RU2076290C1

RU2076290C1 - Gas cupola furnace

Info

Publication number: RU2076290C1
Application number: RU94027803A
Authority: RU
Inventors: А.А. Черный; В.А. Грачев; В.А. Черный
Original assignee: Пензенский государственный технический университет
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 1997-03-27
Also published as: RU94027803A

Abstract

FIELD: melting of mineral materials. SUBSTANCE: gas cupola furnace has shaft 1, burners 2 with tunnels 3 at hearth 4, water-cooled beams 5 forming grid above tunnels 3 and dividing the shaft into upper smelting chamber and lower overheating chamber. Water-cooled beams are made in form of chute 6 located in chute 7 narrowing towards hearth 4. Walls of inner and outer chutes are rigidly connected in widened upper portion of chutes forming clearance 8 in their narrowing portion. Inner chute 6 of water-cooled beams 5 is filled with refractory material 9. Inner chute 6 of water-cooled beam 5 has form of angle or broken line, or arc, or combination of arcs, or combination of straight lines with arc in cross section. EFFECT: enhanced reliability. 7 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к плавильным агрегатам минераловатного производства. The invention relates to the building materials industry, namely to smelting units of mineral wool production.

Известна газовая вагранка, содержащая шахту с встроенными газовыми горелками и водоохлаждаемые балки, делящие шахту на верхнюю камеру плавления и на нижнюю камеру перегрева. Газовая вагранка снабжена размещенной на водоохлаждаемых балках огнеупорной насадкой. Огнеупорная насадка выполнена из тугоплавких и термостойких материалов [1]
При плавке в известной газовой вагранке силикатных материалов расплав налипает и затвердевает в верхней части балок, имеющих прямоугольное сечение, а также в верхней части боковых стенок балок. Нижняя часть поверхности балок остается оголенной. В процессе плавки силикатных материалов постепенно размывается расплавом огнеупорная насадка, на водоохлаждаемых балках образуются настилы, которые перекрывают проходы между трубами, нарушается стабильность плавки, расплав протекает в проходах у стенок, в результате чего разрушается футеровка стенок камеры перегрева, а в связи с оголенной нижней частью поверхности водоохлаждаемых металлических балок наблюдаются большие потери тепла, что не позволяет стабильно проводить длительные плавки, хотя известная вагранка работоспособна при кратковременной плавке силикатных материалов.Known gas cupola containing a shaft with built-in gas burners and water-cooled beams, dividing the shaft into the upper melting chamber and the lower overheating chamber. The gas cupola is equipped with a refractory nozzle located on the water-cooled beams. Refractory nozzle made of refractory and heat-resistant materials [1]
When melting in a well-known gas cupola of silicate materials, the melt adheres and hardens in the upper part of the beams having a rectangular section, as well as in the upper part of the side walls of the beams. The lower part of the surface of the beams remains bare. During the melting of silicate materials, the refractory nozzle is gradually eroded by the melt, flooring is formed on the water-cooled beams, which overlap the passages between the pipes, stability of the melt is broken, the melt flows in the passages near the walls, as a result of which the lining of the walls of the overheating chamber is destroyed, and due to the exposed bottom the surface of the water-cooled metal beams there are large heat losses, which does not allow for stable long melting, although the known cupola is efficient at short-term smelting of silicate materials.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к данному изобретению является газовая вагранка, содержащая шахту, горелки и расположенные над последнимиводоохлаждаемые балки, делящие шахту на верхнюю камеру плавления и на нижнюю камеру перегрева [2]
Недостатки известной вагранки состоят в следующем: происходит постепенно разрушение верхней части балок расплавленным материалом, прочность балок снижается, необходимо увеличивать расход воды на охлаждение балок.The closest in technical essence and the achieved technical result to this invention is a gas cupola containing a shaft, burners and located above the last water-cooled beams, dividing the shaft into the upper melting chamber and the lower overheating chamber [2]
The disadvantages of the known cupola are as follows: the upper part of the beams is gradually destroyed by molten material, the strength of the beams decreases, it is necessary to increase the flow rate of water for cooling the beams.

Техническим результатом данного изобретения является повышение прочности балок газовой вагранки, уменьшение расхода воды на охлаждение балок, устранение разрушения верхней части балок расплавленным материалом. The technical result of this invention is to increase the strength of the beams of the gas cupola, reducing the flow of water to cool the beams, eliminating the destruction of the upper part of the beams by molten material.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной газовой вагранке, содержащей шахту, горелки и расположенные над последними водоохлаждаемые балки, делящие шахту на верхнюю камеру плавления и на нижнюю камеру перегрева, балки выполнены в виде сужающихся по направлению к подине желоба в желобе, при этом стенки внутреннего и наружного желобов жестко соединены в расширенной верхней части желобов, а в сужающейся их части образуют зазор. Внутренний желоб газовой балки может быть выполнен в поперечном сечении в виде угла; в виде ломаной линии; в виде дуги; в виде сочетания дуг; в виде сочетания прямых линий с дугой. Кроме того, внутренний желоб балки газовой вагранки может быть заполнен огнеупорным материалом. The specified technical result is achieved by the fact that in a known gas cupola containing a shaft, burners and water-cooled beams located above the latter, dividing the shaft into the upper melting chamber and the lower overheating chamber, the beams are made in the form of tapering towards the bottom of the gutter in the gutter, the walls of the inner and outer gutters are rigidly connected in the expanded upper part of the gutters, and form a gap in their tapering part. The inner groove of the gas beam can be made in cross section in the form of an angle; in the form of a broken line; in the form of an arc; in the form of a combination of arcs; in the form of a combination of straight lines with an arc. In addition, the inner groove of the gas cupola may be filled with refractory material.

На фиг. 1 изображена газовая вагранка, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3-9 варианты выполнения водоохлаждаемых балок газовой вагранки (показаны поперечные разрезы водоохлаждаемых балок). In FIG. 1 shows a gas cupola, a vertical section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one; in FIG. 3-9 embodiments of water-cooled gas cupola beams (cross sections of water-cooled beams are shown).

Газовая вагранка содержит шахту 1, горелки 2 с горелочнымитуннелями 3 у подины 4, вохоохлаждаемые балки 5, образующие решетку над горелочными туннелями 3 и делящие шахту на верхнюю камеру плавления и на нижнюю камеру перегрева. Водоохлаждаемые балки 5 выполнены в виде сужающихся по направлению к подине 4 желоба 6 в желобе 7. Стенки внутреннего и наружного желобов жестко соединены с расширенной верхней части желобов, а в сужающейся их части образуют зазор 8. При таком выполнении водоохлаждаемых балок 5 повышается прочность балок, уменьшается расход воды на охлаждение балок. Внутренний желоб 6 водоохлаждаемых балок 5 заполнен огнеупорным материалом 9, что приводит к устранению разрушения верхней части балок расплавленным материалом. Водоохлаждаемые балки 5 могут быть выполнены в различных вариантах: внутренний желоб 6 водоохлаждаемой балки 5 может быть выполнен в поперечном сечении в виде угла (фиг. 1), что рационально для газовых вагранок малой производительности; в виде ломаной линии (фиг. 3 и 4), что рационально для газовых вагранок средней производительности; в виде дуги (фиг. 5), сочетания дуг (фиг. 6 и 7), сочетания прямых линий с дугой (фиг. 8 и 9), что рационально для высокопроизводительных газовых вагранок. The gas cupola contains a shaft 1, burners 2 with burner tunnels 3 at the bottom 4, air-cooled beams 5, forming a grid above the burner tunnels 3 and dividing the shaft into the upper melting chamber and the lower overheating chamber. The water-cooled beams 5 are made in the form of troughs 6 tapering towards the bottom 4 of the chute 7. The walls of the inner and outer gutters are rigidly connected to the expanded upper part of the troughs, and in their tapering part they form a gap 8. With this embodiment of the water-cooled beams 5, the strength of the beams increases, reduced water consumption for cooling beams. The inner chute 6 of the water-cooled beams 5 is filled with refractory material 9, which eliminates the destruction of the upper part of the beams by molten material. Water-cooled beams 5 can be made in various ways: the inner chute 6 of the water-cooled beam 5 can be made in cross section in the form of an angle (Fig. 1), which is rational for gas cupola furnaces of low productivity; in the form of a broken line (Fig. 3 and 4), which is rational for gas cupolas of average productivity; in the form of an arc (Fig. 5), a combination of arcs (Fig. 6 and 7), a combination of straight lines with an arc (Fig. 8 and 9), which is rational for high-performance gas cupolas.

Газовая вагранка работает следующим образом. Gas cupola works as follows.

Производится заполнение внутренних желобов 6 водоохлаждаемых балок 5 огнеупорным материалом (порошкообразным, кускообразным или в виде жидкоподвижной смеси). Разжигаются горелки 2 и в шахту 1 загружается шихта. После вывода на требуемый режим путем регулировки расходов горючего газа и воздуха, соотношения "газ-воздух", начинается процесс плавки загруженных материалов продуктов сгорания. Образующиеся в горящих факелах горячиепродукты сгорания проходят между водоохлаждаемыми балками 5, проникают в шихту, нагревают и плавят ее. Расплав материалов стекает в камеру перегрева (в нижнюю часть шахты), проходя как между балками 5, так и омывая поверхность этих балок. Попадая на балки 5, расплав стекает по теплоизолированной верхней поверхности внутренних желобов 6 и образует затвердевший теплоизолирующий слой на стенках наружного желоба 7. Благодаря тому, что балки 5 выполнены в виде сужающихся по направлению к подине желоба 6 в желобе 7 и внутренний желоб балки заполнен огнеупорным материалом 9, устраняется разрушение верхней части балки расплавом, снижаются тепловые потери с охлаждающей водой. уменьшается расход охлаждающей воды. Поскольку при выполнении балки в виде сужающихся по направлению к подине желоба в желобе площадь поперечного сечения зазора 8 меньше, чем в случае выполнения балки с треугольным поперечным сечением, а, следовательно, при меньшем расходе охлаждающей воды скорость ее движения можно увеличивать, что приводит к интенсификации теплопередачи от наружных стенок балки воде. Кроме того, происходит интенсивное движение воды у стенок балки, а не в центральной части потока, когда поперечное сечение балки треугольное. Это способствует уменьшению перегрева стенок балок и повышению прочности балок. The inner gutters 6 of the water-cooled beams 5 are filled with refractory material (powdered, lumpy or in the form of a fluid-moving mixture). Burners 2 are ignited and a charge is loaded into shaft 1. After entering the required mode by adjusting the flow rate of combustible gas and air, the gas-to-air ratio, the process of melting the loaded materials of the combustion products begins. Hot combustion products formed in burning torches pass between the water-cooled beams 5, penetrate into the charge, heat and melt it. The melt of materials flows into the overheating chamber (in the lower part of the shaft), passing both between the beams 5 and washing the surface of these beams. Getting on the beams 5, the melt flows down on the heat-insulated upper surface of the inner grooves 6 and forms a hardened insulating layer on the walls of the outer groove 7. Due to the fact that the beams 5 are made in the form of a groove 6 tapering towards the bottom of the groove 7 and the inner groove of the beam is filled with refractory material 9, the destruction of the upper part of the beam by the melt is eliminated, heat losses with cooling water are reduced. cooling water consumption is reduced. Since when the beam is made in the form of a taper tapering towards the bottom of the gutter in the gutter, the cross-sectional area of the gap 8 is smaller than in the case of a beam with a triangular cross-section, and, therefore, at a lower flow rate of cooling water, its speed can be increased, which leads to intensification heat transfer from the outer walls of the beam to water. In addition, there is an intensive movement of water near the walls of the beam, and not in the central part of the flow, when the cross section of the beam is triangular. This helps to reduce the overheating of the walls of the beams and increase the strength of the beams.

В предложенной конструкции газовой вагранки повышается термический коэффициент полезного действия вагранки (в 1,2-1,3 раза), уменьшается расход воды на охлаждение балок (в 2-3 раза), увеличивается прочность и долговечность водоохлаждаемых балок (в 1,5-2 раза), стабилизируется и становится безопаснымпроцесс плавки. In the proposed design of the gas cupola, the thermal efficiency of the cupola increases (1.2-1.3 times), the water consumption for cooling the beams decreases (2-3 times), the strength and durability of the water-cooled beams increases (1.5-2 times), stabilizes and becomes safe the melting process.

Газовые вагранки предложенной конструкции наиболее приемлемы для плавки минеральных материалов, в частности, при производстве шлаковаты, но они могут применяться при производстве каменного литья и в литейном производстве для плавки чугуна, стали, сплавов цветных металлов (при снижении окислительных свойств печных газов). Gas cupolas of the proposed design are most suitable for melting mineral materials, in particular, in the production of slag, but they can be used in stone casting and foundry for melting cast iron, steel, non-ferrous metal alloys (while reducing the oxidizing properties of furnace gases).

Claims

1. A gas cupola containing a shaft, burners and water-cooled beams located above the latter, dividing the shaft into an upper melting chamber and a lower overheating chamber, characterized in that the beams are made in the form of tapers tapering towards the bottom of the gutter, while the walls of the inner and the outer gutters are rigidly connected to the expanded upper part of the gutters, and form a gap in their tapering part.

2. Cupola according to claim 1, characterized in that the internal groove of its beam is made in cross section in the form of an angle.

3. Cupola according to claim 1, characterized in that the inner groove of its beam is made in cross section in the form of a broken line.

4. Cupola according to claim 1, characterized in that the inner groove of its beam is made in cross section in the form of an arc.

5. Cupola according to claim 1, characterized in that the inner groove of its beam is made in cross section in the form of a combination of arcs.

6. Cupola according to claim 1, characterized in that the inner groove of its beam is made in cross section in the form of a combination of straight lines with an arc.

7. Cupola according to claims 1 to 6, characterized in that the inner groove of its beam is filled with refractory material.