УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ГАЗОВ ОТ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ "ТОРНАДО"
DEVICE TO ENTRAP GASES FROM "TORNADO" ELECTRIC ARC FURNACE

Изобретение относится к области промышленной вентиляции и предназначено для улавливания и отвода газов электродуговой печи.
Близким конструктивным решением по сущности заявленного объекта и достигаемому результату является устройство для улавливания газов от электродуговой печи, содержащее размещенный над сводовой частью вытяжной зонт и направляющее средство, выполненное в виде закрепленных на сводовой части печи двух полых конусов, установленных соосно с равномерным зазором у основания, при этом высота и угол раскрытия наружного конуса больше, чем внутреннего конуса, а расстояние между нижними кромками вытяжного зонта и верхними кромками наружного конуса составляет (0,3-0,6)D, где D - диаметр печи, угол раскрытия внутреннего конуса 40-45°, его высота составляет (0,15-0,20)D, угол раскрытия наружного конуса 55°-65°, а его высота (0,25-0,35)D (SU, патент №1796302. М.кл. B08B 15/00 // Изобретения. - 1993. - №7).
К недостаткам описанного средства применительно к решаемой нами проблеме - повышение эффективности сбора газов от электродуговой печи при залповом выбросе продуктов сгорания и плавки - относятся неудобство обслуживания, неполное улавливание выбросов при нарушении стационарного режима, когда происходят залповые выбросы отходящих газов; недостаточное улавливание от загрузочных окон.
6
Наиболее близким устройством к заявленному объекту относится устройство для улавливания газов от электродуговой печи, содержащее размещенный над сводовой частью вытяжной зонт и направляющее средство, выполненное в виде закрепленных на сводовой части печи двух полых конусов, установленных соосно с равномерным зазором у основания, высота конусов и угол их раскрытия различны, расстояние между нижними кромками вытяжного зонта и верхними кромками наружного зонта и верхними кромками наружного конуса составляет 0,3-0,6 диаметра корпуса печи, в котором внутренний конус установлен с зазором в нижней части по периметру над сводом печи и смещен в сторону электродов, а пространство между внутренним и наружным конусами на уровне свода печи имеет решетчатую площадку, при этом угол раскрытия внутреннего конуса составляет 60-90°, вытяжной зонт по периметру жалюзийной вставки и наружный конус также по периметру имеют эластичные экраны (RU, патент №2105933 С1. МПК F24F 7/04, B08B 15/00. Устройство для улавливания газов от электродуговой печи / П.И.Килин, К.П.Килин (RU). - Заявка №96106175/06; Заявлено 28.03.1996; Опубл. 27.02.1998).
К недостаткам описанного устройства для улавливания газов от электродуговой печи, принятой нами в качестве наиближайшего аналога, относятся низкая эффективность отвода залповых выбросов продуктов сгорания внутренним и внешним конусами, двукратное уменьшение скорости потока газов из-за решетчатой площадки между внешним и внутренним конусами, неоправданно большие конструктивные габариты, накопление продуктов сгорания на стенках конусов (3) и (4), решетчатой площадки (5) и эластичной вставки (2) вытяжного зонта (1).
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение эффективности сбора газов от электродуговой печи при залповом выбросе продуктов сгорания и плавки.
Технический результат - снижение загазованности цеха сталеплавильного производства при выполнении технологического процесса, загрузки шихты и розлива продуктов плавления.
1
1
1
1
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для улавливания газов от электродуговой печи, содержащем размещенный над сводовой частью печи воздуховод, вытяжной зонт и направляющее средство, выполненное в виде закрепленных на сводовой части печи полого конуса и термостойкого эластичного экрана в виде цилиндра на нижнем основании полого конуса, установленного с кольцевым зазором вокруг пода печи, согласно изобретению на внутренних поверхностях вытяжного зонта и направляющего средства в виде полого конуса выполнены винтовые желоба с одинаковым шагом, при этом угол конуса между образующими в продольном сечении вытяжного зонта выполнен одинаковым углу конуса между образующими в продольном сечении направляющего средства и равным углу конуса между образующими конуса, образованного винтовыми линиями внутренних кромок винтовых желобов, к тому же внешняя коническая поверхность направляющего средства выполнена сопрягаемой с внутренней конической поверхностью вытяжного зонта на длину полого усеченного конуса направляющего средства; диаметр D термостойкого эластичного экрана в виде цилиндра на нижнем основании полого конуса относится к диаметру d воздуховода над вытяжным зонтом как D:d=(10…200):1; шаг между винтовым желобами вытяжного зонта и направляющего средства выполнен равным 300…500 мм; каждый винтовой желоб смонтирован к внутренней конической поверхности под углом 50…80°.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично изображено устройство для улавливания газов от электродуговой печи при отсосе газов электродуговой печи, вертикальный диаметральный разрез.
На фиг.2 - то же, при замене свода с электродами электродуговой печи, направляющее средство совмещено с вытяжным зонтом.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.
Устройство для улавливания газов от электродуговой печи содержит над сводовой частью 1 с электродами 2 и пода 3 (корпуса) печи воздуховод 4 (фиг.1), вытяжной зонт 5 и направляющее средство 6. Направляющее средство 6 выполнено в виде закрепленных на сводовой части 1 печи полого конуса 7 и термостойкого эластичного экрана 8 в виде цилиндра по периметру на нижнем основании полого конуса 7. Термостойкий эластичный экран 8 в виде цилиндра установлен с кольцевым зазором Δ (фиг.1) вокруг пода 3.
На внутренней конической поверхности 9 вытяжного зонта 5 и на внутренней конической поверхности 10 полого конуса 7 направляющего средства 6 выполнены винтовые желоба 11 и 12 с одинаковым шагом t. Шаг t между винтовыми желобами 11 и 12 на внутренних конических поверхностях 9 и 10 вытяжного зонта 5 и полого конуса 7 направляющего средства 6 выполнен равным t=300…500 мм.
Угол γ полого конуса между образующими 13 и 14 в продольном сечении (фиг.1 и 2) вытяжного зонта 5 выполнен одинаковым углу β полого конуса 7 между образующими 15 и 16 в продольном сечении направляющего средства 6.
Углы γ, β и α выполнены равными. Угол α выполнен между образующими 17 и 18 псевдоконуса (мнимого конуса), на конической поверхности которой размещены по винтовым линиям внутренние кромки 19 и 20 винтовых желобов 11 и 12.
Винтовые желоба 11 и 12 смонтированы к внутренним коническим поверхностям 9 и 10 вытяжного зонта 5 и направляющего средства 6 под углами δ=50…80°.
Внешняя коническая поверхность 21 направляющего средства 6 выполнена сопрягаемой с внутренней конической поверхностью 9 вытяжного зонта 5 на длину Н полого усеченного конуса 7 направляющего средства 6.
1
Диаметр D термостойкого эластичного экрана 8 определяется расчетом из выражения
где D - описанный диаметр пода 3;
Δ - зазор между подом 3 и экраном 8.
1
1
1
1
Диаметр D термостойкого эластичного экрана 8 в виде цилиндра на нижнем основании полого усеченного конуса 6 относится к диаметру d (фиг.1) воздуховода 4 над вытяжным зонтом 5 как D:d=(100…200):1.
Длина Н усеченного полого конуса 7 направляющего средства 6 определяется расчетом из выражения
где Н - длина усеченного полого конуса 7;
D - описанный диаметр пода 3;
Δ - зазор между подом 3 и эластичным экраном 8;
2
d - описанный диаметр зоны размещения стержней 2;
b - ширина винтового желоба 12;
δ - угол постановки желоба 12 к внутренней стенке 10 полого конуса 7;
β - угол между образующими 15 и 16 в продольном сечении полого конуса 7.
Зазор S между верхним основанием полого конуса 7 (фиг.1) и нижним основанием вытяжного зонта 5 устанавливается с учетом конструктивных особенностей сводовой части 1 и электродов 2 и может быть принят равным
1
Длину H вытяжного зонта 5 устанавливают расчетом из выражения
1
где H - длина вытяжного зонта 5;
D - диаметр пода 3;
Δ - зазор между подом 3 и экраном 8;
1
d - диаметр воздуховода 4;
γ - угол полого конуса между образующими 13 и 14 вытяжного зонта 5.
1
Минимальный диаметр d воздуховода 4 определяют из выражения
где b - ширина винтового желоба 11;
δ - угол постановки желоба 11 к внутренней стенке 9 вытяжного зонта 5;
γ - угол полого конуса между образующими 13 и 14 вытяжного зонта 5.
Для идентичного понимания приведенных выше терминов приводим их определения:
конус - геометрическое тело, ограниченное одной из полостей конической поверхности и плоскостью, которая пересекает эту поверхность и образует основание;
прямой круговой конус - конус, высота которого падает в центр круга, служащего его основанием;
усеченный конус - геометрическое тело, заключенное между основанием конуса и плоскостью, пересекающей конус параллельно основанию
(см. Микиша A.M., Орлов В.Б. Толковый математический словарь. Основные термины: около 2500 терминов. - М.: Рус. яз., 1989. - 244 с., 186 ил. - С.52);
продольное сечение конуса - сечение конуса плоскостью, в которой лежит ось конуса;
поперечное сечение конуса - сечение конуса плоскостью, перпендикулярной к оси конуса;
длина конуса - расстояние между вершиной и основанием конуса или между основаниями усеченного конуса;
угол конуса α - угол между образующими в продольном сечении конуса;
угол уклона α/2 - угол между образующими в продольном сечении конуса;
(см. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник. - Л: Машиностроение, Ленинград. отделение, 1983. - 464 с., ил. - С.93);
конической поверхностью называется поверхность, образуемая движением прямой, проходящей все время через неподвижную данную линию (см. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1968. - 416 с. с илл. - С.310-311);
конической поверхностью называется всякая поверхность, порождаемая движением прямой линии (образующей), проходящей через неподвижную точку (вершина конической поверхности). Всякая (не проходящая через вершину) линия, которая пересекает образующую в любом положении последней, называется направляющей.
Поверхность
является конической, называется конусом второго порядка
(см. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. Изд. 12-е, стереотип. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1977, 872 с. с илл. - С.211-212).
Устройство для улавливания газов от электродуговой печи работает следующим образом.
При подаче тока на электроды 2 газы от расплавленной шихты и металла через неплотности сводовой части 1 и пода 3 выбрасываются в полость направляющего устройства 6 (фиг.1). Турбулентный поток газов над сводовой частью 1 за счет высокой температуры, низкой плотности и скорости выброса поступает в полость мнимого конуса, образованного вращением образующих 17 и 18 вокруг вертикальной оси устройства. Одновременно с этим за счет эжекции через кольцевой зазор Δ между подом и термостойким эластичным экраном 8 теплый воздух из электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) поступает на винтовые желоба 12. Винтовыми желобами 12 в конусе 7 создается ламинарное течение воздушно-газовой смеси, скорость которой по длине Н усеченного конуса 7 увеличивается. За счет вращения внешнего слоя воздушно-газовой смеси в конусе 7 турбулентному восходящему газовому потоку придается вращательное и поступательное движения, направленные по оси вытяжного зонта. На выходе из конуса 7 скорость газового потока увеличивается и поступает в полость вытяжного зонта 5. Винтовыми желобами 11 в полости вытяжного зонта 5 газовому потоку придается вращательное движение, направленное на сужение потока, увеличение плотности газового потока и скорости перемещения в воздуховоде 4. За счет вращательного движения газового потока продукты горения увлекаются и транспортируются вверх в воздухопровод. За счет вращения газовоздушного потока происходит массотеплообмен, снижение критических температур в локальных зонах.
При завершении плавки полый конус 7 с термостойким экраном 8 поднимают вверх и совмещают с внутренней поверхностью 9 вытяжного зонта 5 (см. фиг.2). Удаляют сводовую часть 1. Отходящие газы в процессе плавки и разливочного процесса слива металла поступают в полость эластичного экрана 8, а затем - в полость конуса 7. Желобами 12 и 11 в вытяжном зонте 7 восходящим газовым потокам придается вращение вокруг вертикальной оси пода 3 и в сжатом состоянии направляется в воздуховод 4, которым направляется для утилизации продуктов горения.
Таким образом достигается повышение эффективности сбора газов от электродуговой печи при залповом выбросе продуктов горения и плавки.