RU2027546C1

RU2027546C1 - Device for heating of ladle lining

Info

Publication number: RU2027546C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Ильиных; А.А. Овчинников; Е.Д. Третьяков; А.К. Костюков; А.Д. Анциферов; Ю.Ф. Панов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Магнитогорский институт по проектированию металлургических заводов"
Priority date: 1992-06-25
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: heating of lining of casting and hot-metal transfer ladles. SUBSTANCE: burners are installed in pairs in the ladle cover on both sides of one of the two normal axes of the ladle mouth. The burners are directed to each other, with the mutual angle between their axes being within 20 to 100 C and the distance between the centers of attachment of burners in the cover being within 0.15 to 0.7 of the ladle mouth inside diameter. Such an arrangement of burners provides for swirling of the internal gaseous atmosphere in the ladle space with formation of a column of high-temperature exit gases twisting along the ladle longitudinal axis. EFFECT: uniform distribution of temperature gradient of lining external and internal layers. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к литейному и металлургическому производству и может быть использовано для нагрева футеровки сталеразливочных и чугуновозных ковшей. The invention relates to foundry and metallurgical production and can be used to heat the lining of steel casting and iron ladles.

Известно устройство для сушки сталеразливочных ковшей, содержащее полую крышку с коллекторами подвода воздуха и топлива, в нижней части которых в ковше размещены выходные патрубки-горелки, состоящие из коалиновых труб, концы которых изогнуты и наклонены под углом 20-60^о к вертикальной плоскости [1].A device for drying steel pouring ladles containing a hollow lid with manifolds for supplying air and fuel, in the lower part of which are located the outlet nozzles-burners, consisting of coal pipes, the ends of which are bent and inclined at an angle of 20-60 ^about to a vertical plane [1 ].

При экономии топлива и щадящем воздействии на футеровку устройство не обеспечивает оптимальной скорости нагрева ее, так как образует высокотемпературный пояс футеровки в плоскости коаксиальных патрубков-горелок или в зоне формирования их факелов. В нижних и верхних зонах, вне этого пояса, температурный градиент наружных и внутренних слоев футеровки ниже, так как он формируется уже не факелом, а продуктами его сгорания. Соответственно потери времени на сушку определяются скоростью выравнивания неравномерных температурных зон по высоте футеровки. With fuel economy and gentle impact on the lining, the device does not provide the optimum heating rate, since it forms a high-temperature lining belt in the plane of the coaxial nozzles-burners or in the zone of formation of their flares. In the lower and upper zones, outside this zone, the temperature gradient of the outer and inner layers of the lining is lower, since it is no longer formed by a torch, but by its combustion products. Accordingly, the loss of drying time is determined by the rate of alignment of uneven temperature zones along the height of the lining.

Известен способ нагрева футеровки ковшей и устройство для его осуществления (прототип), содержащее съемную крышку с каналами и периферийным уплотнением, установленные на периферии крышки горелки, трубопроводы подвода газа, воздуха и трубопровод для отвода отработанных газов по оси ковша, который удлинен патрубком, опускающимся к дну ковша, горелки размещены в каналах крышки, которые выполнены тангенциально к внутренней поверхности футеровки и наклонены под углом 60-90^о к плоскости, образованной продольной осью ковша и его образующей [2].A known method of heating the lining of ladles and a device for its implementation (prototype), comprising a removable cover with channels and a peripheral seal mounted on the periphery of the burner cover, pipelines for supplying gas, air and a pipe for exhausting gases along the axis of the bucket, which is extended by a pipe lowering to the bottom of the bucket, the burners are placed in the channels of the lid, which are made tangentially to the inner surface of the lining and are inclined at an angle of 60-90 ^about to the plane formed by the longitudinal axis of the bucket and its generatrix [2].

При повышенном КПД теплообменного процесса и щадящем воздействии на футеровку устройство не обеспечивает оптимальной скорости нагрева ее, так как образует высокотемпературный пояс футеровки в плоскости тангенциальных горелок или в зоне активного горения их факелов, продукты горения которых, опускаясь к входному сечению патрубка, теряют температуру и не обеспечивают в нижних зонах ковша такой же высокий температурный градиент наружных и внутренних слоев футеровки, как в верхней зоне тангенциальных горелок. Таким образом, при сохранении высоким КПД и качества футеровки и исключении форсированного режима работы горелок непроизводительные потери времени на сушку неизбежны. With increased efficiency of the heat transfer process and gentle influence on the lining, the device does not provide its optimal heating rate, since it forms a high-temperature lining belt in the plane of the tangential burners or in the zone of active combustion of their torches, the combustion products of which, dropping to the inlet section of the nozzle, lose temperature and do not provide in the lower zones of the bucket the same high temperature gradient of the outer and inner layers of the lining as in the upper zone of the tangential burners. Thus, while maintaining high efficiency and quality of the lining and eliminating the forced operation of the burners, unproductive losses of drying time are inevitable.

С целью равномерного перераспределения температурного градиента наружных и внутренних слоев футеровки по всей внутренней поверхности ковша устройство нагрева футеровки ковша содержит футерованную крышку над горловиной ковша, установленные по периферии крышки горелки с трубопроводами подвода газа, воздуховодами и дымоходом для отвода продуктов сгорания по совмещенной центральной части ковша и крышки. In order to uniformly redistribute the temperature gradient of the outer and inner layers of the lining over the entire inner surface of the bucket, the ladle lining heating device includes a lined cover over the neck of the bucket mounted on the periphery of the burner cover with gas supply pipelines, air ducts, and a chimney for exhausting combustion products along the combined central part of the bucket and covers.

Отличительными признаками являются следующие: горелки установлены парно по обе стороны от одной из двух нормальных осей горловины ковша, навстречу друг другу, с углом между их продольными осями 20-100^о и расстоянием между горелками (центрами их крепления в крышке) 0,15-0,7 внутреннего диаметра горловины ковша; при установке двух пар горелок каждая пара может занимать крайние значения предлагаемых диапазонов следующим образом: так, первая пара установлена с взаимным углом между их продольными осями 20^о и расстоянием между собой 0,15 внутреннего диаметра горловины ковша, вторая пара соответственно с углом 90^о и расстоянием между собой относительно этой же оси 0,7 при любом расстоянии относительно другой оси горловины ковша в пределах заявленного диапазона.Distinctive features are the following: the burners are installed in pairs on both sides of one of the two normal axes of the neck of the bucket, towards each other, with an angle between their longitudinal axes of 20-100 ^о and the distance between the burners (the centers of their fastening in the lid) 0.15-0 , 7 inner diameter of the neck of the bucket; when two pairs, each pair of burners can take the extreme values of the suggested ranges as follows: for the first pair is set with a mutual angle between them ^{about the} longitudinal axis 20 and the distance between an inner diameter of 0.15 ladle mouth, the second pair respectively with an angle of ⁹⁰ ° and the distance between themselves relative to the same axis of 0.7 at any distance relative to the other axis of the neck of the bucket within the stated range.

Данное устройство обеспечивает более равномерное распределение температурного градиента наружных и внутренних слоев футеровки по всей внутренней поверхности ковша за счет закручивания внутренней газовой среды в полости ковша парой встречных горелок с образованием крутящегося вдоль продольной оси ковша столба высокотемпературных отходящих газов с выходом избытков этого газа по центру столба в центральный трубопровод отвода продуктов сгорания. This device provides a more uniform distribution of the temperature gradient of the outer and inner layers of the lining over the entire inner surface of the bucket due to the twisting of the internal gas medium in the bucket cavity by a pair of oncoming burners with the formation of a column of high-temperature exhaust gases rotating along the longitudinal axis of the bucket with the excess of this gas leaving the center of the column in central exhaust pipe.

Периферийные области крутящегося потока газа наиболее высокотемпературны с понижением температуры к центру этого потока. Более высокие скоростные величины периферии обеспечивают усреднение температур по высоте столба в этой зоне с отводом охлажденных газов к центру крутящегося потока за счет центростремительных сил. Высота столба задается высотой внутренней полости ковша и определяется взаимным углом наклона пары встречных горелок, динамикой их факелов и скоростью всасывания центральным трубопроводом отвода продуктов сгорания, этим же определяется и скорость периферийных потоков. Если высота ковша значительна, то устанавливается несколько пар горелок, например две пары, первая из которых установлена с минимальным углом взаимного наклона их продольных осей и расстоянием между собой, а вторая - с максимальными значениями этих параметров. При этом первая пара создает крутящийся поток в нижней части полости ковша, а вторая - в верхней части. The peripheral regions of the spinning gas stream are most high-temperature with decreasing temperature to the center of this stream. Higher velocity values of the periphery provide averaging of temperatures over the height of the column in this zone with the removal of cooled gases to the center of the rotating flow due to centripetal forces. The height of the column is determined by the height of the inner cavity of the bucket and is determined by the mutual angle of inclination of the pair of oncoming burners, the dynamics of their flares and the suction rate of the central exhaust pipe of the combustion products, and this determines the speed of peripheral flows. If the bucket height is significant, then several pairs of burners are installed, for example, two pairs, the first of which is installed with a minimum angle of mutual inclination of their longitudinal axes and the distance between them, and the second with the maximum values of these parameters. In this case, the first pair creates a spinning stream in the lower part of the bucket cavity, and the second in the upper part.

Для оптимизации работы горелок они могут быть закреплены в поворотных гнездах с индивидуальными электрическими приводами поворота для регулирования углов наклона в предлагаемых диапазонах в зависимости от режимов нагрева футеровки и геометрических параметров внутренней полости ковша. Конкретизация пар горелок, углов наклона и расстояний между ними, их тепловых и динамических характеристик в зависимости от геометрических размеров внутренней полости ковша и типов его футеровки может быть осуществлена только в процессе исследовательской работы или пусконаладочных испытаний при монтаже. To optimize the operation of the burners, they can be mounted in rotary sockets with individual electric rotation drives for adjusting the tilt angles in the proposed ranges depending on the heating conditions of the lining and the geometric parameters of the bucket’s internal cavity. Concretization of burner pairs, tilt angles and distances between them, their thermal and dynamic characteristics depending on the geometric dimensions of the bucket’s internal cavity and its lining types can be carried out only during research work or commissioning tests during installation.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - то же, вид в плане; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows the proposed device; figure 2 is the same, a view in plan; figure 3 is a section aa in figure 1.

Устройство нагрева футеровки 1 ковша 2 содержит футерованную крышку 3 над горловиной 4 ковша 2, установленного на выкатной тележке 5. На крышке 3 по периферии парно смонтированы горелки 6 типа труба в трубе с газопроводами 7 подвода газа и воздуховодами 8. Центр крышки 3 совмещен с центром горловины 4 по вертикали. Каждая пара горелок 6 установлена симметрично центру крышки 3 и горловины 4 ковша 2 по обе стороны от их нормальных центральных осей, совмещенных по вертикали, одна из которых параллельна оси пути перемещения выкатной тележки 5, а другая перпендикулярна. Причем две соседние горелки 6 каждой пары установлены по одну сторону от нормальных осей. The heating device for the lining 1 of the bucket 2 contains a lined cover 3 over the neck 4 of the bucket 2 mounted on the drawout truck 5. On the lid 3, on the periphery, burners of the type 6 are paired in a pipe with gas pipelines 7 for supplying gas and air ducts 8. The center of the lid 3 is aligned with the center mouths 4 vertically. Each pair of burners 6 is mounted symmetrically to the center of the lid 3 and the neck 4 of the bucket 2 on both sides of their normal central axes, vertically aligned, one of which is parallel to the axis of the travel path of the drawout truck 5, and the other is perpendicular. Moreover, two adjacent burners 6 of each pair are installed on one side of the normal axes.

В середину крышки 3 врезан дымоход 9 отвода продуктов сгорания по совмещенной центральной части горловины ковша 2 и крышки 3. Дымоход 9 подсоединен к газоочистке (не показана). Крышка 3 выполнена стационарной с опорой стойками на пол цеха или подвесной за его металлоконструкции в виде рамки из сортового металла, внутренняя поверхность которой зафутерована огнеупорными изделиями 10. In the middle of the cover 3, a chimney 9 of the discharge of combustion products is inserted along the combined central part of the neck of the bucket 2 and the cover 3. The chimney 9 is connected to a gas purification (not shown). The cover 3 is made stationary with the supports upright on the floor of the workshop or suspended for its metal structures in the form of a frame of high-quality metal, the inner surface of which is lined with refractory products 10.

Горелка 6 каждой пары установлена в сквозном гнезде 11 навстречу другой с углом между их продольными осями и осями факелов 20-100^о. Расстояние между центрами крепления пары горелок 6 в гнездах 11 выполнено равным 0,15-0,7 внутреннего диаметра горловины 4 и соответствует расстоянию между осями их факелов, принадлежащими параллельным плоскостям. Крышка 3 выполнена в виде прямоугольного зонта, средняя часть которого вдоль оси, перпендикулярной оси пути тележки 5, приподнята по ширине всей крышки над блоками 12, обрамляющими крышку 3 по периметру. Приподнятая часть образована двумя балконами 13, уложенными на балки 12. Между балками 13, над центром ковша 2, в середину крышки 3, врезан дымоход 9.The burner 6 of each pair is installed in the through socket 11 towards the other with an angle between their longitudinal axes and torch axes of 20-100 ^about . The distance between the centers of attachment of the pair of burners 6 in the sockets 11 is made equal to 0.15-0.7 of the inner diameter of the neck 4 and corresponds to the distance between the axes of their torches belonging to parallel planes. The cover 3 is made in the form of a rectangular umbrella, the middle part of which along the axis perpendicular to the axis of the path of the truck 5, is raised along the width of the entire cover over the blocks 12, framing the cover 3 around the perimeter. The raised part is formed by two balconies 13 laid on the beams 12. Between the beams 13, above the center of the bucket 2, in the middle of the lid 3, a chimney 9 is cut.

Крышка 3 выполнена двухскатной с наклоном поверхности по обе стороны от балок 13 в сторону балок 12. Наклонная поверхность образована двутаврами 14, установленными с определенным шагом поперек балок 13, которые связаны ими с балками 12. На нижние полки соседних двутавpов 14 вплотную нанизаны огнеупорные изделия 10 (легковые или шамот), которые полностью экранируют сортовой металл крышки 3 от высоких температур, развиваемых в полости ковша 2 при работе горелок 6, экранирующая поверхность при этом сведена к входному отверстию дымохода 9. Сквозные гнезда 11 не заполнены изделиями 10 и выполнены с наружной стороны между двутаврами 14, заполнение их огнеупорной смесью происходит после установки в них под необходимым углом наклона горелок 6. The cover 3 is made gable with a slope of the surface on both sides of the beams 13 in the direction of the beams 12. The inclined surface is formed by I-beams 14, installed with a certain step across the beams 13, which are connected by them with the beams 12. Refractory products 10 are closely strung on the lower shelves of adjacent I-beams 14 (cars or chamotte), which completely shield the high-quality metal of the lid 3 from the high temperatures developed in the cavity of the bucket 2 during operation of the burners 6, the shielding surface is reduced to the inlet of the chimney 9. Through holes yes 11 not filled with products 10 and formed between the outer side of I-beam 14, filling them with a mixture of refractory occurs after loading the desired angle of inclination of the burner 6.

Крепление корпуса горелки 6 к двутаврам 14 осуществляется за ее опорные лапы болтовым соединением. При необходимости совместного регулирования углов наклона продольных осей каждой пары горелок 6 на каждой должны быть выполнены цапфы с двух сторон вдоль балки 13. Цапфы зафиксированы в опорных подшипниках (скольжения), установленных на двутаврах 14, с подсоединением одной из цапф к электроприводу через червячный редуктор. В этом случае горелка 6 должна быть подсоединена к газопроводу 7 и воздухопроводу 8 через гибкую вставку. Каждая пара горелок 6 подсоединена к газопроводу 7 и воздухопроводу 8 параллельно и выполнена однотапной. The mounting of the burner body 6 to the I-beams 14 is carried out behind its support legs by a bolted connection. If it is necessary to jointly control the angles of inclination of the longitudinal axes of each pair of burners 6, trunnions should be made on each side along the beam 13. The trunnions are fixed in the thrust bearings (sliding) mounted on the I-beams 14, with one of the trunnions connected to the electric drive through a worm gear. In this case, the burner 6 must be connected to the gas pipe 7 and the air pipe 8 through a flexible insert. Each pair of burners 6 is connected to the gas pipe 7 and the air pipe 8 in parallel and is single-stage.

Если высота ковша большая, то на крышке 3 установлены не менее двух пар горелок 6, одна из которых более длиннофакельная. Последняя пара установлена с меньшими значениями углов наклона их продольных осей и расстояний между ними из предлагаемых диапазонов, а вторая пара - с большими значениями. If the bucket height is large, then at least two pairs of burners 6 are installed on the lid 3, one of which is longer. The last pair is installed with smaller values of the angles of inclination of their longitudinal axes and the distances between them from the proposed ranges, and the second pair with larger values.

Устройство нагрева футеровки 1 ковша 2 работает после установки под центром футерованной крышки 3 над горловиной 4 ковша 2 на выкатной тележке 5. Горящей промасленной ветошью, брошенной на дно ковша 2, зажигают длиннофакельные горелки 6 с подачей по центру газа от газопровода 7 и воздуха по периферии от воздуховода 8. Горящие факелы каждой пары горелок 6 создают между собой кинетической энергией струй закрученный столб раскаленных газов вокруг вертикальной оси ковша 2. При этом чем меньше угол наклона факелов пары горелок друг к другу в пределах диапазона 20-100^о, тем большее давление газа и воздуха обеспечивает перед горелкой 6 для создания большой мощности и дальнобойности факела.The device for heating the lining 1 of the bucket 2 works after installation under the center of the lined cover 3 above the neck 4 of the bucket 2 on the roll-out carriage 5. A long-torch burner 6 is ignited with a burning oiled rag thrown to the bottom of the bucket 2 with the gas being fed in the center of the gas from the gas pipeline 7 and peripherally from the duct 8. Burning torches of each pair of burners 6 create between themselves the kinetic energy of the jets of a twisted column of hot gases around the vertical axis of the bucket 2. Moreover, the smaller the angle of inclination of the torches of the pair of burners to each other to the limit range ^of 20-100, the larger the pressure of gas and air upstream of the burner 6 provides for creation of high-power and long-range flare.

Вращающаяся поверхность столба раскаленных газов активирует в тепломассообменнике процессы в донной и пристенной частях полосы ковша 2, которые выравнивают температурный градиент наружного и внутреннего слоев футеровки 1 по всей высоте столба раскаленных газов, обеспечивая равномерный ее прогрев. При значительной высоте полосы ковша 2 увеличивают закрутку столба раскаленных газов второй парой горелок 6, благодаря большому углу между факелами и расстоянию между ними, в пределах диапазона 0,15-0,7 внутреннего диаметра горловины ковша. В этом случае закручивается поток газов по всему объему верхней части полости ковша 2, имеющий больший диаметр, чем в нижней части. Этим ускоряют передачу вращательного движения газовой среды в придонных частях полости ковша 2, ускоряя тепломасообменные процессы и уменьшая отставание скорости прогрева ее футеровки от футеровки верхних частей. The rotating surface of a column of hot gases activates processes in the heat and mass exchanger in the bottom and wall parts of the strip of the bucket 2, which equalize the temperature gradient of the outer and inner layers of the lining 1 over the entire height of the column of hot gases, ensuring its uniform heating. With a significant height of the strip of the bucket 2 increase the spin of the column of hot gases by the second pair of burners 6, due to the large angle between the flares and the distance between them, within the range of 0.15-0.7 of the inner diameter of the neck of the bucket. In this case, the gas flow swirls over the entire volume of the upper part of the cavity of the bucket 2, which has a larger diameter than in the lower part. This accelerates the transmission of rotational motion of the gas medium in the bottom parts of the cavity of the bucket 2, accelerating heat and mass transfer processes and reducing the lag of the heating rate of its lining from the lining of the upper parts.

Отходящие газы после взаимодействия с пристенными и донными зонами футеровки 1 за счет центростремительных сил, вызванных частичной потерей температуры и зоной пониженного давления в центре вращающегося столба раскаленных газов полости ковша 2, отводятся по центральной его зоне вверх во входное отверстие дымохода 9 и далее в газоочистку. Улучшению аэродинамики отвода способствует наклонная поверхность огнеупорных изделий 10 в сторону дымохода 9. The exhaust gases after interacting with the near-wall and bottom zones of the lining 1 due to centripetal forces caused by a partial loss of temperature and a zone of reduced pressure in the center of the rotating column of hot gases of the bucket cavity 2 are discharged upward through its central zone into the inlet of the chimney 9 and then to the gas purification. Improving the aerodynamics of the outlet contributes to the inclined surface of the refractory products 10 towards the chimney 9.

Перегрев горелок 6 и прогорание исключают гнездами 11, экранирующими их. Перегрев и деформацию балок исключают огнеупорными изделиями 10 экранирующими их. Overheating of the burners 6 and burnout are eliminated by the sockets 11, which shield them. Overheating and deformation of the beams is excluded by refractory products 10 screening them.

Claims

1. DEVICE FOR HEATING A LADLE OF LADLE, comprising a lined lid above the neck of the bucket, burners mounted on the periphery of the lid, gas supply pipes, air ducts and a chimney for exhausting combustion products along the central part of the bucket and lid, characterized in that the burners are installed in pairs on both sides of one of the two normal axes of the neck of the bucket towards one another with a mutual angle of 20 - 100 ^o between their longitudinal axes and the distance between the centers of attachment of the burners in the lid 0.15 - 0.17 of the inner diameter of the neck of the bucket.

2. The device according to claim 1, characterized in that the first pair of burners is installed with a mutual angle of 20 ^o between their longitudinal axes and the distance between the centers of attachment of 0.15 of the inner diameter of the neck of the bucket, and the second pair of burners with an angle of 100 ^o and the distance between fastening centers 0.7 of the inner diameter of the neck of the bucket with respect to one axis of the neck of the bucket and at any distance within the declared range between the centers of fastening with respect to the other axis.