КОНВЕРТЕР

Полезная модель относится к области черной металлургии, в частности к конструкциям элементов конвертера с охлаждаемой футеровкой. Известен конвертер, внутри футеровки которого выполнены камеры или каналы охлаждения, в которые подают в качестве охладителя растворы солей [Заявка Япония N 50-42947, кл. С21В 9/10, 1975. Конвертер] - аналог. Такая система охлаждения футеровки конвертера ненадежна и небезопасна при ее прогаре.
Известен конвертер, содержащий металлический корпус, футеровку в виде прилегающего к корпусу арматурного и внутреннего рабочего слоев, охлаждающие футеровку трубчатые змеевики, установленные между арматурным и рабочими слоями футеровки [Патент RU №2037530. Конвертер, 1995] - прототип.
Технической проблемой конвертеров является ненадежность футеровки, так как охлаждающие футеровку трубчатые змеевики, установленные между арматурным и рабочими слоями футеровки, что может привести к аварийному состоянию конвертера с тяжелыми последствиями.
Для решения этой проблемы предлагается трубчатые змеевики перенести за пределы арматурного и рабочего слоев футеровки полости конвертера и установить их на наружной поверхности конвертера выше шлаковой зоны; трубчатые змеевики разместить в теплоохлаждающих металлических плитах, последние разместить на поверхности конвертера; обеспечить повышение надежности футеровки конвертера путем устойчивой подачи холодного энергоносителя (паровоздушной смеси) в трубчатые змеевики и отбора из трубчатых змеевиков нагретого парообразного энергоносителя; для обеспечения согласованной работы элементов конвертера они подключены к автоматической системе управления технологическим процессом (АСУТП).
Вышеперечисленные признаки позволят повысить надежность футеровки и безопасность конвертера, достичь значительного спектра практического применения конвертера в промышленности.
На фиг. 1 - Общий вид конвертера с примыкающими теплоохлаждающими металлическими плитами; на фиг. 2 - Конвертер с примыкающими теплоохлаждающими металлическими плитами (вид сверху, Вид А); на фиг. 3 - Конструктивная схема теплоохлаждающей металлической плиты (сечение Π-П, фиг. 2), где:
1 - корпус конвертера,
2 - футеровка конвертера,
3 - огнеупор рабочего слоя футеровки конвертера,
4 - летка для слива стали,
5 - горловина для загрузки шихты и удаления шлака после слива готовой стали через летку,
6 - теплоохлаждающая металлическая плита,
7 - фиксатор теплоохлаждающей металлической плиты, управляемый АСУТП,
8 - цапфа поворотного механизма конвертера,
9 - опора поворотного механизма конвертера,
10 - нижний шарнир поворота верхнего края теплоохлаждающей металлической плиты на расстояние L≈5 мм от наружной поверхности конвертера, управляемый АСУТП,
11 - промежуточные гибкие теплостойкие быстро разъемные металлорукава, соединяющие трубчатые змеевики теплоохлаждающих металлических плит с подводным круговым трубопроводом, а также с другими гидравлическими элементами в соответствии с гидросхемой;
12 - подводной круговой трубопровод,
13 - стяжки крепления подводного кругового трубопровода к нижнему конусу конвертера,
14 - максимальный уровень разрушения огнеупора рабочего слоя футеровки конвертера шлакометаллическим расплавом,
15 - зона ванны с шлакометаллическим расплавом,
16 - фурма для подачи кислорода в ванну,
17 - лыска на поверхности конвертера,
18 - верхний конус конвертера,
19 - нижний конус конвертера,
20 - цилиндрическая часть конвертера,
21 - упругий элемент теплоохлаждающей металлической плиты,
22 - плита теплоизоляционная,
23 - трубчатый змеевик.
Конвертер состоит из основных частей: корпуса конвертера 1, футеровки 2 конвертера 1, огнеупора рабочего слоя 3 футеровки 2 конвертера, летки 4 конвертера, горловины 5 конвертера. Теплоохлаждающие металлические плиты 6, выполненные из теплопроводящего материала, примыкают к корпусу конвертера 1, а к противоположной стороне каждой металлической плиты 6 примыкает плита теплоизоляционная 22 с целью уменьшения теплопотерь. Фиксаторы 7 встроены в каждую теплоохлаждающую металлическую плиту 6 и управляются автоматической системой управления технологическими процессами (АСУТП) (на фиг. не показана). Оси цапф 8 и опоры 9 - элементы поворотного механизма конвертера. Шарниры 10 поворота верхнего края каждой теплоохлаждающей металлической плиты 6 на расстояние L≈5 мм от каждой лыски 17 прикреплены к наружной поверхности корпуса конвертера 1, они управляются АСУТП (на фиг. не показана). Промежуточные гибкие теплостойкие быстро разъемные металлорукава 11 соединяют концы трубчатых змеевиков 23 в теплоохлаждающих металлических плитах 6 с подводным круговым трубопроводом 12, гидроклапаны «ИЛИ» с электромагнитным управлением (на фиг. не показаны), дросселями (на фиг. не показаны), с коллекторами (на фиг. не показаны), конденсатором (на фиг. не показан) и гидробаком (на фиг. не показан). Стяжки 13 крепят подводной круговой трубопровод 12 к нижнему конусу 19 конвертера. Зона ванны 15 конвертера заполнена шлакометаллическим расплавом до максимального уровня 14, образованного разрушением огнеупора рабочего слоя футеровки конвертера шлакометаллическим расплавом. Фурма 16 предназначена для подачи кислорода в ванну 15 конвертера, корпус 1 которого снаружи имеет лыски 17, число которых равно числу теплоохлаждающих металлических плит 6. Конвертер состоит из верхнего 18 и нижнего 19 конуса, а также цилиндрической части 20. Упругий элемент 21 теплоохлаждающей металлической плиты 6 соединен с фиксатором 7. Для определения температуры на поверхности корпуса 1 конвертера установлены на безопасном и технически приемлемом расстоянии пирометры (на фиг. не показаны), которые расположены по высоте на уровне цилиндрической части 20 конвертера между нижним 18 и верхнем 19 конусами.
Таким образом, из гидробака (на фиг. не показан) холодный энергоноситель (на фиг. не показан) гидродвигателем (на фиг. не показан) по быстросъемным металлорукавам 11 подается к гидроклапану «ИЛИ» с электромагнитным управлением (на фиг. не показаны), к коллектору (на фиг. не показан) и к круговому трубопроводу 12, от которого холодный энергоноситель поступает к одному из концов каждого трубчатого змеевика 23.
От других концов каждого трубчатого змеевика 23 нагретый энергоноситель через быстросъемные металлорукава 11 поступает в каждую ветвь горячей магистрали в гидроклапаны «ИЛИ» с электромагнитным управлением (на фиг. не показаны), дроссель (на фиг. не показан), в свой теплообменник-конденсатор (на фиг. не показаны), в коллектор (на фиг. не показан), в котором суммируются охлажденные в теплообменнике потоки и далее поступают в гидробак (на фиг. не показан).
Элементы конвертера: гидродвигатель, гидроклапаны «ИЛИ» с электромагнитным управлением (на фиг. не показаны), коллекторы, теплообменник, дроссели и пирометры, - соединены с автоматической системой управления технологическими процессами (АСУ ТП). Для уменьшения теплопотерь гидродвигатель, гидроклапаны «ИЛИ» с электромагнитным управлением (на фиг. не показаны), коллекторы, теплообменник и дроссели, а также пирометры включаются и выключаются по команде АСУ ТП.
Перед началом очередной плавки в рабочем объеме конвертера имеется шихта и жидкий чугун, теплоохлаждающие металлические плиты 6 отклонены от лысок 17 на внешней поверхности корпуса 1 конвертера, установлены пирометры (на фиг. не показаны) относительно цилиндрической части конвертера на безопасном расстоянии. По команде АСУ ТП (на фиг. не показана) мониторится поверхность цилиндрической части корпуса конвертера на определение максимальной температуры на цилиндрической части 20.
Температурное поле наружной стенки цилиндрической части конвертера не равномерное и имеет значительные колебания в течение периодов плавки. Наибольшее значение температур приходятся на наружную стенку, вблизи летки 4. В качестве пирометров (на фиг. не показаны) могут быть использованы пирометры, например оптические спектрального отклонения, которые расположены по окружности на расстоянии и по высоте в соответствии с предусмотренными номограммами на безопасном расстоянии от наружной поверхности конвертера.
АСУ ТП (на фиг. не показана) подает команды: фиксатору 7 с упругим элементом 21 на примыкание верхней кромки теплоохлаждающей металлической плиты 6 к корпусу 1 конвертера по всей плоскости плиты к лыске 17; на подачу кислорода через фурму 16 в зону ванны 15 на осуществление двух периодов плавки-продувки и продувки-додувки по заданному технологическому регламенту.
кор
Пирометры (на фиг. не показаны) настроены на оптимальные температуры на корпусе 1 конвертера Т., °С, которые скоррелированы с перепадом температуры ΔТ<(320±20)°С наконечной ширине разрушаемого огнеупора рабочего слоя и, далее, в течение периодов плавки стали поддерживаются постоянно.
Включаются в рабочий режим устройства подачи энергоносителя (паровоздушной смеси), в трубчатые змеевики 23, приводятся в работу все элементы конвертера в соответствии с программой АСУ ТП.
В дальнейшем в зависимости от показаний пирометров (на фиг. не показаны) АСУ ТП (на фиг. не показана) дает команду каждой теплоохлаждающей металлической плите 6 на отклонение от корпуса 1 конвертера или опять на примыкание к нему в зависимости от величины ΔΤ и одновременно гидравлической системе, на подвод холодного энергоносителя в трубчатые змеевики 23 или отвод нагретого энергоносителя или к устройствам гидравлической системы.
Существенную роль в повышении стойкости футеровки конвертеров играют современные приемы контроля ее состояния с измерением профиля футеровки и степени ее износа. Оптические термометры (на фиг. не показаны) позволяют регистрировать температуру благодаря изменению светимости или спектра излучения тел.
При службе огнеупоров происходит массообмен между огнеупорами и воздействующей средой. Поэтому в период службы огнеупоров футеровок температуру в области пылегазового потока с шлакометаллическими включениями регулировать в периоды продувки и додувки на конечной ширине разрушаемого огнеупора рабочего слоя можно в допустимых пределах без нарушения технологического регламента плавки стали.
Результаты аналитических исследований показывают справедливость выявленных закономерностей износа футеровки не зависимо от типа конвертера, места выплавки и типа огнеупора. Результаты аналитических исследований положительны, регулирование температуры больше допустимой на конечной ширине разрушаемого огнеупора рабочего слоя могут привести к нарушению технологического процесса плавки. Полученный эффект станет возможным в случае применения дискретного отбора избыточной энергии, не нарушая технологический процесс плавки.
В периоды нагрева футеровки и расплавления шихты происходит деформация футеровки, как в результате перепада температуры, так и в результате механических ударов и вибрации корпуса при падении твердых компонентов шихты и заливки чугуна в конвертер. Интенсивное шлакообразование, а следовательно, и интенсивный износ рабочего слоя конвертера во многом зависят от интенсивности подачи кислорода и положения источника подачи кислорода. Поэтому динамическое управляемое изменение внутренней энергии на футеровке (отвод-нарастание) может замедлить процессы разрушения футеровки.
В результате дискретного охлаждения объем разрушенной футеровки в периоды продувки и продувки-додувки по предлагаемому устройству может уменьшиться в 2 раза в сравнении с прототипом [Суворов С.А., Тарабанов В.Н., Козлов В.В. Потенциально опасные силы в динамике износа периклазноуглеродистого огнеупора рабочего слоя футеровки конвертера. - СПб.: Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), 2015, №30 (56), с. 13 - 19].
Вышеперечисленные признаки позволят повысить надежность футеровки и безопасность конвертера, достичь значительного спектра практического применения конвертера в промышленности.