Свод дуговой печи

Заявляемое техническое решение относится к электродуговым печам, в частности к дуговым сталеплавильным печам.
Известно устройство (Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов/М.: Металлургия, 1977. - С. 12, 27, 28), в котором в своде дуговой сталеплавильной печи выполняются отверстия для электродов с узлами уплотнения (экономайзерами). Для удаления из дуговой сталеплавильной печи (ДСП) образующихся газов в периферийной части свода выполнено специальное отверстие, к которому присоединен установленный на своде патрубок газохода. Для обеспечения разбавления печных газов и дожигания СО между указанным патрубком газохода и стационарным газоходом выполнен зазор.
3
3
Образующиеся при горении дуг газы поднимаются вверх, в зоне экономайзеров траектория их движения резко изменяется для перенаправления газов в сторону отверстия с патрубком газохода, что создают в зоне экономайзеров избыточное давление. При колебаниях мощности дуг избыточное давление в зоне экономайзеров также изменяется, что приводит к прорыву печных газов через экономайзеры. Отверстие в периферийной части свода, в которой установлен патрубок газохода, расположено ниже экономайзеров. В связи с этим, поддерживают разряжение под сводом печи в зоне установки патрубка газохода для уменьшения количества неорганизованных выбросов газа, проходящих через экономайзеры. При работе ДСП образуется большое количество газов, причем в разные периоды плавки интенсивность газовыделения может изменяться в 4-6 раз. Наибольшие газовыделения наблюдаются в начальный период расплавления шихты и при кислородной продувке жидкой ванны металла. Например, при продувке кислородом расход газов с учетом подсасываемого для полного сжигания СО воздуха может составлять 18-20 тыс.м/ч. При этом в период рафинирования для обеспечения в печи восстановительной атмосферы желательно иметь расход отсасываемых из печи газов на уровне 3-5 тыс.м/ч, что практически не реализуется из-за сложности регулирования расхода нагретого до высокой температуры газа. По санитарным и экологическим требованиям производительность газоотсоса из печи устанавливают на постоянно высоком уровне, в несколько раз превышающем среднюю интенсивность газовыделений.
Недостатком описанного устройства является то, что через печь принудительно прокачивается большое количество атмосферного воздуха. На нагрев этого воздуха тратится энергия, что снижает энергетические показатели плавки. Кроме того, в печи возникает разряжение до 2,5 мм вод.ст., из-за чего происходит интенсивный подсос воздуха в печь и в ней создается окислительная атмосфера. Это приводит к повышенному угару металлошихты и расходу электродов. Ухудшаются технологические условия для ведения восстановительного периода плавки, что приводит к ее затягиванию и снижению производительности.
Известно устройство (Патент РФ 1210921. Устройство для улавливания неорганизованных выбросов от электродуговых печей/Бухбиндер М.М., Елин М.М., Кривченко Ю.С. и др.// М.: Черметинформация, 1982. - С. 16, 17), в котором дуговая печь целиком располагается в камере-укрытии с самоходными перекрытиями и воротами. Устройство снабжено мощной приточной и вытяжной вентиляцией, обеспечивающей интенсивный газообмен между внутренним и внешним пространством камеры-укрытия, что необходимо для удаления всех газовых выбросов из печи. Поскольку при таком решении количество атмосферного воздуха, прокачиваемого через систему вентиляции значительно выше, чем в первом устройстве, то энергетические показатели данного устройство ему также уступают. Недостатком данного устройства является большая металлоемкость, высокие капитальные затраты и неудобство обслуживания печи. Кроме того, при некоторых технологических операциях, например при загрузке шихты в печь, значительное количество неорганизованных газопылевых выбросов не улавливается и попадает в цех.
Известен свод дуговой плавильной печи (Патент 1766142. Свод дуговой плавильной электропечи/Ворохобов А.А., Бондарь В.И., Таможников Г.В. и др.// БИ 31, 2000), имеющий каркас, охлаждаемые секции-панели, установленные внахлест и подвешенные на кронштейны. Секции-панели, выполненные в виде двух концентрических колец, внешнего и внутреннего. Конструкцией данного устройства предусмотрена возможность более часто заменять внутренние секции-панели, так как они работают в более тяжелых условиях и быстрее изнашиваются, чем внешние. Этим частично компенсируются конструктивные недостатки предыдущих конструкций, но не снимаются их остальные недостатки.
Наиболее близким техническим решением является свод дуговой печи (Крамаров А.Д., Соколов А.Н. Электрометаллургия стали и ферросплавов/М.: Металлургия, 1976. - С. 23-24, 48-57), который содержит водоохлаждаемое кольцо, периферийную часть, центральную кольцевую вставку, уплотнитель ввода электродов в печь, патрубок газохода. Периферийная часть выполнена из термостойких магнезитовых кирпичей, центральная кольцевая вставка для ввода электродов в печь - из высокоглиноземистых или магнезитовых кирпичей.
При данной конструкции свода частично устранены конструктивные недостатки предыдущих решений, но сохраняются технологические недостатки, указанные для первого аналога [1], которые связаны с принудительной прокачкой через печь большого избыточного количества атмосферного воздуха. Кроме того, использование кирпича для изготовления быстро изнашиваемой центральной кольцевой вставки не позволяет выполнять ее замену без демонтажа свода. Это увеличивает длительность простоев печи для ремонта свода и снижает производительность.
Задачей технического решения является устранение чрезмерного подсоса воздуха в рабочее пространство печи и обеспечение наиболее рациональной траектории потока газов, выделяющихся при плавке в дуговой печи. Задачами являются также упрощение конструкции и повышение надежности наиболее дорогой периферийной части свода. В число решаемых задач включено улучшение эксплуатационных условий для теплонапряженных узлов: уплотнения электродов и патрубка газохода.
Задачи решаются созданием свода дуговой печи, содержащего периферийную часть, центральную огнеупорную вставку с отверстиями для электродов и узлы их уплотнения, сводовое кольцо, а также патрубок газохода. Свод снабжен газосборником, в котором размещены узлы уплотнения электродов. Газосборник установлен над центральной огнеупорной вставкой, в которой отверстия для электродов выполнены с возможностью прохода через них печных газов. Газосборник снабжен узлом подсоса атмосферного воздуха и своим выходом соединен с входом патрубка газохода, а периферийная часть свода выполнена газоплотной.
Задача решается также тем, что суммарная площадь отверстий в центральной огнеупорной вставке, за вычетом суммарной площади поперечного сечения электродов, принята в интервале от одного до трехкратного значения площади поперечного сечения патрубка газохода.
Задача решается также тем, что периферийная часть свода выполнена из секций, изготовленных из жаростойкого бетона и имеющих форму секторов.
Задача решается также тем, что периферийная часть свода выполнена из двухслойных секций, нижняя часть которых из жаростойкого бетона, а верхняя - из стальных листов, снабженных разъемными соединениями между секциями.
Задача решается также тем, что узел подсоса воздуха выполнен с возможностью регулирования проходного сечения.
На фиг. 1 представлен свод в разрезе.
На фиг. 2 представлен вид сверху на свод.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлен свод дуговой печи, имеющей один электрод 1 (справа и слева от вертикальной оси условно показаны разные конструктивные исполнения свода). Свод содержит периферийную часть 2, центральную огнеупорную вставку 3 с отверстием 4 для электрода 1 и узел 5 его уплотнения, сводовое кольцо 6, а также патрубок газохода 7. Свод снабжен газосборником 8, в котором размещен узел 5 уплотнения электрода 1. Газосборник 8 установлен над центральной огнеупорной вставкой 3, в которой отверстие 4 для электрода 1 выполнено с возможностью прохода через него печных газов. Газосборник 8 снабжен узлом 9 подсоса атмосферного воздуха и своим выходом 10 соединен с входом патрубка газохода 7, а периферийная часть 2 свода выполнена газоплотной.
Для показанного на фиг.1 и фиг.2 свода печи с одним электродом площадь отверстия 4 в центральной огнеупорной вставке 3, за вычетом площади поперечного сечения электрода 1, принята в интервале от одного до трехкратного значения площади поперечного сечения патрубка газохода 7.
Периферийная часть свода выполнена из секций 2, изготовленных из жаростойкого бетона и имеющих форму секторов (как показано на фиг. 1 и фиг. 2 справа от вертикальной оси).
Периферийная часть свода выполнена для обеспечения более высокой газоплотности и надежности выполняется из двухслойных секций (как показано на фиг. 1 слева от вертикальной оси). В этом случае нижняя часть 11 секций выполнена из жаростойкого бетона, а верхняя часть 12 секций выполнена из стальных листов, снабженных разъемными соединениями 13 между секциями 12.
Для обеспечения настройки степени разбавления печных газов в газосборнике 8 узел 9 подсоса воздуха выполнен с возможностью регулирования проходного сечения зазора между нижним краем газосборника 8 и поверхностью секций 2.
Для пояснения работы устройства на фиг. 1 стрелками условно показаны потоки газа. Под действием естественной тяги газы 14, образующиеся в рабочей зоне печи, свободно выходят через отверстие 4 в центральной кольцевой вставке 3 и попадают в газосборник 8. В газосборнике 8 печные газы смешиваются с потоками 15 и 16 воздуха, который подсасывается из окружающей атмосферы в газосборник. Далее потоки печных газов и воздуха засасываются в патрубок газохода 7, где происходит дополнительное смешивание печных газов с воздухом и догорание СО, поступившего с печными газами. В результате разбавления печных газов атмосферным воздухом температура газового потока снижается, что благоприятно сказывается на ресурсе газосборника и патрубка газохода. Из патрубка газохода 7 разбавленный воздухом газовый поток 17 поступает в цеховую систему газоудаления и газоочистки.
В отличие от аналога, в котором патрубок газоотсоса создает разряжение в подсводовом пространстве и принудительно засасывает большое количество газов, в предложенном решении газы 14 из печи выходят свободно в количестве образующихся при плавке газов. Разряжение на входе 10 патрубка газохода 7 обеспечивает подсос атмосферного воздуха 15, 16 и удаление из газосборника 8 попавших туда печных газов. Узел уплотнения электрода 5 препятствует выходу печных газов вверх из газосборника 8 вдоль электрода 1 и способствует удалению газовых потоков в патрубок газоотсоса 7.
Решается задача устранения чрезмерного подсоса воздуха в рабочее пространство печи и обеспечение наиболее рациональной траектории потока газов, выделяющихся при плавке в дуговой печи. Отпадает необходимость выполнения специального отверстия под патрубок газохода в периферийной части свода. Отсутствие отверстия в периферийной части свода, симметрия тепловых условий ее работы позволяет упростить конструкцию и повысить надежность этой наиболее дорогой части свода. Наиболее тепло напряженные узлы - уплотнение электрода и патрубок газохода удаляются из наиболее высокотемпературной зоны печи и работают в контакте с газами, разбавленными атмосферным воздухом, что существенно улучшает условия их эксплуатации. Центральная кольцевая вставка выполняются быстросъемными, что позволяет сократить длительность и трудоемкость их замены изношенных элементов.
В качестве примера реализации заявленного устройства рассмотрим свод дуговой сталеплавильной печи постоянного тока с одним электродом, для которых наибольшей степени возрастает эффективность использовании решения. Бетонная часть секций 11, центральная кольцевая вставка 3 и газосборник 8 выполнены их жаростойкого термостойкого бетона. Как показано на фиг. 1 и описано выше, двухслойные секции (11, 12) периферийной части свода, имеющие форму конических сегментов, размещены враспор внутри сводового кольца 6. Поверхность сегментов периферийной части свода, обращенная в сторону электрода имеет форму усеченного обратного конуса. С этой поверхностью сопряжена наружная поверхность кольцевой центральной вставки 3, внутренняя поверхность которой образует зазор с поверхностью электрода 1. Поперечное сечение этого зазора выбрано равным сечению патрубка газохода 7. Газоплотность периферийной части свода обеспечивается болтовыми соединениями 13 между листами 12 бетонных частей секций 11. Кроме того, стык между сводовым кольцом 6 и верхней частью кожуха 18 печи уплотнен с помощью песочного затвора 19. Нижняя часть сегментов 11 имеет горизонтальную поверхность параллельную верхнему срезу футеровки 20, что дополнительно препятствует неорганизованному выходу печных газов из печи. Газосборник 8 установлен на раме 21, которая крепится на сводовом кольце 6. На раме 21 закреплен и патрубок газохода 7. Проходное сечение для потока 15 подсасываемого в газосборник 8 воздуха настраивается с помощью подвески 22 узла 9 регулирования степени разбавления печных газов, что позволяет оптимизировать работу всего устройства в соответствии с требованиями технологии выплавки стали.
В результате повышается стойкость свода, уменьшается трудоемкость его обслуживания, исключаются прокачивание атмосферного воздуха через печь, создаются условия для обеспечения неокислительной атмосферы в печи. Повышается тепловой КПД и производительность печи, снижается удельный расход электроэнергии.