Газовая вагранка Советский патент 1979 года по МПК F27B1/08 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкциям газовых вагранок для плавки чугуна.

Известна газовая вагранка, включающая шахту, горн, камеру сжигания, выполненную в виде кольцевого канала, и тангенциально установленные газовые горелки. Эта вагранка является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату 1.

Недостатком ее является неравномерность распределения продуктов сгорания по всему сечению шахты. По мере разгара огнеупорного столба и шахты вагранки создаются условия для проскакивания кусков металлической шихты в бассейн камеры перегрева, что вызывает снижение температуры жидкого металла.

Целью изобретения является равномерное распределение продуктов сгорания и повышение КПД вагранки.

Поставленная цель достигается тем, что камера сжигания установлена в стенках горна и соединена с ним равномерно распределенными радиальными каналами, поперечное сечение камеры сжигания составляет 1,1 -1,5 суммарной площади поперечных

сечений радиальных каналов, а в стенке горна, на выходе радиальных каналов, выполнено кольцевое.углубление, высота которого равна высоте каналов.

На фиг. 1 изображена газовая вагранка, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 2; на фиг. 4 - узел I фиг. 1.

Газовая вагранка состоит из шахты 1, кольцевой камеры 2 сжигания, являющейся одновременно камерой перегрева жидкого металла, которая благодаря кольцевому уступу 3 в верхней части сужена до определенных размеров. Камера сжигания соединена с равномерно распределенными каналами 4, с кольцевым углублением 5, выполвенным в стенке горна 6. Газовые горелки 7 горелочной системы 8 равномерно расположены по всему сечению камеры сжигания, а их горелочные туннели 9 расположены в горизонтальном сечении по касательной к кольцевой камере сжигания 2 для закручивания и усреднения состава потока горячих газов.

Для перегрева жидкого металла в камере сжигания предусмотрен бассейн 10. Металлическая щихта 11 загружается через загрузочное окно и находится на набивной подине горна вагранки. Наружный кожух камеры сжигания может быть водоохлаждаемым с помощью системы водяного охлаждения 12. Для сбора жидкого металла предусмотрен копильник 13, для выпуска его - металлическая летка 14 и желоб 15, для выпуска шлака - шлаковая летка 16. Газовая вагранка работает следующим образом. Перед плавкой футеровка вагранки разогревается до температуры 1600-1700°С с помощью газовых горелок 7 при постепенном увеличении расходов воздуха и газа в течение 0,5-1,0ч. После установления оптимальных расходов воздуха и газа, достижения необходимой температуры продуктов сгорания в камере сжигания начинается загрузка металлической шихты 11, которая во время плавки находится на подине в горне 6 вагранки. Газовоздущная с.месь на выходе из сопел горелки 7 сжигается в горелочных туннелях 9, далее закручивается в общий поток в кольцевой камере сжигания, где происходит усреднение состава газа и стабилизация скорости потока горячих газов, благодаря сужению кольцевой камеры ежигания в верхней части ее, до определенных размеров. Затем продукты сгорания равномерно распределяются по каналам 4, и благодаря наличию кольцевого углубления 5 в стенке горна вновь соединяются в общий закрученный поток и омывают шихтовые материалы по всему сечению горна вагранки, те.м самым разогревая и расплавляя их. Так как каналы направлены к центру горна, то часть горячих газов проникает через пространство между кусками металлической шихты к середине горна, и по мере продвижения газов происходит равномерный нагрев я расплавление шихты по всему сечению и высоте шахты вагранки. Жидкий металл каплями и струйками стекает на набивную подину, далее по каналам 4, при этом предварительно перегреваясь в противопотоке горячих газов, с кольцевого уступа 3 попадает в бассейн 10 камеры сжигания 2, где происходит окончательный перегрев его за счет излучения от наиболее нагретых стенок камеры перегрева и за счет конвекции от горячих газов. Перегретый металл собирается в копильнике 13. Сужение кольцевой камеры в верхней части ее до определенных размеров кольцевым уступом увеличивает скорость потока горячих газов, стабилизирует и выравнивает его. Увеличение скорости потока продуктов сгорания увеличивает коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов как футеровке, так и металлу, следовательно, достигается наиболее высокий перегревметалла. При площади поперечного сечения кольцевой камеры сжигания, равной 1,1 -1,5 суммарной площади поперечных сечений равномерно распределенных каналов, обеспечивается наибольшая равномерность распределения по каналам, что позволяет достичь наиболее высокого коэффициента теплопередачи, равномерного нагрева футеровки всех каналов и, следовательно, равномерного разгара футеровки этих каналов. Если площадь горизонтального сечения кольцевой камеры сжигания в верхней части будет меньше 1,1 суммарной площади поперечных сечений равномерно распределенных каналов, то скорости потока газа в каналах будут резко отличаться от скорости потока газа в кольцевой камере сжигания, что создает условия для образования завихрений потока газа, т. е. мертвых зон в районе каналов, следовательно, поток горячих газов будет распределяться неравномерно по всем каналам. Кроме того, сужение площади поперечного сечения кольцевой камеры сжигания увеличивает аэродинамическое сопротивление, что также влияет на неравномерность распределения продуктов сгорания. Увеличение площади поперечного сечения кольцевой ка.меры сжигания больше 1,5 суммарной цлощади поперечных сечений равномерно распределенных каналов приводит к увеличению тепловых потерь через перекрытие, удалению газового потока от идущего навстречу жидкого металла, что снижает теплопередачу между горячими газами и металлом, усложняет выполнение футеровки перекрытия. Скорости потоков горячих газов в кольцевой камере сжигания и в каналах будут значительно отличаться друг от друга. В данном случае скорость потока газов в кольцевой камере перегрева будет значительно ниже скорости потока газов в каналах. Неравномерность скоростей создает условия для неравномерности распределения продуктов сгорания по каналам. Наличие кольцевого углубления в стенке горна высотой, равной высоте каналов, создает условия для перераспределения газов по периметру горна. Горячие газы вновь закручиваются в кольцевой поток и омывают металлическую шихту, находящуюся на подине, равномерно по всему периметру горна, что препятствует образованию настыля. Кроме того, повышается производительность вагранки. Кольцевое углубление не увеличивает сопротивление движению газов, а несколько снижает его, а образующееся внезапное расширение по бокам каналов способствует образованию вихревых потоков, что благоприятно сказывается на дожигании газов и повышает температуру продуктов сгорания вблизи шихтовых материалов, следовательно, увеличивается термический КПД вагранки. Таким образом, в предлагаемой газовой вагранке возможно создать условия для равномерного распределения продуктов сгорания по всему сечению горна и, следовательно, интенсифицировать теплообмен, повысить термический КПД вагранки. При прочих равных условиях в вагранке повышается температура жидкого металла в камере на 30-50°, Формула изобретения Газовая вагранка, включающая горн, шахту, камеру сжигания, выполненную в виде кольцевого канала и тангенциально установленные газовые горелки, отличающаяся тем, что, с целью равномерного распре60 деления продуктов сгорания и повышения КПД вагранки, камера сжигания установлена в стенках горна и соединена с ним равномерно распределенными радиальными каналами, поперечное сечение камеры сжигания составляет 1,1 -1,5 суммарной площади поперечных сечений радиальных каналов, а в стенке горна, на выходе радиальных каналов, выполнено кольцевое углубление, высота которого равна высоте каналов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 1733463/02, кл. F 27 В 1/08, 1972.

Л

J.

vxcv XA:xf

fe./

В-Б

.З

фиг. 2

4 5

fui.