RU169821U1 - MULTI-DIPPER HEAD OF A GAS OXYGEN BURNER - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к металлургии, а именно к устройствам для переплава металлического лома. Медная многосопловая головка содержит центральное сопло, расположенное вдоль продольной оси, дополнительные сопла, равномерно распределенные по окружности и с центральным соплом сообщенные с каналом подачи кислорода; наклонные периферийные сопла, сообщенные с каналом подачи топлива и лежащие на одном диаметре, лицевую поверхность, выполненную с углублением в виде усеченного конуса. Центральное и дополнительные сопла имеют входные конфузорные и выходные диффузорные участки, при этом у центрального сопла они сообщены между собой плавным переходом, а у дополнительных сопел - цилиндрическим участком. Периферийные сопла в месте подачи топлива имеют канавку в виде цилиндрического желоба.Полезная модель обеспечивает эффективную работу газокислородной горелки в период разогрева металлического лома, а также повышенную проникающую способность для подрезки и осаждения металлошихты при максимальном режиме работы. 2 ил.The utility model relates to metallurgy, and in particular to devices for remelting scrap metal. Copper multi-nozzle head contains a central nozzle located along the longitudinal axis, additional nozzles uniformly distributed around the circumference and communicated with the oxygen supply channel with the central nozzle; inclined peripheral nozzles in communication with the fuel supply channel and lying on the same diameter, the front surface made with a recess in the form of a truncated cone. The central and additional nozzles have inlet confuser and output diffuser sections, while at the central nozzle they are communicated with each other by a smooth transition, and for additional nozzles they have a cylindrical section. Peripheral nozzles at the fuel supply point have a groove in the form of a cylindrical groove. A useful model ensures the efficient operation of the gas-oxygen burner during the heating of scrap metal, as well as increased penetration for cutting and deposition of the metal charge at maximum operating conditions. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к металлургии, а именно, к устройствам для переплава металлического лома.The utility model relates to metallurgy, namely, devices for remelting scrap metal.

Известно горелочное устройство, содержащее водоохлаждаемую головку с кольцевым рядом кислородных сопел, наклоненных к продольной оси головки под углом 20-55° и охватывающим его кольцевым рядом топливных сопел с углом между поверхностями вращения геометрических осей топливных и кислородных сопел 13-40° с выполнением ступенчатых сопел с площадью выходного сечения каждого сопла, превышающей в 3-4 раза площадь его входного сечения, головка выполнена с центральным кислородным соплом с площадью входного сечения, равной 0,4-0,8 суммарной площади входных сечений кислородных сопел в кольцевом ряду, при этом каждое кислородное сопло в кольцевом ряду выполнено ступенчатым и плоскость, проходящая через его продольную ось и продольную ось головки, расположена между плоскостями, проходящими через продольные оси близлежащих топливных сопел и ось головки (RU, патент 2003926, МПК F23D 14/38, опубл. 30.11.1993 г).A burner device is known comprising a water-cooled head with an annular row of oxygen nozzles inclined to the longitudinal axis of the head at an angle of 20-55 ° and an annular row of fuel nozzles enveloping it with an angle between the surfaces of rotation of the geometric axes of the fuel and oxygen nozzles 13-40 ° with the execution of step nozzles with the exit sectional area of each nozzle exceeding 3-4 times the area of its inlet section, the head is made with a central oxygen nozzle with the inlet sectional area equal to 0.4-0.8 of the total input area bottom sections of the oxygen nozzles in the annular row, wherein each oxygen nozzle in the annular row is stepped and the plane passing through its longitudinal axis and the longitudinal axis of the head is located between the planes passing through the longitudinal axes of the adjacent fuel nozzles and the axis of the head (RU, patent 2003926 IPC F23D 14/38, published on November 30, 1993).

К недостаткам известного устройства относится низкая стойкость лицевой поверхности. Это связанно с тем, что, определив оптимальное соотношение площади входного сечения центрального сопла к суммарной площади входных сечений кислородных сопел в кольцевом ряду, конструктивное исполнение кислородных сопел, а именно, ступенчатый переход сопла с резкими переходами от меньшего цилиндрического участка к большему, способствует тому, что исходящие потоки кислорода испытывают дополнительные сопротивления со значительными потерями энергии. Кроме того, в местах ступенчатых переходов происходит налипание шлака на элементы головки, в результате чего медная лицевая поверхность имеет повышенную температуру и склонность к прогарам.The disadvantages of the known device include the low resistance of the front surface. This is due to the fact that, having determined the optimal ratio of the area of the inlet section of the central nozzle to the total area of the inlet sections of the oxygen nozzles in the annular row, the design of the oxygen nozzles, namely, the stepwise transition of the nozzle with sharp transitions from a smaller cylindrical section to a larger one, contributes to that outgoing oxygen flows experience additional resistance with significant energy losses. In addition, in places of step transitions, slag sticks to the elements of the head, as a result of which the copper front surface has an elevated temperature and a tendency to burnout.

Известна газовая горелка, содержащая цилиндрический Т-образный воздухонодводящий корпус с выходными воздушными патрубками, соосно установленную в нем Т-образную газовую трубу с выходными газовыми патрубками, на выходных концах которых установлены цилиндрические стабилизаторы с передними и задними торцами и периферийными отверстиями, при этом в стабилизаторах выполнены осевые каналы, имеющие входные конфузорные и выходные диффузорные участки, сопряженные между собой цилиндрическими участками, причем конфузорные участки выполнены в виде усеченных конусов с углом раскрытия, равным 44-46°, передние торцы стабилизаторов выполнены в виде усеченных конусов с углом раскрытия, равным 44-46°, меньшее основания которых обращены к патрубка, периферийные отверстия расположены под углом 29-31° к оси стабилизаторов по ходу движения потока, а суммарная площадь их проходного сечения цилиндрического участка, диаметры выходных патрубков воздухоподводящего корпуса и газовой трубы относится как 2,5:1, а разность длин газового и воздушного выходных патрубков равна двум диаметрам газового патрубка (RU, патент 2016353, МПК F23D 14/20, опубл. 15.07.1994 г.).A gas burner is known, comprising a cylindrical T-shaped air supply housing with outlet air nozzles, a T-shaped gas pipe coaxially mounted therein with outlet gas nozzles, at the outlet ends of which are mounted cylindrical stabilizers with front and rear ends and peripheral openings, while in the stabilizers made axial channels having input confuser and output diffuser sections, interconnected by cylindrical sections, and confuser sections are made in in the form of truncated cones with an opening angle of 44-46 °, the front ends of the stabilizers are made in the form of truncated cones with an opening angle of 44-46 °, the smaller bases of which are facing the nozzle, peripheral holes are located at an angle of 29-31 ° to the axis of the stabilizers in the direction of flow, and the total area of their bore of the cylindrical section, the diameters of the outlet pipes of the air supply housing and the gas pipe are 2.5: 1, and the difference in the lengths of the gas and air outlet pipes is two diameters of the gas pa tube (RU, patent 2016353, IPC F23D 14/20, publ. July 15, 1994).

К недостатками известного решения относятся относительно низкий коэффициент полезного действия - КПД, обусловленный слабой устойчивостью горения факела и повышенным расходом топлива.The disadvantages of the known solutions include a relatively low efficiency - efficiency, due to the poor stability of the flame and increased fuel consumption.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является многосопловой наконечник устройства для плавления, содержащий корпус, выполненный с одним центральным соплом, расположенным вдоль продольной оси, с дополнительными соплами, равномерно расположенными по окружности, и с периферийными наклонными соплами, центральное и дополнительные сопла сообщены с каналом подачи окислителя, дополнительные сопла расположены под углом 10-20° к продольной оси наконечника в направлении от этой оси по ходу движения окислителя, периферийные сопла сообщены с каналом подачи топлива и их выходные отверстия расположены по двум окружностям, при этом диаметр одной из окружностей, на которой расположены выходные отверстия периферийных сопел превышает диаметр окружности, на которой расположены выходные отверстия дополнительных сопел, и периферийные сопла, расположенные на ней, наклонены от продольной оси наконечника по ходу движения топлива на угол до 5° с возможностью охватывания исходящими струями топлива струй окислителя, исходящих из дополнительных сопел, а периферийные сопла, выходные отверстия которых расположены на одной окружности с выходными отверстиями дополнительных сопел, наклонены к продольной оси наконечника по ходу движения топлива на 8°-16° с возможностью схватывания исходящими струями топлива струи окислителя, исходящего из центрального сопла (RU, патент 2186294, МПК F23D 14/20, опубл. 20.10.2001 г.).The closest in technical essence to the claimed object is a multi-nozzle tip of a melting device, comprising a housing made with one central nozzle located along the longitudinal axis, with additional nozzles uniformly spaced around the circumference, and with peripheral inclined nozzles, the central and additional nozzles are in communication with the oxidizer feed channel, additional nozzles are located at an angle of 10-20 ° to the longitudinal axis of the tip in the direction from this axis in the direction of the oxidizer, the periphery the nozzles are in communication with the fuel supply channel and their outlet openings are arranged in two circles, the diameter of one of the circles on which the outlet openings of the peripheral nozzles are larger than the diameter of the circle on which the outlet openings of the additional nozzles are located, and the peripheral nozzles located on it inclined from the longitudinal axis of the tip along the direction of the fuel by an angle of up to 5 ° with the possibility of outgoing jets of fuel covering the oxidizer jets coming from additional nozzles, and peripheral nozzles, the outlet openings of which are located on the same circle with the outlet openings of the additional nozzles, are inclined to the longitudinal axis of the tip in the direction of the fuel movement by 8 ° -16 ° with the possibility of outgoing jets of fuel to seize the oxidizer jet emanating from the central nozzle (RU, patent 2186294, IPC F23D 14/20, publ. October 20, 2001).

Недостатком данной конструкции является нестабильность процесса расплавления металлошихты из-за распыленности факела, получаемого в результате конструктивных особенностей дополнительных и периферийных сопел, а именно значительного угла наклона дополнительных кислородных сопел от оси головки. Выполнение лицевой части наконечника в виде нескольких плоскостей, образующих ступенчатые переходы, способствует налипанию шлака, что снижает эффективность работы устройства и стабильность процесса плавление металлошихты. Конструкция наконечника выполнена как единое целое с элементами системы охлаждения, что в свою очередь является нерациональным решением и в значительной степени усложняет устройство.The disadvantage of this design is the instability of the process of melting the metal charge due to the atomization of the torch, resulting from the design features of additional and peripheral nozzles, namely, a significant angle of inclination of additional oxygen nozzles from the axis of the head. The execution of the front of the tip in the form of several planes forming stepped transitions, contributes to the accumulation of slag, which reduces the efficiency of the device and the stability of the process of melting the metal charge. The design of the tip is made as a single unit with the elements of the cooling system, which in turn is an irrational solution and greatly complicates the device.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение стабильности процесса нагрева и расплавления металлошихты в электродуговой сталеплавильной печи за счет эффективной и стабильной работы газокислородной горелки, а также снижение трудоемкости при изготовлении и обслуживании устройства.The problem the utility model aims to solve is to increase the stability of the heating and melting process of a metal charge in an electric arc steelmaking furnace due to the efficient and stable operation of a gas-oxygen burner, as well as to reduce the complexity in the manufacture and maintenance of the device.

Технический результат заключается в получении более суженного факела с повышенной проникающей способностью, а также обеспечении отвода факела от лицевой поверхности головки, тем самым добиваясь более эффективного процесса нагрева и плавления металлошихты устройством с повышенными эксплуатационными свойствами.The technical result consists in obtaining a more narrowed torch with increased penetrating ability, as well as ensuring the removal of the torch from the front surface of the head, thereby achieving a more efficient process of heating and melting the metal charge with a device with increased operational properties.

Указанный технический результат достигается за счет того, что многосопловая головка газокислородной горелки содержит корпус с центральным соплом, расположенным вдоль продольной оси, с дополнительными соплами, равномерно распределенными по окружности и вместе с центральным соплом сообщенными с каналом подачи окислителя, с периферийными наклонными соплами с углом наклона от продольной оси наконечника по ходу движения топлива до 5° и сообщенными с каналом подачи топлива, и выполненную с углублением лицевую часть, при этом центральное и дополнительные кислородные сопла имеют входные конфузорные и выходные диффузорные участки, выполненные в виде усеченных конусов с углами раскрытия для конфузорных участков 13-17° и 3-6° соответственно для центрального и дополнительных сопел, и 4-7° и до 4° для диффузорных участков соответственно для центрального и дополнительных сопел, и соединенных между собой цилиндрическим участком длиной 0,10-0,14 от общей длины многосопловой головки для дополнительных сопел и плавным переходом для центрального сопла, при этом длина конфузорных участков центрального и дополнительных сопел составляет 0,41-0,45 от общей длины сопла, которая составляет 0,83-0,87 от общей длины многосопловой головки, а периферийные сопла, со стороны подачи топлива, имеют канавку в виде цилиндрического желоба, при этом углубление лицевой поверхности головки выполнено в виде усеченного конуса, меньшее основание которого сообщено с выходным участком центрального сопла.The specified technical result is achieved due to the fact that the multi-nozzle head of the gas-oxygen burner contains a housing with a central nozzle located along the longitudinal axis, with additional nozzles uniformly distributed around the circumference and together with the central nozzle communicated with the oxidizer feed channel, with peripheral inclined nozzles with an angle of inclination from the longitudinal axis of the tip along the direction of the fuel to 5 ° and connected to the fuel supply channel, and the front part made with a recess, the central and additional oxygen nozzles have inlet confuser and outlet diffuser sections made in the form of truncated cones with opening angles for confuser sections 13-17 ° and 3-6 ° respectively for central and additional nozzles, and 4-7 ° and up to 4 ° for diffuser sections respectively, for the central and additional nozzles, and interconnected by a cylindrical section with a length of 0.10-0.14 of the total length of the multi-nozzle head for additional nozzles and a smooth transition for the central nozzle, while the length of the confuser sections the neutral and additional nozzles is 0.41-0.45 of the total length of the nozzle, which is 0.83-0.87 of the total length of the multi-nozzle head, and the peripheral nozzles, on the fuel supply side, have a groove in the form of a cylindrical groove, the recess of the front surface of the head is made in the form of a truncated cone, the smaller base of which is communicated with the output section of the Central nozzle.

Технический результат достигается за счет конструктивных особенностей строения центрального и дополнительных кислородных сопел, в виде конфузорных и диффузорных участков. Кислородный поток, проходящий через особый профиль сопла, начинает разгоняется и, в случае с центральным соплом, скорость потока достигает сверхзвуковой. На начальном этапе кислород, проходящий по сужающемуся конфузорному участку, имеет дозвуковые скорости, но по мере приближения к участку плавного перехода, соединяющего конфузорный и диффузорный участки, скорость начинает увеличиваться и уже проходя через него, скорость движения потока достигает сверхзвуковой, Далее по мере продолжения движения потока по диффузорному участку, скорость начинает плавно спадать с постепенным увеличением давления. Это способствует тому, что кислород не успевает передать стенкам сопла какое либо значительное количество своей тепловой энергии, и в результате чего образуются кислородные струи с адиабатическими характеристиками. При этом, подобный профиль центрального сопла способствует удалению режущей струи на большее расстояние от лицевой поверхности многосопловой головки, что в значительной степени увеличивает ее стойкость.The technical result is achieved due to the structural features of the Central and additional oxygen nozzles, in the form of confuser and diffuser sections. Oxygen flow passing through a special nozzle profile begins to accelerate and, in the case of a central nozzle, the flow velocity reaches supersonic. At the initial stage, the oxygen passing through the tapering confuser section has subsonic speeds, but as it approaches the smooth transition section connecting the confuser and diffuser sections, the speed begins to increase and already passes through it, the flow velocity reaches supersonic, Further, as the movement continues flow along the diffuser section, the speed begins to gradually decrease with a gradual increase in pressure. This contributes to the fact that oxygen does not have time to transfer any significant amount of its thermal energy to the nozzle walls, and as a result, oxygen jets with adiabatic characteristics are formed. Moreover, a similar profile of the central nozzle helps to remove the cutting jet at a greater distance from the front surface of the multi-nozzle head, which greatly increases its resistance.

Технический результат достигается за счет того, что исполнение центрального сопла длиною 0,83-0,87 от общей длины многосопловой головки в совокупности с выполнением углубления лицевой поверхности головки в виде усеченного конуса способствует тому, что выходные отверстия периферийных сопел лежат на поверхности усеченного конуса, что позволяет дополнительно регулировать направленность потока топлива. Кроме того, обеспечивается оптимальный отвод режущей струи центрального потока от лицевой поверхности головки, достигается более полное смешивание исходящий струй природного газа и кислорода.The technical result is achieved due to the fact that the execution of the Central nozzle with a length of 0.83-0.87 of the total length of the multi-nozzle head, together with the deepening of the front surface of the head in the form of a truncated cone, helps to ensure that the outlet openings of the peripheral nozzles lie on the surface of the truncated cone, which allows you to further adjust the direction of fuel flow. In addition, the optimal removal of the cutting stream of the central stream from the front surface of the head is ensured, more complete mixing of the outgoing stream of natural gas and oxygen is achieved.

При выполнении длины центрального сопла с соотношением менее 0,83 от общей длины многосопловой головки, приведет к уменьшению угла раскрытия усеченного конуса и увеличению глубины лицевой поверхности. Подобное исполнение негативно скажется на стойкости периферийной кромки лицевой поверхности, повысив склонность к прогарам.When performing the length of the central nozzle with a ratio of less than 0.83 of the total length of the multi-nozzle head, it will lead to a decrease in the opening angle of the truncated cone and an increase in the depth of the front surface. Such a performance will adversely affect the durability of the peripheral edge of the front surface, increasing the tendency to burnout.

При выполнении длины центрального сопла с соотношением более 0,87 от общей длины многосопловой головки, приведет к уменьшению угла раскрытия усеченного конуса и уменьшению глубины лицевой поверхности. Подобное исполнение в значительной степени увеличит потери тепла от внезапного расширения на центральном сопле и в целом ухудшит процесс смешивания.When performing the length of the central nozzle with a ratio of more than 0.87 of the total length of the multi-nozzle head, it will lead to a decrease in the opening angle of the truncated cone and a decrease in the depth of the front surface. Such a design will significantly increase the heat loss from a sudden expansion on the central nozzle and generally worsen the mixing process.

Технический результат достигается за счет соотношений длин конфузорных и диффузорных участков, определенных из тех соображений, что для соблюдения адиабатических процессов при сжатии потока в конфузорном участке необходимо, чтобы он был короче, чем диффузорный участок, на котором происходит изотермическое расширение. В связи с этим была определена зависимость длин конфузорных и диффузорных участков, составляющая 0,41-0,45 от общей длины сопла, которая составляет 0,83-0,87 общей длины многосопловой головки.The technical result is achieved due to the ratio of the lengths of the confuser and diffuser sections, determined from those considerations that in order to comply with adiabatic processes when compressing the stream in the confuser section, it is necessary that it be shorter than the diffuser section in which isothermal expansion occurs. In this regard, the dependence of the lengths of the confuser and diffuser sections was determined, comprising 0.41-0.45 on the total length of the nozzle, which is 0.83-0.87 of the total length of the multi-nozzle head.

При выполнении длины конфузорного участка с соотношением менее 0,41 от общей длины сопла повышается вероятность отрыва потока от стенок диффузорного участка с последующим возникновением обширных вихревых зон у краев из-за его удлинения. При выполнении длины конфузорного участка с соотношением более 0,45 от общей длины сопла, появляется вероятность отдачи части тепловой энергии кислородного потока стенкам сопла.When performing the length of the confuser section with a ratio of less than 0.41 of the total length of the nozzle, the probability of flow separation from the walls of the diffuser section increases, with the subsequent occurrence of extensive vortex zones at the edges due to its elongation. When performing the length of the confuser section with a ratio of more than 0.45 of the total length of the nozzle, it is likely that some of the thermal energy of the oxygen flow will be returned to the walls of the nozzle.

Технический результат достигается за счет сопряжений конфузорных и диффузорных участков в виде плавного перехода для центрального сопла и цилиндрическим участком длиной 0,10-0,14 от общей длины головки для дополнительных сопел, тем самым существенно уменьшая потери энергии и дополнительно разгоняя движущейся поток.The technical result is achieved by mating confuser and diffuser sections in the form of a smooth transition for the central nozzle and a cylindrical section with a length of 0.10-0.14 from the total head length for additional nozzles, thereby significantly reducing energy loss and further accelerating the moving flow.

При выполнении цилиндрического участка длиной менее 0,10 от общей длины головки, не обеспечивается оптимальная скорость проходящего по нему потока. При выполнении длины цилиндрического участка более 0,14 от общей длины головки, приведет к уменьшению длины диффузорного участка дополнительных сопел, что способствует резкому возрастанию давления с нежелательными потерями энергии.When performing a cylindrical section with a length of less than 0.10 of the total length of the head, the optimum speed of the flow passing through it is not ensured. When the length of the cylindrical section is more than 0.14 of the total head length, it will lead to a decrease in the length of the diffuser section of the additional nozzles, which contributes to a sharp increase in pressure with undesirable energy losses.

С учетом имеющегося соотношения длин конфузорных и диффузорных участков центрального и дополнительных сопел, были определены оптимальные углы раскрытия. Для центрального и дополнительных сопел, оптимальными углами раскрытия конфузорных участков, при которых обеспечивается более плавное течение потока кислорода и отсутствуют нежелательные завихрения, являются углы 13-17° и 3-6° соответственно. При выполнении углов раскрытия меньше 13° для центрального и меньше 3° для дополнительных сопел, появляется вероятность повышенного вихреобразования, что в свою очередь приводит к нежелательным потерям энергии. При выполнении углов раскрытия больше 17° для центрального сопла и больше 6° для дополнительных сопел увеличивается коэффициент местного сопротивления и появляется вероятность образования застойных зон с вихрями.Given the existing ratio of the lengths of the confuser and diffuser sections of the central and additional nozzles, the optimal opening angles were determined. For the central and additional nozzles, the optimal opening angles of the confuser sections, at which a smoother flow of oxygen is ensured and undesirable turbulence is absent, are angles 13-17 ° and 3-6 °, respectively. When the opening angles are less than 13 ° for the central one and less than 3 ° for additional nozzles, the probability of increased vortex formation appears, which in turn leads to undesirable energy losses. When opening angles are greater than 17 ° for the central nozzle and more than 6 ° for additional nozzles, the coefficient of local resistance increases and the likelihood of stagnant zones with vortices appears.

Для диффузорных участков центрального и дополнительных сопел оптимальными углами, при которых обеспечивается постепенное уменьшение скорости и постепенное восстановление давления при наименьших потерях, являются углы 4-7° и до 4° соответственно. При выполнении углов раскрытия меньше 4° для центрального сопла имеется тенденция к трансформации диффузорного участка в цилиндрический, с появлением дополнительных сопротивлений. При выполнении углов раскрытия больше 7° для центрального сопла и больше 4° для дополнительных сопел, увеличивается вероятность отрыва потока от стенок, со значительным ростом коэффициента сопротивления.For diffuser sections of the central and additional nozzles, the optimal angles at which a gradual decrease in speed and a gradual restoration of pressure with minimal losses are ensured are 4-7 ° and up to 4 °, respectively. When the opening angles are less than 4 ° for the central nozzle, there is a tendency to transform the diffuser section into a cylindrical one, with the appearance of additional resistances. When the opening angles are greater than 7 ° for the central nozzle and more than 4 ° for additional nozzles, the probability of separation of the flow from the walls increases, with a significant increase in the drag coefficient.

Технический результат достигается за счет того, что на входном участке периферийных сопел имеется канавка в виде цилиндрического желоба, которая способствует подводящему потоку природного газа испытывать наименьшее сопротивление при равномерном распределении по периферийным соплам.The technical result is achieved due to the fact that at the inlet of the peripheral nozzles there is a groove in the form of a cylindrical groove, which helps the natural gas supply stream to experience the least resistance with uniform distribution over the peripheral nozzles.

На фиг. 1 изображен продольный разрез наконечника; на фиг. 2 - вид А по фиг. 1.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a tip; in FIG. 2 is a view A of FIG. one.

Медная многосопловая головка 1 (Фиг. 1, 2) содержит центральное сопло 2, расположенное вдоль продольной оси, дополнительные сопла 3 равномерно распределенные по окружности, наклонные периферийные сопла 4, лежащие на одном диаметре. Входные участки периферийных сопел 4 со стороны подачи топлива имеют канавку 5 в виде цилиндрического желоба. Лицевая поверхность 6 многосопловой головки выполнена с углублением в виде усеченного конуса. Центральное сопло 2 и дополнительные сопла 3 сообщены с каналом подачи окислителя -кислорода. Центральное сопло 2 имеет входной конфузорный участок 7 с углом раскрытия α₁=13-17° и выходной диффузорный участок 8 с углом раскрытия ϕ₁=4-7°, сообщенные между собой плавным переходом 9. Дополнительные сопла 3 так же имеют входные конфузорные участки 10 с углом раскрытия α₂=3-6° и выходные диффузорные участки 11 с углом раскрытия ϕ₂ до 4°, сопряженные между собой цилиндрическим участком 12.Copper multi-nozzle head 1 (Fig. 1, 2) contains a central nozzle 2 located along the longitudinal axis, additional nozzles 3 evenly distributed around the circumference, inclined peripheral nozzles 4 lying on the same diameter. The inlet portions of the peripheral nozzles 4 on the fuel supply side have a groove 5 in the form of a cylindrical groove. The front surface 6 of the multi-nozzle head is made with a recess in the form of a truncated cone. The central nozzle 2 and additional nozzles 3 are in communication with the oxidizer-oxygen supply channel. The central nozzle 2 has an inlet confuser section 7 with an opening angle α ₁ = 13-17 ° and an outlet diffuser section 8 with an opening angle ϕ ₁ = 4-7 °, communicated with each other by a smooth transition 9. Additional nozzles 3 also have inlet confuser sections 10 with an opening angle α ₂ = 3-6 ° and output diffuser sections 11 with an opening angle ϕ ₂ to 4 °, interconnected by a cylindrical section 12.

Газокислородная горелка применяется на АО «ЕВРАЗ ЗСМК» в электросталеплавильном цехе.An oxy-fuel burner is used at JSC EVRAZ ZSMK in the electric furnace shop.

Газокислородная горелка с многосопловой головкой длиной 82 мм и диаметром 115 мм установлена на поворотно-качающем узле манипулятора, который позволяет перемещать сопло горелки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, обеспечивая тем самым необходимое направление факела в пределах рабочего пространства печи. Подвод природного газа, кислорода и охлаждающей воды к горелке осуществляется через узел подвода энергоносителей металлорукавами.An oxy-fuel burner with a multi-nozzle head 82 mm long and 115 mm in diameter is mounted on a swing-swing arm of the manipulator, which allows the torch nozzle to be moved in vertical and horizontal planes, thereby ensuring the necessary direction of the torch within the working space of the furnace. The supply of natural gas, oxygen and cooling water to the burner is carried out through the power supply unit with metal hoses.

Кислород, проходя по центральному каналу горелки, разделяется на два потока. Первый поток истекает из центрального сопла 2 длиной 70 мм, что составляет 0,85 от длины головки, второй поток - из 8-и дополнительных сопел 3. При этом, проходя через конфузорные участки 7 и 10 длиной 30 мм, что составляет 0,43 от общей длины центрального сопла 2, с углами раскрытия 15° и 4° соответственно для центрального сопла и дополнительных сопел, скорость потока значительно увеличивается. Своих максимальных значений скорость потока достигает на участке плавного перехода 9 диаметром 28 мм центрального сопла 2 и на цилиндрическом участке 12 диаметром 12,5 мм и длиной 10 мм, что составляет 0,12 от общей длины головки, для дополнительных сопел. Таким образом, выдерживается оптимальное соотношение площади центрального сопла 2 к суммарной площади дополнительных сопел 3, равное 0,63. По мере продвижения по диффузорномым участкам 8 и 11 с углами раскрытия 6° и 2°, скорость начинает замедляться с плавным изменением давления.Oxygen passing through the central channel of the burner is divided into two streams. The first stream flows from the central nozzle 2 with a length of 70 mm, which is 0.85 of the length of the head, the second stream from 8 additional nozzles 3. Moreover, passing through the confusion sections 7 and 10 with a length of 30 mm, which is 0.43 of the total length of the central nozzle 2, with opening angles of 15 ° and 4 °, respectively, for the central nozzle and additional nozzles, the flow rate increases significantly. The flow rate reaches its maximum values in the smooth transition section 9 with a diameter of 28 mm of the central nozzle 2 and in the cylindrical section 12 with a diameter of 12.5 mm and a length of 10 mm, which is 0.12 of the total head length for additional nozzles. Thus, the optimum ratio of the area of the central nozzle 2 to the total area of the additional nozzles 3, equal to 0.63, is maintained. As you move along the diffuser sections 8 and 11 with opening angles of 6 ° and 2 °, the speed begins to slow down with a smooth change in pressure.

Одновременно с кислородом в зону горения подается природный газ, который подводится к периферийным соплам 4 по кольцевому зазору, образованному между центральной кислородной трубой и водоохлаждаемым корпусом горелки. Периферийные сопла 4 диаметром 7,5 мм в количестве 24 штук выполняются с наклоном 5° к продольной оси головки по ходу движения топлива и размещены на одном диаметре на образующей усеченного конуса лицевой поверхности головки, обеспечивая подачу и смешивание сред в оптимальном соотношении.At the same time as oxygen, natural gas is supplied to the combustion zone, which is supplied to the peripheral nozzles 4 through an annular gap formed between the central oxygen pipe and the water-cooled burner body. The peripheral nozzles 4 with a diameter of 7.5 mm in an amount of 24 pieces are made with a slope of 5 ° to the longitudinal axis of the head in the direction of travel of the fuel and are placed on the same diameter on the generatrix of the truncated cone of the face of the head, ensuring the supply and mixing of media in the optimal ratio.

Работа газокислородной горелки осуществляется в три этапа. На первом этапе горелка работает только в условиях горячей печи, в режиме зажигания. Время работы ограничено 60 секундами. Средний расход подводимого по центральному каналу горелки кислорода составляет порядка 300 м³/час. Средний расход подводимого природного газа по кольцевому зазору составляет 150 м³/час.The operation of the gas-oxygen burner is carried out in three stages. At the first stage, the burner works only in a hot furnace, in the ignition mode. Run time is limited to 60 seconds. The average flow rate of oxygen supplied through the central channel of the burner is about 300 m ³ / h. The average consumption of natural gas supplied by the annular gap is 150 m ³ / h.

Второй этап является промежуточным. Время работы остается в тех же интервалах, однако расходы кислорода и природного газа увеличиваются до 800 м³/час и 400 м³/час соответственно.The second stage is intermediate. The operating time remains at the same intervals, however, the oxygen and natural gas consumption increase to 800 m ³ / h and 400 m ³ / h, respectively.

На заключительном, третьем этапе, горелка работает в режиме максимальной мощности. Сверхзвуковая струя кислорода, истекающая из центрального сопла 2, эффективно прорезает металлический лом, при этом потоки, исходящие из периферийных сопел 4, одновременно расширяют зону плавления. По сравнению с промежуточным режимом, расходы кислорода и природного газа увеличиваются вдвое и достигают максимальных значений в 800 м³/час и 1600 м³/час соответственно. Рабочее давление кислорода составляет 12-16 кг/см², природного газа - 4-6 кг/см². На данном этапе время работы горелки зависит от качества и состава металлошихты и определяется непосредственно сталеваром.At the final, third stage, the burner operates in maximum power mode. A supersonic stream of oxygen flowing out of the central nozzle 2 effectively cuts through scrap metal, while the streams emanating from the peripheral nozzles 4 simultaneously expand the melting zone. Compared with the intermediate mode, the flow rates of oxygen and natural gas are doubled and reach maximum values of 800 m ³ / h and 1600 m ³ / h, respectively. The working pressure of oxygen is 12-16 kg / cm ² , natural gas - 4-6 kg / cm ² . At this stage, the burner operating time depends on the quality and composition of the metal charge and is determined directly by the steelmaker.

На всех этапах газокислородная горелка работает в стехиометрическом соотношении кислорода к газу (2:1).At all stages, the gas-oxygen burner operates in a stoichiometric ratio of oxygen to gas (2: 1).

Таким образом, полезная модель обеспечивает эффективную работу газокислородной горелки в период разогрева металлического лома, а так же повышенную проникающую способность для подрезки и осаждения металлошихты при максимальном режиме работы.Thus, the utility model ensures the efficient operation of a gas-oxygen burner during the heating of scrap metal, as well as increased penetration for cutting and deposition of metal charge at maximum operating conditions.

Claims (1)

Многосопловая головка газокислородной горелки, содержащая корпус с центральным соплом, расположенным вдоль продольной оси, с дополнительными соплами, равномерно распределенными по окружности и вместе с центральным соплом сообщенными с каналом подачи окислителя, с периферийными наклонными соплами с углом наклона от продольной оси наконечника по ходу движения топлива до 5° и сообщенными с каналом подачи топлива, и выполненную с углублением лицевую часть, отличающаяся тем, что центральное и дополнительные кислородные сопла имеют входные конфузорные и выходные диффузорные участки, выполненные в виде усеченных конусов с углами раскрытия для конфузорных участков 13-17° и 3-6° соответственно для центрального и дополнительных сопел, и 4-7° и до 4° для диффузорных участков соответственно для центрального и дополнительных сопел, и соединенных между собой цилиндрическим участком длиной 0,10-0,14 от общей длины многосопловой головки для дополнительных сопел и плавным переходом для центрального сопла, при этом длина конфузорных участков центрального и дополнительных сопел составляет 0,41-0,45 от общей длины сопла, которая составляет 0,83-0,87 от общей длины многосопловой головки, а переферийные сопла, со стороны подачи топлива, имеют канавку в виде цилиндрического желоба, при этом углубление лицевой поверхности головки выполнено в виде усеченного конуса, меньшее основание которого сообщено с выходным участком центрального сопла.A multi-nozzle gas-oxygen burner head comprising a housing with a central nozzle located along the longitudinal axis, with additional nozzles uniformly distributed around the circumference and together with the central nozzle communicated with the oxidizer supply channel, with peripheral inclined nozzles with an angle of inclination from the longitudinal axis of the tip along the fuel up to 5 ° and communicated with the fuel supply channel, and the front part made with a recess, characterized in that the central and additional oxygen nozzles have inlet confuser and outlet diffuser sections made in the form of truncated cones with opening angles for confuser sections 13-17 ° and 3-6 °, respectively, for the central and additional nozzles, and 4-7 ° and up to 4 ° for diffuser sections, respectively, for the central and additional nozzles, and interconnected by a cylindrical section with a length of 0.10-0.14 of the total length of the multi-nozzle head for additional nozzles and a smooth transition for the central nozzle, while the length of the confuser sections of the central and additional nozzles is 0.41-0.45 of the total length of the nozzle, which is 0.83-0.87 of the total length of the multi-nozzle head, and the peripheral nozzles, on the fuel supply side, have a groove in the form of a cylindrical groove, while the recess of the front surface of the head is made in the form of a truncated cone, the smaller base of which is communicated with the output section of the Central nozzle.

Images