UA15182U - A method for heating flame melting furnace - Google Patents

Description

Опис винаходу

Пропозиція належить до способів одержання сталі в полум'яних плавильних печах при сумісному спалюванні 2 газоподібного і рідкого палива з окислювачем. Спосіб може бути використаний під час виплавки металу та інших матеріалів у полум'яних плавильних печах, наприклад, мартеновських, вайербарсових, скловарених та інших.

Однією з важливіших проблем експлуатації полум'яних печей є стабілізація їх продуктивності, а по можливості, і її підвищення в умовах економії палива.

Основним напрямком пошуків рішення цієї проблеми є інтенсифікація теплообміну між полум'ям та 70 поверхнею ванни. Теплофізичні фактори, які впливають на інтенсивність теплообміну добре відомі. До них належить: температура полум'я, його світність, яка визначена ступенем чорноти, різниця температур між полум'ям та поверхнею ванни, інтенсивність конвективного теплопередавання від продуктів згоряння до розплавлення по об'єму і площі ванни. 12 Ці фактори оптимізовані та стабілізовані у застосуванні до мазутного опалення полум'яних печей. Однак зростаючий дефіцит мазуту спонукає до використання газоподібного палива, особливо у сталеплавильному виробництві.

Оскільки газоподібне паливо, переважно природний газ, має більш низьку теплотворну спроможність, ступінь чорноти полум'я та теоретичну температуру зпалення ніж мазут, проблема підвищення продуктивності сталеплавильних печей, особливо мартеновських, в умовах економії палива, залишається гострою. Однією з них підвищення температури полум'я шляхом використання кисню у якості додаткового окислювача.

Відомий спосіб опалення сталеплавильної печі (ас. СССР Мо749903 М. кл. 3 с218 5/04, 1980г.), який включає подавання у робочий простір печі кисню потоком по поздовжній осі під кутом 10-152 до ванни, а паливо подають струменями, які розташовані навколо кисневого потоку, при цьому осі потоків палива дотичні до твірних кисневих потоків. Струмені палива сходяться до кисневого потоку поза межами початкової ділянки, осі яких не - перехрещуються, екрануючи та захищаючи кисневий потік від розріджування його регенераторним повітрям.

Проте, цей спосіб, хоч і дозволяє локально підвищувати температуру полум'я та теплопередавання за рахунок збагачення дуттєвого повітря киснем, але знижує світність полум'я, внаслідок більш інтенсивного сч перемішування газу з регенераторним повітрям, а також процес горіння палива закінчується на щонайменшій (короткій) відстані від подаючої головки печі. Це погіршує теплопередавання від полум'я до металевої ванни та (ее) своєчасне формування шлаку. -

З числа відомих способів опалення полум'яних сталеплавильних печей до запропонованого по технічній суті та досягнутому ефекту самим близьким є спосіб опалення мартеновської печі (ас. СССР Мо1359307, М. кл. 7 Щео,

С21С 5/04, Е27В 3/22, 1987г.), який включає подачу палива з торців печі спрямованими уздовж поздовжньої осі - печі під кутом до поверхні розплавлення центральним і двома боковими струменями, коріння яких розташовано на рівні внутрішньої поверхні торцевої стінки голівки печі вище центрального потоку, під кутом до нього і на однаковій відстані від нього по горизонталі. Корінь центрального потоку виносять у бік ванни на 0,5-0,9 ширини вертикального каналу печі, паливо у центральний та бокові потоки подають під високим тиском і по ходу « дю плавки виконують перерозподіл теплового навантаження між центральним і боковими потоками, при цьому у - період завалки у бокові потоки подають 30-5095, у період плавлення - 25-3095 і у доводку - 15-2095 від загальних с витрат палива на піч. :з» Незважаючи на очевидне підвищення продуктивності печі у відомому способі, подача палива окремими потоками та дроблення їх призводить не тільки до ускладнення технічного виконання цього способу опалення, але і до розшарування факелу, до зменшення його середньомасової швидкості. Це негативно впливає на - що тепловіддачу від факела до ванни, особливо у періоди плавлення та доводки, погіршує теплову роботу печі та вимагає подачі окислювача і палива під високим тиском. 1 В основу пропозиції поставлено завдання удосконалення способу опалення сталеплавильної печі, в якому, - внаслідок розташування вихідних потоків окислювача, газоподібного та рідкого палива в одній вертикальній площині орієнтування, зустрічі їх в одній точці на осі газового потоку та спалювання їх над поверхнею ванни (ее) 50 печі з заданими витратами газоподібного палива в різні періоди плавки, забезпечується інтенсифікація

Кз теплообміну від факела до металошихти і розплавлення, а також зростанню ступеню використання енергоносіїв і за рахунок цього підвищується продуктивність сталеплавильної печі.

Поставлена задача вирішена тим, що в способі опалення полум'яної плавильної печі, який включає подання під кутами до поверхні розплавленого металу кисню, газоподібного та рідкого палива у вигляді окремих потоків, що змішуються при їх перетинанні та спалювання утвореної суміші над поверхнею розплавлення, згідно с пропозиції, осі потоків рідкого палива та кисню спрямовані під кутом в одну точку на вісь газового потоку, відстань якої до площини орієнтування виходу всіх потоків дорівнює 0,2-0,25 відстані від точки зустрічі газового потоку з поверхнею розплавленого металу до площини орієнтування виходу всіх потоків, причому витрата газоподібного палива по тепловому навантаженню в періоди завалки і розігріву, розплавлення і доводки бо складає, відповідно, 93-97, 85-95 і 80-9095 від загальної витрати палива на кожний період плавки.

Перша додаткова відмінність полягає у тому, що осі рідких потоків розміщені в одній горизонтальній площині з віссю газового потоку і під кутами до неї, а вісь кисневого потоку розміщена в одній вертикальній площині з віссю газового потоку і під кутом до неї.

Запропоноване розташування вихідних потоків окислювача, газоподібного та рідкого палива в одній б5 вертикальній площині орієнтування та подавання газового потоку по центру, мазутних потоків по боках, а кисню під факел з зустріччю всіх потоків в одній точці на осі газового потоку на відстані до площині орієнтування виходу всіх потоків, яке дорівнює 0,2-0,25 відстані від точки зустрічі всіх потоків з поверхнею ванни до площині орієнтування, дозволяє, не тільки більш повно завершувати процеси розкладання і сажеутворення в паливних (газовому та мазутному) потоках на даній ділянці (0,2-0,25), але і у подальшому шляху руху до поверхні ванни поліпшити умови перемішування паливних потоків з киснем та регенераторним повітрям, інтенсифікувати горіння та збільшити радіаційні характеристики факелу.

Газовий струмінь у даному випадку являє собою високошвидкісний потік нагрітих продуктів окислювального піролізу природного газу, який на виході має більш високу температуру горіння. Це дозволяє інтенсифікувати 7/0 процес нагріву металевої ванни, виплавляти сталь без наведення більшої кількості шлаку, що поліпшує передачу тепла розплавлення, інтенсифікує теплообмін, зменшує витрати вапна і збільшує продуктивність печі.

Загальна ефективність заходів залежить і від розподілу вказаних параметрів в часі, тобто в різні періоди плавлення сталі.

Найкращі умови для підвищення продуктивності і економії (ощадності) палива досягають при максимальній /5 реалізації режиму прямого направленого теплообміну, при якому максимум температур і тепловиділень містяться (розташовуються) у поверхні ванни. Падаючий на ванну тепловий потік, сумарний за площею або його щільністю, залежать від абсолютних значень температур факелу, стін печі і температурних полів по об'єму ступеня чорноти факелу і стін і розподілення його значень по площі і об'єму, зведених кутових коефіцієнтів і конвективного переносу газовим потоком. В запропонованому способі щільність (густина) падаючого потоку 4,

Мвт/м?2 значно вище (на 10,5495) в порівнянні з прототипом під час замірів на працюючій мартенівській печі.

Процес горіння мазуту більш тривалий, ніж природного газу і при опалюванні його біля відносно холодної поверхні можливе зниження ефекту прямого направленого теплообміну за рахунок затягування його горіння внаслідок охолодження шару факела біля такої поверхні і, як наслідок, зниження температури факелу поблизу поверхні. Крім того, при високому ступені чорноти мазутного факелу відбувається екранування більш холодним шаром біля поверхні випромінювання більш високотемпературної центральної частини факелу. Таке може спостерігатись особливо в перший період варки сталі. в

Як наслідок, максимальна продуктивність печі може бути досягнута при визначеному співвідношенні мазуту і природного газу по періодах варки сталі і умовах змішування їх з окислювачем (повітрям і киснем).

Відмітні ознаки пропонованого технічного рішення, незважаючи на відомість варіантів подачі палива і Ге окислювача в зону нагріву, в новій сукупності ознак містять специфічні керовані параметри, що не знайомі з доступних нам наукових і технічних публікацій і не можуть бути розраховані теоретичним шляхом. Вони со дозволяють забезпечити і покращити інтенсифікацію теплообміну від факела до металу і за рахунок цього «ч- підвищити продуктивність полум'яної плавильної печі і зменшити витрати енергоносіїв.

Далі суть пропозиції пояснюється докладним описом пропонованого способу опалення полум'яної о плавильної печі з посиланням на креслення, де відображено: «- на фіг.1 - схема розміщення (розташування) і напрямку кисневого і паливних потоків в робочому просторі мартенівської печі. на фіг.2 - схема розміщення і напрямку кисневого і паливних потоків і повздовжній розріз, по А-А; « на фігЗ - схема розміщення вихідних потоків окислювача, газоподібного і рідких палива в одній 70 вертикальній площині орієнтування, вид по Б-Б. - с В пальник 1, який встановлений в торцеву стінку головки 2 мартеновської печі З, природний газ, мазут і ц кисень подають крізь патрубки 4, 5 і 6, 7. Вихід всіх потоків здійснюють з протилежної сторони пальника 1 и"? крізь сопла, відповідно 8, 9 і 10, 11, які орієнтовані в одній торцевій вертикальній площини 12 пальника 1.

Осі потоків природного газу 13, мазуту 14 і 15, окислювача 16 спрямовані в робочий простір 17 мартенівської 5 печі 3. Газовий потік 13 подають під кутом 13-152 до поверхні розплавленого металу 18, що пересікає її в точці - 19. Мазутне паливо подають двома потоками, осі яких 14 і 15 розташовані в одній горизонтальній площині з віссю вихідного газового потоку 13 і нахилені в напрямку газового потоку під однаковими кутами. Кисень і-й подають в робочий простір 17 печі З через сопло 11, співвісно осі газового потоку 13. Осі всіх потоків - зустрічаються в одній точці 20, відстань від якої до площини орієнтування всіх потоків 12 дорівнює | 4, яка со 50 дорівнює 0,2-0,25Ї, де | - відстань від площини виходу всіх потоків 12 до точки зустрічі 19 осі газового потоку 13 з поверхнею розплавленого металу 18. Регенераторне повітря подають в піч З потоком під кутом до

Що) поверхні розплавлення 18 крізь отвір 21.

Дослідно-промислові випробування, виміри параметрів і порівнюючі показники результатів роботи мартенівської печі, запропонованим способом, проведені на діючому об'єкті Макіївського металургійного заводу (ММЗ).

Всі експерименти проводили при постійній сумарній витраті питомого палива. Тому що, в періоди завалки і с розігріву і на початку періоду плавлення поверхня ванни не є плескатою, всі виміри проводили на початку періоду доводки. В усіх дослідах підтримували також постійними інші параметри: витрати кисню, регенераторного повітря і т.і. Крім цього, всі порівнюючи виміри розпочинали через 5 хвилин після перекиду 60 полум'я і закінчували за один і той же час, 20-21 хвилину. З семи вимірів подаючого теплового потоку відбирали середні значення.

Далі наведені приклади здійснення способів опалення сталеплавильних печей за прототипом та запропонованим способом.

Приклад 1 (за прототипом). 65 В мартенівську піч ємністю 500т по рідкому металу проводили завалку твердої металошихти з розрахунку -312т (60965) і рідкого чавуну 7208т (4095) від усієї металозавалки. В періоди завалки і розігріву на опалення печі подавали тільки природний газ центральним потоком з 9-72,06бкг/т (6095), а також боковими потоками з 9-48,04кг/т (40965) - витрат загального палива по тепловому навантаженню на ці періоди, відповідно. Після періодів завалки і розігріву заливали рідкий чавун «208т (4090) від усієї металозавалки. В період розплавлення металу подавали тільки природний газ на центральний і бокові потоки і підтримували теплове навантаження відповідно, по співвідношенню до потоків 9д-87,07кг/т (72,590) і 49-33,0Зкг/т (27,590) від усього теплового навантаження на період. В наступний період доводки на бокові потоки подавали газ з тепловим навантаженням 9-21,02кг/т (17,595) на цей період, а по центральному потоку подавали газ, що залишився, і д--54,29кг/т (45,2965) мазуту від теплового навантаження. Бокові потоки палива спрямовували під кутом 132 до повздовжної 7/0 осі печі, а центральний потік - повздовж осі печі. Бокові потоки спрямовували під кутом нахилу 152, а центральний під кутом 132 до поверхні ванни. При цьому, всі потоки зустрічались в одній точці на поверхні ванни, відстань від цієї точки до центрального потоку дорівнює 1,3Ї, а до коренів бокових потоків 2,01. (//11-0,788), де | - відстань від площини орієнтування всіх потоків до зустрічі з віссю газового потоку з поверхнею розплавленого металу. Після періоду доводки рідкий метал (сталь) випускали в розпивочний ковш. 75 Продуктивність печі при цьому В-45,7т/год., а витрати загального палива на плавку 9-120, кг/т. Показники представлені в таблиці 1.

Оцінюючим параметром способів опалення по прототипу і по запропонованому способу є густина (щільність) подаючого теплового потоку від факела на поверхню ванни, Япад» Вт/м". Виміри проводили термозондом в семи точках по осі печі. Сигнал термозонду, е.д.с. в мв, записували вторинним пристроєм на діаграмній стрічці.

Чутливий елемент термозонду розміщували на висоті 100-150мм над поверхнею рідкої ванни.

Приклад 2 (за пропонованим способом).

В мартенівську піч ємністю 500т по рідкому металу проводили завалку твердої металошихти з розрахунку -312т (6095) і рідкого чавуну -208т (40905) від усієї металозавалки. В період завалки і розігріву, плавлення і доводки газ і мазут на опалення подають центральним потоком під кутом 132 до поверхні розплавлення з тепловим навантаженням, відповідно, по періодах 9-109,82; 104,04 і 98,2бкг/т 95, 90 і 8595 витрати -в газоподібного палива від загальної витрати питомого палива на кожний період. Доля мазуту, при цьому, по цих періодах складала, відповідно, 9-5,78; 11,56 і 17,34кг/т (5,10 і 1595). Після періодів завалки і розігріву заливали рідкий чавун «208т (40905) від усієї металозавалки. Після періоду доводки рідкий метал (сталь) випускали в розпивочний ковш. с

При цьому відстань І від площини орієнтування виходу потоків до точки зустрічі в робочому просторі печі с всіх потоків в одній точці дорівнює 0,225І, де І - відстань від площини орієнтування всіх потоків до точки зустрічі осі газового потоку з поверхнею розплавленого металу. Після періоду доводки плавки рідкий метал -- (сталь) випускали в розпивочний ковш. Продуктивність печі при цьому В-46,9т/год, а витрати загального палива ю на плавку 9-115,6бкг/т. Всі виміри проводили, як в прикладі 1. 3 Приклади 3-6. Як в прикладі 2, тільки співвідношення відстаней І -// дорівнювали 0,15, 0,20, 0,25, 0,30 при «- однакових витратах газоподібного палива і мазуту по періодах плавки.

Показники прикладів 1-6 наведені в таблиці 1. Для значення співвідношення витрат газу до мазуту усу -85/15 для пропонованого способу є оптимальною і співвідношення відстаней | -4//, що знаходиться в « межах 0,20-0,25. Як видно, подаючий тепловий потік різний, в залежності від співвідношення витрат газу і мазуту, оскільки останній має високу теплотворну спроможність, ніж газ. Так як виміри подаючого теплового о) с потоку проводили (дивись раніше) на початку періоду доводки і мазут, по прототипу, подавали тільки в цей "» період і з більшою витратою (до 45,295 по теплу), ніж в пропонованому способі (до 1595 по теплу), то щільність " (густина) падаючих теплових потоків д Мвт/м2 в порівнянні з пропонованим способом була вищою, відповідно 1,592 до 1,549. Це сталось завдяки правильному вибору орієнтування виходів всіх потоків що до точки зустрічі їх на осі газового потоку та розрахунку відстані до точки зустрічі їх з поверхнею ванни. В цьому випадку - відбувається найкраще перемішування і повне спалювання палива з оксилювачем і більш швидка віддача тепла «сл з поверхні металу. - бо 22

МОМ Варіанти Відносна Відносні витрати газу ЩО Показникипроцебу.у/ 000000 кі» п/п відстань І1/-/мазуту, Сг/Ом, 7/6 Щільність (густина) падаючого на поверхню ванни

М я вав сек інший 60

Приклади 7-11. Як і в прикладах 1-6, тільки співвідношення відстаней | -// дорівнює 0,225 при зміні співвідношень газ-мазут С//Зу по періодах плавки: завалка і розігрів 90-100; розплав 85-95; доводка 80-9090 від загальної умовної витрати палива. Результуючим параметром в цій серії експериментів приймали продуктивність печі - В, кг/год. і питомі витрати умовного палива ад, кг/т. Показники прикладів 7-11 приведені 65 в таблиці 2.

МоМо п/п Період варки Вимірювальний параметр Ог/См, 9090 я авааірюте | 1110 во 11111011 ря мов давюдад/177711111111вою11111 в Завааіроюте | в, 11111111 о пи с НИ ПОП НО УНН ЕХ КН даю в валют | 11109551 отолав 1 177111111111вомо1111111111я6я07 Бе дав і я валют | 1111000 95111011 нини з по НН ШЕХЕЕ даю в Завааіроюте | 11611111 нин с НИ ПО т ЗНЯ НОЯ ШОЕХРУ НИ о ддовода/1711111111111вомо111111

З таблиці 2 видно, що спосіб, що пропонується перевершує по питомих показниках відомий (приклад 1). Це відбувається в результаті правильного перерозподілення співвідношень витрат С //0Зу по періодах плавки: завалка і розігрів - 95/5, розплав - 90/10, доводка - 85/15 від загальної витрати на кожний період і вибору точки зустрічі потоків (кисневого і мазутних) на осі газового потоку, а також відстані її до площини З орієнтування всіх потоків, що дорівнює 0,2-0,25 відстані від точки зустрічі газового потоку з поверхнею розплавленого металу до площини орієнтування виходу всіх потоків до поверхні ванни розплавленого металу. В цьому випадку, пропонований спосіб дозволяє досягти найбільшої продуктивності печі В-46,8-47 От/год. при мінімальних витратах загального умовного палива на плавку 4-115,5-115,7кг/т, що в порівнянні з відомим Ге способом, краще, відповідно на 2,5595 і 3,759.

В таблиці З приведені порівнювальні показники роботи печі по обох способах. со - в

В, т/год. палива 9, кг/т сталі потоку від факелу в період доводки а, Вт/м2 5

ГЛ. -0,225 2 с З аналізу таблиці З можна зробити висновок, що запропонований спосіб опалення мартеновської печі, в :з» порівнянні з відомим, дозволяє збільшити продуктивність печі на 1,2т/год або на 2,695, зменшити питомі витрати умовного палива на 4,4кг/т сталі (3,6695). Характеристики факелу в пропонованому способі при тих же витратах 75 мазуту, газу і кисню і при постійних інших параметрах роботи печі вище, ніж у відомого, про що свідчать - величини падаючих теплових потоків в період доводки (1,592Вт/м2 проти 1,510Вт/м2).

Виходячи з представлених вище показників, проведено розрахунок економічної ефективності від і-й впровадження пропонованого способу опалення сталеплавильних печей. Результати розрахунків приведені в - таблиці 4. б ; заводу

МОМ п/п Найменування вихідних даних Умовні позначення Одиниця виміру с Ес ІН ПОН ПО ЗАНЯ ПОЛОН У ЗИ НО ИН в Продженсьтя 111110001000800000100мд 00150108 а |(пиюма витрат умовною теля 11191101 10100056 05 вямауу 00000000) жтжму 00005205 8 Пиожевиртетютю боовфает 0000056000000мж010005500010005ю вв 51

ПИ СЕ ІНН ПОН УНН НОЯ ПОН соня НО 7 Приват та 111110101100111110вдко 10 о1000ю 500108 Витемнаодюттстя 000 би; 00000тю 00009006 в чний сююмчнийефет 0000010 воскові

Результати розрахунку:

ЕБА(С1-С2)-23400(1850-1815)-23400035-81900Огрн.

Річний економічний ефект від впровадження запропонованого способу опалення складе 31590Огрн.

Таким чином, показники промислових випробувань доводять, що запропонований спосіб дозволяє, у порівнянні з відомим, забезпечувати інтенсифікацію теплообміну від факелу до металошихти і розплавлення, дозволяє збільшити продуктивність печі на 1,2т/год. або на 2,695 зменшити питомі витрати умовного палива на 4 Акг/т сталі.

Claims (2)

Формула винаходу

1. Спосіб опалення полум'яної плавильної печі, який включає подання під кутами до поверхні розплавленого металу кисню, газоподібного та рідкого палива у вигляді окремих потоків, що змішуються при їх перетинанні, та 79 спалювання утвореної суміші над поверхнею розплаву, який відрізняється тим, що осі потоків рідкого палива та кисню спрямовані під кутом в одну точку на вісь газового потоку, відстань якої до площини орієнтування виходу всіх потоків дорівнює 0,2-0,25 відстані від точки зустрічі газового потоку з поверхнею розплавленого металу до площини орієнтування виходу всіх потоків, причому витрата газоподібного палива по тепловому навантаженню в періоди завалки і розігріву, розплавлення і доводки складає, відповідно, 93-97, 85-95 і 80-90 до від загальної витрати палива на кожний період плавки.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що осі потоків рідкого палива розміщені в одній горизонтальній площині з віссю газового потоку і під кутами до неї, а вісь кисневого потоку розміщена в одній вертикальній площині з віссю газового потоку і під кутом до неї. що 2 с (ее) «- ІФ) ьо

- . и? - 1 - (ее) Ко) 60 б5