Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДОЖИГАНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ В ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способу дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной печи, в которой используется принцип непрерывной подачи металлизованных окатышей через свод печи в ванну агрегата.

Известны способы дожигания горючих газов [1, 2] в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов, использующих принцип подачи струйных потоков кислорода во встречный поток выделяющихся из зоны продувки горючих газов, содержащих до 80-90% окиси углерода в своем составе [3].

Недостаток всех этих известных способов [1, 2] и других способов [3, 4] дожигания горючих газов в рабочем пространстве заключается в том, что в этих условиях в процессе дожигания, как правило, участвует ограниченный объем выделяющихся из ванны агрегата горючих газов, а это приводит к снижению степени дожигания газов в печи, перерасходу окислителя и уменьшению возврата тепла к ванне тепла, выделяющегося при дожигании горючих газов. Кроме того, в известных способах [1, 2, 4] для организации процесса дожигания горючих газов в различных частях рабочего пространства, например, дуговой печи применяют устройства весьма сложной конструкции, что существенно снижает производительность процесса дожигания горючих газов и, следовательно, ухудшаются основные технико-экономические и теплотехнологические показатели электроплавки стали в дуговой печи [2, 3].

Особенность известных способов дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов заключается в применении локальных устройств [1, 2], например фурм, для подачи потоков кислорода в объемы горючих газов над ванной агрегата [1] или в подсводовое пространство [2, 4], например, дуговой печи.

В этих и других известных способах [1, 2, 4] дожигание горючих газов кислородными потоками, таким образом, осуществляют выборочно, т.е. при этом не охватываются значительные объемы рабочего пространства агрегата и поэтому эффективность применения окислителя для дожигания и степень использования тепла [4] от дожигания на нагрев металла и шлака в печи являются недостаточными и малоэффективными.

Задачей изобретения является повышение эффективности и производительности процесса дожигания горючих газов в рабочем пространстве дуговой печи с применением более эффективного метода подвода потока кислорода в зону дожигания основного объема горючих газов в агрегате. Это достигается благодаря тому, что потоки кислорода направляют не только в объеме наибольшего выхода горючих газов из ванны агрегата [1], но и организуют закрученный поток кислорода [5] с рассредоточенной подачей окислителя по поверхности свода агрегата или путем создания сплошной газовой завесы [1] над металлом или вдоль огнеупорной поверхности [2, 4] свода или боковых стенок электропечи.

Однако, несмотря на достигнутые успехи [1, 2, 4] по повышению производительности дожигания горючих газов и повышению эффективности использования [3] тепла от дожигания для нагрева металла и шлака в ванне печи, все известные способы не нашли широкого практического применения из-за несовершенства применяемых устройств в этих изобретениях и из-за высоких издержек по эксплуатации этих устройств вследствие их несовершенства и сложностей в конструктивном исполнении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ [5] дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов. Сущность данного способа [5] заключается в подводе струй кислорода в рабочее пространство, например, дуговой печи над уровнем металла. При этом струи кислорода подводят в тангенциальном направлении к огнеупорной поверхности диффузора, а дожигание горючих газов осуществляют на огнеупорной поверхности диффузора, свода или стен печи на основе применения устройства, включающего фурму с подводящими трубопроводами. Устройство состоит из диффузора, снабженного в верхней части цилиндрическим стаканом с дном и тангенциальными отверстиями, которые позволяют направлять струи кислорода на дожигание горючих газов в печи.

Недостаток указанного способа [5], как и других известных способов [1, 2, 4] дожигания горючих газов в рабочем пространстве, например, дуговой печи, заключается в сложности их практического исполнения в производственных условиях из-за конструктивного несовершенства устройств, применяемых для высокоэффективной реализации известных способов дожигания горючих газов в рабочем пространстве агрегата.

Для решения этой сложной технической задачи требуется разработка нового способа дожигания горючих газов, например, в дуговой печи, где представляется возможным осуществлять процесс дожигания горючих газов закрученным потоком кислорода в объеме максимальной концентрации этих горючих газов вблизи выхода через патрубок в своде печи. Максимальная концентрация потока горючих газов образуется в рабочем пространстве дуговой печи и концентрируется вблизи патрубка [4, рис.1, стр.38], через пространство которого осуществляется отсос отходящих газов из рабочего пространства агрегата.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в увеличение степени дожигания горючих газов в объеме максимальной концентрации упомянутых газов вблизи патрубка в своде печи.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной печи, включающий подачу в рабочее пространство дуговой печи закрученного потока кислорода, дожигание образующихся над шлаковой ванной печи горючих газов, подачу к шлаковой ванне выделяющейся тепловой энергии от дожигания горючих газов и отсос потока отходящих газов, отличающийся тем, что отсос потока отходящих газов осуществляют через патрубок, установленный в своде печи, подачу закрученного потока кислорода навстречу потоку горючих газов, отсасываемых в сторону упомянутого патрубка, осуществляют с помощью подвижной фурмы, размещенной по оси упомянутого патрубка. Дожигание образующихся над шлаковой ванной печи горючих газов осуществляют в объеме закрученного потока кислорода между входом в патрубок, сводом, стенами и шлаковой ванной печи с образованием факела дожигания, направленного под углом 30-60° к поверхности шлаковой ванны печи.

При этом интенсивность дожигания горючих газов в рабочем пространстве дуговой печи за патрубком контролируют с помощью автоматического газоанализатора или осуществляют контроль интенсивности дожигания горючих газов по данным измерения содержания кислорода в отходящих газах за патрубком с помощью электрохимического датчика.

Также изменяют расход закрученного потока кислорода по ходу работы дуговой печи в зависимости от содержания CO и H₂ в составе отходящих газов из патрубка печи.

Кроме того, за патрубком отбирают пробу отходящих газов и осуществляют их анализ на основные компоненты, включая CO, CO₂, O₂.

В частном случае подачу тепловой энергии к шлаковой ванне осуществляют прямым направленным потоком излучения от факела дожигания и косвенными потоками излучения от футеровки свода и стен дуговой печи.

При этом закрученный поток кислорода образуют в рабочем пространстве печи на выходе из сопла фурмы, причем закручивание потока обеспечивают при его движении по резьбовой нарезке на внутренней поверхности сопла фурмы перед входом в патрубок в дуговой печи.

Работа по данному способу осуществляется (см. фиг.1) следующим образом. При электроплавке стали в дуговой печи (1) образуется в ванне металл (2) и шлак, где в результате химических реакций образуются горючие газы (CO и H₂), а другая часть горючих газов образуется при дожигании топлива в горелках или при подаче углеродсодержащих материалов в ванну печи. Образовавшиеся горючие газы из ванны поднимаются в сторону свода (4) дуговой печи и движутся в сторону патрубка (5) для отсоса и удаления этих газов из рабочего пространства агрегата. Для дожигания горючих газов встречным потоком кислорода в рабочем пространстве дуговой печи применяют фурму (6), которую размещают по центру внутри патрубка (5), причем между фурмой (6) и стенками патрубка (5) образуют зазор для прохода потока отходящих из печи газов (7). При этом поток отходящих газов (7) после выхода из патрубка (5) содержит меньшее содержание горючих газов (CO и H₂) из-за их предварительного дожигания до выхода в патрубок (5) встречным закрученным потоком кислорода (8) или в рабочем пространстве печи. Для выпуска металла и шлака по окончании электроплавки дуговая печь (1) имеет отверстие (9) и летку (10) в корпусе агрегата. Для оценки степени дожигания горючих газов в дуговой печи (1) применяют систему контроля состава отходящих газов (11), что позволяет путем изменения расхода кислорода (12) на фурму (6) в патрубке достигать минимального содержания горючих газов (CO и H₂) в системе отвода (13) уходящих из печи газов.

Предлагаемый способ дожигания горючих газов в дуговой печи (фиг.1) может быть реализован путем установки в патрубке (5) дуговой печи (1) подвижной фурмы (6), позволяющей осуществлять эффективное дожигание горючих газов в пространстве печи путем регулируемой подачи закрученного потока (потоков) кислорода, в котором протекают процессы подсоса газов и их дожигание с выделением тепла над ванной агрегата.

Имеющийся опыт [1, 3] работы сталеплавильных агрегатов, использующих способ дожигания горючих газов встречными потоками кислорода в объеме наибольшего содержания CO и H₂, свидетельствует [1] о возможности достижения наилучшего эффекта по дожиганию этих газов с выделением тепла для нагрева металла и шлака в ванне печи, что способствует достижению высоких технико-экономических показателей и в том числе с улучшенными теплотехническими показателями процесса плавки стали.

Список используемых источников

1. Меркер Э.Э., Казаков С.В., Лузгин С.В., Окороков Б.Н., Карпенко Г.А. Способ дожигания оксида углерода над зоной продувки в конвертере. Патент РФ на изобретение №2370546. Опубл. 20.10.2009. Бюл. №29.

2. Арутюнов В.А., Стомахин А.Я., Егоров А.В. и др. Фурма для дожигания горючих газов в полости сталеплавильных агрегатов. Патент РФ №(11) 2084541. Опубл. 20.07.1997. БИ 18/2010 г.

3. Нейгебауэр Г.О., Дмитриенко В.И. и др. // Состав газовой фазы в рабочем пространстве дуговой сталеплавильной печи. Сталь №3, 1987. С.38-41.

4. Арутюнов В.А., Стомахин А.Я., Егоров А.В. и др. // Фурма для дожигания горючих газов в полости металлургических агрегатов. Патент РФ №(11) 2130082. Опубл. 10.05.1999. Заявка 98109185/02, 13.05.1998.

5. Арутюнов В.А., Стомахин А.Я., Егоров А.В. и др. Способ дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов. Патент РФ №(11) 2081180. Опубл. 10.06.1997. БИ 01/2009 г.