Результат интеллектуальной деятельности: ДУГОВАЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ С ДОЖИГАНИЕМ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к устройствам для дожигания горючих газов в дуговых сталеплавильных печах (ДСП), использующих непрерывную загрузку в ванну железорудных металлизованных окатышей (ЖМО).

Известна дуговая сталеплавильная печь [1], содержащая устройство в виде фурмы для продувки металла кислородом в ванне печи с дожиганием горючих газов встречными потоками кислорода в рабочем пространстве агрегата. В результате дожигания горючих газов (CO и H₂) над шлаком выделяется большое количество тепла, использующееся для дополнительного нагрева металла в ДСП. Известны изобретения [2, 3], использующиеся в дуговых печах и других агрегатах фурмы для дожигания горючих газов в полости этих сталеплавильных печах. Суть этих изобретений [2, 3] заключается в организации процесса дожигания горючих газов [4] в рабочем пространстве дуговой печи (в ДСП или других агрегатах) в подсводовом пространстве с использованием фурм для дожигания горючих газов и применением этих в фурмах специальных устройств, позволяющих интенсифицировать процессы массообмена и дожигания газов.

Недостатком всех этих [1, 2] и других [3, 4] известных устройств для дожигания горючих газов в дуговой печи является то, что эти устройства имеют весьма сложное конструктивное исполнение, что не позволяет их эффективно использовать в практике производства, т.к. эти [5] устройства, использующиеся в ДСП, усложняют процессы дожигания газов и в целом эти устройства отличаются сложностью в эксплуатации. К недостатку всех перечисленных известных изобретений относится также то, что требуется в своде ДСП иметь специальное отверстие для установки этих устройств с целью обеспечения дожигания горючих газов в рабочем пространстве агрегата.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является дуговая сталеплавильная печь [6], использующая фурму для дожигания горючих компонентов в рабочем пространстве печи, причем корпус фурмы выполнен в виде цилиндрического стакана с дном в его верхней части и соплом для подачи кислорода с подведенными по касательной в горизонтальной плоскости цилиндрического стакана трубопроводами [7]. Недостатком известной дуговой сталеплавильной печи [6, 7] является недостаточная эффективность процесса дожигания выделяющихся в ванне дуговой печи горючих газов, а также сложное конструктивное исполнение фурмы для дожигания этих газов, что не обеспечивает требуемого смешения печной атмосферы со струями кислорода, а также не происходит возврата тепла к металлу в ванне печи, выделяющегося при дожигании горючих газов.

Задача изобретения заключается в достижении такого технического эффекта, при котором повышается эффективность процесса дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной печи и интенсифицируется передача выделяющегося тепла к металлу, а также существенно упрощается конструктивное исполнение устройств для дожигания газов в ДСП, что позволяет снизить затраты на их эксплуатацию и в целом на технологический процесс выплавки стали.

Поставленная задача достигается тем, что дуговая сталеплавильная печь, содержащая корпус с ванной металла и шлака, свод, боковые стены и фурму для подачи потока кислорода на дожигание горючих газов в рабочем пространстве печи, отличающаяся тем, что она снабжена установленным в своде корпуса печи патрубком для отсоса отходящих из печи газов, а упомянутая фурма установлена внутри упомянутого патрубка с возможностью ее перемещения вдоль оси патрубка и относительно этой оси в пределах 30-60°.

При этом упомянутая фурма на торце своего корпуса имеет сопло, на внутренней поверхности которого выполнена резьбовая нарезка, и выполнена с возможностью закручивания потока кислорода и размещения его во встречном потоке отходящих из ванны горючих газов в пространстве между сводом, стенами и ванной внутри корпуса печи.

Кроме того, фурма установлена в патрубке с возможностью образования зазора для отсоса потока отходящих из рабочего пространства печи горючих газов после их дожигания в закрученном потоке кислорода.

В частном случае патрубок в своде и фурма выполнены металлическими и водоохлаждаемыми, причем корпус патрубка имеет механизм перемещения фурмы вдоль оси патрубка и относительно этой оси.

В свою очередь, сопло фурмы выполнено в виде сопла Лаваля из жаропрочного сплава или металла.

Закрученный поток кислорода на выходе из сопла Лаваля встречается с потоком отходящих из ванны печи горючих газов в пространстве между сводом, стенами и ванной внутри корпуса печи. В результате массообменного взаимодействия горючих газов и газообразного кислорода образуется факел дожигания с выделением тепла от дожигания газов в сторону поверхности ванны агрегата, а образующиеся газы после дожигания отсасываются в патрубок через зазор между фурмой и внутренней поверхностью корпуса патрубка в своде дуговой печи.

На фиг.1 приведена конструкция ДСП (1), включающая ванну с металлом (2) и шлаком (3) и свод дуговой печи (4), в котором размещен патрубок (5) для отсоса газов после их дожигания в потоке кислорода. Причем поток кислорода поступает в ДСП через фурму (6) с соплом, в котором поток кислорода закручивается, а затем этот поток кислорода (8) взаимодействует с потоком отходящих из ванны потоком (7) горючих газов (CO и H₂). После дожигания горючих газов (7) в результате взаимодействия с закрученным потоком кислорода (8) отходящие газы после дожигания отсасываются дымососом через патрубок (5) в атмосферу вне рабочего пространства дуговой печи.

Выделяющееся тепло от дожигания горючих газов передается излучением в пространство между сводом, стенами и поверхностью ванны, что интенсифицирует нагрев металла (2) и шлака (3). После процесса окончания плавки в ДСП (1) жидкий металл (2) и шлак (3) выпускают в ковш через отверстие печи (9) с помощью летки (10), а состав отходящих из патрубка (5) газов подвергается контролю (11) на содержание CO, H₂, CO₂, N₂ с целью оптимизации подачи кислорода (12) на дожигание газов через фурму (6) в патрубке (7), а поток отходящих из патрубка газов отсасывается из печи (13) дымососом в дымовую трубу агрегата.

При использовании новой схемы устройства в ДСП (фиг.1) с размещением фурмы (6) в патрубке (5) свода (4) агрегата не требуется создание дополнительного отверстия в своде, как это имеет место во всех известных изобретениях, что упрощает конструктивное исполнение нового устройства (фиг.1) и при этом заметно снижаются затраты на его эксплуатацию.

Дуговая сталеплавильная печь (фиг.1, поз.1) имеет отличие в том, что между патрубком (5) и фурмой (6) образован зазор, в котором размещен при отсосе поток отходящих из печи газов (7), причем этот поток образован после дожигания горючих газов в потоке закрученного кислорода (8), который расположен перед фурмой (6) и патрубком (5).

Кроме того, дуговая сталеплавильная печь отличается тем, что патрубок (5) в своде (4) и фурма (6) выполнены металлическими и водоохлаждаемыми, причем корпус патрубка (5) имеет механизм перемещения фурмы (6) как вдоль оси, так и относительно оси патрубка.

Предлагаемая печь (1), отличается также тем, что ось фурмы (6) с соплом размешена на оси патрубка (5) с возможностью наклона оси фурмы к поверхности ванны с металлом (2) и шлаком (3).

При этом дуговая сталеплавильная печь отличается еще тем, что сопло фурмы (5) с резьбовой нарезкой выполнено в виде сопла Лаваля из жаропрочного сплава или метала.

Кроме того, организация процесса дожигания горючих газов в объеме закрученного топливного потока (8) интенсифицирует теплообмен излучением в сторону поверхности ванны с металлом и шлаком, что достигается удачным выбором режима дожигания горючих газов вблизи их концентрации в объеме перед входом в патрубок (6).

При взаимодействии горючих газов с закрученным потоком кислорода интенсифицируется массообмен и дожигание газов концентрируется в объеме ДСП с образованием факела дожигания, т.е. процесс дожигания газов кислородом является более эффективным с точки зрения повышения производительности процесса дожигания и интенсификации теплообмена в системе факел дожигания, ванна, стены и свод дуговой печи.

Внедрение в практику производства электростали в ДСП с применением такого устройства для дожигания горючих газов в потоке закрученного кислорода обеспечивает сокращение [1, 4] длительности плавки на 10-15%, снижение расхода электроэнергии на 5-10% и увеличение производительности на 3-5%.

Список литературы

1. Меркер Э.Э. и др. Дуговая печь для выплавки стали. // Патент РФ №2374582 от 27.11.2009. Бюл. №33.

2. Арутюнов В.А. и др. Фурма для дожигания горючих газов в полости сталеплавильных агрегатов.// Патент РФ №2084541 от 20.07.1997 г.

3. Арутюнов В.А. и др. Фурма для дожигания горючих газов в полости металлургических агрегатов.// Патент РФ №2130082 от 10.05.1999 г.

4. Нейгебауэр О.Г. и др. Состав газовой фазы в рабочем пространстве дуговой печи.// Сталь №5, 1987 г, с.38-42.

5. Арутюнов В.А. и др. Способ дожигания горючих газов в ДСП и устройство для его осуществления.//Патент РФ №2081180 от 10.06.1997. БИ:01/2009.

6. Арутюнов В.А. и др. Дуговая сталеплавильная печь. // Патент Рф №2084542 от 20.07.1997. БИ:12/2005.

7. Арутюнов В.А. и др. Фурма для дожигания газов в дуговой печи. Патент РФ №2025496, кл. С21В 13/00, С21С 5/48, 1994 г.