Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ФУРМЫ ВОЗДУШНОГО ДУТЬЯ И ПОДАЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к системе подачи природного газа в доменную печь.

Известен способ охлаждения фурмы воздушного дутья при подаче природного газа в доменную печь, реализованный в фурме (RU 985040, публ. 1982 г.). Дутье подают в доменную печь по цилиндрическому каналу внутреннего стакана фурмы. В этот же канал вводят газ. Для предотвращения прогара носовой части фурмы, подвергающейся интенсивному нагреву, в кольцевую камеру, образованную внутренним и наружным стаканами, фланцем и рыльцем по патрубку вводят под давлением охлаждающую воду, которая, проходя по кольцевой камере, охлаждает внутренний стакан и затем через сопла с большой скоростью в виде струй подается на наиболее теплонапряженные зоны поверхности рыльца и наружного стакана в верхнем и нижнем секторах, ограниченных перпендикулярными диаметрами. Остальные зоны поверхности фурмы охлаждаются отходящим потоком воды, которая затем отводится через патрубок.

При этом конструкция известной дутьевой фурмы доменной печи содержит образующие кольцевую полость концентричные коническо-цилиндрические стаканы, перекрытые с торцов рыльной частью и фланцем и расположенную в этой полости кольцевую камеру с соплами для подвода хладагента, имеет сопла, выполненные в виде выступающих насадков с шагом 5-10 диаметров сопел, срезы которых расположены на расстоянии 2-3 диаметров сопел от охлаждаемой поверхности. Подача газа осуществляется через один патрубок непосредственно в воздушную полость фурмы. При этом имеется практически полное сгорание газа в воздушной полости фурмы с резким увеличением температуры воздушного дутья до 2500°С при ее величине на входе в фурму около 1200°С.

В настоящее время воздушное дутье обогащается кислородом до 30%, что способствует повышению температуры дутья еще больше. Такое увеличение температуры в воздушном канале фурмы приводит к увеличению теплоотдачи за счет усиления теплового излучения. При таких температурах излучательная составляющая становится больше, чем конвективная. Это в свою очередь приводит к тому, что система охлаждения фурмы, рассчитанная на подачу дутья с температурой 1200°С, не справляется, а стенки внутреннего стакана теряют прочность из-за перегрева и разрушаются. Кроме того, это приводит к значительному увеличению потерь тепла через систему охлаждения фурм.

Для конструкции известного устройства по RU 985040 характерно недостаточное охлаждение внутреннего стакана фурмы - наиболее теплонапряженного элемента. Скорость потока, омывающего внутренний стакан в известной конструкции фурмы, относительно низкая, не более 0,5 м/с при принятых расходах воды (20 м³/ч). Основное внимание направлено на струйное охлаждение носовой части фурмы. Изменение технологии ведения доменной плавки сделало наиболее слабым элементом охлаждения внутренний стакан фурмы.

Задачей изобретения является повышение стойкости фурм, увеличение срока их службы и снижение тепловых потерь.

Задача решается тем, что способ охлаждения фурмы воздушного дутья при подаче природного газа в доменную печь включает подачу охлаждающей воды в полость фурмы через патрубок в направлении рыльца и отвод воды через патрубок во фланце, подачу природного газа в поток воздушного дутья, при этом охлаждающую воду подают в зауженную кольцевую полость, образованную внутренним стаканом фурмы и дополнительным стаканом вокруг него, и направляют вдоль образующей внутреннего стакана по кольцу к рыльцу фурмы в полость, образованную дополнительным и наружным стаканами для отвода ее через патрубок во фланце, а природный газ подают через образованный во фланце фурмы кольцевой коллектор с соплами, выходящими в полость воздушного дутья фурмы. Дополнительный стакан вокруг внутреннего стакана располагают эквидистантно.

Для осуществления способа заявлено устройство, содержащее наружный и внутренний стаканы, фланец, патрубки подвода и отвода охлаждающей воды и подачи газа. Устройство отличается тем, что снабжено дополнительным стаканом, расположенным вокруг внутреннего стакана и образующим с ним зауженную кольцевую полость, с которой соединен патрубок подвода охлаждающей воды, притом, что патрубок отвода воды соединен с полостью фурмы, образованной дополнительным и наружным стаканами, а фланец фурмы, соединенный с патрубком подачи газа, выполнен в виде кольцевого коллектора, имеющего сопла для распределенной подачи газа в полость воздушного дутья фурмы. Дополнительный стакан вокруг внутреннего стакана расположен эквидистантно.

Сущность изобретения заключается в следующем. Подавая охлаждающую воду в специально зауженную кольцевую полость вокруг внутреннего стакана фурмы, достигают интенсификации охлаждения наиболее теплонапряженного элемента фурмы благодаря обеспечению гарантированной скорости омывания поверхности. Это обеспечивает температуру стенки со стороны жидкости ниже температуры насыщения при рабочем давлении воды в фурме, что гарантирует отсутствие кипения воды, а также температуру металла (меди марки М1Р) со стороны газа ниже температуры рекристаллизации (210°С), при которой резко снижается прочность металла. Эквидистантное расположение дополнительного стакана фурмы вокруг ее внутреннего стакана обеспечивает равномерность охлаждения по кругу. Выход воды из кольцевого зауженного зазора около носовой части фурмы обеспечивает высокую интенсивность охлаждения передней части наружного стакана, выступающего в фурменный очаг доменной печи. Подача газа через кольцевой коллектор во фланце фурмы обеспечивает дополнительное охлаждение фланца фурмы, снижая тем самым термические напряжения, возникающие в сварочных швах, соединяющих внутренний и наружные стаканы с фланцами. Кроме того, положительным является попутный эффект подогрева газа за счет охлаждения фланца фурмы. При этом тепло с газом поступает в доменную печь. А распределенная подача газа в воздушную полость фурмы через сопла обеспечивает равномерное распределение повышения температуры по поверхности внутреннего стакана, что также приводит к более равномерному распределению тепловой нагрузки и улучшению охлаждения фурмы, исключая местные перегревы.

Новый технический результат, достигаемый изобретением, заключается в интенсификации охлаждения наиболее теплонапряженного элемента фурм.

На чертеже показано устройство для реализации способа. Устройство содержит фланец 1 с соплами 2, патрубок 3 для подачи газа, внутренний 4 и наружный 5 стаканы, рыльце 6, патрубки 7 и 8 подвода и отвода охлаждающей воды соответственно. Вокруг внутреннего стакана эквидистантно расположен дополнительный стакан 9 с образованием зауженной кольцевой полости 10 между ним и внутренним стаканом 4. Внутренняя полость 11 образована дополнительным 9 и наружным 5 стаканами. Кольцевой коллектор 12 во фланце 1 и сопла 2, выходящие в полость 13 воздушного дутья, предназначены для распределенной подачи газа в эту полость.

Заявленное изобретение реализуется следующим образом. Охлаждающую воду подают в зауженную кольцевую полость 10, образованную внутренним стаканом фурмы 4 и дополнительным стаканом 9 вокруг него, и направляют вдоль образующей внутреннего стакана 4 по кольцу к рыльцу 6 фурмы в полость 11, образованную дополнительным 9 и наружным 5 стаканами для отвода ее через патрубок 8 во фланце 1, а природный газ подают через образованный во фланце 1 фурмы кольцевой коллектор 12 с соплами 2, выходящими в полость 13 воздушного дутья фурмы.

Поток воды организованно направляется с расчетной скоростью на охлаждение внутреннего стакана 4 фурмы, после чего этот поток направляется на рыльце 6 и после поворота на 180° поток направляется вдоль поверхности наружного стакана 5, сохраняя относительно высокую скорость, благодаря действию инерционных сил при повороте на 180°.

Фланец 1, снабженный кольцевым коллектором 12, позволяет вводить газ в поток дутья по кругу через сопла 2, выходящие в полость 13. Это равномерно распределяет газ в потоке воздушного дутья, что обеспечивает равномерное распределение тепловой нагрузки на внутренний стакан 4. Кроме того, это исключает возникновение механических напряжений на внутреннем стакане фурмы. Эквидистантно расположенный дополнительный стакан 9 гарантирует интенсивное охлаждение внутреннего стакана 4 по кругу за счет равномерного распределения потока воды.