Воздушная фурма доменной печи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 С 21 В 7/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ У У СВИДЕТЕЛ ТОР комбит черЙ но полыи ой метароизвод я подач у доме абженную выстуурмы сменяемы Известны вввод природнопомощи патрубдоохлаждаемуюустройств являсгорания приротребуемой дляводства органивых струй с пот ся повышедного газа с О с = (0,006 - 0,02) 1 ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 290045, кл. С 21 В 7/16, 1971.(54) ВОЗДУШНАЯ ФУРМА ДОМЕННЧИ(57) Сущность изобретения: в воздфурме доменной печи, содержащей Изобретение относится к че лургии, в частности к доменномуству, и может быть использованоприродного газа в фурменную 3ной печи. оздушные фурмы, в которых го газа осуществляется при ков, пропущенных через вополость. Недостатком этих ется низкая эффективность дного газа из-зэ отсутствия условий доменного произзации взаимодействия газо- оком дутья. Наиболее близкой по текнической сущности является фурма для псдачи воздуха и природного газа в доменную печь, содержащая полый водоохлаждаемый корпус и расположенную в верхней его части трубку для ввода газа в воздушный поток, проходящую.Ж 1770366 А 1 водоохлаждаемый корпус с фланцем и расположенными в верхней части внутреннего стакана выступающими в рабочий канал фурмы соплами, сопла выполнены с прямоугольным сечением и отношением сторон, равным 2, меньшая сторона которых ориентирована по оси фурмы, а сумарная площадь их сечения определяется соотношением 1 с =(0,006-0,02)1 ф,м, где 1 ф2 - средняя площадь поперечного сечения фурмы на участке ввода природного газа до среза фурмы, м 2. 3 ил. через полость корпуса и снпающим в рабочий канал ф м наконечником .Недостатком фурмы данной конструкции является низкая термическая стойкость сменного наконечника и отсутствие газодинамического обоснования условий выполнения поставленной задачи,Целью изобретения являетние качества смешения природутьем,Поставленная цель достигается тем, что природный газ подается через выступающие в рабочий канал фурмы соплами. выполненными с прямоугольным сечением и отношением сторон, равным 2, меньшая сторона которых ориентирована по оси фурмы, а суммарная площадь их сечения определена соотношениемгде 1 ф - средняя площадь поперечного сечения фурмы на участке от ввода природного2газа до среза фурмы, м,Эффективность использования природного газа в доменной плавке во многом зависит от развития и перемешивания струй газав поперечном потоке дутья во внутренней полости фурмы,Развитие струй газа в поперечном потоке и протекающие в них процессы перемешивания зависят от формы струй в устье (круглое, прямоугольное, плоское) и критерия Эйлера. Первый параметр относится к определяющим конструктивным, второй - определяющим режимным параметрам,Влияние формы струи в устье проявляется через величину миделевого сечения, т,е. площади сечения струи реагента в плоскости, перпендикулярной потоку дутья. Чем она больше, интенсивнее процесс смесеобразования, так как поток дутья действует на большую площадь струи меньшей толщины, Влияние режиного и частично конструктивного параметров на процесс смешения проявляется через коэффициент расхода, величина которого показывает какая часть от общей площади выходного сечения сопла свободна для прохода газа и характеризует качество конструкции сопла и полноту использования давления газа, С ростом коэффициента расхода существенно повышается равномерность профиля скоростей и концентраций струи газа в устье и глубина ее проникновения в поперечный поток дутья, что увеличивает равномерность распределения газа по поперечному сечению внутреннего стакана фурмы и интенсифицирует процесс смесеобразования, При ровном профиле скоростей и концентраций газа в устье будет иметь место примерное равенство соотношения газ - дутье в любой точке миделевого сечения струи, так как и профиль скоростей дутья в полости фурмы за счет конусности последней всегда ровный. Увеличение глубины проникновения облегчает задачу получения необходимого начального распределения струй природного газа по поперечному сечению фурмы и интенсифицирует процесс смешения.Сущность изобретения поясняется чертеком, где на фиг, 1 показан продольный разрез фурмы по образующей подводе природного газа, Воздушная фурма содержит полый воздухоохлакдаемый корпус 1 с фланцем 2 и внутренним стаканом 3. 8 верхней части внутреннего стакана 3 располокены выступающие в рабочий канал фурмы поперечные прямоугольные сопла, организующие направленную рассредоточенную подачу газа в нижнюю половину фурмы, На фиг, 2 показано поперечное сечение воздушной фурмы по месту расположения подводящих природный газ сопел 4 и 5 положение струи газа 5 на отметке проникновения его в поток дутья относительно среза сопла (условно показано окружностями), Природный газ равномерно подается в нижнюю половину 6 рабочего канала фурмы че рез выходную часть 7(фиг,З) прямоугольныхсопел 4, По мере движения в рабочем канале фурмы и далее в фурменной зоне он прогревается, частично горит, частично подвергается пиролизу и под действием 15 подъемных сил поднимается вверх, пересекая поток дутья, чем достигаются оптимальные условия для задействования в организации сжигания газообразного реагента большей части дутья, проходящего че рез фурму, Сопла ввариваются так, что неменее 1/4 их длины находится в водоохлаждаемой полости. Подача природного газа через поперечные прямоугольные сопла с отношением их сторон, равным 2, и суммар ной площадью выходных сечении 1 =(0,006- 0,02) 1 ф, м, обеспечивает, во-первых, оптимальные с точки зрения конструкции соплового ввода геометрические соотношения между площадями сопла на 30 входе и выходе, что приводит к повышениюэксплуатационной стойкости выступающей в рабочий канал части сопла за счет минимизации его размеров; во-вторых, повышенную площадь миделевого сечения 35 газовой струи; в третьих, наиболее полноеиспользование давления природного газа в магистрали и близкие к предельно возможным величинам коэффициенты расхода.Конструктивно наибольшее влияние на ве личину коэффициента расхода оказываетотношение площади выходного сечения сопла к входному.Это отношение равно-0,5сге 1 - площадь выходного сечения сопла.50 м;- площадь входного сечения сопла,2Наибольшая технологичность изготовления и минимизация размеров выступающей в 55 рабочий канал фурмы части сопла достигаются при выполнении последнего в виде цилиндрического насадка. В этом случае при истечении из прямоугольных сопел газовая струя будет иметь максимальное знаг 2 Ю 10 д 29 29 2)1 ф,м чности вы- равнительовых сопел ) и приблиформулам примера и 0 нмз/ч на чение миделевого и поперечного сеченийпри отношении сторон сопла равном 2.Действительно, приняв 1 с = 0,5 Гс, илиНЬ = 0,5 0,785 бо,где бо - диаметр входного сечения сопла, м;Н и Ь - соответственно большая и меньшаястороны сечения сопла, м, получим Н ==0,886 бо, Ь = 0,443 бо или Н/Ь = 2. Аналогичный результат дает и простое геометрическое построение.Экспериментально установлено, что определяющим технологическим параметром,влияющим на величину коэффициента расхода при истечении из канала в сносящийпоток, является критерий Эйлера. вычисленный как отношение избыточного давления в канале к скоростному напору всносящем потоке,ГДРПри -3 влияние сносящего пото 9ка на коэффициент расхода невелико (5, с,159)где Ь Р = (РГаза Рдутья) - избыточное давление природного газа, кгс/м;, У 2ц 1 =-- скоростной напор дутья29в фурме, кгс/мг;рп, Э/ - соответственно плотность искорость дутья в действительных условиях,/ зНа практике избыточное давление реализуется в скоростной напор струи газа дг где рг и В/т - соответственно плотность и скорость природного газа в действительных условиях, кг/м, м/с,Уравнение оптимальных газодинамический условий истечения струи природного газа в поток дутья принимаем в виде Для обоснования выбора методики анализа формулы (1) необходимо установить область движения газообразного реагента при истечении из газового насадка.Практика использования комбинированного дутья показывает. что скорость газа на входе во внутренний стакан фурмы значительно ниже критической (й/р = 396 м/с).Поэтому для анализа формулы (1) можно использовать зависимости, характеризующие параметры истечения газа без учета его сжимаемости и удобные для анализа. Необходимое сечение одиночного сопла или суммарное сечение заданного числа сопел при докритической скорости истечения в среду с давлением дутья (Р) находим 5 из равенства двух выражений для определения скорости природного газа на срезе газового насадка при условии, что статическое давление в струе истекающего газа на срезе сопла равно давлению дутья в форме; 10 ЧгТг273 3600 и 1, Р( ) где уг - удельный вес природного газа приР и Т, кгс/мз;зЧ, - расход природного газа на фурме,20 м /ч. На практике Чт =(0,04 - 0,14)Ч, причемпервые цифры относятся к низкопотенциальному дутью (температура и концентрация кислорода), втораявысокопотен циальному;25 Т, - температура природного газа, 293 К;1 С - площадь газового сопла (сопел), м;г,и - коэффициент расхода, равный 0,8,Подставив (1) и (2) и приравняв (2) и (3)при средних параметрах комбинированного30 д,- температура - 1103 С;- давление - 3,6 х 10 кгс/м;- расход - 11000 нм /ч на фурму, получим, = 0,143(0,04 - 0.14) 1 ф = (0,00 Для подтверждения правомо браннои методики выполним с ный расчет величины сечений газ по точным (с учетом сжимаемости 55 женным (без учета сжимаемости для условий приведенного выше расхода природного газа Чт = 90 фу рму.1770366 2 с/,8 1 Ю 00 2 Ь 10 ф 08 Кь 10 ф 273 10 9 СО 5400 0,8 90 88 (О м мм з Рг= Р 9 +АР. кгС/м Результаты отличаю емлемо для инженер соплом с площадью ассчитанной по запр е влияа каче- дутьем 2 формул овенияья 7, с,Газодинамическое о1 я заявленных парамет метричения, расшениям, е снизить ультатов я глубин тьего вэителей -О/, р, - " К Сг фг Рг1 с 1, И1 19 )и о 3 Г Пдэ 1 158 81 1(из условия. что а в обоих случам, что рг =ргаза на срезе сопР 9), ринятых парамет приним давлени ях равн Длядли где с к еп коз бг =20 мм с/з =15 и имм; О/г = 14 Гуэ,- : 1/ ха, м,/м"; еоретиче расхо 900 295 Ф 2с 275 8600 Сб 331 3,6 ся на 2,1ых расчетаоснованиов сопла нго газа санализапроникнпоток дут тво смешения природно ыполним н 1 основании ля определения глубинь азовой струи в сносящий 11) где Ь - глубина проникновения. Мм,К - коэффициент пропорциональности; 35ог(г/з) дидмегр (эквивалентный диаметр) газового сопла, мм;г/з = - . Г, Р - соответственно пло 41Рщадь и периметр поперечного сечения газо2Вого сопла. мм, мм;О/г, О/9, рг, р 9 - соответственно действительная скорость и плотность газа идутья; м/с, кг/мзи длины смесителя, в котором смесеобразование осушествляется в струе газа, развивающейся в поперечном ограниченном потоке дутья (8, с. 42) а смесителя, мм:ь смешения (О - 1,;5фициент. для одиночной струи а - коэффициент избытка воздуха; 9 - р 1 п 9 О/9 с г/ф - средний диаметр воздушной ФУРмы на участке узел ввода природного газа -срез фурмы, мм,Задаемся следующими средними параметрами комбинированного дутья,- расход - 11000 м /ч на фурму;- температура - 1103 С;- давление - 3,6 х 10 кгс/м;4 2,- расход природного газа - 900 м /ч назфурму; геометрически размерами фурмы;- бф = 175 мм; 1 ф - 0,024 м;и узла ввода природного газа в фурму:- существующей трубкой диаметром 25- цилиндрическимпоперечного сечения, рявляемой формуле;- прямоугольным соплом с геоскими размерами выходного сечесчитанными по заявляемым соотноЧтобы не усложнять расчет и нобьективность полученных резсравним относительные измененипроникновения для первого и трериантов узлов ввода и длин смесдля второго и третьего,Тогда10 770366 т -2о, 1+ щд пи-т тп о О,95 смгде сЬ =33СТц = 5,24;Такимские решен с = (0,006 1 ф, м 71 см4 мм; Оо = 27,95, -ц =054; сбразом заявленя позволяют исп м; тц =05,26.ные техничльзовать да го се- родно 2 4+оС Чо РПсм " в А 9в, Р;" ление природного газа и геометрию газовойструи в устье для повышения качества смешения природного газа с дутьем. 5 Формула изобретения Воздушная фурма доменной печи, содержащая полый водоохлаждаемый корпус с фланцем и расположенными в верхней 10 части внутреннего стакана выступающими врабочий канал соплами для подачи природного газа, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности продувки за счет улучшения смешения природного га за с дутьем, сопла выполнены с прямоугольным сечением и отношением сторон, равным 2, меньшая сторона которых ориентирована по оси фурмы, а суммарная площадь их сечения определена соотношением где 1 ф - средняя площадь поперечения фурмы на участке от ввода иго газа до среза фурмы, м,2Подписноезобретениям и открытиям при ГКНТ ССРаушская наб,. 4/5