Газоохолоджуваний пальник-фурма для нагрівання, продувки і рафінування рідких розплавів

1. Газоохолоджуваний пальник-фурма для нагрівання шихти, продування і рафінування рідких розплавів, який містить зовнішній металевий трубний охолоджуваний корпус, проміжну і внутрішню труби, що розміщені в цьому корпусі співвісно з зазорами, з патрубками для підводу газуохолоджувача, паливного газу і газопорошкових сумішей, компенсаційний пристрій, лопатеві завихрювачі, що розміщені в зазорі між цим корпусом і проміжною трубою, і дуттьову головку з профільними соплами для подачі газових і газопорошкових реагентів, який відрізняється тим, що він обладнаний в верхній частині вказаного C2 2 UA 1 3 сті і будівельних матеріалів (конверторах, обертових і скловарених печах). Одною з важливих проблем експлуатації таких пристроїв є те, що, працюючи в умовах підвищених температур, вони мають водоохолоджуваний контур, який працює на обертовій воді. В зв'язку з цим необхідно, щоб охолоджуючий агент мав підвищений тиск і велику витрату. Для виконання цих умов необхідне відповідне дорогоцінне устаткування (помпи, підвідні і відвідні магістралі, охолоджуюче обладнання і т.п.). При цьому з теплового агрегата втрачається тепло з охолоджуючою водою. Тому важливим завданням економії енергоресурсів в цьому напрямі є створення газоохолоджуваних пальників-фурм для теплових агрегатів металургії і машинобудування. Відомий пристрій для нагрівання і обробки рідких розплавів реагентами - вихровий пальник (А.с. СССР № 832255 М.кл.3 F23D 13/26, 1981г.). Він вміщує прилягаючий до вогнетривкої амбразури металевий трубний корпус, в якому по осі встановлено трубу для подачі окислювача та на виході якого встановлено завихрювач. Труба для подачі окислювача утворює з корпусом кільцевий канал для подачі палива, на вихідному кінці якого також встановлено завихрювач у вигляді шайби з гвинтовими наскрізними каналами. Трубу для подачі окислювача встановлено в корпусі з можливістю зворотньо-поступального переміщення вздовж осі. Корпус обладнаний водоохолоджуючою сорочкою. Вказаний вихровий пальник не забезпечує плавного регулювання параметрів факела, а також його характеристик і тому знижує ефективність спалювання палива. Відома конструкція є складною і потребує застосування вогнетривких дорогоцінних матеріалів. Відома занурена фурма для продувки та рафінування рідких розплавів (патент України на корисну модель № 6766 М.кл.7 С21С 5/48, 2005р.). Вона вміщує корпус, що охолоджується, та співвісно розміщені центральну та проміжну труби. В нижній частині корпусу розміщена сферична головка з центральним соплом для подачі порошкових рафінувальних реагентів, яка з'єднана з центральною трубою. В верхній частині корпусу співвісно встановлені труби для підводу газоподібних та рафінувальних реагентів. Фурма обладнана з'єднаним з проміжною трубою циліндричним соплом, всередині якого свіввісно розміщена фігурна дуттьова насадка з внутрішнім профільованим соплом для подачі рафінувальних реагентів та подачі окислювача, причому, головку виконано П-подібної кільцевої форми, всередені якої між нею та циліндричним соплом встановлена кільцева шайба з вихідними периферійними газовими соплами. В верхній частині центральної труби встановлено привід для зворотно-поступального переміщення її вздовж вертикальної осі разом з фігурною дуттьовою насадкою. В зануреній фурмі вихідні периферійні газові сопла кільцевої шайби розміщені відносно вертикальної осі під кутом 165-170°. Конструкція пропонованої заглибної фурми дуже складна в виготовленні і монтажі. Всіляке порушення співвісності, а також перекіс при мон 88406 4 тажі ускладнює зворотно-поступове переміщення центральної труби з фігурною дуттьовою насадкою, що, в значній мірі, впливає на процес продувки і рафінування рідких розплавів. В основу винаходу поставлена задача удосконалення конструкції газоохолоджуваного пальника-фурми для нагрівання продувки і рафінування рідких розплавів, в якому в результаті обладнання пальника-фурми приймальником газуохолоджувача, звужуючим пристроєм-конфузором та лопатевими завихрювачами, а також виконання компенсаційного пристрою, забезпечується зростання терміну дії і надійності пальника-фурми і за рахунок цього збільшується ККД процесу і економиться паливо. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що газоохолоджуваний пальник-фурма для нагрівання шихти, продувки і рафінування рідких розплавів, який містить зовнішній металевий трубний охолоджуваний корпус, проміжну і внутрішню труби, що розміщені в корпусі співвісно з зазорами, з патрубками для підводу окислювача, горючого газу і газопорошкових сумішей, компенсаційний пристрій, лопатеві завихрювачі, що розміщені в зазорі між корпусом і проміжною трубою, і головку з профільними соплами для подачі газових газопорошкових реагентів, згідно винаходом, обладнаний в верхній частині зовнішнього корпусу циліндричним приймачем газу-охолоджувача та звужуючим пристроєм-конфузором, а на вході в кільцевий зазор між корпусом і проміжною трубою на зовнішній поверхні останньої встановлена профільна фігурна кільцева обойма, лопатеві завихрювачі розміщені по всій довжині зовнішньої поверхні проміжної труби з зазорами відносно внутрішньої поверхні корпусу, в нижній частині охолоджуваного корпусу встановлена циліндрична насадка, яка з’єднана з корпусом за допомогою конуса, всередині насадки розташована кільцева фігурна дуттьова голівка з профільними соплами, а на зовнішній поверхні циліндричної насадки встановлені додаткові лопатеві завихрювані з зазором до внутрішньої поверхні насадки. Першою додатковою ознакою є те, що компенсаційний пристрій виконано у вигляді циліндричного стакана, в якому встановлено додатковий компенсатор у вигляді круглого сильфона. Другою додатковою ознакою є те, що зовнішня поверхня металевого корпусу виконана з покриттям із вогнетривкого матеріалу. Третьою додатковою ознакою є те, що лопатеві завихрювачі розташовані в корпусі і в циліндричній насадці в одному напрямку. Відмінні ознаки пропозиції дозволяють покращити теплозйом з внутрішньої поверхні корпусу, оскільки відомо, що збільшення швидкості потоку знижує його температуру, та за рахунок цього збільшується надійність охолодження і термін дії пристрою. Крім того, зменшується розширення і уздовження конструкції за рахунок компенсаційного пристрою, а також створюється закручений газокисневий факел з високими енергетичними характеристиками. Головною перевагою конструкції є не тільки простота виготовлення і експлуатації, а також оригінальне конструктивне рішення пропо 5 нуємого пристрою, що працює в напружених умовах, зв'язаних з високими температурами без традиційного водяного охолодження для зняття теплових навантажень. Відмова від складної закільцьованої системи подачі води на охолодження насосів, трубопроводів, самої води в холодильниках, охолоджувальної оболонки самого пристрою, а також від витрати великої кількості води, яка є дефіцитною у природі, призводить до зниження собівартості продукції. Суть пропозиції пояснюється кресленнями, де зображено: - на фіг. 1 - газоохолоджуваний пальникфурма (з частковим продольним розрізом); - на фіг.2 - поперечний розріз пальника-фурми по А-А; - на фіг.3 - вигляд головки пальника-фурми по Б. Газоохолоджуваний пальник-фурма включає зовнішній охолоджуваний трубний корпус 1 і розміщені всередині його концентрично з зазорами труби - проміжну 2 і внутрішньо 3 з патрубками 4 і 5 для подачі, відповідно, паливного газу і газопорошкової суміші. В кільцевому зазорі між зовнішнім корпусом 1 і проміжною трубою 2, розміщені на вході звужуючий пристрій у вигляді профільної фігурної кільцевої обійми 6 для збільшення швидкості і значного зниження температури охолоджуючого потока, а нижче її (обійми 6) рівномірно в зазорі по всій довжині розміщені лопатеві завихрювачі 7. До нижньої частини корпусу 1 приєднано циліндричну насадку 8 з внутрішніми лопатєвими завихрювачами 9, які утворюють канали 10 закрутки і виходу газу-окислювача в робочий простір агрегата. Циліндричну насадку 8 з'єднано з корпусом 1 за допомогою конуса 11. Всередині циліндричної насадки 8 встановлена кільцева фігурна дуттьова головка 12, яка приєднана до нижніх частин проміжної 2 і центральної 3 труб з зазором до внутрішніх завихрювачів 9. Дуттьова головка 12 обладнана центральним профільованим соплом 13 для подачі газопорошкових рафінуючих реагентів і периферійними соплами 14, розміщеними по колу для виходу газового палива. До верхньої частини корпусу 1 по колу жорстко приєднаний нижньою вихідною частиною звужуючий пристрій конфузор 15, а до верхньої частини його по колу приєднаний циліндричний приймач 16 з верхньою заглушкою 17, нижче якої встановлений патрубок 18 для подачі газу-охолоджувача. В верхній частині циліндричного приймача 16 та проміжної труби 2 розміщено компенсаційний пристрій, який включає стакан 19, встановлений з зазором співвісно трубі і 2 для подачі паливного газу, з нижньою кільцевою заглушкою-шайбою 20 з центральним отвором 21. Всередині стакана 19 встановлений компенсатор у вигляді круглогосильфона 22, який нижньою частиною жорстко приєднаний до верхньої поверхні заглушки-шайби 20, а до верхньої частини си 88406 6 льфона приєднана шайба 23, яка жорстко закріплена на зовнішній поверхні проміжної труби 2 і з зазором відносно внутрішньої поверхні стакана 19. В торцевій частині проміжної труби 2 вище патрубка 4 для підводу палива встановлена заглушка 24, яка щільно приєднана зовнішньою частиною до проміжної труби 2, а внутрішньою - до внутрішньої труби 3. Зовнішня поверхня металевого корпусу 1, конуса 11 і циліндричної насадки 8 виконані з покриттям із вогнетривкого матеріала. Газоохолоджуваний пальник-фурма працює наступним чином. В охолоджуваний пальникфурму, що встановлений на мартенівській печі, подають спочатку паливо (рідке або газове) через патрубок 4 в кільцевий зазор, що утворений проміжною трубою 2 і центральною трубою 3. Проходячи по кільцевому зазору паливо подають в периферійні, розміщені по колу, сопла 14 кільцевої фігурної головки 12, направляють в робочий простір теплового агрегата і підпалюють. Підпал здійснюють у випадку холодного робочого простору від запальника, а у випадку розігрітого - від високої температури об'єму і стінок печі. Після цього через патрубок 18 подають охолоджуючий газокислювач в кільцевий зазор між проміжною трубою 2 і циліндричним приймачем 16, а окислювач подають в зазор між проміжною трубою 2 і конфузором 15, який надходить по кільцевому зазору між проміжною трубою 2 і трубним корпусом 1 в зазор, утворений циліндричною насадкою 8 і кільцевою фігурною дуттьовою головкою 12 і далі в робочий простір. Після зустрічі з гарячим паливом утворюється закручений світловий факел, яким, в подальшому, керують і регулюють по потужності і світності. У випадку роботи пропонованого пристрою як пальника через патрубок 5 по центральній трубі 3 і центральному профільованому соплу 13, розташованому в фігурній дуттьовій головці 12, подають в робочий простір печі додаткову кількість окислювача або палива. Під час роботи пальника в зоні високих температур компенсація термічних лінійних розширень відбувається таким чином. Внаслідок того, що зовнішня поверхня корпусу пальника контактує з високими температурами, а внутрішня інтенсивно охолоджується газом, відбувається його лінійне подовження, яке поглинається компенсуючим пристроєм у вигляді круглого сильфона 22, зберігаючи внутрішню частину пальника разом з трубами проміжною 2, центральною 3 і приєднаною до них фігурною дуттьовою головкою 12 нерухомою, тим самим зберігаючи від виходу з ладу пальник-фурму, від розривів, тріщин і здувань. Промислові випробування пропонованого пристрою і прототипа проводили на 500-тонній мартенівській печі меткомбінату "Запоріжсталь" як промислових склепіневих пальників для нагрівання шихти. Показники випробувань представлені в таблиці. 7 88406 8 Таблиця Порівняльні показники промислових випробувань прототипу і пропонованого пристрою. №№ п/п 1 2 3 4 5 6 Склепіневі пальники Показники процесу Продуктивність мартенівської печі за рік, т Стійкість пальника, кількість плавлень Витрати пальників за рік, шт. Вартість виготовлення пальника, грн Зменшення часу на заміну пальника за рік, годин. Вартість пальників на рік, грн Під час випробувань пропонований пальникфурма в порівнянні з прототипом показав надійність і стійкість в експлуатації. На 4500т збільшилась продуктивність мартенівської печі за рахунок зменшення часу на заміну склепіневих пальників - 90 годин (заміна одного склепіневого пальника ~ 0,5 годин). Вартість 1т виплавленої сталі 1900 грн. Тривалість плавки - 10 годин. Попередній економічний ефект за рік від впровадження пропонованого газоохолоджуваного пальника-фурми складає: Э = 9 х 500 х 1900+( 1400000-936000) = 9014000 грн. В технічному плані конструкція пропонованого пальника-фурми має такі переваги: 1. збільшення терміну роботи (стійкості) пальника-фурми на 25,7%; 2. надійність в експлуатації; Прототип 3600000 50 700 2000 1400000 Винахід 3604500 70 520 1800 90 936000 3. простота конструкції; 4. зменшення часу на виготовлення, заміну її і ремонт; 5. збільшення продуктивності теплового агрегата. Пропонований газоохолоджуваний пальникфурма має багатоваріантні можливості застосування в будь-яких теплових агрегатах. Крім унікальної можливості відмови від традиційної необхідності водяного охолодження і втрат значної кількості тепла з охолоджуючою водою, тепло охолоджуючого газу передають безпосередньо агрегату, збільшуючи ККД процеса. Пропонована конструкція дозволяє використовувати и як пальник для нагрівання і плавлення різних матеріалів(шихти), а також продувки і обробки розплавів в плавильних і позапічних агрегатах газовими або газопорошковими реагентами. 9 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 88406 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601