Результат интеллектуальной деятельности: Комплекс сбора и удаления горновых газов от главного желоба доменной печи

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к доменному производству и может быть использовано для регулирования системы сбора и удаления газовых потоков, содержащих взвешенные частицы от главного желоба и технологического оборудования доменной печи и способствует очистке воздуха рабочей и окружающей среды.

Известен комплекс удаления газовых потоков литейного двора доменной печи [1] (Вегман Е.Ф. и др. Металлургия чугуна. - М. Металлургия, 1989, с. 443-467), содержащий главный желоб, стационарные аспирационные устройства над главным желобом с отсосом газов, съемные стационарные укрытия над желобами чугуна и шлака с отсосом газов над желобами слива.

Недостатком данной конструкции литейного двора является то, что в нем не предусмотрено удаление газовых выделений от желобов, низкая стойкость главного желоба и его футеровки, отсутствие возможностей полной механизации работ на литейном дворе.

Известна вытяжная система литейного двора доменной печи [2] (авторское свидетельство SU №1258 832 «Вытяжная система литейного двора доменной печи», МПК⁴ С21В 7/22, опубл. 23.09.1986, Бюл. №35), содержащая укрытие от леток до места слива чугуна в ковши, соединенные с коллектор для удаления запыленного воздуха газопроводом, который сообщается посредством газопровода с дымовым трактом воздухонагревателей доменной печи.

Недостатком данной конструкции вытяжной системы литейного двора доменной печи является не полное удаление взвешенных частиц и газов от главного желоба, выделяемых во время выпусков продуктов плавки.

Известна конструкция литейного двора доменной печи [3] (авторское свидетельство RU №2270256 «Литейный двор доменной печи», МПК⁶ С21В 7/14, опубл. 20.02.2006, Бюл. №5), содержащая расположенное на колоннах основание литейного двора, выполненное двухэтажным, с размещением на втором этаже рабочей площадки литейного двора с одним или более главным желобом с металлическим кожухом, многослойной футеровкой, включающей слои из наливной или набивной огнеупорной массы; скиммер; транспортные желоба для чугуна и шлака; сливные желоба и устройства для вскрытия и закрытия чугунных леток и перемещения крышек главных желобов; с размещением на первом этаже фундаментов главных желобов и вытяжных газоотводов аспирационной системы, с горизонтальным расположением вытяжных конфузоров газоотводов аспирационной системы в местах газопылевыделений. Аспирационная система снабжена электрофильтрами, радиальными вытяжным вентилятором и системой автоматического регулирования производительности вентилятора в пределах от 300000 до 900000 м³/час в зависимости от фазы выпуска. Главный желоб имеет длину от 11 до 18 м, а ширина его кожуха со стороны скиммера составляет 260С-3200 мм.

Недостатком данной конструкции литейного двора является то, что не все пылегазовые выделения улавливаются во время выпусков продуктов плавки.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемым результатам является комплекс по чертежу [4] (АО «ЕВРАЗ НТМК» проект 10892-КМ л. 200,204),содержащий в качестве сбора газов: боковой зонт, расположенный над чугунной леткой; скиммерный зонт, расположенный над транспортным желобом; укрытие главного желоба, выполненного из трех составных частей, одной съемной части и двух стационарных частей (скиммерной и средней), с зазорами между ними, при этом укрытие главного желоба размещено между боковым и скиммерным зонтами, соединенных газоходами через корректор с аспирационной системой.

Недостатком данного комплекса является то, что во время выпуска продуктов плавки (чугуна и шлака) не весь газовый поток и взвешенные частицы отводятся от главного желоба, часть загрязненного воздуха остается в пространстве над укрытием главного желоба.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение загрязнения атмосферы пылегазовыми выделениями во время выпусков продуктов плавки, надежное укрытие главного желоба во время выпуска продуктов плавки из доменной печи, улучшение условий труда на литейном дворе, уменьшение расходов на изготовление и ремонт металлической конструкции укрытия главного желоба, уменьшение расходов огнеупора на укрытие главного желоба, получение дополнительного сырья в виде аспирационной пыли (железа и ванадия) для дальнейшей переработки, возможность эксплуатации главного желоба без съемной части укрытия главного желоба.

Указанный технический результат достигается тем, что в комплексе сбора и удаления горновых газов от главного желоба доменной печи содержащем боковой и скиммерный зонты (отсосы), укрытие главного желоба, размещенного между боковым и скиммерным зонтами (отсосами) и состоящего из двух стационарных частей (скиммерной и средней) и одной съемной части, соединенных газоходами через коллектор с аспирационной системой, предусмотрено следующее отличие: комплекс дополнительно содержит верхний зонт 6, размещенный над укрытием 4 главного желоба 2 со стороны бокового зонта (отсоса) 3 на высоту, необходимую для свободного перемещения съемной части 4(1) укрытия 4 главного желоба 2 посредством манипулятора 16, при этом длина вертикального зонта 6 выполнена таким образом, чтобы полностью перекрыть съемную часть 4(1) и 1/3 длины средней части 4(2) укрытия 4 главного желоба 2, а его ширина выполнена с учетом перекрытия или равной габаритам ширины главного желоба 2 с каждой стороны, причем свободная сторона верхнего зонта 6 установлена на опорную стенку 8, а противоположная сторона примыкает к фурменной площадке 1 и крепится к опоре 7 верхнего зонта 6.

Кроме того, предложенный комплекс сбора и удаления горновых газов от главного желоба доменной печи отличается тем, что противоположная сторона верхнего зонта 6 закреплена к опоре 7 посредством кронштейна 13, который опирается на колонны 10; а верхняя часть верхнего зонта 6 крепится к аспирационному воздуховоду 9 с помощью колена 12.

Кроме этого верхний зонт 6 выполнен металлическим, полым и съемным и расположен так, что, сужающаяся верхняя часть верхнего зонта 6 обращена меньшей площадью поперечного сечения в виде окружности к аспирационному воздуховоду 9, а нижняя часть в виде усеченной пирамиды с большей площадью поперечного сечения в виде прямоугольника обращена к укрытию 4 главного желоба 2.

Кроме того предложенный комплекс сбора и удаления горновых газов от главного желоба доменной печи отличается тем, что опорная стенка 8: опирается на среднюю часть 4(2) укрытия 4 главного желоба 2 с наклоном преимущественно 75-90°; и выполнена из двух железных плит, с размещением между ними огнеупорного материала, при этом в качестве железных плит используют любую конструкционную сталь, а в качестве огнеупорного материал используют любой огнеупорный материал; имеет ширину, которая соответствует ширине средней части укрытия 4(2), а высота соответствует высоте необходимой для свободного перемещения съемной части 4(1) укрытия 4 главного желоба 2 посредством манипулятора 16; кроме этого верхняя часть опорной стенки 8 выполнена в виде ступеньки, высота которой равна высоте ребра жесткости верхнего зонта 6, а нижняя часть опорной стенки 8 вставлена в приспособление в виде балки, которая расположена поперек средней части 4(2) укрытия 4 главного желоба 2 и крепится к нему с помощью сварки.

Наличие верхнего зонта 6, позволяет отводить образовавшиеся газы и взвешенные частицы от источника пылевыделения главного желоба 2 для дальнейшей транспортировки к установке очистки по газопроводу, что позволяет улавливать до 100% горновых газов и тем самым уменьшить загрязнение воздуха рабочей и окружающей среды, кроме того получить дополнительное сырье в виде аспирационной пыли (железа и ванадия) для дальнейшей переработки, возможность эксплуатировать главные желоба без съемной части укрытия главного желоба.

Высота расположения верхнего зонта 6 над укрытием 4 главного желоба 2 соответствует высоте, необходимой для работы механизмов открытия и закрытия чугунной летки, а также для работы манипулятора 16 укрытия главного желоба 2.

Геометрические размеры верхнего зонта 6 получены опытно-экспериментальным и расчетным путем, т.к. именно при таких размерах были получены наилучшие показатели по сбору образовавшихся газов и взвешенных частиц от главного желоба 2:

- длина выполнена таким образом, чтобы полностью перекрыть съемную часть 4(1) и 1/3 длины средней части 4(2) зонта укрытия 4 главного желоба 2;

- ширина выполнена с учетом перекрытия или равной габаритам ширины главного желоба 2 с каждой стороны, что позволяет полностью собрать образовавшиеся газы и взвешенные частицы при открытии чугунной летки и тем самым приведет к значительному увеличению эффективности работы комплекса.

Применение размеров верхнего зонта 6: по длине меньше перекрытия съемной 4(1) части и 1/3 длины средней части 4(2) укрытия 4 главного желоба 2 и по ширине меньше ширины главного желоба 2 - не обеспечит полное улавливание горновых газов и взвешенных частиц, что приведет к загрязнению воздуха рабочей и окружающей среды.

Применение размеров верхнего зонта 6: по длине больше перекрытия съемной 4(1) части и 1/3 средней части 4(2) укрытия 4 главного желоба 2 и по ширине больше ширины главного желоба 2 приведет к утяжелению и удорожанию конструкции, а также к проблемам при обслуживании съемной части 4(1) укрытия главного желоба и манипулятора 16.

Использование конструкции верхнего зонта 6, сужающейся в верхней части и обращенной меньшей площадью поперечного сечения в виде окружности к аспирационному воздуховоду 9, а нижней частью в виде усеченной пирамиды с большей площадью поперечного сечения в виде прямоугольника обращенной к укрытию главного желоба 4 позволяет улавливать до 100% горновых газов и взвешенных частиц доменной печи.

Использование колена 12, обеспечивает крепление верхнего зонта 6 к аспирационному воздуховоду 9.

Крепление верхнего зонта 6 к опоре 7 представлено в виде двух кронштейнов 13, которые приварены с одной стороны к ребрам жесткости конструкции верхнего зонта 6, а с другой стороны захватывают опору верхнего зонта 7, что обеспечивает надежное крепление и обслуживание верхнего зонта 6.

Опора 7 верхнего зонта 6 опирается на колонны 10 с помощью приваренных двутавтров в двух местах, где крепится кронштейн 13.

Выполнение верхнего зонта 6 металлическим позволяет выдержать высокие температуры, которые возникают при открытии чугунной летки, т.к. температура продуктов плавки в этот момент более 1400°С. Охлаждение конструкции верхнего зонта 6 происходит за счет подсоса холодного воздуха.

Отсутствие футеровки верхнего зонта 6 облегчает саму конструкцию.

Благодаря тому, что верхний зонт 6 выполнен полым, металлическим и имеет форму усеченной пирамиды, газовый поток со взвешенными частицами не оседает на внутренней поверхности верхнего зонта 6, а скользить по нему, что не приводит к утяжелению конструкции и в конечном результате влияет на улавливание взвешенных частиц в виде аспирационной пыли, содержащей ценные элементы такие, как железо и ванадий.

Выполнение верхнего зонта 6 съемным облегчает обслуживание верхнего зонта 6 во время ремонтов, что улучшает условия труда на литейном дворе.

Опорная стенка 8 обеспечивает надежное поддержание свободной стороны верхнего зонта 6, а примыкание противоположной стороны верхнего зонта 6 к фурменной площадке 1 и крепление его к опоре 7 посредством кронштейна 13 обеспечивает дополнительную устойчивость верхнего зонта 6 во время работы и облегчает обслуживание верхнего зонта 6 при съеме во время ремонтов.

Опорная стенка 8 выполнена из двух железных плит, между которыми размещен огнеупорный материал. В качестве материала для железных плит используют любую конструкционную сталь, а в качестве огнеупорного материала выбран любой огнеупорный материал, с тем расчетом, чтобы выдержать высокие температуры.

Ширина опорной стенки 8 соответствует ширине средней части 4(2) укрытия 4 главного желоба 2, а высота соответствует высоте необходимой для свободного перемещения съемной части 4(1) укрытия 4 главного желоба 2 посредством манипулятора 16. При этом верхняя часть огнеупорной стенки 8 выполнена в виде ступеньки, высота которой равна высоте ребра жесткости верхнего зонта 6, а нижняя часть вставлена в приспособление в виде балки, которая расположена поперек средней части 4(2) укрытия 4 главного желоба 2 и закреплена к средней части 4(2) укрытия 4 главного желоба 2 с помощью сварки. Данная конфигурация опорной стенки 8 обеспечивает надежное поддержание верхнего зонта 6.

Опорная стенка 8 опирается на среднюю часть 4(2) укрытия 4 главного желоба 2 и имеет наклон преимущественно 75-90°, что позволяет горновым газам и взвешенным частицам не распространяться по литейному двору, а концентрироваться под верхним зонтом 6.

Верхний зонт 6 снабжен площадкой 14, длина которой соответствует длине верхнего зонта 6,которая размещена в районе кронштейнов 13 с двух противоположных сторон, что облегчает обслуживание персоналом.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг. 1 общий вид литейного двора с двумя чугунными летками, оборудованными устройствами для вскрытия и закрытия чугунных леток и механизмом съема и установки крышек на главном желобе 2 с помощью манипулятора 16, двумя главными желобами 2 с футеровкой 11 и транспортным желобом, боковыми 3 и скиммерными 5 зонтами, укрытием главного желоба 4, площадкой для обслуживания фурм 1.

Фиг. 2 вертикальный разрез крепления верхнего зонта 6 к опоре 7.

Фиг. 3 общая схема расположения верхнего зонта 6.

Фиг. 4(1) крепление верхнего зонта 6 к опоре 7.

Фиг. 4(2) верхний зонт 6 с площадками для обслуживания 14.

Комплекс сбора и удаления горновых газов от главного желоба доменной печи содержит: на фурменной площадке 1: главный желоб 2, боковой зонт 3, укрытие главного желоба 4 со съемной частью 4(1), средней частью 4(2), скиммерной частью 4(3), которые не съемные, зонт от скиммера 5, верхний зонт 6, опору 7 верхнего зонта 6, опорную стенку 8, аспирационный воздуховод 9 (ФИГ. 1). Кроме этого комплекс снабжен: колонной 1С, футеровкой 11 главного желоба 2, коленом 12, кронштейном 13 (ФИГ. 4(1), площадкой для обслуживания 14 (ФИГ. 4(2), рабочей площадкой 15, манипулятором 16 (ФИГ. 1; ФИГ.2).

Принцип работы комплекса основан на использовании верхнего зонта 6 (ФИГ. 3; ФИГ.4(1); ФИГ.4(2), позволяющего полностью отводить от главного желоба 2 горновые газы и взвешенные частицы во время выпусков продуктов плавки из доменной печи.

Сущность изобретения заключается в следующем. У доменной печи в зоне фурменной площадки 1 над главным желобом 2 доменной печи имеются: боковой зонт 3, расположенный над чугунной леткой, зонт от скиммера 5, расположенный над транспортным желобом и укрытие 4 главного желоба 2, состоящего из трех частей: две части стационарные - скиммерная 4(3) и средняя 4(2) и одна часть съемная 4(1) (ФИГ. 1 и ФИГ. 2). Верхний зонт 6 устанавливают над укрытием 4 главного желоба 2 со стороны бокового зонта 3 на высоту, необходимую для свободного перемещения съемной части 4(1) укрытия 4 главного желоба 2 манипулятором 16 (Фиг. 1). Верхняя часть верхнего зонта 6 посредством колена 12 соединена с воздуховодом, который через коллектор соединен с аспирационной системой (Фиг. 4).

Аспирационная система соединена с пространством под боковыми 3, скиммерным 5 и верхними зонтами 6 в местах интенсивного пыле и газовыделения в момент вскрытия чугунных леток и при транспортировке продуктов плавки по главному желобу 2 и работает постоянно в автоматическом режиме.

Все желоба (литейный, транспортный и сливные) находятся под рабочей площадкой 15 (Фиг. 1), а точнее на первом этаже литейного двора, что улучшает условия труда обслуживающего персонала и создает возможность свободного перемещения и работы манипулятора 16 (ФИГ. 2). Кроме того, желоба снабжены футерованными крышками (на фиг. не показаны).

Комплекс сбора и удаления горновых газов от главного желоба доменной печи работает следующим образом.

С помощью устройства для вскрытия чугунной летки производится вскрытие чугунной летки, после чего начинается выпуск продуктов плавки: чугуна и шлака из доменной печи, которые поступают через летку в главный желоб 2. В момент контакта чугуна с воздухом происходит окисление металла с образованием бурого дыма.

В первоначальный момент времени при низкой интенсивности выпуска продуктов плавки основным местом для удаления бурого дыма служит боковой зонт 3. Через 2-3 мин. после начала выпуска продуктов плавки на главный желоб 2 с помощью манипулятора 16 устанавливается укрытие 4, посредством которого бурый дым и горновые газы направляются в район верхнего зонта 6.

Опорная стенка 8 не позволяет горновым газам распространятся по литейному двору и концентрирует их под верхним зонтом 6. Горновые газы, не уловленные боковым 3 и верхним зонтом 6 проходят под крышками главного желоба 2, концентрируются в районе скиммерного устройства и удаляются через зонт от скиммера 5. (ФИГ. 1, ФИГ, 2, ФИГ. 3)

По мере увеличения интенсивности выпуска продуктов плавки количество бурого дыма и горновых газов из доменной печи увеличивается, при этом комплекс сбора и удаления газов от главного желоба 2 обеспечивает полную их утилизацию с рабочей 15 и фурменной площадки 1. (ФИГ. 1)

По завершению выпуска продуктов плавки перед закрытием чугунной летки с помощью манипулятора 16 снимается съемная часть 4(1) укрытия 4 главного желоба 2, после чего с помощью устройства для закрытия чугунной летки, чугунная летка закрывается. (ФИГ. 1)

По истечении периода времени необходимого для производства подготовительных работ на литейном дворе вышеуказанные манипуляции повторяются. В течение суток цикл открытия и закрытия чугунной летки (выпуск чугуна и шлака) повторяется от 8 до 12 раз.

Пример.

Комплекс сбора и удаления горновых газов от главного желоба доменной печи разработан и опробован в условиях АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат» в доменном цехе на литейном дворе при выплавке передельного ванадиевого чугуна, что отвечает требованиям критерия «промышленная применимость». Технические характеристики приведены в таблице 1

В качестве аспирационной системы в условиях АО «ЕВРАЗ НТМК» использованы рукавные фильтры, которые обеспечивают очистку выбрасываемых с помощью дымососов в дымовую трубу газов до содержания пыли в них не более 20 мг/м³.

В качестве железных плит для опорной стенки 8 использовали конструкционную сталь, а в качестве огнеупорного материала использовали бетон.

В качестве шихты для производства чугуна использовали титаномагнетитовое сырье: агломерат и окатыши Качканарского горнообогатительного комбината (АО «ЕВРАЗ КГОК»), агломерат Высокогорского горнообогатительного комбината (ОАО «ВГОК»).

В результате испытаний было достигнуто: 100% сбор и удаление газовых потоков и взвешенных частиц под верхним зонтом 6 над главным желобом 2, что способствует уменьшению загрязнения атмосферы пылегазовыми выделениями во время выпусков продуктов плавки, надежному укрытию главного желоба во время выпуска продуктов плавки из доменной печи, улучшению условий труда на литейном дворе, уменьшению расходов на изготовление и ремонт металлической конструкции укрытия 4 главного желоба 2, уменьшению расходов огнеупора на укрытие 4 главного желоба 2, получению дополнительного сырья в виде аспирационной пыли (железа и ванадия) для дальнейшей переработки, возможности эксплуатации главного желоба 2 без съемной части 4(1) укрытия 4 главного желоба 2. Использование агломерационной пыли позволяет утилизировать отходы доменного производства, кроме этого появляется возможность вовлечения в шихту большого количества агломерационной пыли, извлеченной при помощи аспирационной системы, при этом повышается содержания ванадия в чугуне.

Достоинством предложенного комплекса сбора и удаления горновых газов от главного желоба доменной печи является: его высокая эффективность по сбору и улавливанию горновых газов при выпуске продуктов плавки, улучшение условий труда работников литейного двора, уменьшение расходов на изготовление и ремонт металлической конструкции укрытия главного желоба 2, уменьшение расходов огнеупоров на укрытие 4 главного желоба 2, получение дополнительного сырья в виде аспирационной пыли (железа и ванадия) для дальнейшей переработки, а также возможность эксплуатации главного желоба 2 без съемной части 4(1) укрытия 4 главного желоба 2.

Таким образом, заявляемое техническое решение полностью выполняет технический результат.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно- технической информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источников, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна" и «изобретательский уровень».

Источники информации:

[1] Вегман Е.Ф. и др. Металлургия чугуна. - М. Металлургия, 1989, с. 443-467);

[2] Авторское свидетельство SU 1258832 «Вытяжная система литейного двора доменной печи», МПК⁴ С21В 7/22, опубл. 23.09.1986, Бюл. 35;

[3] Авторское свидетельство RU 2270256 «Литейный двор доменной печи», МПК⁶ С21В 7/14, опубл. 20.02.2006, Бюл. №5;

[4] АО «ЕВРАЗ НТМК» проект 10892-КМ л. 200, 204.