Воздушная фурма доменной печи

Полезная модель относится к области металлургии и может быть использована при подготовке к работе воздушных фурм доменных печей.
Известна воздушная фурма доменной печи, содержащая выступ в дутьевом канале перед отверстием патрубка для подачи природного газа (А.с. 1502623, SU, 30.111.1987).
Однако образующиеся в дутьевом канале очаги горения приводят к прогару внутреннего стакана и разрушению сварного шва между патрубком для подачи природного газа и внутренним стаканом. Кроме того, прямоугольная форма выступа резко снижает кинетическую энергию дутья, фурма характеризуется сложностью в изготовлении внутреннего стакана и малым сроком службы из-за низкой стойкости выступа.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является воздушная фурма доменной печи, содержащая наружный и внутренний стаканы, сваренные по краям с рыльной частью и фланцем, патрубок для подачи природного газа и теплоизолирующую вставку в дутьевом канале, установленную с воздушным зазором по отношению к внутреннему стакану (Патент РФ 144987, МПК С21В 7/16, 15.04.2014).
Теплоизолирующая вставка обеспечивает снижение тепловых потерь через поверхность дутьевого канала и способствует подогреву в нем природного газа, что приводит к зарождению очагов горения газа в дутьевом канале. Однако в такой фурме природный газ прижимается к поверхности дутьевого канала потоком горячего дутья и плохо смешивается с ним, что приводит к пиролизу природного газа. Кроме того, величина воздушного зазора между вставкой и внутренним стаканом, равная 0,5-0,7 мм, недостаточна для интенсификации горения природного газа в дутьевом канале.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является улучшение перемешивания горячего дутья и природного газа, обеспечивающее полноту сгорания последнего.
Технический результат достигается тем, что в воздушной фурме доменной печи, содержащей наружный и внутренний стаканы, сваренные по краям с рыльной частью и фланцем, патрубок для подачи природного газа и теплоизолирующую вставку в дутьевом канале, установленную с воздушным зазором по отношению к внутреннему стакану, вставка имеет выступ в виде части тора, расположенный под отверстием патрубка для подачи природного газа, а воздушный зазор между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом составляет 1,4-1,7 мм.
Природный газ, сталкиваясь с выступом в виде части тора, обтекает его со всех сторон, отклоняется от первоначальной траектории, смешивается с горячим дутьем, поступающим со стороны фланца. Это увеличивает полноту сгорания газа и смещает начало очага горения в сторону дутьевого канала фурмы, что увеличивает температуру и скорость дутья, а теплоизолирующая вставка защищает фурму от прогара со стороны дутьевого канала. Обтекаемая поверхность выступа в виде части тора не снижает кинетическую энергию дутья. Поскольку выступ находится под отверстием патрубка для подачи природного газа по направлению дутья, то образующиеся очаги горения в дутьевом канале не повлияют на качество сварного шва между патрубком для подачи природного газа и внутренним стаканом. Расположение выступа непосредственно под патрубком для подачи природного газа обеспечивает более раннее смешивание природного газа и горячего дутья в дутьевом канале, а, следовательно, и горение газа. Воздушный зазор между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом равный 1,4-1,7 мм, способствует повышению температуры вставки, а тем самым - интенсификации горения природного газа в дутьевом канале. Все эти признаки в совокупности обеспечивают достижение технического результата.
Полезная модель для воздушной фурмы со вставкой, установленной в конический дутьевой канал, поясняется чертежами, на которых изображено сечение фурмы (фиг. 1) и сечение внутреннего стакана и вставки в месте выступа в виде части тора максимальной толщины (фиг. 2).
Фурма состоит из наружного (1) и внутреннего (2) стаканов, сваренных по краям с рыльной частью (3) и фланцем (4). В дутьевой канал (5) устанавливают теплоизолирующую вставку (6) толщиной (h) с воздушным зазором (7), отделяющим ее от внутреннего стакана (2). Под патрубком для подачи природного газа (8) симметрично относительно него расположен выступ в виде части тора (9). Максимальная толщина выступа (H-h) составляет (0,1-0,2) от диаметра дутьевого канала (D) под отверстием патрубка для подачи природного газа. Выступ расположен ниже выходного сечения патрубка для подачи природного газа и симметрично относительно него. Ширина выступа (В) ограничена диаметром и удвоенным диаметром отверстия патрубка для подачи природного газа (d). Длина выступа (L) ограничена диаметром отверстия патрубка для подачи природного газа (d) и длиной вставки (6) в направлении рыльной части (3).
Полезная модель справедлива как для конического, так и для цилиндрического дутьевого канала.
Воздушный зазор между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом меньше 1,4 мм незначительно повышает температуру вставки, что практически не интенсифицирует процесс горения в дутьевом канале.
Воздушный зазор между теплоизолирующей вставкой и внутренним стаканом больше 1,7 мм может привести к преждевременному разрушению вставки, т.к. возрастают динамические нагрузки на вставку при установке фурмы в печь и в процессе эксплуатации.
Пример.
В конический дутьевой канал с диаметром 210 мм под отверстием патрубка для подачи природного газа необходимо установить корундовую теплоизолирующую вставку толщиной 8,0 мм с воздушным зазором по отношению к медному внутреннему стакану. Вставка имеет выступ в виде части тора с максимальной толщиной 25 мм, шириной 60 мм, длиной 50 мм, расположенный симметрично относительно отверстия патрубка для подачи природного газа диаметром 33 мм.
Было изготовлено 5 опытных фурм, отличающихся величиной воздушного зазора между вставкой и внутренним стаканом (таблица).
Опытные фурмы были установлены на доменную печь. Для сравнения использовали серийную фурму без выступа (по прототипу).
В процессе работы печи сравнивали перепады температуры подходящей и отходящей воды на фурменных приборах опытных и серийной фурм. Повышение среднего перепада температуры на фурменном приборе с опытной фурмой (вставка - с выступом, зазор - 0,6 мм) до 6,0°С является показателем улучшения перемешивания природного газа и горячего дутья, смещения начала очага горения из околофурменной зоны в дутьевой канал фурмы и полноты сгорания газа. Снижение перепада температуры до 5,5°С при величине зазора 1,4-1,7 мм указывает на снижение тепловых потерь через дутьевой канал, а значит, на повышение температуры внутреннего стакана и интенсификацию горения. В целом горение в дутьевом канале в предлагаемом решении подтверждается более высокими значениями перепада температуры по сравнению с прототипом. При величине воздушного зазора 2,5 мм значительно снизилась стойкость вставки. Эксплуатация фурмы с разрушенной вставкой приведет к резкому повышению тепловых потерь через дутьевой канал. Стойкость вставки также определяли по перепаду температуры на фурменном приборе, который, в случае разрушения вставки, увеличивается.
Следовательно, установка в дутьевой канал воздушной фурмы теплоизолирующей вставки с выступом в виде части тора, расположенным под отверстием патрубка для подачи природного газа, и воздушным зазором между ней и внутренним стаканом, составляющим 1,4-1,7 мм, увеличивает полноту сгорания газа. Это уменьшает пиролиз природного газа и улучшает условия горения кокса.