SU914636A1

SU914636A1 - Способ факельного торкретирования футеровки металлургических агрегатов 1 2

Info

Publication number: SU914636A1
Application number: SU792745351A
Authority: SU
Inventors: Veniamin V Antonov; Yurij I Bat; Edvin I Gamalej; Fedor E Dolzhenkov; Semen A Donskoj; Valentin A Kulichenko; Oleg I Tishchenko; Viktor M Chervonenko; Evgenij D Shtepa
Original assignee: Do Nii Chernoj Metallurgii; Karagandin Metall Kom
Priority date: 1979-04-16
Filing date: 1979-04-16
Publication date: 1982-03-23
Also published as: CS265980A1; DE3041467C2; US4487397A; RO81041B; FR2454333B1; AU5750780A; AU517839B2; RO81041A; JPS56500392A; SE8008746L; FR2454333A1; GB2059046B; GB2059046A; IN152890B; SE427964B; WO1980002320A1; DE3041467A1; NL8002169A; CS245252B1; JPS5936192B2

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к технике ремонта футеровки металлургических агрегатов .

Известен способ горячего' ремонта металлургических агрегатов цилиндрической формы путем нанесения на ремонтируемый участок футеровки огнеупорного материала, нагретого в высокотемпературном факеле до температуры пластического состояния. Огнеупорный материал на торкретирова-. ние подают в пылевидном состоянии, факел направляют тангенциально к поверхности футеровки цилиндрического агрегата [1].

Недостатком известного способа является низкое качество торкретпокрытия и значительный вынос огнеупорного материала в виде пыли, что обусловлено неудовлетворительной организацией сжигания топлива и направлением подвода факела к поверхности футеровки. Смешение топлива и кислорода происходит после истечения из сопел, компоненты подают в виде параллельных струй, вследствие чего перемешивание кислорода и топлива происходит весьма медленно, а горение смещается на значительное

расстояние от сопел. Направленные тангенциально к поверхности футеровки частицы огнеупора слабо внед_ ряюгся в покрытие вследствие ослаб⁵ ления силы удара частиц в поверхность. Максимальная сила получается при направлении частиц перпендикуляр но к поверхности.

Кроме того, при тангенциальном подводе уменьшается степень сепарации огнеупорного материала из двух фазного потока на поверхность футеровки . Вследствие небольшого угла поворота факела относительно поверх15 ности футеровки значительная часть огнеупорного материала, преимущественно мелкодисперсная фаза, уносится с газами.

Наиболее близким к изобретению

20 является способ факельного торкретирования футеровки металлургических агрегатов, заключающийся в подаче топлива огнеупорного материала и кислорода перпендикулярно к поверх25 ности футеровки. Топливо и огнеупор· ный материал подают струей в пылеобразном состоянии и закручивают струей кислорода [2].

Недостаток этого способа заклю30 чается в том, что он не содержит

5

914636

4

рекомендации· по поддержанию соотношений между импульсами стру-й кислорода и,огнеупорного материала с топливом, что может привести к неудовлетворительной организации сжигания топлива, снизить качество нагрева огнеупорного материала в факеле. Все это снижает эффективность торкретирования.

' Цель - повышение эффективности торкретирования путем качественного смешения компонентов, быстрого и равномерного нагрева частиц огнеупорного материала.

Поставленная цель достигается тем, что. кислород подают внешней сужающейся струей, а отношение импульса закрутки кислородной струи к импульсу струи огнеупорного материала с топливом поддерживают 0,3-3,0.

Способ осуществляют следующим образом.

Через центральное сопло, срез которого расположен внутри сопла’, служащего для подачи кислорода, подают смесь топлив и огнеупорного материала. Смесь транспортируют сжатым воздухом либо азотом, в кольцевой канал между центральным и кислородным соплами подают кислород. На входе в кислородное сопло установлен специаль- ный регистр, сообщающий потоку кислорода Вращательное движение. Одновременно потоку кислорода сообщается поступательное движение вдоль сопла. Движущийся к выходному сечению и вращающийся вокруг центральной оси поток кислорода направлен тангенциально к основанию.центральной струи. За срезом центрального сопла закрученный поток кислорода взаимодействует с двухфазной струей топлива, и огне- , упора и приводит ее во вращательное движение. В пространстве между срезами сопел происходит интенсивное предварительное перемешивание кислорода, топлива и огнеупорного материала как за счет вращения потоков, так и за счет внедрения потока кислорода в двухфазную струю вследствие сужения канала для кислорода в направлении выходного сечения. В этом пространстве происходит предварительное 'смешение компонентов. Перемешивание обеспечивается за счет вращения компонентов с разными скоростями друг относительно друга, а также за счет внедрения кислорода в центральную часть струи и вытеснения оттуда твердой фазы.

Двухфазная струя после истечения из сопел движется поступательно и вращается, вследствие чего увеличивается угол раскрытия струи. Кроме того, в струю интенсивно, втягиваются высокотемпературные газы из рабочего пространства агрегата, что вызывает воспламенение топлива в непосредственной близости от плоскости истечения. Факел получается короче, чем в случае истечения компонентов в виде параллельных струй, протяженность зоны горения уменьшается, увеличивается тепловыделение в единице объема факела и, как следствие, интенсифицируется нагрев частиц огнеупора. Наличие вращения факела вызывает выравнивание полей ско ростей и температур в поперечном сечении факела. Вследствие этого частицы.огнеупора при внедрении в слой имеют приблизительно одинаковые температуру и скорость.

Соотношение между импульсами поступательного и вращательного движе-‘ ний кислорода определяется выбо’ ром площадей поперечных сечений регистра и кольцевого канала между соплами в плоскости среза центрального сопла. Отношение импульса вращательного движения (крутки) кислое· родной струи к импульсу центральной струи регулируется изменением удельного расхода воздуха на транспортировку твердой фазы.

Сужение кислородной струи необходимо для того, чтобы кислород полностью смашался с топливом. Сужение струи кислорода под небольшим углом (10 - 20°) позволяет предотвра тить растекание кислорода из периферийных участков струи в стороны 'под действием центробежной силы.

Отношение импульса крутки кислородной струи к импульсу центральной двухфазной струи выбирается из ус-, ловия обеспечения качественного смешения компонентов, сжигания топлива с объемом ограниченных размеров, быстрого и.равномерного нагрева частиц огнеупора и приблизительно одинаковых скоростей частиц огнеупора при внедрении· в поверхность футеровки.

При подаче компонентов в виде параллельных струй скорости истечения кислорода составляет 200 300 м/сек, скорость истечения двухфайного потока 10 - 30 м/сек. При этом количество движения' кислорода одной струи составляет 100 160 кг м/с, количество движения 'двухфазного потока 10 - 30 кг· м/с. Однако в зависимости от условий скорость истечения кислорода может быть уменьшена до 100 - 150 м/с,.

0 предлагаемом способе закручивание потока осуществляется за. счет энергии кислородной струи. Чем больше импульс крутки, тем, естественно, меньше импульс кислородной струи в продольном направлении, тем меньше дальнобойность струи, тем больше

5

914636

6

угол ее раскрытия и лучше смешение компонентов.

Однако чрезмерное увеличение импульса крутки вызывает создание в центре струи разрежение и возникновение встречного движения газов из пространства конвертера.

Эффективность смешения двухфазной струи с кислородной определяется отношением импульса крутки к импульсу двухфазной струи. Оптимальное значение этого отношения находится в пределах 0,3 - 3,0. Уменьшение отношения менее 0,3 нецелесообразно, так как эффект от вращения получается незначительным - импульс закрутки составляет при этом менее 30 % от импульса двухфазной струи, поэтому во вращательное движение вовлекается лишь периферийный слой двухфазной струи. Увеличение отношения импульсов более 3,0 вызывает существенное увеличение угла раскрытия слившейся струи, при этом в центре образуется зона с пониженной концентрацией твердой фазы.

йа фиг. 1 изображена фурма для торкретирования, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

фурма состоит из центральной трубы 1, служащей для подачи смеси топлива и огнеупорного материала, трубы 2, кольцевой канал между которой и трубой 1 служит для подвода кислорода, труб 3 и 4, образующих кольцевые каналы для подвода и отвода охлаждающей воды, цилиндрической ¹втулки 5, являющейся регистром для закручивания потока кислорода, центрального сопла 6, служащего для подачи смеси топлива и огнеупорного материалами сужающегося сопла 7, служащего для подачи кислорода.

Срез центрального сопла 6 расположен внутри кислородного сопла 7. Для придания потоку кислорода вращательного движения в стенке втулки 5 выполнены щелевые отверстия 8, направленные .по касательной к цилиндрической поверхности центрального сопла 6. В принципе, устройством для закручивания потока кислорода может быть и другое, например, камера с тангенциальным вводом кислорода, устройство с лопатками, установленными под определенным углом и т. п.

П р и м е р 1. Конвертер емкостью 350 т, внутренний диаметр 6,8 м, а диаметр горловины 4,1 м. При торкретировании ось фурмы совпадает с осью конвертера, подача компонентов осуществляется через элементы типа '’сопло в сопло’¹. Через центральное сопло подается смесь топлива и огнеупора, через кольцевой канал - кислород. Фурмасодержит 10 пар сопел, расход торкрет-массы составляет 500 нг/мин, расход кислорода 210 м /мин.

Внутренний диаметр центрального сопла 24 мм, наружный 40 мм, внутренний диаметр кислородного сопла 56 мм, срез центрального сопла расположен внутри кислородного на расстоянии 35 мм. Торкретирование цилиндрической и конусной частей футеровки производится при разных расходах воздуха для транспортировки твердой фазы с целью регулирования процессов горения топлива и нагрева частиц огнеупора при изменении расстояния между срезами сопел и футеровкой. Торкретирование цилиндрической части.

При прямоточной подаче компонентов процесс горения и нагрева частиц огнеупора не успевает закончиться в -факеле до контакта с футеровкой . С целью интенсификации горения топлива и нагрева частиц огнеупора в факеле производится закручивание потоком кислорода.

В предлагаемых условиях требуется незначительное -сокращение длины зоны горения по сравнению с прямоточным факелом (расстояние между срезами сопел и футеровкой равной 3,3). Расход воздуха для пневмотранспорта составляет Юм ^?/мин, из которых 5 м³/мин поступает в камерный питатель, и 5 м³/мин добавляется в тракт на выходе из питателя. Поток кислорода при помощи специальных лопаток (или устройство с тангенциальным вводом) подается под углом 80° по отношению к плоскости, перпендикулярной оси сопла.

При указанных расходах и геометрических размерах сопел начальный импульс струи кислорода составляет (ηιω)^=ν·^> ω=0,35· 1,33-300=139,8кг м/с, где ν - объемный расход кислорода

через одно сопло, м³/с; р- плотность кислорода, кг/м³; 6>- скорость истечения кислорода, м/с.

Начальный импульс центральной струи ^{37 = 31,6 кг}'м/с,

где κι , - массовый расход смеси топV Ц '

лива, огнеупора и воздуха, кг/с; . .

скорость истечения смеси> м/с.

Начальный импульс вращения кислородной струи при этом равен (πιω)£ = (гвд}_Ог сово(.=139,8 соз 80° =

» .24,5~*кг м/с. ;

Отношение импульса крутки кислородной .струи к импульсу центральной струи равно 0,77. Длина зоны горения получается короче, а угол раскрытия факела больше, чем в случае прямоточного факела₍Частицы огнеупора успевают. нагреваться и оплавиться до контакта с футеровкой, вследствие чего увеличивается степень внедрения час914636.

тиц огнеупора в футеровку и улучшается качество торкрет-покрытия.

Торкретирование конусной части заключается в том, что на этом участ ке расстояние между срезами сопел и футеровкой уменьшается с 3,3 м до 1,9 -2,0. Поэтому необходимо сократить зону горения с тем, чтобы частицы огнеупора нагревались и оплавлялись в пределах прямого участка факела до контакта с футеровкой. Достигается это уменьшением расхода воздуха для пневмотранспорта. Например, при прекращении подачи дополнительного воздуха в тракт на выходе из камерного питателя расход воздуха для транспортировки уменьшится вдвое и будет составлять 5 м^/мин, массовый расход смеси останется прежним, а скорость истечения смеси уменьшится в 2 раза. Импульс центральной струи при этом уменьшится также в 2 раза, и будет составлять 15,8 кг м/с. Параметры кислородной струи не изменяются, отношение импульса крутки кислородной струи к импульсу центральной струи составляет 1,54. Истекающая с меньшей скоростью двухфазная струя становится менее жесткой и быстрее размывается кольцевой струей кислорода. Угол раскрытия факела увеличивается, протяженность зоны горения сокращается. Кроме того, при этом уменьшается среднемассовая скорость слившегося потока кислорода и смеси, вследствие чего увеличивается время движения частиц топлива и огнеупора от срезов сопел до футеровки. Частицы огнеупора нагреваются и оплавляются з пределах прямого участка факела и внедряются в покрытие в размягченном состоянии.

Более широкий настильный факел не оказывает значительного локального динамического воздействия на футеровку, не выдувает и не разрушает наращенный ранее поверхностный слой.

Изменением соотношения импульсов представляется возможным качественно торкретировать участки поверхности футеровки, находящиеся на разных расстояниях от плоскости истечения.

П р и м е р 2. Свод мартеновской печи емкостью 440 т. Торкретирование производится с уровня осей рабочих окон. Расстояние от фурмы до свода в середине печи составляет 2,2 м, вблизи передней и задней стенок - 0,8 - 1,2 м. Так как расстояние между срезами сопел и поверхностью свода в мартеновской печи значительно меньше, чем в конвертере, то для обеспечения необходимого времени для протекания процессов горения топлива и нагрева частиц огнеупора производится более интенсивное закручивание струй. Кроме того,

компоненты подают с меньшими скоростями, чем в конвертере. При торкретировании центральной части свода отношение импульсов поддерживается равным 1,5 - 2,0, при торкретировании участков свода, прилежащих к передней и задней стенкам, отношение увеличивается до 2,5 - 3,0. Достигается это уменьшением расхода воздуха на транспортировку твердой фазы, однако предусматривается возможность изменения расхода воздуха в более широких пределах. Например, при торкретировании центральной части свода расход воздуха составляет 10 - 12 м⁵/мин на 500 кр торкретмассы, а при торкретировании наклонных участков уменьшается до 2 3 м³/мин. При отношении импульсов 2,5 - 3,0 факел становится воронкообразным, процессы горения и нагрева частиц протекают в объеме ограниченных размеров и заканчиваются до удара факела в поверхность свода.

Сила динамического воздействия такого факела значительно меньше, чем в случае прямоточного факела. Факел мягче, настильнее,.отложение огнеупорного материала более равномерное. Вводимые в смесь связующие оплавляются в факеле и в вязком состоянии наносятся на поверхность свода, при этом укрепляются связи между зернами огнеупора и не происходит сдувания факелом размягченного поверхностного слоя футеровки.

Для различных металлургических агрегатов соотношение импульсов подбирается следующим образом.

В крупных агрегатах,где расстояние между плоскостью истечения и поверхностью футеровки составляет 3 4 м и где требуется обеспечить необходимую дальнобойность факела,производится слабая закрутка,отношение имТПульсов составляет 3,0 - 1,0 в агрегатах с ограниченными геометрическими размерами, в которых расстояние между плоскостью истечения и поверхностью футеровки составляет 1 м и менее, и в которых лимитирующими являются процессы горения и нагрева частиц, требуется интенсивное закручивание факела, отношение импульсов составляет 2-3.

Эффективность применения предлагаемого способа заключается в увеличении производительности агрегатов за счет сокращения ремонтов и в снижении удельных расходов огнеупоров.

Claims

Формула изобретения

Способ факельного торкретирования футеровки металлургических агрегатов, включающий подачу струей огнеупорного материала с топливом и за-~'

крутку ее вокруг собственной оси

914636

10

струей кислорода, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности торкретирования путем качественного смешения ком— ν понентов, быстрого и равномерного нагрева частиц огнеупорного материала, кислород подают внешней сужающейся струей, а отношение импульса 'закрутки кислородной струи к импульсу струи огнеупорного материала с

топливом поддерживают равным 0,3 3,0.