Результат интеллектуальной деятельности: ВОЗДУШНАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к оборудованию доменных и шахтных печей, и предназначено для подачи в рабочее пространство печи дополнительного газообразного топлива совместно с воздушным или обогащенным кислородом дутьем.

Известна дутьевая фурма доменной печи, состоящая из водоохлаждаемого корпуса со стальным фланцем и пропущенной через полость водоохлаждаемого корпуса газоподводящей трубкой, выходной конец которой выведен в рабочий канал фурмы под углом навстречу потоку дутья, причем поперечное сечение выходного канала - сопла выполнено в виде щели (SU 368319, 26.01.1973).

Недостатком этой фурмы является неудовлетворительное перемешивание вдуваемого газообразного топлива с воздушным дутьем из-за низкой кинетической энергии потока этого топлива, что не обеспечивает полного его сжигания кислородом в околофурменном пространстве. Не прореагировавшая с кислородом часть газообразного топлива при контакте с раскаленным до 1500°С коксом распадается на сажу и водород по реакции:

СН4→С+2Н₂-Q

со значительными затратами тепла на пиролиз метана (Q -3340 кДж/м³). Это в конечном итоге приводит к снижению эффективности использования восстановительной и тепловой энергии газообразного топлива.

Процесс смесеобразования в этой конструкции фурмы затруднен тем, что газ выходит из насадки сопла в дутьевой канал воздушной фурмы плотным широким потоком с низкой скоростью истечения. При этом поток дутья прижимает газ к холодной поверхности внутреннего стакана фурмы, что дополнительно сдерживает достижение порога воспламенения.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является известная конструкция воздушной фурмы доменной печи, содержащая полый водоохлаждаемый корпус с фланцем и расположенными в верхней части внутреннего стакана выступающими в рабочий канал соплами для подачи природного газа, причем сопла выполнены прямоугольного сечения и с соотношением сторон 1:2, меньшая сторона которых ориентирована на ось фурмы, а суммарная площадь их сечения определена соотношением:

F_s=(0.06÷0.02)F_f,

где: F_f - средняя площадь поперечного сечения фурмы на участке от ввода природного газа до среза носка фурмы, м²  (SU 1770366, 23.10.1992).

Недостатком вышеуказанной конструкции является недостаточная эффективность перемешивания газообразного топлива и дутьевого потока.

Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение условий смешивания газообразного топлива и воздушного дутья, лучшего протекания реакции горения топлива за счет обеспечения снижения порога активации воспламенения смеси, достижения высокой степени горения смеси в полости дутьевого канала фурмы, что приведет к улучшению степени использования углеводородного топлива и снижению расхода кокса.

Указанный технический результат достигается тем, что воздушная фурма доменной печи включает полый водоохлаждаемый корпус и расположенные в верхней части внутреннего стакана выступающие в рабочий дутьевой канал фурмы сопла различного диаметра для подачи газообразного топлива, при этом сопла выполнены круглого сечения. Сопла установлены под углом 25°-45° к горизонтальной оси воздушной фурмы с возможностью направления (ориентации) оси сопла меньшего диаметра непосредственно на горизонтальную ось воздушной фурмы, а оси сопла большего диаметра - на участок, составляющий (1/2-1/3) длины нижнего вертикального радиуса внутреннего стакана фурмы в месте расположения сопла. При этом отношение площадей сечения сопел меньшего диаметра и большего диаметра для подачи природного газа составляет (0,8-1,2):(1,3-1,7). Сопла для подачи природного газа направлены навстречу дутьевому потоку под углом 115°-135°.

Предложенная конструкция фурмы, геометрические размеры, расположение выходных сопел, ориентация направленности осей сопел для подачи газообразного топлива, соотношение расходов газообразного топлива по соплам установлены и рассчитаны опытным путем на холодной модели и обеспечивают рациональное протекание процессов смесеобразования и горения газа и дутья.

Расположением сопел под углом 25°-45° к горизонтальной оси воздушной фурмы с направлением оси сопла меньшего диаметра непосредственно на горизонтальную ось воздушной фурмы, а оси сопла большего диаметра - на участок, составляющий (1/2-1/3) длины нижнего вертикального радиуса внутреннего стакана фурмы в месте расположения сопла, создаются условия образования тангенциальных сил вращения струй газообразной топливной добавки и обеспечивается наиболее полное ее перемешивание с дутьевым потоком и последующее горение смеси.

Выполнение площадей сечения газоподающих сопел в соотношении (0,8-1,2):(1,3-1,7) обеспечивает подачу газа через них в соотношении (35-45):(55-65) %, что также приводит к лучшему перемешиванию газообразного топлива (природного газа) с воздушным дутьем.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана воздушная фурма с двумя соплами ввода газообразного топлива, вид со стороны фланца, на фиг.2 - продольный разрез по А-А на фиг.1.

Воздушная фурма доменной печи содержит водоохлаждаемый корпус 1, внутренний медный или стальной стакан 2, стальной фланец 3, образующие дутьевой канал фурмы. Через полость водоохлаждаемого корпуса 1 пропущены трубы подачи и отвода воды 4 и трубы подвода газообразного топлива 5, на концах которых установлены сопла 6 и 7.

Фурма работает следующим образом. Газообразное топливо через разветвляющиеся два подвода (фиг.1) подается в два сопла 6 и 7, выступающие в дутьевой канал фурмы. Сопла установлены в верхней части внутреннего стакана 2 под углом 25°-45° к горизонтальной оси воздушной фурмы. Ось сопла меньшего диаметра 6 направлена (ориентирована) на ось воздушной фурмы, создает условия для сосредоточения подаваемого газа в верхней части дутьевого канала. Ось сопла большего диаметра 7 направлена (ориентирована) на участок, составляющий (1/2-1/3) длины нижнего вертикального радиуса (R) внутреннего стакана 2 фурмы в месте расположения сопла.

Площади сечения сопел меньшего и большего диаметров имеют соотношение (0,8-1,2):(1,3-1,7), что обеспечивает подачу газообразного топлива через них в соотношении (35-45):(55-65) %.

Расположение сопел в дутьевом канале фурмы и выполнение соотношения их площадей сечения в соответствии с предлагаемым изобретением создают вращательный импульс воздушному дутьевому потоку и образованной газовоздушной смеси, активизируя процесс их перемешивания.

Более активное перемешивание газообразного топлива и дутья создается также за счет направленности потока газообразного топлива навстречу дутьевому потоку под углом 115°-135° (фиг.2).

Использование изобретения позволяет снизить расход кокса в процессе производства чугуна в доменной печи за счет улучшения перемешивания газообразного топлива с воздушным дутьем и более полного использования тепловой и восстановительной энергии дополнительного топлива.