Пристрій для нагрівання футерівки ковшів

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії, а саме контрукції пристрою для нагрівання футерівки металургійних ковшів перед заливкою в них металу. Пристрій може бути використано для теплової обробки сталерозливних, чавуновозних, ливарних, міксерних ковшів, які використовуються для перевезення і доводки металу в електросталеплавильних, конверторних, ливарних цехах. Пристрій для нагрівання футерівки ковшів містить півкришку з боковою та верхньою стінками, з центральним і периферійними отворами, в яких розміщено патрубок для відводу продуктів згоряння, а в центральних отворах, відповідно, розміщено розподільну повітряну трубу з пальниками всередині, між верхньою і нижньою стінками кришки розміщені верхня і нижня горизонтальні кільцеві перегородки з центральними і периферійними отворами в яких, відповідно, розміщено розподільну повітряну трубу з пальником всередині та вертикальні кільцеві перегородки з розподільними отворами і трубки рекуперації, а також патрубки для первинного і вторинного повітря, які одночасно розташовані в верхній стінці кришки, причому між нижньою стінкою кришки і розподільною повітряною трубою виконано кільцеву щілину для вторинного повітря, а щілину для первинного повітря - в розподільній повітряній трубі і в пальнику між верхньою та нижньою горизонтальними кільцевими перегородками. Винахід забезпечує збільшення рекуперації теплоти відхідних продуктів згорання палива, можливість регулювання витрат повітря на згорання палива (коефіцієнт надлишку повітря а=1-4) в період сушіння футерівки і її витримки при сталій температурі, підвищення оптимальності аеродинаміка газоповітряної суміші і її продуктів згорання, повноти згорання палива, повної утилізації (використання) теплоти продуктів згорання, підвищення UA 110412 C2 (12) UA 110412 C2 рівномірності нагріву футерівки ковша, підвищується коефіцієнт корисної дії від використання палива, термін експлуатації футерівки ковшів і пристрою. UA 110412 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі чорної металургії, а саме - конструкції пристроїв для нагрівання футерівки металургійних ковшів перед заливкою в них металу. Пристрій може бути використано для теплової обробки сталерозливних, чавуновозних, ливарних, міксерних ковшів, які використовуються для перевезення і доводки металу в електросталеплавильних, конверторних, ливарних цехах. Відомий пристрій для сушіння та нагрівання чайникових ковшів [Авторське свідоцтво СРСР №1245830, MПК F26В 9/06, 1986.]. Пристрій для сушіння і нагрівання (футеровки) чайникових (ливарних) ковшів включає камеру, виконану в вигляді каркаса з боковинами і двошарової футерованої кришки з верхнім і нижнім шарами футерівки, на якій встановлено пальниковий пристрій, основну відсмоктуючу систему, що включає колектор відпрацьованого теплоносія і відсмоктуючого патрубка, і додаткову відсмоктуючу систему, що включає футеровану в нижній частині трубу (зонт), розміщену над носиком ковша і виконану з можливістю вертикального переміщення до контакту з носиком ковша за допомогою піднімально-опускного механізму, а також відсмоктуючий патрубок, одним кінцем підключений до колектора відпрацьованого теплоносія, а другим телескопічно з'єднаний з трубою (зонтом). Конструкція пристрою для нагрівання футерівки ковшів має низький коефіцієнт корисної дії від використання палива, низький термін служби футерівки ковшів і пристрою без ремонту, тобто низькі економічні показники використання пристрою. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є пристрій - Порожниста кришка для сушіння сталерозливних і чавуновозних ковшів [Авторське свідоцтво СРСР №801982, МПК В22D 41/00, 1981.]. Пристрій містить півкришку з верхньою стінкою, з центральним і периферійними отворами, нижньою стінкою з центральним і периферійними отворами та боковою стінкою. В центральних отворах верхньої і нижньої стінки кришки розміщена розподільна повітряна труба. В верхній стінці кришки в периферійних отворах розміщено труби до яких приєднано повітряний кільцевий колектор. Між верхньою і нижньою стінками кришки розміщений розподільний лист в вигляді зрізаного конуса з центральним отвором для розподільної повітряної труби і кільцевою щілиною між боковою стінкою кришки і розподільним листом. Розподільна труба має патрубок для підводу повітря від вентиляторної установки. До кільцевого колектора приєднано повітропровід, який виконаний в вигляді Т-подібної труби (трьох верхніх відводів). Середня частина цієї Тподібної труби розміщена в розподільній трубі, в середній частині Т-подібної труби розміщено газопровід (трубопровід для підводу газу), утворюючи разом газовий пальник. Розподільний лист за допомогою ребер жорсткості приєднано до верхньої стінки кришки і має зазор з нижньою стінкою кришки. В нижній частині розподільної труби виконано повітряні щілини. В периферійних отворах нижньої і верхньої стінок кришки розміщено труби для відводу продуктів згорання. Конструкція пристрою не забезпечує стабільність згорання палива в періоди нагріву футерівки, коли по технології нагрівання необхідно використовувати великі кількості повітря для спалювання природного газу (коефіцієнт надлишку повітря α=1-4). Це веде до нерівномірності розподілу температурило висоті і периметру футерівки ковша і є причиною збільшення напруженості в верхньому шарі футерівки ковшів, що веде до передчасного руйнування футерівки і до зменшення термінів її експлуатації без ремонту. Не оптимальна циркуляція продуктів згорання веде також до низьких термінів експлуатації пристрою. Обмежена поверхня теплообміну між повітрям і продуктами згорання не забезпечує більш повну утилізацію теплоти продуктів згорання. Як результат пристрій має низький коефіцієнт корисної дії від використання палива, низький термін експлуатації футерівки і пристрою, тобто незадовільні економічні показники. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для нагрівання футерівки ковшів, в якому в результаті введення додаткових елементів - верхньої і нижньої горизонтальних кільцевих перегородок з центральними і периферійними отворами, а також вертикальних кільцевих перегородок з розподільними отворами і трубок рекуперації, виконання кільцевої щілини для вторинного повітря і щілини для первинного повітря, забезпечуються збільшення рекуперації теплоти відхідних продуктів згорання палива, можливість регулювання витрат повітря на згорання палива (коефіцієнт надлишку повітря α=1-4) в період сушіння футерівки і її витримки при сталій температурі, оптимальна аеродинаміка газоповітряної суміші і її продуктів згорання, повнота згорання палива, більш повна утилізація (використання) теплоти продуктів згорання, підвищення рівномірності нагрівання футерівки ковша, сприятливі умови експлуатації кришки, і за рахунок цього підвищується коефіцієнт корисної дії від використання палива, термін експлуатації футерівки ковшів і пристрою, тобто покращення економічних показників використання запропонованого пристрою для нагріву футерівки ковшів. 1 UA 110412 C2 5 10 15 20 25 Поставлена задача виконана завдяки тому, що в пристрої для нагрівання футерівки ковшів, який містить порожнисту кришку з боковою стінкою та верхньою стінкою з центральним і периферійними отворами і нижньою стінкою з центральним і периферійними отворами, в яких розміщено патрубок для відводу продуктів згорання, а в центральних отворах відповідно розміщено розподільну повітряну трубу з пальником всередині, згідно з пропозицією, між верхньою і нижньою стінками кришки розміщені верхня і нижня горизонтальні кільцеві перегородки з центральними і периферійними отворами, в яких відповідно розміщено розподільну повітряну трубу з пальником всередині, та вертикальні кільцеві перегородки з розподільними отворами і трубки рекуперації, а також патрубки для первинного і вторинного повітря, які одночасно розташовані в верхній стінці кришки, причому між нижньою стінкою кришки і розподільною повітряною трубою виконано кільцеву щілину для вторинного повітря, а щілину для первинного повітря - в розподільній повітряній трубі і в пальнику між верхньою і нижньою горизонтальними кільцевими перегородками. Сукупність відмінних ознак забезпечують розподіл потоків повітря на первинне і вторинне повітря, що значно збільшує здатність регулювання процесом нагрівання футерівки ковшів, що дає змогу підвищити рівномірність нагрівання футерівки і тим самим збільшити терміни експлуатації футерівки і пристрою. Взаємозв'язок між якістю регулювання процесом нагрівання футерівки і рівномірністю нагрівання футерівки можна відслідковувати на наступному прикладі. Відомо, що для графіку нагрівання футерівки ковшів характерні період сушіння футерівки і період витримки постійної температури поверхні футерівки(100-200 °C), при цьому витрати палива, в порівнянні з періодом підйому температури футерівки до температури 1000-1200 °C, зменшуються в 3-5 разів, а отже зменшується в скільки ж разів і імпульс QW. Він може бути недостатнім для досягнення кінцем факела дна ковша, що призводить до зриву оптимальної циркуляції продуктів згорання в об'ємі ковша і, як наслідок, до підвищеної нерівномірності нагрівання футерівки і зниження ефективності роботи пристрою. Щоб факел досягнув дна ' ковша газоповітряний потік на нижньому зрізі пальника має імпульс 2,0  G W  6,0, де G 3 30 35 40 45 50 55 ' сумарний об'єм витрат палива і повітря, м /с; W - швидкість подачі суміші, м/с. Це передбачено в запропонованому пристрої. Вторинне повітря подають окремо від первинного в периферійну зону факела, розбавляючи продукти згорання палива і зберігаючи стабільність згорання палива. В період витримки і період сушіння футерівки, для збереження достатньої для оптимальної циркуляції швидкості виходу суміші, в пальнику збільшують коефіцієнт надлишку повітря до α=1-4. Сукупність відмінних ознак збільшує поверхню теплообміну між повітрям і продуктами згорання, що веде до підвищення рівня утилізації теплоти продуктів згорання, підвищення К.К.Д. використання палива, все це веде до покращення економічних показників від використання пропозиції. Запропонований пристрій представлено на кресленні (поперечний переріз). Пристрій для нагрівання футерівки ковшів містить полу кришку 1 з верхньою стінкою 2, з центральним 3 і периферійними отворами 4 і 5, нижньою стінкою 6 з центральним 7 і периферійними отворами 8, боковою стінкою 9. В центральних отворах верхньої і нижньої стінки кришки розміщена розподільна повітряна труба 10. В верхній стінці 2 кришки 1 в периферійних отворах 4 розміщено патрубок 11 для відводу продуктів згорання. Між верхньою 2 і нижньою 6 стінками кришки розміщені верхня і нижня горизонтальні кільцеві перегородки 12,13 з центральними отворами 14,15 і периферійними отворами 16,17, 18,19. В верхній і нижній горизонтальних кільцевих перегородках 12,13 в периферійних отворах 16,17 і в отворах 8 нижньої стінки 6 розміщені порожнисті трубки рекуперації 20. Між горизонтальними кільцевими перегородками 12 і 13, нижньою горизонтальною кільцевою перегородкою 13 і нижньою стінкою кришки 6 розміщено вертикальні кільцеві перегородки 21, 22 з розподільними отворами 23,24. Між кільцевими перегородками 21,22 і боковою стінкою 9 кришки 1, відповідно в периферійних отворах 18,19 нижньої і верхньої горизонтальних кільцевих перегородок 12,13 встановлені патрубки первинного 25 і вторинного 26 повітря з виходом за межі верхньої стінки кришки 2. В нижній стінці 6 кришки, між нижньою стінкою кришки 6 і боковою поверхнею розподільної повітряної труби 10, виконано кільцеву щілину 27. В розподільній повітряній трубі 10, по її центру, концентрично їй і герметично закріплено пальник 28 з газовим колектором 29. В розподільній повітряній трубі 10 і в пальника 28 між верхньою і нижньою горизонтальними кільцевими перегородками 12,13 виконано щілини для первинного повітря 30,31. Пристрій працює наступним чином. Через трубчатий патрубок первинного повітря 25, розподільні отвори 23 вертикальної кільцевої перегородки 21, між горизонтальними кільцевими перегородками 12,13, щілини 2 UA 110412 C2 5 10 15 20 25 первинного повітря 30,31 розподільної труби 10 і пальника 28 первинне повітря подають в пальник, де, змішуючись з природним газом, воно утворює горючу суміш, яку підпалюють на виході факелами стабілізатора і подають в ківш, для згорання в вигляді зрізаного конуса з досягненням продуктів згорання дна ковша з швидкістю 3-5 м/с. Одночасно вторинне повітря через трубчатий патрубок 26, розподільні отвори 24 вертикальної кільцевої перегородки 22, подають між нижньою горизонтальною кільцевою перегородкою 13 і нижньою стінкою 6 кришки 1 через кільцеву щілину 27 в ківш по периферії факела кільцевим конусом, паралельним потоку суміші первинного повітря і природного газу. Продукти згорання суміші природного газу, первинного і вторинного повітря після омивання дна ковша піднімаються вгору вздовж стінок ковша, віддаючи їй енергію конвекцією, а також випромінюванням від палаючого факела з центру ковша. Далі, піднявшись вгору, продукти згорання через канали трубок рекуперації 20 подають між горизонтальною кільцевою перегородкою 12 і верхньою стінкою 2 кришки 1, а потім через патрубок 11 відводять в систему видалення продуктів згорання. При цьому теплоту продуктів згорання через стінки трубок рекуперації, поверхню нижньої стінки кришки, стінки горизонтальних кільцевих перегородок теплопровідністю передають первинному і вторинному повітрю, а нижню стінку кришки охолоджують, що забезпечує її нормальну роботу на тривалий термін. Для можливості порівняння ефективності роботи запропонованого пристрою і найближчого аналога проведена експериментальна перевірка в Інституті газу. Для експериментів використані: вогневий стенд, що має стаціонарну опору під фізичну модель ковша, пальник часткового попереднього змішування, технологічну кришку, виконану в відповідності з кресленням. Модель ковша мала форму циліндра з внутрішнім діаметром 600 мм і висотою 900 мм з пласким днищем і відкритим верхом. Циліндр і днище із сталі Х18Н12Т і футеровані шамотом товщиною 100 мм. Стенд оснащений такими засобами вимірювання. Температуру відпрацьованих продуктів згорання, по якій розраховувався коефіцієнт корисної дії процесу нагрівання, міряли термопарою газоаналізатора "Testo-term 33 ». При допомозі діафрагм міряли витрати природного газу і повітря, а газоаналізатором склад продуктів згорання. Дані по рівномірності і ефективності нагрівання при різних значеннях 3 30 коефіцієнта надлишку повітря α приведені в таблиці, де: В-витрати палива, м /ч; Q p н 35 теплотворна здатність палива, кКал/м ;   - коефіцієнт надлишку повітря; ΔТ = Т мін. - Τмах. падіння температури по висоті ковша,°К, Δх - відстань на поверхні нагрівання між точками Т мін. і Τмах., м. Точки 1,2,….n, це 5 термопар розміщених по висоті ковша з кроком 140 мм і 5 термопар, розміщених по периметру ковша з кроком 360 мм на середині ковша. Показники випробовування найближчого аналога і запропонованого винаходу. 3 Таблиця   =1,1 Теплова потужність Найближчий аналог Заявлений винахід 40 45   =1,1   =1,1   =1-4 20 25 29 25 ΔΤ/Δх°К/м 32 33 35 Не прац. ККД, % 30 29 28 Не прац. ΔΤ/Δх°К/м 13 14 15 12 ККД, % 45 42 39 48 p н Bx Q ,kBt Рівномірність нагрівання Ефективність нагрівання Рівномірність нагрівання Ефективність нагрівання За результатами аналізу даних можна зробити висновок, що показники ефективності і рівномірності нагрівання футерівки пристрою пропозиції вищі показників прототипу. Його використання, в порівнянні з найближчим аналогом, веде до підвищення рівномірності в 2-3 рази і ефективності в 1,4-1,5 разу. Введення нових елементів пристрою і їх розміщенням, забезпечують збільшення рекуперації теплоти відхідних продуктів згорання палива, можливість регулювання витрат повітря на згорання палива (коефіцієнт надлишку повітря α=1-4), оптимальну аеродинаміку газоповітряної суміші і продуктів згорання, підвищення рівномірності нагрівання футеровки ковша в 2-3 рази і за рахунок цього підвищення коефіцієнта корисної дії 3 UA 110412 C2 від використання палива в 1,4-1,5 разу, збільшення експлуатації футерівки ковшів і пристрою для нагрівання футерівки на 10-15 %. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Пристрій для нагрівання футерівки ковшів, який містить півкришку з боковою стінкою та верхньою стінкою з центральним і периферійними отворами і нижньою стінкою з центральним і периферійними отворами, в яких розміщено патрубок для відводу продуктів згоряння, а в центральних отворах, відповідно, розміщено розподільну повітряну трубу з пальником всередині, який відрізняється тим, що між верхньою і нижньою стінками кришки розміщені верхня і нижня горизонтальні кільцеві перегородки з центральними і периферійними отворами, в яких, відповідно, розміщено розподільну повітряну трубу з пальником всередині, та вертикальні кільцеві перегородки з розподільними отворами і трубки рекуперації, а також патрубки для первинного і вторинного повітря, які одночасно розташовані в верхній стінці кришки, причому між нижньою стінкою кришки і розподільною повітряною трубою виконано кільцеву щілину для вторинного повітря, а щілину для первинного повітря - в розподільній повітряній трубі і в пальнику між верхньою та нижньою горизонтальними кільцевими перегородками. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4