SU574475A1 - Топливно-кислородна фурма дл продувки металла - Google Patents

Description

3

охлаждаемые етенкп сопл, где он оудет конденсироватьс . Это также ухудшает качество распыливани  топлива и смесеобразовани . Подача такой химпчески неоднородной смеси, неодинаково подготовленной к сгоранию, приводит к тому, что нервоначальное воспламенение происходит в форме очага там, где местный состав смесн близок к стехиометрическому и где внешнего тепла достаточно дл  развити  экзотермических преднламенных реакций . На протекание этих подготовительных стадий необходимо врем .

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективностн работы тонлнвно-кнслородной фурмы.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в известной топливно-кислородной фурме дл  иродувкн металла, содержащей водоохлаждаемый корпус из концентрично расположенных труб, соединенных с головкой с соплами, в которых установлены иодвижио топливоподающие трубки, кажда  топливоиодающа  трубка выиолнена составной из двух пр молинейных частей, соединенных между собой эластичной трубкой, причем часть трубки в сопле установлена с зазором в соосной с соплом направv  юIдeй втулке, закрепленной жестко во входной его части, а эластична  трубка в месте изгиба зафиксирована от поперечных смещеннй криволинейной направл ющей втулкой, жестко закрепленной в трубе дл  подачи кислорода .

На фиг. 1 изображена нижн   часть топливпо-кислородной фурмы в разрезе; на фиг. 2- разрез по А-А на фиг. 1; па фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1.

Топливно-кислородна  фурма содержит водоохлаждаемый корпус из концентрично расположенных труб 1-4, соединенных с головкой 5 и образующих тракты дл  подачи топлива , кислорода, охлаждающей воды и отвода последней. Головка имеет несколько сопл 6 типа Лавал , которые на выходных участках снабжены кольцевыми выточками. Вместо сопл Лавал  могут примен тьс  сопла типа Вентури.

Дл  подачи жидкого топлива из центральной трубы в сопла предназначены топливоподающие трубки, которые выполнеиы составными из двух пр молинейных частей 7 и 8, соединенных между собой эластичной трубкой 9. Части трубок могут быть выполнены из меди или стали, а в качестве эластичных трубок могут использоватьс  при температуре до 40°С полиэтиленовые трубки толщииой 0,5-1,5 мм, при температуре до 135° - резиновые или хлопчатобумажные шланги, которые, в случае необходимости, могут быть упрочнены внешней хлопчатобумажной или металлической оплеткой, а в некоторых случа х - внутренними хлопчатобумажными или металлическими каркасами. Дл  повышени  прочности оплетки и каркасы могут быть многослойными . Нри температуре до 230°С исиользуютс  фторопластовые трубки, а при темпе4

рат)фе до 550°С - гибкие металлические герметичные рукава, заключенные, в случае необходимости , в проволочную оплетку. Дл  изготовлени  металлических рукавов может

быть исиользована лента из нержавеющей стали 1Х18Н9Т толщиной 0,15-0,4 мм, а также ленты из углеродистой стали, меди, латуни , бронзы, монель-металла, никел  или титана . В качестве оплетки исиользуют проволоку того же материала диаметром 0,3-0,5 мм. Гибкие металлические рукава соедин ютс  герметично с част ми трубок при помощи пайки . Но сравнению с резинотканевыми шлангами металлические рукава с трубкой из нержавеющей стали обладают высокой гибкостью и имеют меньший вес. Части 7 топливоподающих трубок герметично соединены с заглушкой 10 центральной трубы, а части 8 установлены с зазором (свободно) в соилах в соосных пр молинейных иаиравл юших втулках 11, которые жестко закреплены во входных част х сопл с помощью ребер-рассекателей 12. Величина зазора составл ет 100-500 мкм. Втулки и ребра-рассекатели изготовлены из

того же материала, что и топ.тивоподающие трубки, а толщина стенок не превышает 0,25- 1 мм. Длина втулки составл ет 2-5 диаметров топливоподающей трубки. Нри большой длине входной части сопл концентрична  установка каждой части 8 топливоподающей трубки осун,ествл етс  с помощью двух разнесенных на длину не менее 5-8 диаметров трубки соосных с соплом направл ющих втулок , длина которых пе превышает 0,5-1 диаметра указанной трубки. Внутренн   поверхность втулок или наружна  поверхность трубки могут быть покрыты фторопластом или графитом дл  уменьшени  коэффициента трени , при этом зазор между част ми 8 и втулками может быть уменьшен до 100-150 мкм, что уменьшает отклонение от соосности топливоподающих трубок и сопл.

Эластичные трубки в местах пересечени  осей пр молинейных участков 7 и 8, т. е. в местах изгиба, зафиксированы от поперечных смещений соответствующими криволинейными направл ющими втулками 13, которые жестко закреилены в трубе 2, предназначенной дл  подачи кислорода, на ребрах-рассекател х 14. Наименьший радиус изгиба криволинейной втулки зависит от материала эластичных трубок и толщины их стенок, а длина изогнутого участка их зависит от угла наклона сопл к продольной оси фурмы и составл ет:

( мм,

180 V2 /

где   3,14;

а - угол наклона сопл и продольной оси

фурмы; R - наименьщий радиус изгиба втулок в

мм; du - наружный диаметр втулок в мм.

Во всем остальном втулки 13 аналогичны втулкам 11. Это обеспечивает строгую фиксацию положени  топливоподающих трубок.

Угол наклона сопл к продольной оси фурмы составл ет О-90°, т. е. сопла могут быть установлены как параллельно продольной оси, так и перпендикул рно, а также под любым необходимым углом в этом диапазоне. Центральна  труба 1 выполнена подвижной относительно продольной оси фурмы, а вследствие соединени  ее с тонливоподающими трубками последние могут перемещатьс  в соплах вдоль их осей, причем величина продольного (соосного) перемещени  частей 8 топливоподающих трубок всегда равна величине продольного перемещени  центральной трубки 1, независимо от угла наклона сопл, что упрощает контроль положени  и перемещени  частей 8 в соплах, а также механизм перемещени  центральной трубы.

Такое конструктивное выполнение топливоподающих трубок и указанное расположение их в фурме обеспечивает строгую концентричность их с соплами, а также синхронное и соосное продольное перемещение пр молинейных участков 8 в соплах, независимо от угла наклона последних и величины продольного перемещени  центральной трубы, что исключает несоосное впрыскивание топлива в поток кислорода и попадание его на охлаждаемые стенки сопл.

Фурма работает следующим образом.

После завалки скрапа и заливки жидкого чугуна, например, в конвертор дл  сокращени  продолжительности прогрева и расплавлени  твердой шихты продувку осуществл ют топливно-кислородным факелом. Жидкое топливо подаетс  в необходимом количестве по центральному тракту, а затем равномерно через топливоподающие трубки - в полость сопл 6, где оно распыл етс  потоком кислорода , подаваемым по кольцевому тракту. Охлаждаема  вода подаетс  по кольцевому тракту в межсопловую полость и далее отводитс  на слив. Конструкци  фурмы предусматривает рациональную организацию потока воды в головке фурмы. Пережим канала подвода охлаждающей воды у головки увеличивает скорость и способствует срыву паровой пленки на днище при локальных перегревах головки. Это обеспечивает интенсивное охлаждение поверхности теплообмена и повышение стойкости фурмы.

Фурма обеспечивает получение короткого, хорошо рассредоточенного факела с высокой тепловой интенсивностью.

Измен   положение топливно-кислородных трубок относительно оси сопл, регулируют в необходимых пределах степень перемешивани  топлива с кислородом, длину и температуру факела, что позвол ет оперативно управл ть работой фурмы. Подача жидкого топлива регулируетс  таким образом, чтобы обеспечить полное его сгорание. При необходимости подача топлива может быть прекращена.

а фурма использована только дл  подачи в сталеплавильную ванну кислорода. Кроме того , рафинирование может производитьс  без отключени  подачи топлива, при этом не происходит окислени  металла с выделением бурого дыма, что уменьшает запыленность отход щих газов и резко снижает требовани  к газоочистке. Концентричное расположение топливоподаюших трубок в соплах, а также продольное и соосное перемещение их частей 8 в последних позвол ет осуи ествить центральный соосный ввод топлива в кольцевой поток кислорода при любой величине указанного перемещени 

и угла наклона сопл, что обеспечивает хорошее механическое их смешивание и равномерное распределение эмульсии по поперечному сечению сопл с образованием однородной газовой фазы.

Распыление топливной струи в этом случае осуществл етс  в результате активного воздействи  кольцевой струи кислорода, имеющей высокие скорости истечени  и большую кинетическую энергию, котора  может быть использована также дл  инжекции топлива. При этом, кроме достаточно хорошего перемешивани  кислорода с топливом, улучшаетс  качество распыливани  топлива и смесеобразоваии  в поперечных сечени х реального сопла . Этим достигаетс  химическа  однородность состава газа и его температура, что обеспечивает химическую и физическую полноту горени  топлива, а также улучшает преобразование химической энергии топлива в

тепловую, а затем в кинетическую энергию вытекаюшей струи газа.

Кроме того, высокие скорости истечени  кислорода создают по периферии факела рециркул ционные вихри, которые способствуют

стабилизации горени  у поверхности головки и уменьшению шума гор щего факела.

Равномерное заполнение объема сопла распыленным топливом улучшает услови  горени  топлива в сопле, повышает степень использовани  кислорода, улучшает аэродинамику факела, облегчает регулирование соотношени  топливо - кислород и состава продуктов сгорани , а также обеспечивает создание устойчивого факела и возможность регулировани  длины факела и его температуры без проскоков и отрыва пламени.

Кольцева  выточка на выходном участке сопла позвол ет стабилизировать интенсивный факел на выходе из соила благодар  созданию

рециркул ции продуктов сгорани  при внезапном адиабатном расширении топливнокислородной смеси из-за уменьшени  давлени  и температуры. Кольцева  выточка способствует внезапному расширению потока и возникновению ударной волны.

Область низкого давлени , возникающа  у усть  сопла, заставл ет часть топливно-кис лородного потока подсасыватьс  обратно, образу  рециркул цию по кольцевой форме. Сгорание начинаетс  на небольшом рассто нии от

сопла, так что рециркул ционный поток состоит из распыленного топлива, кислорода и раскаленных продуктов сгорани .

Топливно-кислородна  фурма обеспечивает также сравнительно низкий уровень шума, поскольку топливо смешиваетс  с кислородом до выхода из сопл и поскольку предусмотрены меры по стабилизации фронта пламени. Устранение беспор дочных проскоков, срывов пламени, раздвоение факела на зоны гор щего и еще не воспламенившегос  газа, увеличение разности скоростей истечени  топлива и кислорода, улучшение перемешивани  компонентов смеси, обеспечение рециркул ции продуктов горени  и пропорциональной подачи топлива и кислорода привод т к резкому снижению щума, что улучшает услови  труда и снижает механические напр жени  в соплах .

Предлагаема  топливно-кислородна  фурма позвол ет повысить гибкость процесса в смысле увеличени  доли лома в металлической части шихты в результате компенсации недостаюшего тепла теплом дополнительно подаваемого теплоносител . Така  фурма позвол ет быстро и хорошо разогревать огнеупорную футеровку конверторов, а также регулировать температуру жидкого металла в конце продувки.

Таким образом, использование топливнокислородной фурмы позвол ет осуществить центральное впрыскивание топлива в поток кислорода при углах наклона сопл О-90°, улучшить механическое перемешивание топлива с кислородом, качество распылевани  и смесеобразовани  по всему объему реального сопла, обеспечить химическую однородность состава газа и его температуру, химическую и физическую полноту горени  топлива, улучшить преобразование химической энергии топлива в тепловую, а затем в кинетическую энергию вытекающей струи газа, сократить затраты времени на подготовительные стадии дл  развити  экзотермических предпламенных реакций, улучшить услови  горени  топлива, повысить степень использовани  кислорода, регулировани  соотношени  топливо - кислород и состава продуктов сгорани , обеспечить

создание устойчивого факела и возможность регулировани  длины факела и его температуру без проскоков и отрыва пламени, улучшить аэродинамику факела, обеспечить стабилизацию фронта пламени, низкий уровень шума, осуществить нагрев и расплавление холодной шихты без химического недожога смеси, улучшить охлаждение выходных частей сопл и головки фурмы, улучшить услови  труда, что повышает эффективность работы фурмы.

Claims (3)

1.Топливно-кислородна  фурма дл  продувки металла, содержаща  концентрично расположенные трубы, соединенные с головкой с соплами, в которых подвижно установлены топливоподающие трубки, отличающа с  тем, что, с целью повышени  эффективности работы фурмы, кажда  топливоподающа  трубка выполнена составной из двух пр молинейных частей, соединенных между собой эластичной трубкой, при этом фурма снабжена пр молинейной направл ющей втулкой , жестко закрепленной во входной части сопла, и криволинейной направл ющей втулкой , жестко закрепленной в кислородной трубе .

2.Фурма по п. I, отличающа с  тем, что длина криволинейной направл ющей втулки равна

(l мм,

180 V2 /

где а - угол наклона сопл к продольной оси

фурмы; R - наименьщий радиус изгиба втулки,

мм; dn - наружный диаметр втулки, мм.

3.Фурма по п. 1, отличающа с  тем, что эластична  трубка в пр молинейной направл ющей втулке установлена с зазором.

Источники информации, пршиггыс во внимание при экспертизе

1. Патент СССР № 464129, кл. С 21с 5/48, 1967.

12

б- В

14