SU1765190A1

SU1765190A1 - Arch gas-oxygen burner of open-hearth furnace

Info

Publication number: SU1765190A1
Application number: SU904846044A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Иванович Мастицкий; Александр Михайлович Поживанов; Олег Васильевич Филонов; Георгий Иванович Налча; Геннадий Зейнатович Гизатулин; Александр Федорович Папуна; Сергей Павлович Терзиян; Владимир Спиридонович Ворошилин; Евгений Гаврилович Грызлов; Анатолий Александрович Федюкин; Сергей Константинович Дубоделов
Original assignee: Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-09-30

Abstract

Использование: в черной металлургии при выплавке стали в мартеновских печах. Сущность изобретени : устройство состоит из головки газокислородной горелки, сопел 2дл подачи газообразного топлива и сопел 3дл подачи кислорода. Угол между продольными ос ми сопел дл подачи газообразного топлива и кислорода составл ет 40-50&deg;, Соотношение удалени от продольной оси горелки центров срезов сопел дл подачи газообразного топлива и кислорода равно 0,2-0,4. Сопла 3 дл подачи газообразного топлива имеют на выходном срезе форму эллипса с отношением длин большой и малой оси равным 1,1-1,2. 2 ил., 1 табл.Use: in the steel industry in the smelting of steel in open-hearth furnaces. The essence of the invention: the device consists of a head of a gas-oxygen burner, nozzles 2dl supplying gaseous fuel and 3dl nozzles supplying oxygen. The angle between the longitudinal axes of the nozzles for supplying gaseous fuel and oxygen is 40-50 ° C. The ratio of the cut-off centers of the nozzles for supplying gaseous fuel and oxygen from the longitudinal axis of the burner is 0.2-0.4. The nozzles 3 for supplying gaseous fuel have an ellipse shape at the output section with a ratio of the lengths of the major and minor axes of 1.1-1.2. 2 ill., 1 tab.

Description

Фиг. 2FIG. 2

Изобретение относитс к черной металлургии , в частности, к конструкци м газого- релочных устройств дл отоплени мартеновских печей.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular, to designs of gas-heating devices for heating open-hearth furnaces.

Целью изобретени вл етс повыше- ние эффективности нагрева металлошихты.The aim of the invention is to increase the efficiency of heating of the metal charge.

Поставленна цель достигаетс тем, что в сводовой газокислородной горелке, включающей головку с соплами дл подачи газообразного топлива и кислорода, оси которых расположены под углом друг к другу , этот угол составл ет 40,,.50°, а соотношение рассто ни от продольной оси горелки центров срезов сопел дл подачи кислорода и газообразного топлива равно 0,2-0,4, при- чем сЪпла дл подачи газообразного топлива имеют на выходном срезе форму эллипса с соотношением длин большой и малой оси равны 1,1-1,2.This goal is achieved by the fact that in a vault gas-oxygen burner comprising a head with nozzles for supplying gaseous fuel and oxygen, the axes of which are angled to each other, this angle is 40 ,, 50 °, and the ratio of the distance from the longitudinal axis of the burner The cutoff centers of the nozzles for supplying oxygen and gaseous fuel are 0.2–0.4, and the fluids for supplying gaseous fuel have an ellipse shape at the output section with a ratio of the lengths of the major and minor axes equal to 1.1–1.2.

Причинно-следственную св зь между совокупностью отличительных признаков и целью изобретени можно представить в виде следующей схемы. Истекающа из эллиптического сопла стру газа на начальном участке имеет форму, аналогичную форме сопла, а по мере движени , вследствие по- тери динамического напора, сечение струи стремитс приблизитьс к окружности с увеличением площади поперечного сечени струи и снижением скорости потока. При этом, благодар первоначально эллиптиче- ской форме струи, периферийна часть потока газа отдел етс от дра струи. Вследствие того, что в струе, благодар ее эллиптичности, имеютс зоны, удаленные от центра, происходит периодический отрыв крупных газовых объемов, что приводит к расширению зоны контакта факела с метал- лошихтой. При оптимальных параметрах эллиптического сопла отрыв части струи приобретает периодический характер с час- тотой, завис щей от расхода и давлени газа при фиксированном значении площади поперечного сечени сопла. Оптимизаци взаимного расположени кислородных и газовых сопел обеспечивает полное окисле- ние компонентов за счет качественного смещени газа и кислорода.The causal relationship between the set of distinctive features and the purpose of the invention can be represented as follows. The gas stream emanating from an elliptical nozzle in the initial section has a shape similar to that of a nozzle, and as it moves, due to the loss of dynamic pressure, the jet section tends to approach the circle with an increase in the cross-sectional area of the jet and a decrease in the flow velocity. In this case, due to the originally elliptical jet shape, the peripheral part of the gas flow is separated from the jet core. Due to the fact that in the jet, due to its ellipticity, there are zones remote from the center, there is a periodic separation of large gas volumes, which leads to the expansion of the zone of contact of the torch with the metal charge. With the optimal parameters of an elliptical nozzle, the detachment of a part of the jet acquires a periodic character with a frequency depending on the flow rate and gas pressure for a fixed value of the nozzle cross-section area. Optimization of the mutual arrangement of oxygen and gas nozzles ensures complete oxidation of the components due to the qualitative displacement of gas and oxygen.

При угле между продольными ос ми кислородных и газовых сопел менее 40° контакт между стру ми газа и кислорода происходит в зоне, в которой эллиптичность сопла еще не приводит к отделению фрагментов газа, т.е. не реализуетс возможность расширени зоны контакта факела с металлошихтой. При величине угла между продольными ос ми кислородных и газовых сопел более 50° стру кислорода взаимодействует только с тороидальным вихрем, при этом в центре образуетс зона недожога топлива, а по периферии зона переокислени металлошихты. Одновременно снижаетс температура факела, и, соответственно, эффективность нагрева ме- таллошихты не достигает максимальных значений.When the angle between the longitudinal axes of the oxygen and gas nozzles is less than 40 °, the contact between the gas and oxygen streams occurs in a zone in which the ellipticity of the nozzles does not yet separate the gas fragments, i.e. The possibility of expanding the zone of contact between the torch and the metal charge is not realized. When the angle between the longitudinal axes of the oxygen and gas nozzles is more than 50 °, the oxygen jet interacts only with a toroidal vortex, with a fuel underburn zone in the center, and on the periphery a zone of peloxidation of the metal charge. At the same time, the temperature of the torch decreases, and, accordingly, the heating efficiency of the metal charge does not reach maximum values.

При соотношении удалени от продольной оси центров срезов топливных и кислородных сопел менее 0,2 контакт струи недостаточен из-за того, что поток газа располагаетс внутри потока кислорода, вследствие чего топливо в факеле окисл етс не полностью, а дожигание происходит над ванной за счет случайных соприкосновений отраженных потоков газа и кислорода. При значении этого параметра более 0,4 струи газа проход т сквозь струи кислорода, не успева полностью окислитьс , что снижает эффективность нагрева металошихты.When the ratio of the distance from the longitudinal axis of the cutter centers of the fuel and oxygen nozzles is less than 0.2, the contact of the jet is insufficient due to the fact that the gas flow is located inside the oxygen flow, as a result of which the fuel in the plume is not fully oxidized, and afterburning occurs over the bath due to random contact of reflected gas and oxygen streams. When this parameter is more than 0.4, gas jets pass through the oxygen jets, not having time to completely oxidize, which reduces the heating efficiency of the metal charge.

При отношении длины большой оси эллипса к малой на выходном срезе сопла нее 1,1 стру близка по форме к цилиндрической при этом отрыва фрагментов газовой струи не происходит, площадь контакта факела и ванны остаетс незначительной, интенсивность конвективного теплообмена низка, а эффективность нагрева лома практически не измен етс . При величине данного параметра более 1,2 стру имеет неорганизованный характер вследствие продолжительного отрыва значительной ее части, при этом наблюдаетс взаимодействие отделившейс части струи с основным потоком, что снижает динамический напор струи и интенсивность ее проникновени в глубинные горизонты металлошихты. Эффективность нагрева металла при этом снижаетс .When the ratio of the length of the major axis of the ellipse to the small nozzle at the exit section of the 1.1 nozzle is close to the cylindrical shape, there is no separation of the gas jet fragments, the contact area of the torch and the bath remains insignificant, the intensity of convective heat transfer is low is changing. When the value of this parameter is more than 1.2, the jet has an unorganized character due to the prolonged separation of a significant part of it, and the separated part of the jet interacts with the main flow, which reduces the dynamic head of the jet and the intensity of its penetration into the depths of the metal charge. The heating efficiency of the metal decreases.

На фиг.1 поперечный разрез головки; на фиг.2 - А на фиг.1,Figure 1 is a cross-section of the head; figure 2 - And figure 1,

Горелка состоит из головки 1 с соплами дл подачи газа 2 и подачи кислорода 3. Отношение длины большой оси эллипса отверсти на срезе газового сопла И к длине малой оси 2 составл ет 1,1... 1,2,угла а между продольными ос ми кислородных и газовых сопел составл ет (40.,.50°), соотношение уделени от продольной оси горелки центров срезов топливных a t и кислородных 32 сопел составл ет 0,2,,,0,4.The burner consists of a head 1 with nozzles for supplying gas 2 and supplying oxygen 3. The ratio of the length of the major axis of the ellipse of the hole at the cut of the gas nozzle I to the length of the minor axis 2 is 1.1 ... 1.2, the angle a between the longitudinal axes oxygen and gas nozzles is (40.,. 50 °), the ratio of the distribution from the longitudinal axis of the burner to the cutoff centers of the fuel at and oxygen 32 nozzles is 0.2, 0.4.

Сводова газокислородна горелка работает следующим образом.The gas-oxygen burner vane operates as follows.

Газообразное топливо истекает из эллиптического сопла 2, При движении газа по соплу на его стенках нарастает пограничный слой. Из-за трени газа о стенки сопла 2 скорость его от центра к периферии убывает . При этом в наиболее удаленных от центра зонах воздействие сил трени на поток максимально, В центре сопла дроThe gaseous fuel is exhausted from the elliptical nozzle 2. As the gas moves through the nozzle, the boundary layer grows on its walls. Due to the friction of the gas against the walls of the nozzle 2, its velocity decreases from the center to the periphery. At the same time, in the areas farthest from the center, the impact of friction forces on the flow is maximum, In the center of the nozzle

потока тормозитс незначительно. Вследствие этого на боковой поверхности струи газа образуютс тороидальные вихри переменного сечени , и стру газа раздел етс на два потока - основной в центре сопла и периодически открывающийс от центральной части тороидальный вихрь. Это обеспечивает расширение зоны взаимодействи факела с металлошихтой, повышает качество смешени газа с кислородом и увеличивает интенсивность конвективного теплообмена, что, в конечном итоге, повышает эффективность нагрева металлошихты, Подаваемый кислород направл етс соплами под оптимальным углом к эллиптическому потоку газа (топлива), причем, одновременна оптимизаци удалени срезов сопел от оси фурмы обеспечи- вает качественное смешение газа и кислорода с образованием высокоскоростного факела с большой зоной охвата поверхности металлошихты. Таким образом, сложна вихрева структура потока топлива , формируема эллиптическими соплами, в сочетании с оптимальным расположением кислородных сопел обеспечивает достижение положительного эффекта, т.е. повышение эффективности нагрева металлошихты, Испытани за вл емой горелки при различных ее геометрических параметрах были проведены при выплавке стали в 650-т мартеновской печи. Две горелкм были установлены в своде печи и включались в периоды завалки и прогрева. Массу заваленного металлолома при испытани х горелки устанавливали равной 350 т, продолжительность завалки 2,16 ч, продолжительность прогрева 0,7 ч. В периоды завалки и прогрева на основные торцевые горелки подавали 2000 м /ч природного газа, 0,6 т/ч мазута и 1000 м3/ч кислорода. В печь подавали вентил торный воздух с расходом 40 тыс.м3/ч. Свободные газокислородные горелки включали одновременно с началом завалки и отключали в момент начала слива чугуна.flow slows down slightly. As a result, a toroidal vortices of variable cross section are formed on the side surface of the gas jet, and the gas jet is divided into two streams — the main toroidal vortex that periodically opens from the central part. This ensures the expansion of the zone of interaction of the torch with the metal charge, improves the quality of gas mixing with oxygen and increases the intensity of convective heat exchange, which ultimately increases the efficiency of heating the metal charge. The supplied oxygen is directed by nozzles at an optimum angle to the elliptical gas (fuel) flow, simultaneously optimizing the removal of nozzle cuts from the tuyere axis, ensures high-quality mixing of gas and oxygen with the formation of a high-speed flame with a large coverage area of metal charge. Thus, the complex vortex structure of the fuel flow formed by elliptical nozzles, in combination with the optimal location of the oxygen nozzles, ensures the achievement of a positive effect, i.e. Increasing the efficiency of metal charge heating. Testing of the claimed burner with its various geometrical parameters was carried out during steelmaking in a 650-ton open-hearth furnace. Two burners were installed in the roof of the furnace and were included in the periods of filling and heating. The mass of littered scrap during burner tests was set at 350 tons, the filling time was 2.16 hours, the heating time was 0.7 hours. During the filling and heating periods, 2000 m / h of natural gas and 0.6 t / h of mazut were supplied to the main end burners. and 1000 m3 / h of oxygen. Fan air was supplied to the furnace at a flow rate of 40 thousand m3 / h. The free gas-oxygen burners were turned on simultaneously with the start of filling and turned off at the moment of the start of the discharge of pig iron.

Расход природного газа на каждую горелку составл л 1000 м /ч, расход кислорода - 1300 м3/ч. Эффективность нагрева лома оценивали по скорости расплавлени металлошихты (продолжительности периодаThe consumption of natural gas per burner was 1000 m / h, and the oxygen consumption was 1300 m3 / h. The heating efficiency of scrap was evaluated by the rate of smelting of the metal charge (period of time

плавлени ) и по значени м температуры металла в момент полного расплавлени ванны . Расход чугуна во всех случа х устанавливали равным 340 т, температура чугуна 1320±10°С, интенсивность продувкиmelting) and the values of the metal temperature at the time of complete melting of the bath. Cast iron consumption in all cases was set equal to 340 tons, cast iron temperature was 1320 ± 10 ° С, purge intensity

0 кислородом, которую начинали после слива 200 т чугуна, составл ла 4000 м3/ч. В аналогичных услови х были проведены опытные плавки с использованием известных горелок (прототип).0 oxygen, which was started after discharging 200 tons of iron, was 4000 m3 / h. Experimental melting was carried out under similar conditions using known burners (prototype).

5 Результаты опробовани приведены в таблице.5 The results of testing are shown in the table.

Анализ приведенных в таблице данных показывает, что использование горелки предлагаемой конструкции при за вл е0 мых значени х режимных параметров обес- печивает повышение эффективности нагрева, выражающеес в увеличении температуры расплава и сокращении продолжительности периода давлени , чтоAnalysis of the data in the table shows that the use of the burner of the proposed design with the claimed values of operating parameters provides an increase in heating efficiency, expressed in an increase in the melt temperature and a decrease in the duration of the pressure period, which

5 вл етс следствием увеличени объемной5 is due to an increase in volume.

температуры нагрева металлолома в периодheating temperature of scrap metal in the period

прогрева при неизменном расходе топлива.warming up at a constant fuel consumption.

Claims

Invention Formula

Gas-oxygen burner vault

0 open-hearth furnace, containing a head with nozzles for supplying gaseous fuel and oxygen, whose ocVi are angled to each other, characterized in that, in order to increase the efficiency of heating of the metal charge, the angle between the axes of the nozzles for supplying oxygen and gaseous fuel is em 40-50 ° C, and the ratio of the distance from the longitudinal axis of the burner to the cut-off centers of the oxygen nozzles and

0 gaseous fuel is 0.2-0.4, and the nozzles for supplying gaseous fuel have an ellipse shape at the exit slice with a ratio of the lengths of the major and minor axes equal to 1.1-1.2.

The design parameters of the burners and the heating efficiency of the metal charge