горелка для нагрева футеровки вакуумкамеры

Формула изобретения

1. Горелка для нагрева футеровки вакуумкамеры через погружные патрубки, включающая газовое сопло, инжекционный смеситель и насадок с горелочным камнем, отличающаяся тем, что горелка снабжена воздушным и кислородным соплами и футерованной крышкой с отверстием, причем воздушное сопло установлено перед насадком горелочного камня и соосно с ним, кислородное сопло установлено на воздуховоде перед воздушным соплом, футерованная крышка установлена перед горелкой соосно насадку горелочного камня и обращена футеровкой в сторону вакуумкамеры, причем горелка выполнена с возможностью перемещения.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что при диаметре смесителя d диаметр газового сопла составляет 0,1 - 0,2 d, диаметр воздушного сопла 0,1 - 0,3 d, диаметр кислородного сопла 0,05 - 0,15 d.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к нагревательным устройствам для обогрева вакуумкамеры.

Известно устройство для электрического обогрева вакуумкамеры посредством излучающего электрода, установленного герметично в футерованной стенке вакуумкамеры ( а.с. 1271892, C 21 C 7/00, H 05 B 3/42).

Недостатком указанного известного устройства является сложность герметичной установки и замены вышедшего из строя электрода.

Известна инжекционная горелка, принятая за прототип, выполненная угловой формы и включающая газовое сопло, инжекционный смеситель и насадок с горелочным камнем ( М.Ш. Исламов. Проектирование топок специального назначения, Энергоиздат 1982 г., стр. 133-136, рис. 4 - 18, 4 - 17).

Недостатком указанной инжекционной горелки является невозможность ее использования для обогрева футеровки вакуумкамеры по следующим причинам:

- недостаточная температура нагрева (требуется температура нагрева футеровки 1400 - 1500^oC);

- невозможность осуществления плавного подъема температуры вакуукамеры;

- невозможность получения жесткого факела регулируемой длины.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение - плавный высокотемпературный нагрев футеровки камеры перед операцией вакуумирования металла.

Это достигается тем, что горелка выполнена с возможностью перемещения и размещается каждый цикл в перерывах между операциями вакуумирования своим насадком с горелочным камнем вертикально вверх, напротив погружного патрубка. При установке горелки указанным образом ее факел направлен через погружной патрубок внутрь камеры вакуумирования, что позволяет осуществлять рациональный высокотемпературный нагрев футеровки до 1400 - 1500^oC, регулируя температуру и длину факела.

Для предотвращения потерь тепла из вакуумкамеры при установке горелки погружной патрубок перекрывают футерованной крышкой горелки с огнеупорной изоляцией, выполненной со стороны патрубка. Одновременно изоляция предохраняет металлические части горелки от излучения пространства вакуумкамеры.

Жесткость факела горелки и длину факела изменяют подачей сжатого воздуха через воздушное сопло горелки, установленное соосно с насадком горелочного камня. При увеличении расхода сжатого воздуха жесткость факела и его длина возрастает, причем жесткость факела обеспечивается как расходом воздуха, так и соосностью воздушной струи и насадка горелочного камня. При указанной соосности струя сжатого воздуха равномерно смешивается в насадке и горелочном камне с газовоздушной смесью инжекционного смесителя, в результате чего объем факела получается в 1,5-3 раза меньше, чем при тех же расходах газа у обычных инжекционных горелок (факел становится жестче). Конфигурация факелы изменяется, угол раскрытия и сечение уменьшается, а длина увеличивается.

Температуру факела регулируют, подмешивая к струе сжатого воздуха кислород. При подмешивании кислорода количество продуктов сгорания уменьшается, одновременно растет их температура и увеличивается температура факела. Регулируя расходы сжатого воздуха и кислорода можно изменять скорость нагрева футеровки.

На фиг. 1 изображена горелка для нагрева футеровки вакуумкамеры; на фиг. 2 - узел 1 фиг. 1, собственно горелка.

Горелка 1 включает в себя инжекционный смеситель 2, газовое сопло 3, воздушные отверстия 4, заслонку 5, насадок 6 с горелочным камнем 7. Диаметр инфекционного смесителя 2 обозначен на чертеже символом "d". По оси 8 насадка 6 с горелочным камнем 7 установлено воздушное сопло 9, к которому подсоединен воздуховод 10. Перед воздушным соплом 9 на воздуховоде 10 установлено кислородное сопло 11.

Горелка 1 каждый цикл после окончания вакуумирования перемещается на тележке 12 под погружные патрубки 13 вакуумкамеры 14, имеющей футеровку 15.

Горелка 1 снабжена крышкой 16, имеющей отверстие 17 и футеровку 18, обращенную в сторону погружных патрубков 13 вакууматора 14.

Горелка 1 работает следующим образом.

После окончания цикла вакуумирования горелка 1 перемещается на тележке 12 и устанавливается своей крышкой 16 под погружным патрубком 13 вакуумкамера 14. Далее вакуумкамера 14 опускается до соприкосновения своим погружным патрубком 13 с поверхностью футеровки 18 крышки 16, обращенной в сторону вакуумкамеры. Таким образом получается, что вакуумкамера оказывается заключенной со всех сторон в футеровку 15 и 18, что препятствует передаче тепла из вакуумкамеры 14 в окружающую среду. Футерованная крышка 16 устанавливается перед горелкой 1, так как при указанном взаимоположении крышки 16 и горелки 1 последняя защищается от теплового излучения вакуумкамеры 14, разогретой до температуры 1400 - 1500^oC (чем исключается перегрев горелки 1). Указанная футерованная крышка 16 устанавливается соосно своим отверстием 17 горелочному камню 7, что исключает деформацию факела. При отсутствии соосности отверстий горелочного камня 7 и крышки 17 факел деформируется, то есть не располагается в вакуумкамере 14 вертикально, из-за чего не обеспечивается равномерность нагрева вакуумкамеры 14.

Установленная под погружными патрубками 13 горелка 1 разжигается, для чего через сопло 3 подают газ.

Газ из сопла 3 истекает с большой скоростью порядка 200-300 м/с, в результате чего у устья струи газа возникает разрежение и засасывается воздух из атмосферы через отверстия 4. Проходя инжекционный смеситель 2 газ и воздух перемешивается, что обуславливает устойчивое горение смеси на выходе из горелочного тоннеля 7. Заслонкой 5 устанавливается необходимое количество воздуха для горения, которое в данном случае поддерживают равным 40 - 60% от теоретически необходимого. Остальной воздух вносится через линию сжатого воздуха, при его истечении и через воздушное сопло 9, установленное соосно с насадком 6 горелочного тоннеля 7.

Насадок 6 горелочного камня 7, при условии его установки соосно соплу 9 и непосредственно перед ним, формирует равномерный подсос газовоздушной смеси в корень струи, истекающей из сопла 9 (то есть в зону разряжения).

Истечение сжатого воздуха из сопла 9 происходит с большой скоростью (240 - 260 м/с), факел приобретает удлиненную форму, уменьшаясь в сечении, что позволяет разогревать футеровку 15 вакуумкамеры 14 на всю высоту. Температура в ядре факела повышается из-за убыстрения массопереноса внутри факела при больших его скоростях.

При отсутствии соосной установки сопла 9 перед насадком 6 горелочного камня 7 факел теряет жесткость и стабильность и не может применяться для нагрева вакуумкамеры 14.

Для поддержания температуры футеровки 15 вакуумкамеры на уровне 1400 - 1500^oC в сжатый воздух добавляют кислород до достижения в ядре факела температуры 1800 - 2200^oC. Изменяя количество сжатого воздуха добиваются интенсификации прогрева отдельных участков вакуумкамеры 14 по высоте; изменяя количество кислорода в смеси с воздухом изменяют скорость нагрева футеровки 15 вакуумкамеры, устанавливая ее оптимальной для используемого типа огнеупорных материалов.

После окончания цикла вакуумирования горелку 1 отключают, наружные патрубки 13 поднимают до верхнего уровня, а горелку 1 перемещают на тележке 12 на позицию ожидания. Вакуумкамера 14 сообщается с атмосферой через погружение патрубки 13, небольшого сечения, через которые потери тепла в окружающую среду незначительны; поэтому до установки ковша под вакуумкамерой последняя не успевает охладиться.

После окончания вакуумирования цикл поддержания температуры вакуумкамеры 14 повторяется, и таким образом рабочая температура вакуумкамеры 14 в период эксплуатации поддерживается непрерывно на уровне 1400 - 1500^oС.

Горелка устойчиво работает при соотношение элементов, зависящих от диаметра инжекционного смесителя обозначенного на чертеже символом "d".

При работе горелки в инжекционном смесителе образуется смесь газа и воздуха. Газ истекает из газового сопла 9, а воздух засасывается за счет инжекции через воздушные отверстия 4. Указанная смесь должна содержать 40 - 60% воздуха от теоретически необходимого для сжигания газа (так как указанное соотношение газа и воздуха наиболее благоприятно для устойчивого горения и розжига горелки). Скорость газовой смеси в инжекционном смесителе выбирают в пределах 15 - 30 м/с (из условия исключения проскока пламени).

При указанных параметрах газовоздушной смеси диаметр газового сопла горелки должен составлять 0,1 - 0,2 диаметра инжекционного смесителя. При значении диаметра газового сопла менее 0,1 d содержание газа в смеси получается ниже 40%, а скорость смеси в инжекционном смесителе ниже 15 м/с, что усложняет горение газа.

При значении диаметра газового сопла более 0,2 d содержание газа в смеси получается выше 60%, а скорость смеси в инжекционном смесителе выше 30 м/с, что также усложняет работу горелки.

Количество сжатого воздуха, подаваемого в факел не должно превышать 50% от теоретически необходимого для сжигания газа (иначе горелка тухнет). При значении подачи сжатого воздуха в горелку менее 15% от теоретически необходимого для сжигания газа факел становится вялым и не может прогреть вакуумкамеру на всю высоту. При указанных параметрах по количеству подачи сжатого воздуха диаметр воздушного сопла выбирается в пределах 0,1 - 0,3 диаметра смесителя. При значении диаметра воздушного сопла более 0,3 d горелка тухнет, а при значении менее 0,1 d горелка дает факел недостаточной высоты для прогрева вакуумкамеры.

Аналогично, при значении диаметра кислородного сопла более 0,15 d горелка тухнет, а при значении менее 0,05 d температура факела получается недостаточной для поддержания температуры футеровки вакуумкамеры на уровне 1400 - 1500^oC.