устройство для сушки футеровки сталеразливочных ковшей

Формула изобретения

Устройство для сушки футеровки сталеразливочных ковшей, содержащее крышку с осевым отверстием, газовую горелку, размещенную с зазором в осевом отверстии крышки и состоящую из двух труб, расположенных коаксиально с зазором относительно друг друга, отличающееся тем, что оно снабжено стержнем, размещенным во внутренней трубе, нижняя часть наружной трубы выполнена конической с внутренней стороны, при этом диаметр стержня (1 3), высота зазора между трубами (30 200)d, угол конуса (10 40)^o, толщина наружной трубы по нижнему торцу (1 3)d, расстояние от торцов труб и стержня до крышки (50 80)d, расстояние от торцов труб и стержня до днища ковша (140 230)d, толщина зазора между наружной трубой и осевым отверстием в крышке (4 12)d, где d толщина зазора между трубами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к газовым горелкам и устройствам для обжига футеровки из смоло- и пекосвязанных огнеупоров сталеразливочных ковшей.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для обжига футеровки сталеразливочных ковшей, включающее сталеразливочный ковш, накрытый крышкой с осевым сквозным отверстием, через которое во внутреннее пространство ковша помещена газовая горелка, состоящая из двух коаксиально расположенных труб с зазором между ними. По каналу внутренней трубы подается теплотворный природный газ, а по зазору между коаксиальными трубками воздух или кислород. Продукты сгорания удаляются через зазор между внешней трубой и осевым отверстием в крышке. [1]

Недостатком известного устройства является неравномерность нагрева футеровки внутренней полости сталеразливочного ковша. Это объясняется недостаточной величиной длины и конфигурации горячего факела горелки. Кроме того, при обжиге сталеразливочных ковшей с футеровкой из смоло- и пекосвязанных огнеупоров в отходящих газах находится избыточное, превышающее допустимые значения на несколько порядков содержание вредных токсичных газов, например бензпирена, вследствие их неполного сжигания во внутренней полости ковша. Неполное сжигание отходящих газов происходит вследствие отсутствия необходимого распределения факела горящей газовоздушной смеси по объему внутреннего пространства сталеразливочного ковша, находящегося под крышкой, из-за чего пирогазы, выделяющиеся из футеровки, не имеют возможности смешиваться с окислителем и дожигаться под действием радиации факела.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в сокращении содержания в отходящих газах вредных токсичных соединений типа, например, бензпирена и их полного дожигания во внутренней полости сталеразливочного ковша.

Указанный технический эффект достигается тем, что устройство для сушки футеровки сталеразливочных ковшей включает сталеразливочный ковш, накрытый крышкой с осевым сквозным отверстием, через которое во внутреннее пространство ковша помещена с зазором со стенками сквозного отверстия газовая горелка, состоящая из двух коаксиально расположенных труб с зазором между ними.

В канале внутренней трубы помещен стержень, на выходе трубы выполнен конус и плоский торец в виде кольца, при этом

диаметр стержня составляет (1 3);

высота зазора между внутренней и наружной трубами, а также длина стержня (30 200)d;

угол раскрытия конуса 10 40^o;

толщина наружной трубы по плоскому торцу (1 -3)d;

расстояние от торцев внутренней и наружной труб, а также от торца стержня до крышки ковша (50 80)d;

расстояние от торцев внутренней и наружной труб, а также от торца стержня до днища ковша (140 230)d

толщина зазора между наружной трубой и осевым отверстием в крышке ковша

(4 12)d;

где d толщина зазора между внутренней и наружной трубами.

Уменьшение содержания в отходящих газах вредных токсичных соединений типа, например, бензпирена будет проходить вследствие их дожигания как в факеле горелки, так и в районе зазора между наружным диаметром внешней трубы и стенками осевого отверстия в крышке ковша. При этом вследствие наличия на наружной трубе конуса в этом районе создается зона разрежения, куда засасываются и дожигаются газы, выделяющиеся из футеровки ковша при обжиге. Наличие стержня во внутренней трубе приводит к увеличению длины факела, т.к. увеличивается зона перемешивания газового потока и окислителя, вытекающих из горелки. Наличие зазора между внутренней и наружной трубками необходимой длины обеспечивает условия для установившегося движения потоков подающихся кислорода и теплотворного газа. Благодаря этому процесс перемешивания указанных газов происходит за счет диффузии в поперечном направлении, что обеспечивает условия для получения растянутого дальнобойного факела. В этих условиях горение происходит только на поверхности раздела потоков кислорода и теплотворного газа, внутри факела создается зона с избытком теплотворного газа по сравнению с кислородом. Сказанное приводит к расщиплению молекул теплотворного газа и к образованию в приосевой зоне факела раскаленных сажистых частиц, создающих мощное и равномерное излучение от факела к поверхности футеровки. Вследствие наличия сажистых частиц не происходит обезуглероживание футеровки при воздействии на нее факела газов.

Кроме того, при указанном характере горения факел у днища ковша разворачивается на 180^o и устремляется вверх, образуя третий факельный кольцевой поток, в который подмешиваются, дожигаются и удаляются выделяющиеся газы из стенок футеровки ковша.

Величина зазора d устанавливается в пределах 10 30 мм в прямой зависимости от емкости ковша.

Диапазон значений диаметра стержня в пределах (1 3) d объясняется газодинамическими закономерностями истечения теплотворного газа из внутренней трубы и образования параллельных концентрически расположенных один в другом потоков газов. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимая параллельность концентрических потоков газа. При больших значениях будет происходить истечение теплотворного газа из внутренней трубы в условиях турбулентности со значительным сокращением длины факела.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от емкости ковша.

Диапазон длины зазора d между внутренней и наружной трубами в пределах (330 200)d объясняется газодинамическими закономерностями истечения газов из коаксиально расположенных труб. При меньших значениях не будут обеспечиваться условия для параллельности потоков газов, истекающих из горелки, а также необходимая длина горящего факела. Большие значения устанавливать не имеет смысла, т.к. необходимая длина факела и параллельность потоков газов будет обеспечиваться и при меньших значениях.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от емкости ковша.

Диапазон значений угла конуса в нижней части наружной трубы в пределах 10 40^o объясняется величиной разрежения и завихрения на выходе кислорода из наружной трубы. При меньших значениях происходят завихрения кислородной струи при ее выходе из трубы. При больших значениях поток кислорода будет открываться от стенок конуса.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от емкости ковша.

Диапазон значений ширины торца наружной трубы в пределах (1 3) d объясняется закономерностями создания зоны разрежения в ниже лежащей области факела, куда засасываются и дожигаются газы, выделяющиеся из футеровки ковша при ее обжиге. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимое разрежение. При больших значениях будет увеличиваться сопротивление выходу из ковша третьего кольцевого слоя дожигающихся газов.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от величины зазора d

Диапазон значений расстояний от торцев внутренней и наружной труб, а также от торца стержня до крышки ковша в пределах (50 80)d объясняется газодинамическими закономерностями процесса направления потоков дожигающихся газов, засасываемых в зазор между наружной трубой и стенками осевого отверстия в крышке ковша. При меньших значениях процесс дожигания не будет устойчивым. Большие значения устанавливать не имеет смысла, т.к. установившийся процесс дожигания газов в вертикальном потоке достигается при меньших значениях.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от емкости ковша.

Диапазон расстояний от торцев внутренней и наружной труб, а также от торца стержня до днища ковша в пределах (140 230)d объясняется газодинамическими закономерностями процесса поворота факела газов на 180^o вертикально вверх. При больших значениях не будет обеспечиваться прогрев днища ковша. При меньших значениях будет происходить разрушение днища ковша под действием факела раскаленных газов.

Указанный диапазон устанавливается в обратной зависимости от емкости ковша.

Диапазон значений величины зазора между наружным диаметром внешней трубы и осевым отверстием в крышке ковша в пределах (4 2)d объясняется газодинамическими закономерностями удаления продуктов сгорания и токсичных газов из рабочей емкости ковша. При меньших значениях затруднен процесс удаления газов из ковша. При больших значениях скорость потоков газов относительно стенок ковша недостаточна для полного удаления и дожигания токсичных газов, выделяющихся из футеровки ковша.

Указанный диапазон устанавливается в прямой зависимости от емкости ковша.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого устройства с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показана схема устройства для обжига футеровки сталеразливочных ковшей, продольный разрез; на фиг.2 то же, разрез А-А на фиг. 2.

Устройство для сушки футеровки сталеразливочных ковшей состоит из сталеразливочного ковша с футеровкой 1, крышки 2 с осевым отверстием 3, газовой горелки 4, зазора 5, внутренней 6 и наружной 7 труб, стержня 8, трубопроводов 9, 10 и 11, конуса 12 с торцем в виде кольца 13, днища ковша 14.

d зазор между внешней поверхностью внутренней трубы 6 и внутренней поверхностью наружной трубы 7; d диаметр стержня 8; D внутренний диаметр внутренней трубы 6; a толщина по нижнему торцу трубы 7; g угол раскрытия конуса 12; H расстояние от торца 13 до днища ковша 14; h расстояние от торца 13 до крышки 2; l длина зазора d; b величина зазора между наружной трубой 7 и осевым отверстием 3.

Устройство для обжига футеровки сталеразливочных ковшей работает следующим образом.

Пример. В процессе сушки футеровки из смоло- или пекосвязанных огнеупорных кирпичей сталеразливочного ковша 1 в осевое отверстие 3 футерованной крышки 2 устанавливается газовая горелка 4. Горелка 4 состоит из двух коаксиально расположенных одна в другой с зазором d между ними труб 6 и 7, а также из подводящих 9, 10 и отводящего 11 трубопроводов.

В канале внутренней трубы 6 помещен стержень 8. На выходе из трубы 7 выполнен конус 12 с плоским торцем 13 в виде кольца.

По трубопроводу 9 во внутреннюю трубу 6 подается под давлением теплотворный газ, например природный. По трубопроводу 10 в зазор величиной d между внутренней 6 и внешней 7 трубами подается под давлением кислород. По трубопроводу 11 производится удаление или отсос продуктов сгорания из внутренней емкости сталеразливочного ковша 1.

При этом диаметр стержня 8 составляет (1 -3) d высота зазора d между внутренней 6 и наружной трубами, а также стержня 8 (30 200) d; угол g конуса 12 составляет 10 40^o; толщина a по торцу внешней трубы 7 (1 3)d; расстояние h от торцев внутренней 6 и наружной труб, а также от торца стержня 8 до внутренней поверхности крышки 2 ковша 1 (50 80)d; расстояние H от торцев внутренней и наружной труб, а также от торца стержня 8 до днища 14 ковша 1 (140 230)d; толщина зазора b между наружным диаметром трубы 7 и стенками осевого отверстия 3 в крышке 2 ковша 1 (4 - 12)d

При такой конструкции и параметрах устройства обеспечиваются параллельное движение концентрических потоков кислорода и природного газа со скоростями в пределах 30 10 м/с на всем протяжении H, их поворот у днища 14 на 180^o и образование третьего внешнего слоя газа из продуктов сгорания, восходящего вертикально вверх. При этом третий внешний слой газов увлекает за собой продукты сгорания вредных токсичных газов, например бензпирена, выделяющихся из футеровки ковша в зазор шириной b и далее в трубопровод 11.

В таблице приведены примеры работы устройства с различными технологическими и конструктивными параметрами.

В первом примере вследствие недостаточной величины параметров d, h, H, g a, l и b не обеспечивается необходимая длина факела газов и его поворота на 180^o. При этом происходит разрушение днища ковша под действием раскаленных струй газов. В этих условиях не обеспечивается полное дожигание в отходящих газах вредных токсичных газов.

В примере 5 вследствие больших величин d, h, H, g a, l и b происходят перемешивание выходящих из горелки газов и их хаотичное распределение во внутреннем объеме ковша. При этом также не обеспечиваются полное движение и удаление вредных токсичных газов из ковша.

В шестом примере (прототип) вследствие отсутствия в конструкции горелки стержня, конуса и плоского кольца на торце внешней трубе, а также нерегламентированной установки торца горелки относительно днища ковша и его крышки не обеспечивается направленное движение газов во внутреннем объеме ковша. В этих условиях не обеспечивается полное дожигание и удаление выделяющихся из футеровки вредных токсичных газов.

В оптимальных примерах 2 4 вследствие наличия во внутренней трубе и необходимых значений параметров d, h, d H, g a, l и b обеспечивается направленное движение потоков газов во внутреннем объеме ковша под его крышкой. При этом обеспечивается необходимая скорость движения потоков газов. Все это создает условия для полного дожигания и удаления выделяющихся из футеровки твердых токсичных газов.

Использование устройства позволяет снизить содержание вредных токсичных веществ в отходящих газах с 2,5 до 0,025%