Сводовая газокислородная горелка мартеновской печи Советский патент 1993 года по МПК C21C5/48 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к конструкциям газогорелочных устройств мартеновских печей.

Известна топливокислородная фурма, в головке которой {в тракте подвода охладителя) направляющие каналы выполнены вертикально, а в донной части эти каналы расположены ради- альио с огибанием сопел, причем топливо подается одной струей по центральному каналу, а кислород отдельными струями по периферии фурмы.

Недостатком горелки данной конструкции является ограниченное перемешивание энергоносителей и, как результат, снижение тепловой мощности факела, недостаточный прогрев шихты.

Наиболее Слизкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является газокислородная фурма для нагрева лома, снабженная установленным концентрично центральному газовому соплу с зазором относительно него стаканом, жестко соединенным с головкой, при этом зазор составляет 1/12 - 1/2А площади поперечного сечения газового сопла.

Несмотря на некоторое улучшение организации сжигания топлива благодаря наличию кольцевого зазора, основная масса газа подается сосредоточенной струей, а расходящиеся потоки кислорода не обеспечивают смешение топлива и кислорода. Это связано с тем, что после истечения из горелки

00

ю ю

Јь Ю СО

СО

319

на протяжении калибров газового сопла в непосредственном контакте с газом участвует лишь 5-10 подаваемого кислорода. Поэтому недостатком известной конструкции является низкая степень полезного использования

тепла топлива, и, как следствие, высокая продолжительность нагрева металлолома, приводящая к снижению цилиндрические сопла обеспечивают выизводительности печи.

Целью изобретения является повышение производительности сталеплавильного агрегата путем сокращения продолжительности прогрева.

Поставленная цель достигается тем, что сопла для подачи кислорода содержат в выходной части кольцевую проточку с диаметром 1,6 - 2,2 и глубиной 0,2 - О, диаметра основной ци- JQ линдрической части сопла, причем сопла с проточкой чередуются с цилиндрическими соплами, а угол между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газо- 25 вых сопел составляет (18-30)°.

На фиг.1-3 показана горелка заявляемой конструкции в продольных разрезах.

сокую скорость и проникающую способ ность факела, а сопла с проточками вносят в этом высокоскоростной пото турбулентные пульсации, что приводи к качественному смешиванию энергоно сителей, повышению степени полезног использования тепла топлива,сокраще нию продолжительности нагрева лома и повышению производительности печи

Экспериментально установлены условия, необходимые для реализации эффективного факела, заключающиеся соблюдении некоторых геометрических ограничений. В частности, для получения энергитичных пульсаций, спосо ных турбулизировать факел, глубина проточки должна составлять (0,2 - 0,l) d, а ее диаметр - (1,6-2,2) d. При этом одновременно должен быть о

Заявляемая горелка состоит из кон- 30 ТИМальным угол л роекциями на центрически расположенных труб -Ь горизонтальную плоскость продольных и головки 5, содержащей кислородные сопла 6 и 7, причем половина от общего количества кислородных сопел соосей кислородных и газовых сопел - (18-30)°.

При глубине проточки менее 0,2d

держит в выходной части кольцевую

При глубине проточки менее 0,2

.. D ™,™„™г, -,ч..„ «,.ч- 35 уменьшается мощность пульсаций, а проточку о. Диаметр кольцевой проточки d равен 1,6-2,2 диаметра основной цилиндрической части сопла d, а глубина проточки h равна (0,2-0,) d. Газообразное топливо подается через сопла 9. Угол Ы, между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел составляет (18-30)°.

Газокислородная горелка работает следующим образом.

Газообразное топливо подается высокоскоростными жесткими струями через цилиндрические сопла 9. При этом каждая струя газа попадает в зону воздействия кислородных струй, одна из которых формируется цилиндрическим соплом 6, а другая цилиндрическим соплом с кольцевой проточкой 7. Сопла 6 формируют жесткие высокоскоростные струи, а сопла 7 формируют пульсирующий поток кислорода за счет периодического отрыва объема кислорода из кольцевой проточки 8.

40

45

50

55

при глубине более Qtkd существенно снижается частота пульсирующих выб сов кислорода из объема проточки. обоих случаях снижается интенсивность турбулизации факела, уменьша ется термический КПД, возрастает мя нагрева лома. При диаметре прот ки менее 1,6d и более 2,2d генера пульсаций струи практически отсутс вует, т.е. горелка работает в нера четном режиме без турбулизации ст что приводит к повышению длительно ти прогрева.

При величине угла между проекци ми на горизонтальную плоскость про дольных осей кислородных и газовых сопел менее 18° струи кислорода и газа сливаются в непосредственной близости от торца горелки, что при водит к раннему сгоранию факела, уменьшая его тепловую мощность в м мент контакта с металлом, снижению степени полезного использования те ла топлива.

Такал структура потока обеспечивает создание жесткого Факела, глубоко проникающего в глубинные слои металлолома, высокую его турбулентность, качественное смешение газа и кислорода, высокие значения коэффициента конвективного теплообмена между факелом и металлоломом. Таким образом,

сокую скорость и проникающую способность факела, а сопла с проточками вносят в этом высокоскоростной поток турбулентные пульсации, что приводит к качественному смешиванию энергоносителей, повышению степени полезного использования тепла топлива,сокращению продолжительности нагрева лома и повышению производительности печи.

Экспериментально установлены условия, необходимые для реализации эффективного факела, заключающиеся в соблюдении некоторых геометрических ограничений. В частности, для получения энергитичных пульсаций, способных турбулизировать факел, глубина проточки должна составлять (0,2 - 0,l) d, а ее диаметр - (1,6-2,2) d. При этом одновременно должен быть опТИМальным угол л роекциями на горизонтальную плоскость продольных

ТИМальным угол л роекциями на горизонтальную плоскость продольных

осей кислородных и газовых сопел - (18-30)°.

При глубине проточки менее 0,2d

уменьшается мощность пульсаций, а

при глубине более Qtkd существенно снижается частота пульсирующих выбросов кислорода из объема проточки. В обоих случаях снижается интенсивность турбулизации факела, уменьшается термический КПД, возрастает время нагрева лома. При диаметре проточки менее 1,6d и более 2,2d генерация пульсаций струи практически отсутствует, т.е. горелка работает в нерасчетном режиме без турбулизации струи, что приводит к повышению длительности прогрева.

При величине угла между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел менее 18° струи кислорода и газа сливаются в непосредственной близости от торца горелки, что приводит к раннему сгоранию факела, уменьшая его тепловую мощность в момент контакта с металлом, снижению степени полезного использования тепла топлива.

51

При увеличении угла между проек- циями.осей сопел на горизонтальную плоскость более 30 факел распадается на отдельные струи, часть из которых пульсирует, не турбулизируя факел, а другая часть струи с высокой скоростью достигает поверхности металлолома, прожигая колодцы и перегревая локальные участки его поверхности. В обоих случаях продолжительность прогрева возрастает, а производительность печи снижается.

Конструктивные параметры горелок отрабатывали на опытных плавках, проведенных в 650-т мартеновской печи. Две горелки устанавливали в своде с расположением торца головки на высоте ЗЮО мм от уровня порогов заволоч- ных окон. Подачу энергоносителей начинали в период завалки. Для обеспечения сопоставимых условий эксперимента массу металлолома с насыпной плотностью 1,1 т/м3 устанавливали на всех опытных плавках равной 320 т, продолжительность завалки - 90 мин. В период завалки печь дополнительно отапливали торцевыми газомазутными горелками (расход газа 2000 м3/ч, мазута 0,5 т/ч, кислорода 600 м3/ч). Расход природного газа на каждую из сводовых горелок составлял 1500 м3/ч, кислорода - 2500 м3/ч. В печь подавали вентиляторный воздух с расходом АО тыс.м3/ч. В период прогрева торцевые горелки отключали. Для оценки скорости прогрева металлолома по его объему в печь через шлаковую летку после завалки сыпучих материалов вводили под основную массу лома термопару ПР 30/6 с компенсирующим проводом с алундовыми изоляторами в кислородной легочной трубке диаметром 16 мм. В жидкие периоды ванну продували через три фурмы с расходом кислорода м /ч.

В предварительном эксперименте было установлено, что минимальная

продолжительность периода плавления была в случае, когда заливку чугуна начинали при достижении температуры

нижних слоев лома 600°С.

5

При этом шихта характеризуется высоким значением среднемассовой температуры и вместе с тем не перегреваЮ ется, т.е. исключается окисление избыточного количества железа, приводящее к выбросам металла и шлака из печи. Таким образом, продолжительностью прогрева считалась продолжитель15 ность нагрева нижних горизонтов ме- таллошихты до 600 С. 1

Анализ полученных данных показывает, что использование горелки заяв20 ляемой конструкции обеспечивает увеличение скорости нагрева лома и приводит к сокращению продолжительности плавки как за счет уменьшения длительности периода прогрева, так и за

25.счет сокращения периодов плавления и доводки.

Формула изобретения

30 Сводовая газокислородная горелка мартеновской печи, содержащая кон- центрично расположенные трубы для подвода и отвода охлаждающей воды, топлива и кислорода, а также головку с соплами, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности сталеплавильного агрегата путем сокращения продолжительности прогрева, сопла для подачи кислорода имеют в выходной части кольцевую проточку диаметром 1,6-2,2 и глубиной 0,2-0, диаметра основной цилиндрической части сопла, причем сопла с проточкой чередуются с цилиндрическими соплами, а угол между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел составляет 18-30°.

35

40

45

ft -- tS,,.

/ 4J...Q4 of (#.,,30)

Фиг 2

Фиг.3

Использование: в области черной металлургии, в частности в конструкциях газогорелочных устройств мартеновских печей. Сущность изобретения: кислородные сопла горелки содержат в выходной части кольцевую проточку с диаметром, составляющим 1,6 - 2,2 и глубиной 0,2 - 0, диаметра основной цилиндрической части сопла, причем сопла с проточкой чередуются с цилиндрическими соплами, а угол между проекциями на горизонтальную плоскость продольных осей кислородных и газовых сопел составляет (18 - 30) . Предлагаемая конструкция Формирует высокоскоростной факел с интенсивными турбулентными пульсациями, глубоко проникающий в объем металлошихты и обеспечивающий повышенные значения коэффициента теплообмена. 3 ил. ё