SU755846A1 - Blast furnace tuyere - Google Patents

Description

Изобретение относится к черной ' металлургий, в частности.к доменному производству, и может быть использовано для подвода дутья в доменную печь.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular. To the domain production, and can be used to supply blast to the blast furnace.

Одной из главных причин простоев доменных печей является низкая стойкость фурмы, которая связана с тем, что -существующие конструкции охлаждения фурмы не·обеспечивают снятия сверхкритических тепловых напряжения, возникающих при попадании жидкого чугуна на ее поверхность. В наиболее теплонапряженных участках фурмы возникает пленочный режим кипения, при котором наступает быстрый перегрев стенки, ведущий к прогару фурмы. Для усиления конвективного теплообмена необходимо увеличить линейную скорость циркуляции охлаждающей жидкости до 1217 м/сек, сатурировать и турбулизировать поток охлаждающей жидкости, за счет чего нагретые слои устраняются поперечными пульсациями в потоке .One of the main reasons for the downtime of blast furnaces is the low resistance of the tuyere, which is related to the fact that the existing cooling designs of the tuyere do not provide for the removal of supercritical thermal stresses arising when liquid iron gets on its surface. In the most heat-stressed areas of the tuyere, a film-like boiling occurs, at which a rapid overheating of the wall occurs, leading to burnout of the tuyere. To enhance convective heat transfer, it is necessary to increase the linear rate of coolant circulation to 1217 m / s, saturate and turbulize the flow of coolant, whereby the heated layers are eliminated by transverse pulsations in the flow.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому .результату является фурма доменнойThe closest to the invention according to the technical essence and the achieved result is the domain lance

22

печи, содержащая корпус, в охлаждаемой полости которого установлены коаксиально одна в другой две трубки для подвода охлаждающей жидкости и газа, и патрубок для отвода охладителя м·furnace, containing a housing in a cooled cavity which is installed coaxially one into the other two tubes for supplying coolant and gas, and a pipe for discharging the cooler m ·

Недостатком известной конструкции фурмы является ее недостаточная стойкость, связанная с тем, что диаметр трубки для подвода воды (для всех фурм) конструктивно ограничен и использование большего сечения трубки для подвода воздуха существенно снижает расход воды при неизменном ее давлении. Кроме того, при монтаже и эксплуатации фурмы не исключена возможность касания наружной воздушной трубки к корпусу фурмы, что приводит к прогару фурмы в месте их контакта.The disadvantage of the known design of the tuyere is its lack of resistance due to the fact that the diameter of the tube for supplying water (for all tuyeres) is structurally limited and the use of a larger section of the tube for supplying air significantly reduces the flow of water at constant pressure. In addition, during installation and operation of the tuyere, the possibility of touching the outer air tube to the tuyere body is not excluded, which leads to burnout of the tuyere in the place of their contact.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости корпуса фурмы путем интенсификации его охлаждения при неизменном давлении охладителя.The aim of the invention is to improve the operational durability of the tuyere body by intensifying its cooling at a constant pressure of the cooler.

Цель достигается тем, что концы трубок для подвода охлаждающей жидкости и газа снабжены соплами Лаваля, причем, трубка для подвода газа уста755846The goal is achieved by the fact that the ends of the tubes for the supply of coolant and gas are equipped with Laval nozzles, moreover, the tube for the supply of gas ust755846

4four

новлена в трубке для подвода охлаждающей жидкости, а торец сопла внутренней трубки размещен в критическом сечении сопла наружной трубки. Кроме того, сопла Лаваля установлены коаксиально, а продольная ось сопла Лаваля должна быть расположена под углом 65.-90° к поперечной и под углом 70-85° к продольной осям фурмы.It is inserted in the coolant supply tube, and the end of the nozzle of the inner tube is placed in the critical section of the nozzle of the outer tube. In addition, Laval nozzles are installed coaxially, and the longitudinal axis of the Laval nozzle should be located at an angle of 65.-90 ° to the transverse and at an angle of 70-85 ° to the longitudinal axis of the tuyere.

гg

На фиг.1 изображена предлагаемая фурма с трубками для подвода охлаждающей жидкости и газа, продольный разрез; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.З — разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 — то же, что и на фиг.2,3 с направляющим отводящим патрубком в перегородке; на фиг.5 — разрез В-В на фиг.4; на фиг.6 — вид по стрелке Г на фиг.1. Figure 1 shows the proposed lance with tubes for the supply of coolant and gas, a longitudinal section; figure 2 - section aa in figure 1; on fig.Z - section bb in figure 2; figure 4 is the same as in figure 2, 3 with the guide diverting pipe in the partition; figure 5 is a section bb In figure 4; figure 6 is a view along arrow G in figure 1.

Фурма содержит корпус 1, в тороидальной охлаждаемой полости которого установлены одна в другой две трубки для подвода охлаждающей жидкости 2 и подвода газа 3, и патрубок 4 для отвода охладителя (газожидкостной смеси) . Концы трубок для подвода охлаждающей жидкости и газа снабжены соплами Лаваля 5 и 6, причем трубка для подвода газа установлена в трубке для подвода охлаждающей жидкости, а торец сопла 6 внутренней трубки размещен в критическом сечении 1-1 сопла 5 наружной трубки. Сопла Лаваля 5 и 6 с помощью направляющей Етулки 7 установлены коаксиально, образуя кольцевой зазор 8, причем продольная ось сопл ЛаваЛя расположена под углом сС =65-90° к поперечной ΜΝ и под углом (3 =70-85° к продольной ΚΙ осям Фурмы. Описанная комбинация сопл Лаваля представляет из себя газожидкостной эжектор 9 с камерой смешения 10, который расположен в охлаждаемой полости рыльной части 11 фурмы, отделенной от остальной полости перегородкой 1.2, которая может быть расположена либо на части окружности фурмы, либо быть сплошной с выходным отверстием 13 для отвода охладителя и направляющим патрубкам 14, расположенными в зоне нахождения камеры смещен и я 10.The lance includes a housing 1, in the toroidal cooled cavity of which two tubes for supplying coolant 2 and gas supply 3 are installed one inside the other, and a pipe 4 for discharging coolant (gas-liquid mixture). The ends of the coolant and gas supply tubes are equipped with Laval nozzles 5 and 6, with a gas supply tube installed in the coolant supply tube, and the end of the nozzle 6 of the inner tube is placed in the critical section 1-1 of the nozzle 5 of the outer tube. Laval nozzles 5 and 6 are mounted coaxially with the Etulka 7 guide, forming an annular gap 8, the longitudinal axis of the LoveLan nozzles being at an angle сС = 65-90 ° to the transverse and at an angle (3 = 70-85 ° to the longitudinal axes of the tuyere The described combination of Laval nozzles is a gas-liquid ejector 9 with a mixing chamber 10, which is located in the cooled cavity of the ryl part 11 of the tuyere, separated from the rest of the cavity by a partition 1.2, which can be located either on a part of the tuyere circumference or be solid with an outlet 13 for removal of the cooler and guide nozzles 14, located in the zone of the camera location, and I 10 are shifted.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Сжатый газ с давлением, превосходящим давление охлаждающей жидкости на 2-3 атм и параллельно ему охлаждающая жидкость, истекающие с высокой скоростью из сопла 6, установленного в критическом сечении 1-1 сопла 5, и кольцевого зазора 8, поступают в камеру смещения 10, где в результате смешения сжатого газа и охлаждающей жидкости происходит сатурация последней. Так как струи сжатого газа создают в камере 1 разрежение, скорость истечения охлаждающей жидкости из кольцевого .зазора 8 значительно выше, чем если бы истечение ее происходило только , лишь за счет энергии давления охлаждающей жидкости. Таким образом, пропускная способность системы по охлаждающей жидкости увеличивается при одном и том же располагаемом давлении ее.Compressed gas with a pressure that exceeds the coolant pressure by 2-3 atm and parallel to it coolant flowing at high speed from the nozzle 6, installed in the critical section 1-1 of the nozzle 5, and the annular gap 8, enter the displacement chamber 10, where as a result of mixing the compressed gas and the coolant, the carbonation of the latter occurs. Since the jets of compressed gas create a vacuum in chamber 1, the rate of flow of coolant from the annular gap 8 is significantly higher than if its outflow only occurred due to the energy of the coolant pressure. Thus, the system capacity for coolant increases with the same available pressure.

Экспериментальные исследования так же показали, что при истечении через сопло Лаваля смеси газа и охлаждающей жидкости происходит падение температу ры охлаждающей жидкости на 10-15°с.. Это явление объясняется тем, что при адиабатическом расширении газа его температура падает, а наличие межфазового теплообмена приводит к понижению температуры жидкой, фазы.Experimental studies also showed that when a mixture of gas and coolant flows through a Laval nozzle, the temperature of the coolant drops by 10–15 ° C. This phenomenon is explained by the fact that during adiabatic expansion of the gas, its temperature drops, and the presence of interphase heat exchange leads to to lowering the temperature of the liquid phase.

Коаксиальная установка сопл Лаваля позволяет получить тонкодисперсный газожидкостной мощный поток, который истекает с высокой скоростью из камеры смешения и направлен по поверхности охлаждения, что обеспечивает эффективный устойчивый и равномерный теплосъем.Coaxial installation of Laval nozzles allows to obtain a fine gas-liquid powerful stream, which expires at high speed from the mixing chamber and is directed along the cooling surface, which ensures an effective stable and uniform heat removal.

Расположение сопл Лаваля таким образом, что их продольная ось со-: ставляет с. поперечной осью Фурмы угол 65-90°, позволяет придать газожидкостному. сильно сатурированному и турбулизированному потоку интенсивное вращательное движение с высокими линейными скоростями. Объясняется это тем, что при наклоне сопл в.указанных пределах обеспечивается максимальная степень крутки выходящего потока за счет сохранения струйного движения по наружному периметру Фурмы, что в свою очередь приводит к энергичному вращательному движению потока, охладителя в рыльной части.The location of Laval nozzles in such a way that their longitudinal axis is: c. the transverse axis of the tuyere angle of 65-90 °, allows you to give the gas-liquid. highly saturated and turbulent flow; intensive rotational motion with high linear velocities. This is explained by the fact that when the nozzles of the indicated limits are inclined, the maximum degree of twist of the outgoing flow is ensured by maintaining jet movement along the outer perimeter of the lance, which in turn leads to vigorous rotational movement of the flow cooler.

При этом максимальная степень крутки обеспечивается меньшими энергетическими затратами на создание вращательного движения охладителя. Выполнение угла менее 65° создает интенсивное вращательное движение вокруг внутренней поверхности Охлаждаемой полости фурмы и недостаточное вокруг наружной что улучшает охлаждение внутренней поверхности и ухудшает охлаждение наружной. Выполнение угла более 90° уменьшает интенсивность вращательного движения за счет соударения истекающего из сопл скоростного потока о наружную поверхность охлаждаемой полости ,At the same time, the maximum degree of twist is provided by lower energy costs for creating the rotational motion of the cooler. Performing an angle of less than 65 ° creates an intense rotational movement around the inner surface of the cooled cavity of the tuyere and insufficient around the outer one, which improves the cooling of the inner surface and impairs the cooling of the outer one. Performing an angle of more than 90 ° reduces the intensity of the rotational movement due to the collision of the velocity flow from the nozzles against the outer surface of the cooled cavity,

- Расположение продольной оси сопел под углом 70-85° к продольной оси фуркы обеспечивает наилучший контакт истекающей высокоскоростной струи непосредственно с торцовой поверхностью рыльной части Фурмы, что в свою очередь практически полностью исключает образование паровой пленки на наиболее теплонапряженном участке фурмы. Выполнение угла менее 70° приводит к ухудшению контакта после соударения атакующей струи с торцовой поверхностью за счет увеличения деформации струи и снижения ее дально5- The location of the longitudinal axis of the nozzles at an angle of 70-85 ° to the longitudinal axis of the furco ensures the best contact of the outgoing high-speed jet directly with the end surface of the rim of the Tuyere, which in turn almost completely eliminates the formation of a vapor film in the most heat-stressed section of the tuyere. Performing an angle of less than 70 ° leads to deterioration of the contact after the collision of an attacking jet with an end surface due to an increase in the deformation of the jet and a decrease in its distance5

755846755846

66

бойност и, что, в конечном итоге,приводит к частичному срыву паровой пленки. Выполнение угла более 85° также приводит к ухудшению контакта атакующей струи с торцовой поверхностью за счет уменьшения их взаимодей- 5 ствия, что также приводит к частичному срыву паровой пленки или к полному его отсутствию.turbulence and, which ultimately leads to a partial breakdown of the vapor film. Performing an angle of more than 85 ° also leads to deterioration of the contact of the attacking jet with the end surface due to a decrease in their interaction, which also leads to a partial breakdown of the vapor film or to its complete absence.

Из передней, более теплонапряженной, части фурмы охладитель поступа- (θ ет в менее теплонапряженную заднюю часть, откуда удаляется через выходной патрубок 4.From the front, more heat-stressed, part of the tuyere, the coolant enters (θ et to the less heat-stressed back, from where it is removed through the outlet 4).

Направляющая перегородка 12 предназначена как для фиксации указанного положения газожидкостного эжектора в полости фурмы, так и для формирования потока в начальной стадии движения и повышения его степени закручивания.The guide wall 12 is designed both for fixing the specified position of the gas-liquid ejector in the lance cavity, and for forming a flow in the initial stage of movement and increasing its degree of twisting.

Выполнение перегородки 1.2 сплошной с выходным отверстием 13 в зоне камеры смешения 10 позволяет увеличить многократность смывания равномерно сатурированным потоком охлаждаемой полости рыльной части фурмы, а установка на выходном отверстии 13 направляющего тангенциально направленного патрубка 14 позволяет и в задней части Фурмы сформировать закрученный поток охладителя.Making the partition 1.2 solid with an outlet 13 in the zone of the mixing chamber 10 allows to increase the washing multiple times by a uniformly saturated stream of the cooled cavity of the rim part of the tuyere, and installing a tangentially directed nozzle 14 at the outlet 13 also allows the rear part of the Tuyere to form a swirling coolant flow.

С целью дальнейшего повышения сатурации потока и увеличения степени его закручивания, газожидкостной эжектор может быть выполнен таким образом, что поток сжатого газа в эжекторе разделяют на два потока, один из которых через сопло 5 поступает в центральную часть потока охлаждающей жидкости, а второй — через каналы в сопле 5 и направляющей втулке 7 поступает на периферийную часть потока.In order to further increase the saturation of the flow and increase the degree of its twisting, the gas-liquid ejector can be designed in such a way that the flow of compressed gas in the ejector is divided into two streams, one of which through the nozzle 5 enters the central part of the coolant flow and the second through the channels in the nozzle 5 and the guide sleeve 7 enters the peripheral part of the stream.

В результате взаимодействия двух потоков сжатого газа с потоком охлаждающей жидкости происходит тончайшее ее дробление.As a result of the interaction of two streams of compressed gas with a stream of cooling fluid, its finest fragmentation occurs.

Изменением расхода сжатого газа можно изменить скорость движения охлаждающей жидкости, т.е. оперативно реагировать на изменение величины теплового потока, что в свою очередь создает предпосылки для автоматизации процесса управления охлаждением фурм доменных печей, например, организацией в полости фурмы гидравлического удара.By changing the flow rate of compressed gas, you can change the speed of the coolant, i.e. respond promptly to changes in the heat flux, which in turn creates prerequisites for automating the process of controlling the cooling of tuyere tuyeres, for example, by organizing a hydraulic shock in the tuyere cavity.

Реализация системы охлаждения Фурмы доменной печи согласно изобрете15 нию позволяет повысить эксплуатационную стойкость корпуса фурмы и создает предпосылки для автоматизации процесса охлаждения фурм.The implementation of the cooling system of the tuyere of the blast furnace according to the invention improves the operational durability of the tuyere body and creates prerequisites for automating the process of cooling the tuyeres.

Claims (1)

Формула изобретенияClaim 2020 Фурма доменной печи, содержащая корпус, в охлаждаемой полости которого установлены коаксиально одна в другой две трубки для подвода охлаж25 дающей жидкости и газа, и патрубокA tuyere of a blast furnace, comprising a housing, in a cooled cavity of which two tubes for supplying cooling liquid and gas are installed coaxially one into the other, and a nipple для отвода охладителя, отлича тоща я с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости корпуса путем интенсификации его охлажэх дения при неизменном давлении охладителя, концы трубок для подвода охлаждающей жидкости и газа снабжены соплами Лаваля, продольная ось сопла расположена под углом 65-90° к поперечной и под углом 70-85° к продользэ ной осям фурм, причем торец соплаto drain the cooler, different from that with the aim of increasing the operational durability of the case by intensifying its cooling with constant pressure of the cooler, the ends of the tubes for coolant and gas supply are equipped with Laval nozzles, the longitudinal axis of the nozzle is at an angle of 65-90 ° to the transverse and at an angle of 70-85 ° to the pro-slip axes of the tuyeres, with the end of the nozzle внутренней трубки размещен в критическом сечении сопла наружной трубки.The inner tube is placed in the critical section of the nozzle of the outer tube.