Воздушная фурма доменной печи

Соизз СоветсиинСфциапистичвсиинРеспублик Оп ИСАНИЕИ ЗОЗРЕТЕ К ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 1908810(53 ) М. Кл. С 21 В 7/16 ЬвудлратюаЮ каепт СССР ае делан язовретеннй в впрытнй.215 (088.8) Б. И. Ашпин, 3, М. Кудрявцева, Т, И, Кухтин, Ж. Е.,:Слепцов,Н, Е. Дунаев, А, К, Гусаров, Ф. К, Адмакин, А. С. Янковский,".М. Ф. Марьясов, В, Н. СКрябин и А. И. ЛаптевЗападно-Сибирский ордена Ленина металлургический заводим, 50-летня Великого Октября н Центральный нау 4 цСисследоватедьскийинститут черной металлургии нм. И. П. Бардина1 ми(54) ВОЗДУЫНАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИИзобретение относится к металлургии,в частности к производству чугуна в доменных печах.Известна воздушная фурма доменной печи, актоящая из водоохлаждаемого полого конического корпуса, фланца, пропущенной через фланец н водоохлаждаемую полость корпуса топливоподводящей трубки, выходной натрубок которой направлен навстречу горячего, дутья в осевой часш фурмы (1). Недостатками известной фурмы являются возможность смещения факела горения в одну сторону, истечение топлива концентрированным потоком, нестабильное, смешивание топлива горячим дутьем и тяжелые термические условия работы газоподводящего патрубка, приводящие к его разрушениюИзвестна аналогичная воздушная фурма доменной печи, в которой пропущенная через фланец и водоохлаждаемую пщц)сть корпуса тош 1 ивоподводящая трубка заканчивается на. конечником в виде полого цилиндра, в сферическом конце которого имеется щелевое отверстие, причем радиус кривизны сферы от.носится к ширине щели в пределах 5-45 (21.Недостатком этого устройства является ло.калнзация факела горения топлива в сравнительно небольшой зоне по сечению фурмы, приводящая к неполному сгоранию топлива.Наиболее близкой к предлагаемой по тех.нической сущности н достигаемому результа.ту является воздушная фурма доменной печи, состоящая из водоохлаждаемого полого кони. ческого корпуса с фланцем на торцовой час. ти, пропущенной через водоохлвждаемую по. лость гаэоподводящей трубки, и полукольце. вой распределительной перфорированнойкамеры расположенной на поверхности внутреннего усеченного конуса против выходного отверстия гаэоподводящен трубки 13).Недостатками данной фурмы являются неравномерность распределения топлива по сечению внутреннего клапана фурмы, не обеспечивающая полное сгорание дополнительного топ. лнва, сложность изготовления полукольцевой камеры н всего устройства, а также ухудше. ние условий охлаждения воздушной фурми3 908810и снижение ее стойкости из.за односторонне.го по сечению канала фурмы горению дспол.нительного топлива.Цель изобретения - обеспечение интенсив.ного неремешивания дополнительного топливас горячим дутьем, равномерного горения топ.лива в поперечном сечении канала фурмы,высокой полноты его сгорания, предохранениевнутренней поверхности какала фурмы от га.эодинамического удара топливной струи. 19Поставленная цель достигается тем, чтов фурме, содержащей водоохлаждаемый полыйкорпус, фланец на торцовой части корпуса,топливоподводящую,трубку, пропущенную через водоохлаждаемую полость, и распредели. 1тельную камеру в виде наконечника на топ.ливоподводящей трубке, распределительная ка.мера выполнена с перфорацией типа каналовразличного сечения, продольные оси которыхрасположены симметрично в плоскости попе 2речного сечения фурми, причем канал макси.мального сечения расположен на продольнойоси наконечника, а сечения остальных уменьшаются с увеличением угла между их продольной осью и осью наконечника. ИУглы между осями соседних каналов на.ходятся в пределах от 15 до 45, суммарнаяплощадь поперечных сечений всех каналов равна 0,3 - 0,8 площади поперечного сечения тол.ливоподводящей трубки, а отношение площади 9поперечного сечения наибольшего канала кплощади поперечного сечения наименьшего канала находится в пределах 1,08 - 16,Плоскость сечения, в которой расположены продольные оси всех топливовыводных каналов, ориентирована к оси фурмы под угломот 45 до 135.Углы между продольными осями соседнихи крайних каналов определяются главным образом числом каналов, выполненных в распре.делительной камере, Количество каналов враспределительной камере равно 3 - 9, так какбольшее число каналов выполнить в однойплоскости сечения наконечника при неизменномсоотношении площадей каналов технологическизатруднительно,Угол 45 между продольными осями со.седних каналов может быть при трехканаль.ном наконечнике. Угол более 45 нецелесооб.разен, так как нарушается равномерное рас.пределение топлива в поперечном сечении фурмы и снижается степень использования цент.ральной его части.Для наконечника с болыиимчислом каналов (например, 9 каналов) углы междупродольными осями соседних каналов составляют 15 - 20,Минимальный угол между продольнымиосями крайних каналов при трехканальном 4наконечнике составляет 45, как можно заключить из сказанного вьпде, а максимальныйоугол 140 может иметь место при девятика.нальном наконечнике, Увеличение угла более140 нецелесообразно, так как прн этом, даже при самом незначительном сечении толли.вовыводного крайнего канала, струя топлива .будет бить о внутреннюю поверхность фурменного канала, разрушая ее под воздействиемгаэодинамического и теплового перенапряже.ний,Сечение топливоподводящей трубки выбн.рается, исходя иэ размеров водоохлаждаемойполости фурмы н распьлагаемого напора дополнительного топлива, подаваемого в домен.ную печь.Прн подаче природного газа скорости вэтих трубках обычно не превышают 50-80 м/с,Если такие скорости сохранить и при вводегаза в канал фурмы, то получится вялый,легко деформируемый факел, так как скорость подачи горячего дутья в доменную печьсоставляет 150 в 2 м/с. Поэтому минимальная скорость истечения газа определяется изравенства напоров природного газа и горячегодутья а з 1- аз) - дутья =газа гя гд 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 сечеш 1 я топливовыводящей трубки,Максимальная скорость истечения газа определяется, исходя из того, что газодинамический напор топливной струи в 4 раза превышает напор горячего дутья, Это дает скорость истечения гам, равную 231 м/с, т,е. немного больше 0,5 звуковой. При этом 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 фурмыМаксимальный 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, сохра. няется. Поэтому, чтобы. внутренняя поверхность фурми в зоне активного горения фа. кела испытывала одинаковое тепловое напря жение по мере приближения ее к кромке наконечника, факел должен быть укорочен, Это5может быть осуществлено только за сче 1уменьшения поперечного сечения канала, пцскольку скорости газа во всех каналах бунуодинаковыми,Реальным является максимальное расстояние от внутренней поверхности канала фур.мы до кромки канала по оси наконечникапри наклонном его расположении (под угломнапример, 135) 200 мм, а минимальное вэтом случае около 50 мм. Тогда отношениедиаметров максимального и минимальногоканалов будет соответствовать соотношениюэтих расстоянийЮаХ 200 . ,д у.150а отношение площади равно 16.Для трехканального наконечника с угломмежду продольными осями каналов 45 длина центрального факела близка к длине двухсоседних, поэтому отношение площадей сечений этих каналов близко к. 1,0":Угол наклона наконечника к направлениюпотока горячего дутья зависит прежде всегоот параметров дутья, в том числе от степениего обогащения кислородом и температуры(чем выше эти параметры, тем прн прочихравных условиях длина факела должна бытьменьше), С этой точки зрения утол 45 даеткороткий путь топдивовоздушной смеси поканалу фурмы и обеспечивает еще устойчивость факела, а угол 135 - наиболее длиншдй путь, когда по параметрам дутья необходим длинный факел горения топлива,За пределами этих углов факел становится неустойчивым и прижимается к поверхности фурмы.Изобретение основано на разделении нотока вводимого топлива на отдельные струис учетом угла распределения каждого факелаи сужения ядра высоких скоростей гарантирующих равномерность распределения топливапо всему сечению фурмь. без образования ло.кальных зон наиболее высоких температури обеспечивающих хорошее перемешиваниедополнительного топлива с горячим дутьеми практически полное сгорание его в фурменном очаге горения.На фиг. 1 схематично изображена воздушная фурма с распределительной камерой ввиде сферического наконечника, общий вид;на фиг. 2 и 3 - распределительная камерас топливовыводными каналами различного сечения, продольные оси которых расположеныв одной плоскости с продольной осью наконечника (вариант),Устройство состоит из полого водоохлаж.даемого конического корпуса 1, фланца 2на торцовой части, пропущенной через фланец"08810 45 Формула изобретения 1. Воздушная фурма доменной лечи, со.держащая водоохлаждаемый полый корпус, фланец на торцовой части корпуса, топливоподводящую трубку, пропущенную через водоохлаждаемую полость, и распределительную камеру в виде наконежика на топливоподводяшей трубке, о т д и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения расхода кокса путем улучшения перемешивания дололнитель.ного топлива с горячим дутьем и повышения полноты его сгорания; распределительная камера выполнена с перфорацией типа каналов н водоохлаждаемую полость коопуса фурмытовявоподводящей -рубки 3, эаканчивающейт ся распределительной камерой 4, жестко присоединенной к трубке на резьбе или посред.ством сварки. При этом подость расположенияпродольных осей всех топливовыводных ка.падов и продольной оси наконечника ориентирована к направлению потока горячего дутьяпод углом 90,10 Распределительная камера представляет собойсферический наконечник, в котором выполнены пять каналов различного сечения: один центральный канал диаметром 12 мм, два симметрич.ных канала каждый диаметром 10 мм, два симмет.ричных канала диаметром 9 мм и два симмет.ричных канала диаметром 6 мм. Углы междупродольными осями соседних канадов составляют 17 - 25,.а угад между продольными ося., ми крайних каналов диаметром б мм - околоо130 . Суммарная площадь поперечного сечениявсех каналов составляет приблизительно 0,58площади поперечного сечения топливоподводящей трубки, а отношение площади поперечно.го сечения большого канала к площади попе.речного сечения меньшего канала равно 4,Устройство работает следующим образом.Во внутреннее дростран во корпуса 1фурмы подается горячее дутье, дополнительное топливо (например, природный газ) пойЗ 0 давлением вводят через топливоподводящуютрубку 3, пропущенную через фланец 2 и во.доохлаждаемую полость корпуса 1 фурмы,Через каналы в наконечнике топливо посту.пает во внутреннее пространство фурмы, обра.эуя веерообразный факел, состоящий из отдельных струек, и равномерно распределяясьв ее поперечном сечении. Воздушное (горя.чее) дутье, движущееся с большой скоростью(порядка 150/250 м/с), пронизывает факел,дополнительно разбивая его на мельчайшиеструйки и хорошо перемешиваясь с топливом,обеспечивает условия для его полного сгорания.ВНИИПИ Заказ 752/2 Тирюя 581 Подписное Филиал ПППг. Ужгоро Патент Проектн4 7 908810 различного сечения, продольные оси которых расположены симметрично в плоскости поперечного сечения фурмы, причем канал макси. мальиого сечения расположен на продольной оси наконечника, а сечения остальнь 1 х умень. ф вавтся с увеличением угла между их продоль ной осью и осью наконечника,2. Фурма по п. 1, о т л и ч а ю щ а.я с я тем что углы между осями сосед.них каналов составляют 15-45, суммарная площадь поперечных сечений всех каналов 0,3-0,8 площади поперечного сечения топливо. подводящей трубки, а отношение площади поперечного сечения наибольшего канала к площади сечения наименьшего составляет 1,08-16. 83. Фурма по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что плоскость сечения в кб.торой расположены продольные осн каналов,ориентирована к оси фурмы под углом45-135 Источники информации,принятые во внимание прн зксп 1. Авторское свидетелвство СССР Нф 370237,кл. С 21 В 7/16, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР Нф 477194,кл. С 21 В 7/16, 1974, 3. Авторское свидетельство СССР Не 429096,кл. С 21 В 7/16, 1973.