус с дутьевым каналом и головкой, водоохлаждаемую полость с га- зовыводящей трубкой с насадкой в виде сопла Лаваля, выведенной в дутьевой канал. Для повышения ее стойкости ось сопла направлена к продольной оси фурмы под углом 35-40 1 и пересекает ее на расстоянии 0,1-0,4 диаметра дутьевого канала от торца головки.

Недостатком этих фурм является то, что они не учитывали всех факторов, действующих в этой системе и цель не достигалась. Так, для повышения стойкости фурмы коксовый газ вводился в поток дутья на расстоянии 30 мм от торца фурмы, но из-за того, что выходные отверстия были сделаны заподлицо с дутьевым каналом и не учитывалась высокая скорость воспламенения водорода с кислородом, имел место быстрый эрозионный износ стенок дутьевого канала вокруг отверстий. Кроме того не учитывались свойства коксового газа (в частности, его удельный вес) и высокое химическое средство его компонентов (сероводорода, цианидов) к меди. Коксовый газ, введенный в струю дутья в верхней части дутьевого канала, как газ имеющий удельный вес, в 3 раза мень- шиД удельного веса дутья, вырывался в верхнюю часть струи дутья, сгорая с дутьем, контактировал с верхней частью стенки дутьевого канала и в этом месте вызывал интенсивный эрозионный износ.

Известно техническое решение, где коксовый газ вводился в струю дутья в оболочке сжатого воздуха, подаваемого между двух концентрических трубок, а по центральной трубе выходил коксовый газ. Эти концентрические трубки изготовлены из хромотитанистой стали аустенитного класса-располагаются под углом к оси фурменного прибора и входят в сопло. Дополнительных данйы х 1Густановочных размерах выходного отверстия нет,

Известно техническое решение, где в фурменный прибор, содержащий водоох- лаждаемую фурму, сопло и колено, вмонтировано устройство для подачи коксового и природного газа. Вдуваемый газ подается через трубу, вмонтированную в сопло,которая заканчивается патрубком, выведенным на ось фурменного прибора и входящим в фурму, где он устанавливается на трубчатые опоры из сталистого чугуна,

Технические решения показали в работе хорошие результаты, однако изготовление этого оборудования сложное, а по достигаемым результатам - полнота пре- вращения углеводородов и увеличение стойкости воздушных фурм - уступают предлагаемому техническому решению.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предла- гаемому является дутьевая фурма доменной печи (прототип), содержащая водоохлажда- емый корпус с фланцем, смесительную камеру, расположенную в кожухе с патрубком подвода газообразного топлива, сообщен- ную с рабочим дутьевым каналом фурмы, в которой для повышения эффективности доменной плавки путем более полного сжигания газообразного топлива и возможности его конверсии, снижения расхода кокса фурма снабжена патрубком подвода окислителя, соединенным со смесительной камерой, при этом выходное сопло смесительной камеры выполнено в виде вытянутого овала, продольная ось которого перпендикулярна оси рабочего канала фурмы на расстоянии 0,1-0,7 его диаметра от ее выходного торца, а продольная ось сопла расположена под углом 15-60° к оси рабочего канала фурмы.

Предполагается, что в этом техническом решении с помощью двух подводящих окислитель и природный газ патрубков в смесительную камеру, расположенную в охлаждаемом корпусе фурмы, получается смесь, из которой затем получается конвертированный газ.

К недостаткам прототипа следует отнести необходимость монтирования на домен- ной печи отдельного коллектора для

распределения окислителя по фурмам (вместе с отдельной трассой и запорной армату- рой для каждой фурмы), а также не учитывается смещение равновесия химических реакций (принцип Ле-Шателье), превращения углеводородов при создавшихся начальных условиях для реакций в этом устройстве - направление реакций будет в сторону получения конечных продуктов (СОа + HzO), а не конвертированного газа, Кроме того, не учитывается возможность загорания смеси (например, при снижении расходов) газов в выходном сопле, что при образовании гремучей смеси вызывает небольшие взрывы (хлопки), которые разрушают смесительную камеру и фурму по сварочным швам.

Цель изобретения - повышение стойкости фурмы за счет полного сжигания газообразного топлива.

Поставленная цель достигается тем, что в дутьевой фурме доменной печи, содержащей водоохлаждаемый корпус с дутьевым каналом и фланцем, узел ввода газообразных реагентов в дутьевой канал выполнен так, чтобы нижняя кромка выходного конца патрубка подвода газообразных реагентов размещена на расстоянии 0,5-0,6 его диаметра от продольной оси фурмы, а срез выходного конца патрубка выполнен под углом 70-75° к его продольной оси.

На фиг. 1 представлена дутьевая фурма доменной печи с предлагаемым узлом ввода газообразных реагентов в струю дутья-, на фиг. 2 - схема раскрытия струи газообразных реагентов в струе дутья с помощью рассекателя и геометрии установочных углов конца газовыводящей трубки.

Дутьевая фурма доменной печи (фиг. 1) содержит фланец 1 с подводящим и отводящим охладитель патрубками, водоохлаждаемый корпус 2 с дутьевым каналом 3, рыльную часть 4 и выступающий в дутьевой канал конец трубки 5 для ввода газообразных реагентов в струю дутья. Конец трубки 5 снабжен рассекателем 6, изготовленным из основного материала трубки, и жестко соединен с корпусом дутьевого канала теп- лосъемной подставкой 7, изготовленной, например, из меди.

Нижняя кромка выступающего конца трубки отстоит от продольной оси фурмы на расстоянии 0,5-0,6 своего диаметра, а срез выходного конца патрубка выполнен под углом 70 75° к его продольной оси.

Предпочтительными для фурм при раздельном вдувании газов угол наклона продольной оси га зо вы водящего патрубка к продольной оси фурмы составляет 46 - 53°, а расстояние от верхней кромки патрубка до

линии торца фурмы - 0,5 - 0,55 диаметра дутьевого канала фурмы.

Для исключения повреждения газовывод я ще го патрубка от вдавливаемого в фурму кокса во время остановок его верхняя кромка по срезу отстоит на расстоянии, равном 0,5 - 0,55 диаметра дутьевого канала; для той же цели, а также для снятия тепловых напряжений с газовыводящего патрубка устанавливается методом подгонки теплосъемная подставка, выполненная, например, из меди.

Угол наклона продольной оси газовыводящего патрубка к оси фурмы составляет 46 - 53° и имеет целью исключить контакт вдуваемого газа со стенкой дутьевого канала и направить часть его в нижнюю половину сечения фурмы, не касаясь стенок канала.

Установка газовыводящего патрубка на расстоянии 0,5 - 0,6 своего диаметра от продольной оси фурмы обеспечивает внедрение струи вдуваемого газа в поток дутья на глубину, исключающую контакт газа со стенкой дутьевого канала на диаметрально противоположной стороне дутьевого канала и распределение струи газа в струе дутья так, как показано на фиг. 2. В случае уменьшения расстояния от продольной оси фурмы до нижней кромки газовыводящего патрубка (меньше 0,5 диаметра патрубка) возможен контакт коксового газа с материалом стенки дутьевого канала, что вызовет эрозионный износ, а в случае увеличения расстояния на величину, большую 0,6 диаметра газовыводящего патрубка, струя вдуваемого газа занимает верхнюю часть дутьевого канала и при больших расходах газа возможен пиролиз метана, что нежелательно. Для достижения той же цели выполнен срез конца парубка под углом 70 - 75° к его продольной оси. В случае среза под углом, меньшим 70°, при колебаниях расходов дутья и газа возможен контакт коксового газа со стенкой дутьевого канала снизу, что вызывает его эрозионный износ, а в случае среза под углом, большим 75°, возможны завихрения газа в верхнюю часть дутьевого канала, где возможен его контакт со стенкой дутьевого канала, что также вызовет его эрозионный износ.

Такой подвод газа обеспечивает смешивание газа с дутьем и выброс этой смеси за пределы фурмы, где объем фурменного очага значительно больше объема дутьевого канала фурмы. Согласно принципам Ле-Ша- телье, изменение объема для реагирующих газов является изменением начальных условий реакций и вызывает смещение направления равновесия реакций в сторону образования продуктов реакции, имеющих больший объем. В этом случае создаются благоприятные условия для превращения

метана в восстановительный газ по реакции

СН4 + -02

СО + 2Н2,

15 где из 1,5 объема реагирующих газов образуется 3 объема газов-восстановителей за счет уменьшения реакции

СН« + 202 + 2Н20 + Q,

20

идущей с образованием конечных продуктов реакции С02 и Н20 и с максимальным выделением тепла на периферии горна и для регенерации их по реакциям

С02 +

и Н20 + С - СО + Н2

в центральных зонах печи требуются затраты тепла.

Это теоретическое обоснование полностью подтверждается результатами исследований. Так, при зондировании горна через фурму с таким подводом газа на расстояниях от торца фурмы по радиусу к центру 1,25; 1,5; 1,75; 2 м, содержание водорода

в горновом газе увеличилось соответственно на 2,8; 3,7; 4.6; 4% по сравнению с обычным подводом.

Формула изобретения Дутьевая фурма доменной печи, содержащая водоохлаждаемый корпус с дутье- вым аналом и фланцем, узел ввода газообразных реагентов в дутьевой канал, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости фурмы за счет полного сжигания газообразного топлива, нижняя кромка выходного конца патрубка подвода газообразных реагентов размещена на расстоянии 0,5-0,6 его диаметра от продольной оси дутьевого канала, а срез выходного конца патрубка выполнен под углом 70-75° к его продольной оси.

СХ