Результат интеллектуальной деятельности: ДУТЬЕВАЯ ФУРМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к черной и цветной металлургии, в частности к оборудованию доменных и других шахтных печей, и предназначено для подачи в горн печи газообразного дополнительного топлива совместно с атмосферным или обогащенным кислородом дутьем.

Известна дутьевая фурма доменной печи, состоящая из водоохлаждаемого корпуса с фланцем и пропущенной через полость корпуса газоподводящей трубкой, выходной конец которой выведен в рабочий канал фурмы под углом навстречу потоку дутья, причем поперечное сечение выходного конца-насадки выполнено в виде щели [Авторское свидетельство СССР №368319, кл. С 21 В 7/6, 1970] и в виде трубы эллиптического сечения [Рабочий чертеж воздушной фурмы ОАО “Северсталь” №071252-01 Ф].

Недостатком этой фурмы является неудовлетворительное перемешивание вдуваемого газообразного топлива с дутьем из-за низкой кинетической энергии потока топлива, что не обеспечивает сжигания топлива в околофурменном пространстве до его контакта с раскаленным коксом, на поверхности которого не прореагировавшие с кислородом молекулы углеводородов распадаются на сажу и водород со значительными затратами тепла (для метана затраты тепла на пиролиз составляют 3340 кДж/м³). В результате этого снижается эффективность использования топлива и доменной плавки в целом.

Смешивание газа с дутьем затруднено тем, что поток газа выходит с насадки в канал фурмы с низкой скоростью (около 25% от скорости дутья) и поток дутья прижимает газ к холодной поверхности внутреннего стакана фурмы. Газ, выходя из фурмы и поднимаясь вверх, попадает в восстановительную атмосферу, где происходит его распад с образованием сажи и поглощением тепла.

Известны и другие решения, направленные на интенсификацию перемешивания топлива с дутьем и горения смеси. К ним относятся: сверхзвуковое сопло с центральным элементом фурмы доменной печи [Патент Франции. Сверхзвуковое сопло с центральным элементом фурмы доменной печи. №2122682, кл. F 23 n 5/00], фурма с фигурной вставкой [Патент ФРГ. Дутьевая фурма с фигурной вставкой, №1955547], водоохлаждаемая фурма доменной печи с направляющими ребрами [Патент Франции. Водоохлаждаемая фурма доменной печи с направляющими ребрами, №2085511, кл. С 21 В 7/00], фурма пульсирующего дутья [Патент Англии. Доменная печь с вспомогательными фурмами пульсирующего дутья. №1010655, кл. С 7 D], воздушная фурма доменной печи [Авторское свидетельство СССР. Воздушная фурма доменной печи, №477194, кл. С 21 В 7/16], где для повышения качества распыления топлива изменяют отношение кривизны сферы сопла и ширины щели.

Основным недостатком известных технических решений является сложность изготовления и выход их из строя при остановках доменной печи с взятием “на тягу”.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является дутьевая фурма, состоящая из водоохлаждаемого двустенного корпуса с фланцем, через полость которого пропущена газоподводящая труба, насадка которой представляет собой камеру с тремя отверстиями, оси которых расположены под углом друг к другу в поперечном сечении фурмы. Центральное отверстие имеет диаметр больше, чем у боковых [Авторское свидетельство СССР. Дутьевая фурма доменной печи, №908810, Открытия. Изобретения. 1982, №8, с.98].

Недостаток известного решения заключается в том, что углы между отверстиями насадки составляют 6° и поэтому поток газа получается практически сплошным, как и в решениях [Авторское свидетельство СССР №368319, кл. С 21 В 7/6, 1970; Рабочий чертеж воздушной фурмы ОАО “Северсталь” №071 252-01 Ф] с невысокой кинетической энергией, что также не обеспечивает эффективного смешивания топлива с дутьем.

Технический результат настоящего изобретения состоит в улучшении условий смешивания газообразного топлива с дутьем и последующего горения образовавшейся смеси в околофурменном пространстве доменной печи без снижения кинетической энергии как потока газа, так и потока дутья.

Указанный технический эффект достигается тем, что в дутьевой фурме, содержащей двустенный водоохлаждаемый корпус, через полость которого пропущена труба для подвода дополнительного газообразного топлива и рабочий канал, труба для подвода дополнительного газообразного топлива выполнена с разветвлением на два газоподводящих рукава, насадки которых выведены в рабочий канал симметрично относительно вертикальной оси фурмы, а в месте разветвления трубы для подвода дополнительного газообразного топлива на два рукава установлен генератор механических колебаний, причем в качестве генератора механических колебаний установлена упругая пластина, жестко или свободно закрепленная на неподвижной оси со стороны подвода газа.

Устройство дутьевой фурмы представлено на фиг.1, 2 и 3.

На фиг.1 приведен разрез дутьевой фурмы доменной печи по оси газоподводящей трубы, где:

1 - двустенный водоохлаждаемый корпус дутьевой фурмы;

2 - газоподводящая труба;

3 - газоподводящий рукав;

4 - насадка газоподводящего рукава;

5 - рабочий канал дутьевой фурмы доменной печи;

6 - генератор механических колебаний.

На фиг.2 изображен узел размещения генератора механических колебаний (поз.6 на фиг.1), где:

2 - газоподводящая труба;

6 - генератор механических колебаний;

7 - неподвижная ось;

8 - корпус размещения генератора механических колебаний;

9 - отверстия в корпусе 8, к которым подсоединяются газоподводящие рукава 3.

На фиг.3 представлена дутьевая фурма с установкой генератора механических колебаний в каждом газоподводящем рукаве, где:

1 - двустенный водоохлаждаемый корпус дутьевой фурмы;

3 - газоподводящий рукав;

4 - насадка газоподводящего рукава;

5 - рабочий канал дутьевой фурмы;

6 - генератор механических колебаний;

7 - неподвижная ось.

Дутьевая фурма состоит из двустенного водоохлаждаемого корпуса (1), через корпус которого пропущена газоподводящая труба (2) для подвода дополнительного топлива, разветвляющаяся на два газоподводящих рукава (3), насадки которых (4) выведены в рабочий канал фурмы (5). В месте разветвления газоподводящей трубы (2) на газоподводящие рукава (3) установлен генератор механических колебаний (6) на неподвижной оси (7) в корпусе размещения генератора механических колебаний (8). Генератор (6) представляет собой упругую пластину, жестко или свободно закрепленную на оси (7) со стороны подвода газа. Генератор механических колебаний может быть установленным как в месте разветвления газоподводящей трубы на два газоподводящих рукава (3), так и в каждом газоподводящем рукаве.

Работа предлагаемой дутьевой фурмы осуществляется следующим образом.

Через рабочий канал фурмы подают дутье в горн доменной печи, скорость истечения которого из фурмы достигает 200 м/с и более, а через газоподводящую трубу (2) подают газообразное топливо с расходом до 20% от расхода дутья. Эффективность доменной плавки существенно зависит от полноты сжигания дополнительного топлива в окислительном очаге доменной печи, что, в свою очередь, зависит от завершенности процесса смешивания топлива с дутьем, чему способствует работа генератора механических колебаний (6), расположенного в потоке газообразного топлива. Так как скорость газового потока инициирует колебательные движения генератора механических колебаний (6), то количество газа, поступающего через отверстия (9) в каждый из газоподводящих рукавов (3), будет изменяться синхронно колебаниям, создаваемым генератором (6). В результате поток газа в каждом газоотводящем рукаве (3) будет иметь пульсирующий характер и при выходе из насадки (4) более развитую поверхность контакта газообразного топлива и дутья. Последнее будет способствовать более полному перемешиванию этих реагентов, а следовательно и более полному горению топлива, то есть высокой эффективности доменной плавки.