RU2359042C1

RU2359042C1 - Device for feeding of natural gas into blast furnace

Info

Publication number: RU2359042C1
Application number: RU2007142960/02A
Authority: RU
Inventors: Генрих Иванович Урбанович (RU); Генрих Иванович Урбанович; Елена Генриховна Урбанович (RU); Елена Генриховна Урбанович; Виктор Федорович Воропаев (RU); Виктор Федорович Воропаев; Виктор Алексеевич Панов (RU); Виктор Алексеевич Панов
Original assignee: Генрих Иванович Урбанович
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-06-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to ferrous metallurgy, particularly to equipment of blast furnace for feeding of natural gas into blower nozzles. Device contains nozzle installed with formation of cooled cavity in breast, body of which is implemented in the form of inner and outer shells with side parts and flanges. In cooled cavity it is installed ring with formation near-face and near-flange parts of breast. Near-face part is connected to water inlet and outlet manifolds. Near-flange part is connected to natural gas inlet manifold with gas distribution collector by nozzles, and by natural gas outlet manifold - to nozzle.

EFFECT: reduction of heat losses with water cooling breast of tuyere stock of blast furnace and saving of coke for cast iron melting.

3 cl, 5 dwg

Description

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.The invention relates to ferrous metallurgy, specifically to the equipment of a blast furnace, and can be used in the smelting of cast iron with the injection of natural gas into the furnace through air lances.

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).Heated natural gas before being fed into the blast furnace provides a significant reduction in coke consumption for pig iron smelting (A. Ramm. Modern blast furnace process. - M.: Metallurgy. - 1980 - p. 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.A tuyere of a blast furnace is known, in the working channel of which there is a heat-resistant screen forming an annular gap with the body for heating natural gas, the annular gap on the side of the snout is closed by a ring directing gas through recesses in the blast, the ring is located at a distance of 1/3 of the length of the working channel of the tuyere , at the end of the working channel of the tuyere, a thrust ring is fixed to hold the heat-insulating layer placed between the guide and thrust rings.

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).Gas has a low temperature, which is minus 20 ° C in winter. Entering under the screen, the gas is heated by the blast, reduces the heat loss of the hot blast with the tuyere cooling water (see Aut. Certificate. USSR No. 840116, class C21B 7/16, 1981).

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, относится то, что на нагрев газа используется только тепло горячего дутья.The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below is that only the heat of hot blast is used to heat the gas.

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.Known nozzle tuyere device of a blast furnace containing a steel pipe, which inside is lined with rings of refractory material. The rings have through holes, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axis of the nozzle pipe and form channels for the passage of gas along the pipe.

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).Natural gas passing through the channels of the pipe lining is heated, heat losses of hot blast through the outer surface of the nozzle pipe are reduced (see RF Patent No. 2048528, class C21B 7/16).

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, относится то, что нагрев газа производится только теплом горячего дутья.The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below is that the gas is heated only by the heat of hot blast.

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).A known method of heating natural gas, carried out by its supply to the cooling cavity of the knee flanges of the tuyere of the tuyere of the blast furnace. The gas heated in each of the two flanges of the knee at 190-210 ° C enters through the air lance into the furnace, reducing the consumption of coke (see RF Patent No. 2294377, class C21B 5/00, 2007).

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).A device is known for supplying natural gas to a blast furnace containing an air lance with a gas inlet, connected by a gas pipeline to a collector for distributing natural gas by lances, said gas pipeline including a knee flange of a tuyere device cooled by natural gas (see Auth. Certificate. USSR No. 399525, Cl. C21B 7/16, 1971).

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.The closest device of the same purpose to the claimed invention by the set of essential features is the tuyere device of a blast furnace, which contains a tuyere that is tightly connected to an intermediate refrigerator, and that in turn is equipped with an embrasure equipped with a coil in its body for water passage, and the tuyere is connected with the knee of the tuyere device with a blow nozzle, the outlet wall of which at the tuyere is cooled, and an annular collector equipped with an energy supply, for example, fuel for, nitrogen, compressed air, atomized fuel oil, and the collector is equipped with nozzles, the outlet ends of which are located on the periphery of the blast nozzle and are brought into its cavity at an angle of 6-18 ° in the direction of the outlet end (see Auth. Certificate. USSR No. 992587, C21B 7/16, 01/30/1983), taken as a prototype.

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.The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below is that the prototype does not provide heating of the fuel gas introduced into the furnace, excessive heat loss occurs with cooling water of the embrasure.

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.The essence of the invention is to heat the natural gas supplied to the furnace through an air lance due to the heat radiated by the outer surface of the blow nozzle located in the embrasure and the heat from the masonry of the hearth, affecting the outer shell of the embrasure.

Технический результат - подогрев природного газа, подаваемого в доменную печь через воздушную фурму, сокращение потерь тепла с водой, охлаждающей амбразуру фурменного прибора печи, экономия кокса.EFFECT: heating of natural gas supplied to a blast furnace through an air lance, reduction of heat losses with water, cooling the embrasure of the furnace tuyere, saving coke.

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.The specified technical result is achieved in that the device for supplying natural gas to a blast furnace contains a lance installed in an intermediate refrigerator located in the embrasure, the casing of which is made in the form of steel inner and outer shells with a snout and a flange, with the formation of a cooled cavity, a gas pipeline and a collector for the distribution of natural gas by tuyeres, while in the cooled cavity of the embrasure, a ring is installed with the formation of the primary part of the embrasure connected to the nozzles for supplying and discharging water, and the flange portion of the embrasure, connected by a nozzle for supplying natural gas to a collector for distributing natural gas by tuyeres, and a branch pipe for discharging natural gas with a tuyere, the ring being installed in the housing of the cooled embrasure at a distance of 1/2 of its length, and the nozzles for supplying and discharging water pass through ring, and the embrasure flange is made with holes for the passage of these pipes and pipes for supplying and discharging natural gas.

На чертежах представлено:The drawings show:

Фиг.1 - известное устройство подачи природного газа в доменную печь;Figure 1 - a known device for supplying natural gas to a blast furnace;

Фиг.2 - предлагаемое устройство подачи природного газа в доменную печь;Figure 2 - the proposed device for supplying natural gas to a blast furnace;

Фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.2;Figure 3 is a view along arrow A in figure 2;

Фиг.4 - амбразура фурменного прибора, разрез Б-Б на фиг.3;Figure 4 - embrasure of the tuyere device, section BB in figure 3;

Фиг.5 - разрез В-В на фиг.3.Figure 5 - section bb in figure 3.

Сведения, подтверждающие возможность достижения указанного технического результата, заключаются в следующем.Information confirming the possibility of achieving the specified technical result is as follows.

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.The natural gas supply scheme (Fig. 1), according to the prototype, is shown with the numbering of the parts of the device shown in SU 992567 A, C21B 7/16 01/30/1983.

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.The lance 1 is installed in the intermediate refrigerator 8, located in the embrasure 9, a blow nozzle 2 is connected to the movable elbow 4 of the tuyere device. An annular gas collector 13 is placed on the nozzle 2, which is connected by nozzles 16 to the blast passage of the nozzle 2 and provided with a gas supply (not shown in FIG. 1) to the tuyere device.

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.The natural gas supply circuit (FIGS. 2, 3), according to the claimed invention, includes a collector 1, a gas pipeline 2 with a valve 3 constituting the stationary part of the gas pipeline, the gas pipeline part being flexible from a metal hose, and a replaceable part including a non-return valve 11, a swivel joint 12, connected to the pipe 18 of the gas inlet into the embrasure, the pipe 19 of the gas outlet from the embrasure through an articulated joint 13, a check valve 14 connected to the gas pipe 5 for introducing gas into the lance 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.The lance 6 is installed in the intermediate refrigerator 8, the nozzle 7 is connected to the elbow 9. Refrigerators 10 of the tuyere zone frame the embrasure. Figs. 3, 4, 5 explain the design of the embrasure. A rib 15 is placed between the water supply nozzles 16 and 17 connecting the embrasure flange 26 with the snout portion 20. The rib 15 passes through the ring 21 between the outer conical shell 22 and the inner cylindrical shell 23, and through the ring also passes pipes 16, 17 of water in a water-cooled cavity 24 embrasures. The flange cavity 25 through the pipe 18 is connected through a swivel joint 12, a check valve 11, a valve 3, a gas pipeline 2 with a collector 1 for distributing gas by tuyeres. The cavity 25 by a pipe 19, a swivel connection 13, a check valve 14, a pipe 5 is connected to an air lance 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).During operation of the blast furnace, the embrasure 4 is affected by heat fluxes from the intermediate cooler 8, from the masonry 27 to the outer shell 22 and from the nozzle 7 of the tuyere device to the inner shell 23. The outer surface of the nozzle 7 has a temperature of 300-500 ° C (see Polovchenko I. G. High-temperature nozzles of blast furnaces. // Steel. - 1962 - 5. p. 477; Primachenko V.V. et al. Experience of using mullite-corundum concrete in tuyere devices of blast furnaces. // Metallurgical and mining industry. - 2002 - 5. p. 60-63).

Расход воды на одну из 32 амбразур фурменного прибора доменной печи объемом 3200 м³ полностью охлаждаемой водой составляет 6,3 м³/ч, перепад температур охлаждающей воды 4,8°С, теплосъем с амбразуры составляет 126400 кДж/ч.The water consumption for one of the 32 embrasures of the tuyere device of the blast furnace with a volume of 3200 m ^{3 of} completely cooled water is 6.3 m ³ / h, the temperature difference of the cooling water is 4.8 ° C, the heat removal from the embrasure is 126400 kJ / h.

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 м³/ч на амбразуру.Due to the cooling effect of the coolers 10 of the tuyere zone on the outer shell 22 of the embrasure in the flange portion, the heat flux is less than in its rye part, which receives heat from the forge 27. This allows for proper cooling of the embrasure by supplying water to the water-cooled cavity 24 and natural gas into the cavity 25, reducing the water flow to 3 m ³ / h per embrasure.

При распределении теплосъема амбразуры между полостями 24 и 25 поровну для печи 3200 м³, работающей с расходом природного газа 26500 м³/ч, на подогрев природного газа поступает 126400×32×0,5=2022400 кДж/ч.When distributing the heat removal of the embrasure between the cavities 24 and 25 equally for a 3200 m ³ furnace operating with a natural gas flow rate of 26500 m ³ / h, 126400 × 32 × 0.5 = 2022400 kJ / h are supplied to heat the natural gas.

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/ (м³×°С) - теплоемкость газа.This heat, taking into account 10% of losses, will ensure the heating of natural gas to a temperature of 2022400 × 0.9 / 1.65 × 26500 = 41.6 ° C, where 1.65 kJ / (m ³ × ° C) is the heat capacity of the gas.

Поступление тепла природного газа в печь объемом 3200 м³ 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%.The receipt of natural gas heat in a 3200 m ³ furnace will reduce the coke consumption in the amount of 2022400 × 0.9 / 9600 / 0.85 = 223 kg of coke / h, where 9600 kJ / kg is the calorific value of carbon and the carbon content in coke is 85%.

Claims

1. A device for supplying natural gas to a blast furnace containing a lance installed in the embrasure, the casing of which is made in the form of internal and external shells with a snout and a flange with the formation of a cooled cavity, a gas pipeline and a collector for distributing natural gas by tuyeres, characterized in that a ring is installed in the cooled cavity of the embrasure with the formation of the non-abrasive part of the embrasure connected to the inlet and outlet pipes of water, and the flange part of the embrasure connected to the manifold of natural gas supply the distribution of natural gas by tuyeres, and the branch pipe of the extraction of natural gas with a tuyere.

2. The device according to claim 1, characterized in that the ring is installed in the housing of the cooled embrasure at a distance of 1/2 of its length, and the water inlet and outlet pipes pass through the ring, and the embrasure flange is made with holes for passage of said inlet pipes and inlet pipes and removal of natural gas.

3. The device according to claim 1, characterized in that the back of the flange, the outer and inner shells of the embrasure are made of steel.