УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
DEVICE FOR FEEDING OF NATURAL GAS INTO BLAST FURNACE

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к оборудованию доменной печи, и может быть использовано при выплавке чугуна с вдуванием в печь природного газа через воздушные фурмы.
Подогрев природного газа перед подачей в доменную печь обеспечивает значительное снижение расхода кокса на выплавку чугуна (Рамм А.Н. Современный доменный процесс. - М.: Металлургия. - 1980 - с.228).
Известна фурма доменной печи, в рабочем канале которой размещен жаропрочный экран, образующий с корпусом кольцевой зазор для подогрева природного газа, кольцевой зазор со стороны рыльной части закрыт кольцом, направляющим газ по выточкам в дутье, кольцо расположено на расстоянии 1/3 длины рабочего канала фурмы, на конце рабочего канала фурмы укреплено упорное кольцо для удержания теплоизоляционного слоя, размещенного между направляющим и упорными кольцами.
Газ имеет низкую температуру, которая зимой составляет минус 20°С. Поступая под экран, газ подогревается дутьем, снижает потери тепла горячего дутья с водой охлаждения фурмы (см. Авт. свид. СССР №840116, кл. С21В 7/16, 1981).
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, относится то, что на нагрев газа используется только тепло горячего дутья.
Известно сопло фурменного прибора доменной печи, содержащее стальную трубу, которая внутри футерована кольцами из огнеупорного материала. В кольцах имеются сквозные отверстия, продольные оси которых параллельны продольной оси трубы сопла и образуют каналы для прохода газа вдоль трубы.
Природный газ, проходя в каналах футеровки трубы, подогревается, потери тепла горячего дутья через внешнюю поверхность трубы сопла сокращаются (см. Патент РФ №2048528, кл. С21В 7/16).
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, относится то, что нагрев газа производится только теплом горячего дутья.
Известен способ подогрева природного газа, осуществляемый его подачей в охлаждающие полости фланцев колена фурменного прибора доменной печи. Газ, подогретый в каждом из двух фланцев колена на 190-210°С, поступает через воздушную фурму в печь, снижая расход кокса (см. Патент РФ №2294377, кл. С21В 5/00, 2007).
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, относится то, что нагрев газа производится только теплом горячего дутья.
Известно устройство для подачи природного газа в доменную печь, содержащее воздушную фурму с газовым подводом, соединенную газопроводом с коллектором распределения природного газа по фурмам, причем указанный газопровод включает фланец колена фурменного прибора, охлаждаемый природным газом (см. Авт. свид. СССР №399525, кл. С21В 7/16, 1971).
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, относится то, что нагрев газа производится только теплом горячего дутья.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является фурменный прибор доменной печи, который содержит фурму, плотно соединенную с промежуточным холодильником, а тот в свою очередь - с амбразурой, снабженной в ее теле змеевиком для прохода воды, причем фурма соединена с коленом фурменного прибора дутьевым соплом, выходная стенка которого у фурмы выполнена охлаждаемой, а на сопле установлен кольцевой коллектор, снабженный подводом энергоносителя, например топливного газа, азота, сжатого воздуха, распыленного мазута, причем коллектор снабжен соплами, выходные концы которых расположены по периферии дутьевого сопла и выведены в его полость под углом 6-18° в направлении выходного торца (см. Авт. свид. СССР №992587, С21В 7/16, 30.01.1983), принято за прототип.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, относится то, что в прототипе не обеспечивается подогрев топливного газа, вводимого в печь, имеют место излишние потери тепла с водой охлаждения амбразуры.
Сущность изобретения заключается в подогреве природного газа, подаваемого в печь через воздушную фурму за счет тепла, излучаемого наружной поверхностью дутьевого сопла, размещенного в амбразуре, и тепла от кладки горна, воздействующего на наружную обечайку амбразуры.
Технический результат - подогрев природного газа, подаваемого в доменную печь через воздушную фурму, сокращение потерь тепла с водой, охлаждающей амбразуру фурменного прибора печи, экономия кокса.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для подачи природного газа в доменную печь содержит фурму, установленную в промежуточном холодильнике, размещенном в амбразуре, корпус которой выполнен в виде стальных внутренней и внешней обечаек с рыльной частью и фланцем, с образованием охлаждаемой полости, газопровод и коллектор распределения природного газа по фурмам, при этом в охлаждаемой полости амбразуры установлено кольцо с образованием прирыльной части амбразуры, соединенной с патрубками подвода и отвода воды, и прифланцевой части амбразуры, соединенной патрубком подвода природного газа с коллектором распределения природного газа по фурмам, а патрубком отвода природного газа - с фурмой, причем кольцо установлено в корпусе охлаждаемой амбразуры на расстоянии 1/2 его длины, причем патрубки подвода и отвода воды проходят через кольцо, а фланец амбразуры выполнен с отверстиями для прохода указанных патрубков и патрубков подвода и отвода природного газа.
На чертежах представлено:
Фиг.1 - известное устройство подачи природного газа в доменную печь;
Фиг.2 - предлагаемое устройство подачи природного газа в доменную печь;
Фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.2;
Фиг.4 - амбразура фурменного прибора, разрез Б-Б на фиг.3;
Фиг.5 - разрез В-В на фиг.3.
Сведения, подтверждающие возможность достижения указанного технического результата, заключаются в следующем.
Схема подачи природного газа (фиг.1), согласно прототипу, показана с указанием нумерации деталей устройства, приведенной в SU 992567 А, С21В 7/16 30.01,1983.
Фурма 1 установлена в промежуточном холодильнике 8, размещенном в амбразуре 9, дутьевым соплом 2 соединена с подвижным коленом 4 фурменного прибора. На сопле 2 размещен кольцевой коллектор 13 газа, который соплами 16 соединен с полостью прохода дутья сопла 2 и снабжен подводом газа (не показан на фиг.1) к фурменному прибору.
Схема подачи природного газа (фиг.2, 3), согласно заявленному изобретению, включает коллектор 1, газопровод 2 с вентилем 3, составляющим стационарную часть газопровода, причем часть газопровода выполнена гибкой из металлорукава, и сменяемой части, включающей обратный клапан 11, шарнирное соединение 12, подключенное к патрубку 18 ввода газа в амбразуру, патрубок 19 вывода газа из амбразуры через шарнирное соединение 13, обратный клапан 14, соединенный с газопроводом 5 ввода газа в фурму 6.
Фурма 6 установлена в промежуточный холодильник 8, соплом 7 соединена с коленом 9. Холодильники 10 фурменной зоны обрамляют амбразуру. Конструкцию амбразуры поясняют фиг.3, 4, 5. Между патрубками 16 и 17 подвода воды размещено ребро 15, соединяющее фланец 26 амбразуры с рыльной частью 20. Ребро 15 проходит через кольцо 21 между наружной конической обечайкой 22 и внутренней цилиндрической обечайкой 23, причем через кольцо проходят также патрубки 16, 17 воды в водоохлаждаемую полость 24 амбразуры. Прифланцевая полость 25 через патрубок 18 соединена через шарнирное соединение 12, обратный клапан 11, вентиль 3, газопровод 2 с коллектором 1 распределения газа по фурмам. Полость 25 патрубком 19, шарнирным соединением 13, обратным клапаном 14, трубопроводом 5 соединена с воздушной фурмой 6.
При эксплуатации доменной печи на амбразуру 4 воздействуют тепловые потоки от промежуточного холодильника 8, от кладки 27 на наружную обечайку 22 и от сопла 7 фурменного прибора на внутреннюю обечайку 23. Наружная поверхность сопла 7 имеет температуру 300-500°С (см. Половченко И.Г. Высокотемпературные сопла доменных печей. // Сталь. - 1962 - 5. с.497; Примаченко В.В. и др. Опыт применения муллитокорундового бетона в фурменных приборах доменных печей. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002 - 5. с 60-63).
3
3
Расход воды на одну из 32 амбразур фурменного прибора доменной печи объемом 3200 м полностью охлаждаемой водой составляет 6,3 м/ч, перепад температур охлаждающей воды 4,8°С, теплосъем с амбразуры составляет 126400 кДж/ч.
3
Из-за охлаждающего действия холодильников 10 фурменной зоны на наружную обечайку 22 амбразуры в прифланцевом участке тепловой поток меньше, чем в ее рыльной части, воспринимающей тепло от кладки 27 горна. Это позволяет обеспечить надлежащее охлаждение амбразуры подачей воды в водоохлаждаемую полость 24 и природного газа в полость 25, сократив расход воды до 3 м/ч на амбразуру.
3
3
При распределении теплосъема амбразуры между полостями 24 и 25 поровну для печи 3200 м, работающей с расходом природного газа 26500 м/ч, на подогрев природного газа поступает 126400×32×0,5=2022400 кДж/ч.
3
Это тепло с учетом 10% потерь обеспечит подогрев природного газа до температуры 2022400×0,9/1,65×26500=41,6°С, где 1,65 кДж/ (м×°С) - теплоемкость газа.
3
Поступление тепла природного газа в печь объемом 3200 м снизит расход кокса в количестве 2022400×0,9/9600/0.85=223 кг кокса/ч, где 9600 кДж/кг - теплотворная способность углерода и содержание углерода в коксе 85%.