Погружная горелка Советский патент 1982 года по МПК C21C5/48 

(54) ПОГРУЖНАЯ ГОРЕЛКА

1

Изобретение относится к металлургии, в частности к фурмам для получения стали, и может быть использовано при корректировке свойств неметаллических расплавов, например доменных шлаков.

Известна погружная горелка, в которой сопла расположены несколькими ярусами. Такое расположение сопел сопровождается наклоном их книзу под различными углами, что необходимо для более полной проработки прилегающего к горелке объема расплава. Горелка указанной конструкции предназначена главным образом для обработки расплавов в емкостях конической или цилиндрической формы типа ковшей и шлаковых чаш (1.

Недостатком этой головки является то, что она не обеспечивает проработку расплава в емкостях, например, прямоугольной формы.

Наиболее близким к предлагаемому является погружная горелка для нагрева расплава, содержащая концентрично расположенные трубы, образующие тракты подачи топливоокислительной смеси, подвода и отвода охлаждающей воды, и головку с расположенными в два яруса соплами.

Такая горелка обеспечивает перемешивание расплава сгорающей смесью газообразного топлива с кислородом и продуктами горения 2.

Недостатком известной горелки является то, что при работе она создает потоки расплава, направленные в сторону стенок емкости, удерживающей расплав. Это неизбежно должно вызвать разрушение футеровки.

Целью изобретения является интенсификация процессов теплообмена и устранение

10 разрушения футеровки.

.Поставленная цель достигается тем, что в погружной горелке для нагрева расплавов, включающей концентрична расположенные трубы, образующие тракты подачи топливоокислительной смеси подвода и отвода

15 охлаждающей воды, и головку, с расположенными в два яруса соплами, согласно изобретению, сопла верхнего яруса наклонены к оси горелки под углом 89,9-75°, сопла нижнего яруса - под углом 90,1 - 130°, при

20 этом сопла верхнего и нижнего яруса, расположенные в одной вертикальной плоскости, попарно параллельны и направлены в противоположные стороны, а расстояние между осями сопел составляет их диаметров.

Такое расположение сопел приводит к тому, что во время работы горелки подиимающаяся кверху в расплаве газовая струя из нижних сопел увлекает за собой- расплав. На поверхности или в приповерхностных слоях этот восходящий поток расплава подхватывается потоком, формируемым истекающей из сопел верхнего яруса струей, и отбрасывается. В результате того, что струи нижнего яруса «позади себя создают некоторое разрежение, верхний поток по мере затухания поворачивает книзу в этом направлении.

На фиг. 1 схематично представлена головка горелки, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Горелка содержит концентрически расположенные трубы 1 и 2 для подвода и отвода охлаждающей воды и трубу 3 для подвода топливнокислородной смеси. Труба 3 может состоять из двух концентрических труб с целью раздельной подачи топлива и окислителя с последующим их смешением в сопле или перед соплом. Нижнее сопло 4 горелки расположено в нижней части головки, и имеет угол наклона к оси горелки 90,1- 130°. Верхнее сопло 5 расположено на расстоянии 10-50 диаметров сопла выше нижнего и наклонено под углом 89,9-75° к оси горелки. Сопла верхнего и нижнего ярусов расположены в щахматном порядке, причем каждому соплу верхнего яруса соответствует сопло нижнего яруса, размещенное в одной с ним вертикальной плоскости, а угол между осями в каждой паре равеи 180°.

Количество плоскостей, в которых расположены оси сопел, должно быть не менее одной и не более трех, так как угол между этими плоскостями не может быть меньще 60°. Диаметры сопел верхнего и нижнего яруса равны, а расстояние между осями сопел -равняется 10-50 диаметров сопла (d).

Указанные величины углов и расстояний определены путем гидравлического моделирования. При этом критерием оптимальности указанных параметров служило количество циркулирующей жидкости, мощность циркуляции и длина циркуляционной зоны. Моделирование проводили в водяной ванне длиной 1000 и глубиной 500 мм при продувке ее сжатым воздухом через сопло d 5 мм и погружении сопел верхнего яруса иа глубину 2d. Результаты моделирования сведены в табл. 1-3. При этом Длину зоны циркуляции характеризовали величиной расстояния L между стенками модельного сосуда, расположенными напротив сопла верхнего и нижнего ярусов. Горелка при продувке располагалась посередине модели, поэтому при длине зоны циркуляции более 0,5 L струя ударялась в стенку, что означало непригодность данного режима к использованию, так как должно приводит к разрущению стенки. Мощность циркуляции определялась долей воды, вовлеченной в движение струей.

Для сравнения проведено моделирование известной горелки. Однако данные моделирования известной горелки в таблицы не внесены, так как оказалось, что в этом случае при любых параметрах горелки длина циркуляционной зоны превыщала 0,5 L, т. е. струя взаимодействовала со стенкой сосуда, а количество вовлеченной в циркуляцию жидкости не превыщало 20%, т. е. было значительно ниже, чем в предлагаемо конструкции.

В табл. 1 представлена зависимость мощности и величины зоны циркуляции от угла наклона сопла верхнего яруса (расстояние между ярусами равно lOd, наклон сопла нижнего яруса 20°)

В табл. 2 представлена зависимость мощности и длины зоны циркуляции от угла наклона сопла нижнего яруса (расстояние между ярусами равно 20d, наклон сопла верхнего яруса 10°).

В табл. 3 представлена зависимость мощности и длины зоны циркуляции от расстояния между соплами верхнего и нижнего яруса (угол наклона сопел верхнего и нижнего яруса соответственно равен 10° и 20°).

Из данных табл. 1 видно, что увеличение угла наклона сопел верхнего яруса свыще 15° вызывает резкое снижение мощности перемещйвания ванны; Кроме того, струя достигает стенки, что связано с нарушением взаимодействия верхней и нижней струй. Аналогичный результат наблюдается и в том случае, когда нижнее сопло наклонено под углом более 40° (табл. 2). Взаимодействие струй нарушается также и при приближении сопел друг к другу на расстояние мег нее lOd и удалении их более 50d (табл. 3). В этом случае наблюдается взаимодействие струй со стенкой сосуда и снижение мощности циркуляции жидкости.

Для проработки всего объема расплава сопла горелки должны располагаться в двухтрех вертикальных плокостях. Причем угол между отмеченными плоскостями составляет не менее 60°, так как в противном случае снижаетс я мощность циркуляции расплава изза взаимодействия струй соседних сопел верхнего или нижнего ярусов.

Горелка работает следующим образом:

Перед погружением в расплав подают охлаждающую воду, горючий газ и кислород (воздух). После загорания факела горелку погружают в расплав на глубину, соответствующую расстоянию между уровнями сопел верхнего и нижнего ярусов.

Экономический эффект от использования предлагаемой погружной горелки составит не менее 2 руб/т доменного шлака. Угол наклона соплаМощность циркуляции верхнего яруса, град О .32 536 1038 1532 2028 .«.....|РЯВ.Р..В. Угол наклона соплаМощность циркуля нижнего яруса,град О33 1035 2038 30 37 40. 34 5029 Расстояние между Мощность циркуляци соплами 531 . 1037 25, 39 4038 5036 5532

Таблица 1 лина зоны иркуляции 0,5 0,4 0,4 0,5 0,5 - « «лица 2 Длина зоны циркуляции 0,55 0,44 0,4 0,42 0,45 0,5 блица 3 Длина зоны циркуляции 0,5 0,44 0,4 0,42 0,48 0,5