Способ отопления подовой печи

,П АТЕНТ ргииышов, Г;В.ГорИ,С.Билыкнат "ЗапорожСССР975.СССР988,ПОДОВОЙ ПЕИсполь стности леплавил ия: спас лива и о ливо под те то ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕ ОМСТВО СССР(71) Институт черной металл(54 СПОСОБ ОТОПЛЕНИЯЧИ зовэние: в черной металлургии, в способах отопления подовых ьных печей. Сущность изобреоб включает верхнюю подачу кислителя, в процесс которого ают центральной струей, а окисИзобретение относится к черной металгии, в частности к способам отопления овых сталеплавильных печей. Известны способы отопления подовых ей с верхней г одачей топлива и окислия, причем топливо подается центральной уей, а окислитель ярусами струй, распоенных по окружности, окантовывающей нтральное сопло.Недостатками известных способов отоения подовых сталеплавильных печей явтся низкая эффективность использовая тепла горения и дожигания газов и достаточная экологичность процессаНаиболее близким техническим решеем к заявляемому по технической сущно 2литель - ярусами струй, располагаемых по окружности, окантовывающей центральное .сопло. Топливо подают центральной струей с углом раскрытия 16 - 26, а окислитель направляют расходящимися от центра череду-.ющимися струями под углами 14 - 16 и 30 - 45 всоотношении расходов, равном 0,5-2, Срез сводовой горелки располагают над ванной на высоте 5 - 15 минимальных диаметров топливной струи. Окислитель могут подавать дополнительными струями.Оси дополнительных струй направлены с чередованием под углами 40 - 50 и 60-75 соответственно к оси центральной струи топлива, Соотношение расходов окислителя в ярусах струй поддерживают в пределах 0,1-10. Соотношение окислитель; топливо в периоды завалки, прогрева шихты и нагрева ванны поддерживают в пределах 1 - 1,5, э в период продувки ванны кислородом в пре- С делах - 2-10,.2 э.п.ф-лы, 2 ил. сти и получаемому результату является известный способ отопления подовых печей с верхней йодачей топлива и"окислителя, в процессе которого топливо подают центральной струей, а окислитель- ярусами струй, расположенных по окружности, окантовывающей центральное сопла, с направлением параллельно топливной струе. Частично смешение компонентов происходит в форкамере с углом раскрытия 30-60". Соотношение окислитель-гаэ в форкамере поддерживают в пределах 1,6-1,8. Воздух, необходимый для полного горения топлива, подают вдоль наружной поверхности устройства.К недостаткам известного способа относятся низкая эффективность использованияростью(угол раскрытия струй примерно 26 О) . и тепла горения и дожигания газов, недостаточная экологичность процесса. Это обьясняется следующим, Подача топливацентральной струей, а окислителя ярусамиструй, располэгаемых по окружности, окантовывэющей центральное сопло с параллельным направлением топливной струе,при наличии форкамеры, обуславливает интенсивное перемешивание компонентов)результатом чего является узконаправленность факела, пониженная светймосТьоитеплопередача, а также повышенный шумпри работе.Целью изобретения является повышение эффективности использования тепла горения и дожигания газов и экологичностипроцессов.Поставленная цель достигается тем, чтотопливо подают через сводовую горелкуцентральной струей с углом раскрытия 16- 2026, а окислитель подают. ярусом струй,расположенных по окружности вокруг центральной струи, с чередующимися угламиподачи к оси центральной струи топлива1416 О и 30 - 45 соответственно, причем соотношение расхода окислителя в чередующихся струях составляет 0,5 - 2.0. при этомсрез сводовой струи горелки в период прогрева располагают на высоте. 5 - 15 минимальных диаметров топливной струи от 30поверхности загруженной шихты; окислитель дополнительно подают струями, расположенными вокруг первого яруса, причемструи дополнительного яруса направлены с чередованием под углами к оси центральной струи топлива 40 - 50 и 60 - 75соответственно, а соотношение расходовокислителя в ярусах струй поддерживают впределах 0,1 - 10; соотношение окислитель-топливо в периоды зэвэлки, прогрева 40шихты и нагрева ванны поддерживают впределах 1 - 1,5, а в период продувки ванныкислородом 2-10,На фиг.1 представлен схематично видспереди на истекающие и взаимодействующие струи топлива 1 и окислителя 2,3, йодаваемого ярусами струй соответственно подуглами 14 - 16 О и 30 - 45 О, а также струи до-,полнительного окислителя 4,5, подаваемогосоответственно под углами 60-75 и 40-50. 50При этом рассмотрен вариант смешейия,топлива и окислителей с подачей их на высоте 500 мм от ванны с восемью чередующимися струями окислителя первого яруса и восемью чередующимися струями дополни тельного окислителя; на фиг.2 - степень зажатия топлива в четырех струях окислителя первого яруса 2 (угол 14-16"), истекающих из сопл,как и топливо, сдокритической скои участке пологих углов окислителя первогояруса (углы 30 - 45 О) во вторичном горении ирастягивании факела. Струи дополнительного окислителя 4,5 или еще растягиваютфакел, или участвуют в дожигэнии окиси углерода над ванной, пятна контакта этихструй с ванной значительно растянуты сбольшим охватом поверхности.Такое соотношение струй благоприятносказывается на формировании факела горения; его яркостных и аэродинамических характеристиках, а также на условиях,влияющих на спокойный ход горения безшумового эффекта.При критических скоростях истечения внерэсчетном режиме угол раскрытия струиувеличивается до 30 и степень зажатия газового потока увеличивается, несколькоухудшаются условия для его самокарбюрации, но горение устойчивое, без шума,При низком расположении горелки надванной (300 - 500 мм) истекающие из сопл .струи кэк топлива, так и окислителя ударяются о поверхность, деформируются, отражаясь и растекаясь по ней. Это приводит кдополнительному смешению компонентов игорению в контакте с обогреваемой поверхностью,Сущность изобретения заключается вследующем,Топливо (газ) подается через центральное сопло с углом раскрытия струи 16 - 26(скорость истечения газа на срезе сопла100-300 м/с) на высоте 5-15 диаметров сопла(практически примощности горелки 12 -18 млн ккалУч, это составляет 300 - 1000 мм),а окислитель (кислород) подают расходящимися от центра чередующимися ярусамиструи по углами 14-16 и 30-45 О, Этим самым создаются условия струям окислителякрутых углов (14 - 16 ) мягко зажать топливов окислительной среде. частично перемещаться с топливом и при "недожоге" реформировать его, а затем струи окислителя,подаваемые под углами 30-45", разбавленные окружающей средой. подхватывают реформированный газ в потоке илиотраженный от поверхности, дожигают егов струях и направляют на поверхность шихты или ванны.Соотношение окислитель-газ на срезесопл поддерживают в пределах 1,0-1,5, асоотношение расходов окислителя междукрутыми и пологими углами поддерживаютв пределах 0.5-2. При этом для низкого положения горелки в работе (300-600 мм) - длянагрева ванны в период доводки применяют соотношение окислитель-газ равным 1.5,а соотношение расходов окислителя крутыхпологих углов равным 0,5-1, Для высокого2 ольше чениям/с), усилиации, одно- ухудаться л рас 55 положения горелки (700 в 10 мм) - нагревшихты в период прогрева, применяют соот ношение окислитель-гаэ равным 1, а соотнОшение расходов окислителя крутых и пологих углов равным 1-2.При подаче дополнительного окислител 4 с чередованием струй под углами 40-50 и 0-75 О в соотношении 0,1-10, можно прои водить управление положением факела н д ванной или шихтой. Так, при расположении горелки от ванны на высоте 500 мм максимальный диаметр зоны воздействия ф кела от струй первого яруса (углы 14-45) с ставит 1000 мм. При включении в работу с руй дополнительного окислителя (углы 4 -75") диаметр эоны воздействия факела р сширяется до 4000 мм. Это удобно для р сширения зоны воздействия факела на н грев шихты в периодах завалки и прогрев шихты, атакже дожигания окиси углерода кислородом над площадью продувки внны. Соотношение окислитель;газ в периодах нагрева шихты или ванны устан вливают 1,0 - 1,5, а периодах продувки и ддерживают в пределах 2-10 и этим обеси чивается избыток окислителя для дожиган я окиси углерода над ванной,Истечение топлива (газа) с углом раск ытия струи 16 обеспечивается при скорости100 м/с. Для условий хорошего реформирования газа и получения в связи с этим высоких радиацйонных его характеристик такие скорости и даже более низкие (т,е. с меньшим углсм раскрытия) весьма желательны. Однако конструкция горелки, ед размеры в этом случае значительно увеличиваются, Последнее ведет к большим и терям тепла с водой охлаждения горелк иувеличивается вероятность зарастания т пливного сопла даже при принимаемых мрах защиты-(подача небольших количеств топлива, воздуха и инертных газов). П и угле раскрытия газовой струи 26 скор сть истечения ее близка к критической ( 00 м/с). В этом случае газовая струя хор шо перемешивается с окислителем, газ ху е реформируется, что снижает радиацио ные характеристики факела и теплоперед чу от факела к ванне. Угол раскрытйя газовой струи б 2 нежелателен, т.к. скорости исте и иближаются к критическим ( 350 и ремешивание газас окислителем вается как эа счет усиления турбулиз та и за счет большего проникновения го газа в другой, реформирование газа ш ется и горение начинает сопровожд ш мом и тем больше, чем больше уго к ытия топливной струи. 5 10 5 20 5 30 35 40 Подача части окислителя первого ярусаструями под углом 14 способствует мягкому, ограниченному смещению газа с окислителем и его хорошему реформированию,Однако при соотношении подачи окислителя по трактам, равном 2, при этом углевстречи и критической скорости истеченияв нерасчетном режиме появляется нежелательный шумовой эффект и некотороеухудшение реформирования газа. При подаче окислителя под углом 16 этих недостатков не проявляется, однако при низкихсоотношениях подачи, равных 0,5,наблюдается некоторое ухудшение реформированиягаза.Подача части окислителя первого ярусаструями под углом меньше 14 способствуетбольшему зажатию топливного йотока, усилению перемешивания, Что приводит к снижению реформирования газа и появлениюшумового эффекта.Подача окислителя с углом больше 16растягивает зону горения до "проскока"топлива к .поверхности, снижается светимость факела и большее развитие получаетпроцесс горения в отраженном потоке,Подача части окислителя первого ярусаструями под углом 30 способствует формированию компактного плотного факела с малоразвитой площадью охвата поверхности.Подача окислителя под углом 45 расширяетвоэможности факела по охвату обогреваемой поверхности до 300 Д, но появляетсяпятнистость охвата,Подача части окислителя первого ярусаструями под углом меньше 30 делает факелеще более компактным и плотным, а зонувоздействия меньшей. Значительное уменьшение угла наклона может отрицательно "сказываться уже на реформированием газаи радиационных его характеристиках. Подача окислителя под углом больше 45 ещерастягивает зону воздействия факела, нонекоторая часть площади оказывается вненепосредственного влияния факела из-зазначительного развития "пятнистости",Подача окислителя первого яруса в соотношении расходов между крутыми и пологими углами, равном 0,5, способствуетполучению мягкой, малореформированной, растянутой сердцевины со сниженными радиационными характеристиками иболее жесткого окантовывающего потока.Рационально такое сочетание преимущественно для низкого расположения горелки над ванной с дожиганием отраженногои растекающего газовото потока. При соотношении, равном 2, получается жесткаясердцевина с недостаточной светимостью и мягкими краями. Надо полагать, что оптотрывать факел от поверхности. Это же характерно и для процесса дожигания окисиуглерода,Соотношение расходов окислителя пер 15 вого и дополнительного ярусов в процессеработы поддерживается в пределах 0,110.Соотношение, равное 0,1 применяется прииспользовании горелки для дожигания окиси углерода над продуваемой ванной, когда20 есть необходимость струи окислителя подать на большую поверхность, а газовое сопло защищено специальным отдувом. Вэтом случае 1 часть окислителя подается попервому ярусу для организации защиты со 25 пла от забиваемости и частично дожиганияокиси углерода в этом районе. Соотношение,1равное 10,применяется при использованиигорелки для нагрева жидкой ванны при низком и среднем расположении горелки и30 шихты при среднем и высоком расположении горелки. В этом варианте работы 10частей окислителя поступает по первомуярусу и 1 часть по дополнительному, который служит в основном фактором защиты35 сопел от забиваемости брызгами шлака иметалла, идущих как от горелки, так и про 40 45 50 мал ьное соотношение находится в диапазоне 1-1,3.Подача окислителя первого яруса в соотношении расходов между крутыми и пологими углами больше 2 обеспечивает поступление окислителя на реформирование в большем количестве, чем необходимо для реформирования. Поэтому излишнее его количество идет на горение. не обеспечивая нужного реформирования, снижаются радиационные характеристики факела, зона охвата нагреваемой поверхности и в сумме теплопередача, Подача окислителя в соотношении меньше 0,5 еще снижает часть окислителя, идущего на реформирование газа,и тем самым ухудшает его радиационные характеристики и теплопередачу, несмотря на повышение интенсивности влиянйя пологих углов на зону охвата.Расположение горелкй на высоте 5 минимальных диаметров топливной струи (300-400 мм) целесообразно при мягком газовом потоке. Применимо для нагрева расплавленной ванны или при организации дожигания окиси углерода над продуваемой кислородом ванной, Расположение горелки на выСоте меньше 5 диаметров сужает зону охвата поверхности факелом, интенсивно развиваются отраженные потоки, а в жидкие периоды брызгообразование и эффект продувки. Расположение горелки на высоте 15 минимальных диаметров топливной струи (900 - 1000 мм) целесообразно при жестком факеле, рассчитанном на получение большой площади воздействия факела (периоды завалки и прогрева), Расположение горелки на высоте больше 15 диаметров отдаляет факел от поверхности, увеличивает потери тепла на обогрев рабочего пространства, уменьшается конвективная составляющая в теплопередаче, хотя увеличивается приход тепла от повышения эоны охвата.Подача дополнительного окислителя чередующимися струями с углами наклона 40 - 50 и 60 - 75 целесообразна в случаях необходимос, и организации обогрева больших площадей ванны при среднем и низком расположении горелки (5-8 диаметров), а также для органиэации подачи окислителя по большей поверхности с целью дожигания над ней выделяющейся окиси углерода.Причем чередование струй в этом случае, в основном, необходимо для учета профиля ванны. По ширине направляют струи под 5 углом 40-50, а по длине 60-75, Нижние пределы (40 и 60 применяют при высоком расположении горелки в работе (800- 1000 мм), а верхние (50 О и 75 ) для низкого (300 - 500 мм),Подача дополнительного окислителя повышает эффективность использования тепла и дожигание газов. Подача окислителя с углом наклона струй меньше 40 снижает зону действия факела и окислителя и эффективность теплопередачи. Подача окислителя с углом наклона струй больше 75 приводит к тому, что часть окислителя, истекающего с критической скоростью, начинает отрываться от ванны и тем самым дувочных фурм.Соотношение меньше 0,1,может привести к запечатыванию шлаком и металлом сопел первого яруса. Соотношение больше 10 может привести к запечатыванию сопел дополнительного яруса. Рабочий практический диапазон действия соотношений в завалку-прогрев - 10, нагрев металла в доводку 7 - 10, при дожигании окиси углерода с подачей небольшого количества топлива( 400 м /ч на отдув) - 0.3-0,7. Соотношение окислитель-топливо в периодах завалки и прогрева поддерживают в пределах 1 в вариантах среднего и высокого расположения горелки (700-1000 мм),так как количество кислорода привнесенного струями в этом варианте, высокое и горение газа полное, При низком расположении горелки (300-500 мм) и большей частью.при использовании ее для нагрева металла в доводку количество кислорода, привносимого струями из-за их малого развития и низкой концентрации кислорода в1792432 10 э А то чу ы в период в рабочее Ом /ч газа мальном хо ку на 15-8 ты и добавз(500 м /ч)вного 1. В шихты по 9 окр жающей среде уменьшается и соотноше 1 ие устанавливают равным 1,5.В период продувки ванны кислородом соо ношение окислитель-топливо принимают авным 2 в вариантах продувки на низко углероде (0,5% и ниже), когда в ос овном идет нагрев металла не от дожиган я окиси углерода, а от горения топлива, Со тношение,равное 10,принимают в варин ах дожигания окиси углерода при проу ке ванны кислородом с высокого угл рода (0,6% и выше), когда нагрев ванны ос ществляется в основном зэ счет дожигани окиси углерода, а топливо подается то ько для защиты сопла от забивания бр згами шлака и металла.Соотношение окислитель-топливо в зава ку и прогрев меньше 1 приведет к недожо у топлива и потере теплопоглощения, а бо ьше 1,5 к перерасходу окислителя; в пери д продувки ванны кислородом отношени меньше 2 не обеспечивает горения и до игания - снижение теплопоглощения, бо ьше 10 к нерациональному расходуокисли еля. 1 Примеры конкретного выполнения.Предлагаемый способ отопления подов х печей может осуществляться как самост ятельно, так и в сочетании с другими из естными.Плавку вели в мартеновской печи комбината "Запорожсталь" садкой 250 т с применением действующего торцевого от пления, Горелка была установлена в центр главного свода печи, как дополнительно средство для форсирования тепловой рэ оты печи; путем нагрева шихты в период пр грева, нагрева ванны в плавление - за счет дожигания окиси углерода, и расплавленной ванны в период доводки. Тепловая мо ность горелки 16 млн, ккэл/ч; диаметр га ового сопла 60 мм; расход газа 1500- 20 0 м /ч с углом раскрытия струи 16-26, ок слитель основного тракта с расходом до 3000 м /ч подавали по 8 соплам диаметро 15 мм с чередованием углов 14 - 16 и 30-45 О; окислитель дополнительного тракта также подавали по 8 соплам диаметром 15 мм с чередованием углов 40 - 50 и 60- 75, пропускная способность тракта до 25 Ом /ч,р После загрузки метэллошихтпр гревэ присаживэли горелку пр странство и подавали по 100 и ислорода, Убедившись в нор де горения присаживали горел диаметров (1000 - 700 мм) от ших ляли по инструкции остальной га и кислород до соотношения, ра процессе прогрева и осаждения 5 10 15 20 25 30 35 40 ложение горелки над шихтой корректировали. Применение дополнительного отопления обеспечивает на 50 - 100 С выше нагрев металлошихты, а это позволяет уменьшить расход чугуна на 10 - 12 кг/т или сократить длительность периода прогрева на 30 - 50%, а значит, и длительность плавки на 5 - 8;4, при этом сократились удельные расходы топлива на 5 - 7 кг/т и 1 - 2 м /тз кислорода.При использовании способа для дожигания окиси углерода над продуваемой ванной (расход кислорода на продувку 2500 м /ч) горелку присаживали в рабочее пространство, подавали небольшое количество газа (до 500 м/ч) и кислород основной и дополнительный по 500 м/ч. Затем горелку присаживали на высоту 5 - 7 диаметров газового сопла 300 - 500 мм) от ванны и по дополнительному ярусу сопел подавали остальной кислород до соотношения 0,33 15,м /ч), соотношение окислитель; топливо поддерживали равным 4, За время операции дожигания (0,5-1 час) или поднималась температура металла на 50 - 90 С или процесс велся при сокращенном расходеплива. Экономия в пересчете на расход гуна составляла 10 - 15 кг/т или топлива 5 - 7 кг/т при увеличении расхода кислородана 4 - бм /т.зПри использовании способа для нагрева металла в период доводки горелка присаживалась в рабочее пространство, подавали газ и кислород по первому ярусу сопел по 1000 м /ч. Затем она присаживалась на ванной на высоте 5-7 диаметров (300-500 мм), подавался остальной гаэ (500 м /ч и кислород по первому ярусу - 1000 м /ч и дополнительному. ярусу 250 м /ч, поддерживая соотношение кислород: газ 1,5. Скорость нагрева металла в зависимости от состояния печи, составляет 1,5 - 2,5 С/мин, Экономия топлива и кислорода составила в среднем 5 - 7 О от удельных расходов по печи.Предлагаемый способ отопления может быть реализован на любой подовой стале-. плавильной печи, потребляющей природный газ и кислород.Применение предложенного способа отопления в подовых печах по сравнению с известными способами позволяет повысить эффективность использования тепла горения и дожигания газов и экологичность процесса, что проявляется в применении способа для нагрева шихты в периоде ее прогрева (возможно применение и в завалку), что позволяет вести процесс на сокращение длительности периода и плавки в целом, обеспечивая повышение проиэводительности агрегата, или на дополнительныйввод тепла в шихту с высоким КПД и сокращение потребления на процесс энергоресурсов (чугуна, топлива); в примененииспособа для дожигания окиси углерода над 5: продуваемой ванной; что позволяет ввестив ванну большее количество тепла за счетповышения КИТ дожигания окиси углеродаи тем самым сократить длительность периода и затраты энергоресурсов чугун, топливо); в применении способа для нагреваметалла в доводку, что позволяет сократитьдлительность периода и затраты энергоресурсов чугун, топливо, кислород); в повышении стойкости агрегата в связи с меньшей 15интенсификацией его работы; в повышенииэкологичности процесса, т.к, обеспечивается низкий уровень шума и снижение интен.сивности образования бурого дыма вплавление; в высоком зкономическом эффекте,Формула изобретения1. Способ отопления подовой печи,вкл.очающий подачу топлива и окислителячерез сводовую и торцовые горелки в периоды эавалки лома, прогрева шихты и нагрева ванны, продувку ванны кислородом, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности использовании теплагорения и экологичности процесса, через 30 сводовую горелку топливо подают центральной струей с углом раскрытия 16-26 О, а окислитель подают ярусом струй, расположенных по окружности вокруг центральной струи, с чередующимися углами подачи к оси центральной струи топлива 14 - 16 и 30 о45 соответственно, причем соотношение расхода окислителя в чередующихся струях составляет 0,5-2,0, при этом срез сводовой горелки в период прогрева располагают на высоте 5-15 минимальных диаметров топливной струи от поверхности загруженной шихты,2, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности дожигания окиси углерода, окислитель дополнительно подают струями, расположенными вокруг первого яруса, причем струи дополнительного яруса направлены с чередованием под углами к оси центральной струи топлива 40-50 л 60-75 соответственно, а соотношение расходов окислителя в ярусах струй поддерживают в пределах 0,1- 10.3. Способ по пп,1 и 2, отл ича ющ ийс я тем, что соотношение окислитель-топливо в периоды эавалки, прогрева шихты и нагрева ванны поддерживают в пределах 1-1,5, а в период продувки ванны кислородом - 2 - 10.1792432 Составитель В. БарановТехред М.Моргентал Коррект етраш аказ 170 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Гагарина, 1 О изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро