Воздушная фурма доменной печи Советский патент 1982 года по МПК C21B7/16 

(54) ЮЗДУШНАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

I

Иэобрете1в1е относится к металлургии, в частности к прсжзводству чугуна в доменных печах.

Известна воздушная фурма доменной , состоящая из водоохлаждаемого полого конического корпуса, фланца, пропущенные через фланец и водоохлажддемую полость корпуса топливоподводящей трубки, выходной патрубок которой направлен навстречу , дутья в осевой части фурмы 1.

Недостатками известной фурмы являются возможность смещения факела горения в одну сторону, истечение топлива концентртрованным потоком, нестабильное., смешивание топлива горячим дутьем и тяжелые термические условия работы газоподводящего патрубка, приводящие к его разрущению.

Известна аналогичная воздушная фурма доменной печи, в которой пропущенная через фланец Н водоохлаждаемую подсеть корпуса тошЬ(воподводящая трубка заканчивается наконечником в виде полого цклинща, в сферич ском конце которого имеется щелевое отверстие, причем радиус кривизны сферы относится к ширине щели в пределах 5-45 (2.

Недостатком этого устройства является локализация факела горения топлива в сравнительно небольшой зоне по сечению фурмы, приводящая к неполному сгоранию топлива.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является воздущная фурма доменной печи, состоящая из водоохлаждаемого полого кони10ческого корпуса с фланцем на торцовой части, пропущенной через водоохлаждаемую полость газоподводящей трубки, и полукольцевой распределительной перфорированнь камерЫ| расположенной на поверхности внутреннего усеченного конуса против выходного отверстия газоподводящей грубки (3).

Недостатками данной фурмы являются неравномерность распределения топлива по сечению внутреннего клапана фурмы, не обеспечивающая полное сгорание дополнительного топлива, сложность изготовления полукольцевой камеры и всего устройства, а также ухудшение условий охлаждения воздушной фурмы 390 и снижение ее стойкости из-за одностороннего по сечению канала фурмы горению дсгюлкительного топлива. Цель изобретения - обеспечение интенсивного перемешивания дополнительного топлива с горячим дутьем, равномерного горения топлива в поперечном сечении канала фурмы, высокой полноты его сгорания, предохранение внутренней поверхности канала фурмы от газодинамического удара топливной струи. Поставленная цель достигается тем, что В фурме, содержащей водоохлаждаемый полый ко{шус, фланец на торцовой части корпуса, топливоподводящую .трубку, пропущенную через водоохлаждаемую полость, и распределительную камеру в виде наконечника на топливоподводящей трубке, распределительная камера выполнена с перфорацией типа каналов различного сечения, продольные оси которых расположены симметрично в плоскости поперечного сечения фурмы, причем канал максимального сечения расположен на продольной оси наконечника, а сечения остальных уменьшаются с увеличением угла между их продоль ной осью и осью наконечника. Углы между осями соседних каналов находятся в пределах от 15 до 45°, суммарная площадь поперечных сечений всех каналов рав на 0,3-0,8 площади поперечного сечения топливоподводящей трубки, а отношение площади поперечного сечения наибольшего канала к площади поперечного сечения наименьшего канала находится в пределах 1,08-16. Плоскость сечения, в которой расположены продольные оси всех топяивовыводных каналов, ориентирована к оси фурмы под углом от 45 до 135°. Углы между продольнылт осями соседшх и крайних каналов определяются главным образом числом каналов, вьтолненных в распределительной камере. Количество каналов в распределительной камере {авно 3-9, так как большее число каналов выполнить в одной плоскости сечения наконечника пря неизменно соотношении площадей каналов технологически затруднительно. Угол 45° между продольными осями соседних каналов может быть при трехканальном наконечнике. Угол более 45° нецелесообразен, так как нар)Ш1ается равномерное распределение топлива в поперечном сечении фур мы и снижается степень использования центральной его части. Для наконечника с большим vicnoM каналов (например, 9 каналов) углы между продольными осями соседних каналов составляют 15-20°. Минимальный угол между продольными осями крайних каналов при трехканальном наконечнике составляет 45°, как можно заключить из сказанного вьпле, а максимальный угол 140° может иметь место при девятиканальном наконеч1гике. Увеличение угла более 140° нецелесообразно, так как при этом, даже при самом незначительном сечении топливовыводного крайнего канала, струя топлива будет бить о внутреннюю поверхность фурменного канала, разрушая ее под воздействием газодинамического и теплового переиапряжений. Сечение топливоподводящей трубки выбирается, исходя из размеров водоохлаждаемой полости фурмы и располагаемого напора дополнительного топлива, подаваемого в доменную печь. При подаче природного газа скорости в зтих трубках обычно не превышают 50-80 м/с. Если такие скорости сохранить и при вводе газа в канал фурмы, то получится вялый, легко деформируемый факел, так как скорость подачи горячего дутья в доменную печь составляет 150-250 м/с. Поэтому минимальная скорость истечения газа определяется из равенства напоров природного газа и горячего дутья (JL) 2g Это дает скорость выхода газа порядка 100-110 м/с и соответственно суммарное сечение всех каналов для выхода газа равно 0,75-0,8 площади поперечного сечения тошшвовьшодящей трубки. Максимальная скорость истечения газа определяется, исходя из того, что газоданамнческий напор топливной струи в 4 раза превьплает напор горячего дутья. Это дает скорость истечения газа, равную 231 м/с, т.е. немного больше 0,5 звуковой. При зтом суммарное сечение каналов должно быть равно 0,3-0,34 площади поперечного сечения топливоподводящей трубки. Дальнейшее повышение скоростей нецелесообразно, так как будет связано с опасностью локальных тепловых ударов на внутреннюю поверхность канала фурмы. Максимальный угол разлета факела 14, а центральный угол ядра постоянных скоростей 7°. В горящем факеле, находящемся под воздействием напора дутья, эти цифры безусловно другие, однако принципиальная картина, наблюдаемая при истечении струй, сохраняется. Поэтому, чтобы внутренняя поверхность фурмы в зоне активного горения факела испытывала одинаковое тепловое напряжение по мере приближения ее к кромке шконечника, факел должен быть укорсен. Это может быть осуществлено только за clei уменьшения поперечного сечения канала, ни скольку скорости газа во всех каналах буду одинаковыми. Реальным является максимальное рассто яние от внутренней поверхности канала фур мы до кромки канала по оси наконечника при наклонном его расположении (под углом например, 135°) 200 мм, а минимальное в этом случае около 50 мм. Тогда отношение диаметров максимального и минимального каналов будет соответстаовать соотношению этих расстояний . - 200 40 а отношение площади равно 16, Дпя трехканального наконечника с углом между продольными осями каналов 45° дли на центрального факела близка к длине дву соседних, поэтому отношение площадей сечений этих каналов близко к 1,03; Угол наклона наконечника к направлению потока горячего дутья зависит прежде всего от параметров дутья, в том числе от степени его обогащения кислородом и температуры (чем выше эти параметры, тем при прочих равных условиях длина факела долхсна быть меньше). С этой точки зрения угол 45° дает короткий путь тошгивовоздушной смеси по каналу фурмы к обеспечивает еще устойчивость факела, а угол 135° - наиболее длинный путь, когда ао параметрам дутья необходим длинный факел горения топлива. За пределами этих углов факел становит ся неустойчивым и тфижимается к поверхнос ти фурмы. Изобретение основано на разделении потока вводимого топлива на отдельные струи с учетом угла распределения каждого факела и сужения ядра высоких скоростей гарантирующих равномерность распределения топлива по всему сечению фурмь. без образования ло кальных зон нанболее высоких температур и обеспечивающих хорошее перемешивание дополнительного топлива с горячим дутьем и практически полное сгорание его в фурменном очаге горе1шя. На фиг. 1 схематично изображена воздуш ная фурма с распределительной камерой в виде сферического наконечника, общий вид; на фиг. 2 и 3 - распределятедакая камера с тошшвовыводными каналами различного сечения, продольные оси которых расположены в одной плоскости с продольной осью наконечника (вариант). Устройство состоит из полого водоохлаждаемого конического корпуса 1, фланца 2 на торцовой части, пропущенной через фланец и водоохлаждаемую полость корпуса фурмы тоштвоподводящей -рубки 3, заканчивающейся распределительной камерой 4, жестко присоединенной к трубкб на резьбе или посредством сварки. При этом полость расположения продольных осей всех тошшвовыводных каналов и продольной оси наконечника ориентирована к направлению потока, горного дутья под углом 90°. Распределительная камера представляет собой сферический наконечник, в котором выполнены пять каналов различного сечения: один центральный канал диаметром 12 мм, два симметричных канала каждый диаметром 10 мм, два симметричных канала диаметром 9 мм и два симметричных канала диаметром 6 мм. Углы между продольными осями соседних каналов составляют 17-25°,.а угзл между продольными осями крайних каналов диаметром 6 мм - около 130°. Суммарная площадь поперечного сечения всех каналов составляет при11шзительно 0,58 площади поперечного сечения топливоподводящей трубки, а отношение плошада поперечно- , го сечетш большого канала к площади поперечного сечения меньшего канала равно 4. Устрдаство работает следующим образом. Во внутреннее пространство KOfSiyca 1 фурмы подается горячее дутье, дсяюлнительное тошпшо (например, природный газ) поД давле1{ием вводят через топливоподводящую трубку 3, пропущенную через фланец 2 и водоохлаждаемую полость корпуса 1 фурмы. Через каналы в наконечнике топливо поступает во внутреннее пространство фурмы, образуя веерообразный факел, состоящий из отдельных струек, и равномерно распределяясь в ее поперечном сечении. Воздушное (горячее) дуг-ье, движущееся с большой скоростью (порядка 150/250 м/с), пронизывает факел, дополнительно раз&1вая его на мельчайшие струйки и хорошо перемешиваясь с топливом, обеспечивает условия для его полного сгорания. Формула изобретения 1. Воздушная фурма доменной печи, содержащая водоохлаждаемый полый корпус, фланец на торцовой части корпуса, топливоподводящую трубку, пропущенную через водоохлаждаемую полость, и распределительную камеру в виде -наконечника на топливоподводящей трубке, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода кокса путем улучшения перемешивания дополгштельного топлива с горячим дутьем и повышения полноты его сгорания распределительная камера выполнена с перфорацией типа каналов