ГАЗООТВОД ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ
GAS VENT OF ELECTRIC ARC FURNACE

Заявляемый объект относится к устройствам для отвода отходящих от электродуговой печи газов в газоход газоочистки и может быть использован в металлургии.
Наиболее близким к заявляемому объекту по совокупности признаков и достигаемому техническому результату является выбранный в качестве прототипа газоотвод электродуговой печи, содержащий камеру дожигания, пылеосадительную камеру, охлаждаемый газоход и приемный парубок, выполненный с входным поперечным сечением большим, чем поперечное сечение сводового патрубка электродуговой печи, соединенный с камерой дожигания и сопряженный с заданным зазором со сводовым патрубком электродуговой печи. Приемный патрубок установлен с наклоном к горизонтали в сторону сопряжения со сводовым патрубком электродуговой печи и оборудован передвижной приводной муфтой. Пылеосадительная камера выполнена охлаждаемой и расположена под камерой дожигания, а охлаждаемый газоход расположен за пылеосадительной камерой (патент Российской Федерации №2397417, МПК F27B3/22, опубл. 20.08.10).
У заявляемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки: оба устройства содержат камеру дожигания, пылеосадительную камеру и приемный парубок, выполненный с входным сечением большим, чем сечение сводового патрубка электродуговой печи, соединенный с камерой дожигания и сопряженный с заданным зазором со сводовым патрубком электродуговой печи.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата препятствуют такие причины: газоотвод по прототипу характеризуется сложностью конструкции, недостаточной надежностью и долговечностью работы, сложностью обслуживания и высокой трудоемкостью при удалении шлакометаллических отложений и пыли, а также недостаточной эффективностью охлаждения отходящих от электродуговой печи газов.
Наклон приемного патрубка в сторону сводового патрубка печи и оборудование его передвижной приводной муфтой обуславливает усложнение конструкции, а также усложнение процесса обслуживания и эксплуатации прототипа. При использовании прототипа шлак из наклонного приемного патрубка стекает на рабочую площадку обслуживания печи, затрудняет обслуживание и требует очистки при эксплуатации печи.
Использование в прототипе охлаждаемой пылеосадительной камеры и охлаждаемого газохода не позволяет обеспечить высокую эффективность охлаждения отходящих от электродуговой печи газов для поддержания необходимого температурного режима работы газоочистки, что, в свою очередь, обуславливает необходимость использования для доохлаждения после газоотвода и перед газоочисткой дополнительных средств газовоздушного охлаждения.
Отсутствие в прототипе средств для предотвращения разрушения его конструкций при взрывах, тепловых расширениях и взаимных перемещениях конструкций обуславливает снижение надежности и долговечности его работы в целом.
В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такой газоотвод электродуговой печи, в котором усовершенствования путем введения новых элементов и изменения их взаимного расположения позволят при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции, повышении надежности и долговечности работы, упрощении обслуживания и снижении трудоемкости при удалении шлакометаллических отложений и пыли, а также в повышении эффективности охлаждения отходящих от электродуговой печи газов.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом газоотводе электродуговой печи, содержащем камеру дожигания, пылеосадительную камеру и приемный патрубок, выполненный с входным сечением, большим, чем сечение сводового патрубка электродуговой печи, соединенный с камерой дожигания и сопряженный с заданным зазором со сводовым патрубком электродуговой печи, согласно заявляемому техническому решению, нижняя часть приемного патрубка установлена с наклоном к горизонтали 45-50° в сторону камеры дожигания, при этом газоотвод дополнительно оборудован камерой охлаждения, размещенной над пылеосадительной камерой, оснащенной конвективными поверхностями теплообмена и соединенной с неохлаждаемым газоходом газоочистки с помощью гибкого компенсатора тепловых расширений.
В отдельных случаях изготовления заявляемый газоотвод может характеризоваться тем, что:
- камера дожигания оборудована противовзрывным клапаном, выполненным в виде свободнолежащей крышки, размещенной на своде камеры дожигания в направляющих с устройством ограничения ее перемещения;
- свод камеры охлаждения оборудован съемной крышкой с конвективными поверхностями теплообмена, выполненными в виде охлаждаемых ширм, закрепленных на съемной крышке.
При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции, повышении надежности и долговечности работы, упрощении обслуживания и снижении трудоемкости при удалении шлакометаллических отложений и пыли, а также в повышении эффективности охлаждения отходящих от электродуговой печи газов без использования дополнительных внешних средств охлаждения.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь.
Установка нижней части приемного патрубка с наклоном к горизонтали 45-50° от сводового патрубка в сторону камеры дожигания позволяет конструктивно просто обеспечить выполнение приемного патрубка расширяющимся в сторону камеры дожигания с углом раскрытия 45-50°, а также свободное стекание жидкого шлака и соскальзывание охлажденной корочки после каждой плавки с охлаждаемой поверхности приемного патрубка в пылеосадительную камеру и последующее механизированное удаление шлакометаллических отложений при плановых остановках печи вместе с осевшей пылью. Выполнение приемного патрубка расширяющимся в сторону камеры дожигания (с углом раскрытия 45-50°) обеспечивает гарантированный прием всего объема газов, которые выходят из сводового патрубка потоком с углом раскрытия 30° без изменения его траектории и скорости на срезе приемного патрубка, а также обеспечивает подсос через зазор необходимого количества атмосферного воздуха для дожигания СО, содержащегося в отходящих газах.
Установка приемного патрубка с наклоном его нижней части в сторону камеры дожигания менее 45° нецелесообразна, так как такой угол будет меньшим, чем угол естественного откоса и трения, и не позволит гарантировать свободное соскальзывание шлакометаллических отложений по наклонной поверхности приемного патрубка в пылеосадительную камеру.
Установка приемного патрубка с наклоном его нижней части в сторону камеры дожигания, большим 50°, нецелесообразна, так как, с одной стороны, при неизменных габаритах камеры дожигания, обусловит необходимость уменьшения ее полезного объема или уменьшения габаритов приемного патрубка, а с другой стороны, обусловит увеличение габаритов камеры и, соответственно, ее металлоемкость, что в целом не позволит обеспечить нормальный режим работы газоотвода, повышение надежности и долговечности работы, а также повышение эффективности охлаждения отходящих от электродуговой печи газов.
Дополнительное оборудование заявляемого газоотвода камерой охлаждения, размещение камеры охлаждения над пылеосадительной камерой и оснащение камеры охлаждения конвективными поверхностями теплообмена вместе с использованием заявляемого приемного патрубка позволяет конструктивно просто обеспечить движение газов нисходящим потоком от приемного патрубка по камере дожигания в пылеосадительную камеру, горизонтальным потоком по пылеосадительной камере и восходящим потоком по камере охлаждения для эффективного протекания тепломассообменных процессов охлаждения отходящих от печи газов и осаждение шлакометаллических отложений и пыли. Кроме того, такое оборудования способствует упрощению конструкции, повышению надежности и долговечности работы заявляемого газоотвода, упрощению обслуживания и снижению трудоемкости при удалении шлакометаллических отложений и пыли на рабочей площадке обслуживания печи.
Соединение камеры охлаждения с неохлаждаемым газоходом газоочистки с помощью гибкого компенсатора тепловых расширений позволяет обеспечить предотвращение разрушения конструкций заявляемого газоотвода при тепловых расширениях и взаимном перемещении конструкций, что, в свою очередь, обеспечивает упрощение конструкции, повышение надежности и долговечности работы заявляемого газоотвода.
Оборудование камеры дожигания противовзрывным клапаном, выполненным в виде свободнолежащей крышки, размещенной на своде камеры дожигания в направляющих с устройством ограничения ее перемещения, позволяет предотвратить разрушение конструкций заявляемого газоотвода при взрывах смеси СО с воздухом в пределах камеры дожигания. Такое оборудование повышает надежность и долговечность работы заявляемого газоотвода.
Оборудование свода камеры охлаждения съемной крышкой с конвективными поверхностями теплообмена, выполненными в виде водоохлаждаемых ширм, закрепленных на съемной крышке, позволяет конструктивно объединить крышку и водоохлаждаемые ширмы в один элемент, при подъеме крышки с закрепленными на ней водоохлаждаемыми ширмами конструктивно просто без дополнительных операций обеспечить доступ к конвективным поверхностям камеры охлаждения, в пылеосадительную камеру и в камеру дожигания, а также проводить техническое обслуживание и ремонт водоохлаждаемых ширм. Использование водоохлаждаемых ширм в качестве конвективных поверхностей теплообмена позволяет упростить конструкцию и обеспечить наиболее эффективное охлаждение газов, отходящих от электродуговой печи без использования дополнительных внешних средств охлаждения. Кроме того, такое оборудования способствует упрощению обслуживания заявляемого газоотвода.
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическим материалом, на котором схематично изображен общий вид газоотвода электродуговой печи.
На чертеже проставлены следующие обозначения:
1 - электродуговая печь;
2 - сводовый патрубок;
3 - приемный патрубок;
4 - камера дожигания;
5 - пылеосадительная камера;
6 - камера охлаждения;
7 - водоохлаждаемые ширмы;
8 - крышка камеры дожигания;
9 - направляющие с устройством ограничения перемещения крышки камеры дожигания;
10 - крышка камеры охлаждения;
11 - компенсатор тепловых расширений;
12 - неохлаждаемый газоход газоочистки;
α - угол наклона нижней части приемного патрубка.
Заявляемый газоотвод предназначен для отвода газов, отходящих из электродуговой печи 1, которая оборудована сводовым патрубком 2. В конкретном примере выполнения заявляемый газоотвод содержит приемный патрубок 3, сопряженный с заданным зазором со сводовым патрубком 2 электродуговой печи 1, вертикальную камеру дожигания 4, пылеосадительную камеру 5, расположенную под камерой дожигания 4, и камеру охлаждения 6, расположенную над пылеосадительной камерой 5. Камера охлаждения 6 оснащена водоохлаждаемыми ширмами 7, которые закреплены на съемной крышке 10, размещенной на своде камеры охлаждения 6. Камера охлаждения 6 соединена с помощью гибкого компенсатора тепловых расширений 11 с неохлаждаемым газоходом 12 для направления газов к газоочистке. Приемный патрубок 3 выполнен с площадью поперечного сечения на входе, превышающей, например, в 1,1 раза площадь поперечного сечения сводового патрубка 2 электродуговой печи 1, и сопряжен с заданным зазором со сводовым патрубком 2 электродуговой печи 1. Приемный патрубок 3 выполнен таким, что его нижняя часть установлена с углом наклона к горизонтали, например 45°, в сторону камеры дожигания 4, при этом сводовый патрубок 2 (в конкретном примере выполнения) оборудован горизонтальным участком для сопряжения с заданным зазором с приемным патрубком 3. Камера дожигания 4 оборудована противовзрывным клапаном, выполненным в виде свободнолежащей крышки 8, размещенной на своде камеры дожигания 4 в направляющих 9 с устройством ограничения ее перемещения и уплотненной огнеупорной массой (на чертеже не показана).
Во время плавки электродуговая печь 1 устанавливается в вертикальное положение, при этом остается зазор, например 100 мм, между горизонтальным участком сводового патрубка 2 и приемным патрубком 3 для обеспечения подсасывания атмосферного воздуха, который необходим для дожигания монооксида углерода, содержащегося в газах, отходящих от электродуговой печи 1. Отходящие газы, содержащие частички металла и шлака в жидком и пластичном состоянии, поступают разбавленными атмосферным воздухом, который засасывается через зазор, в приемный патрубок 3. При этом происходит первичное охлаждение газов, а часть мелких частичек металла и шлака застывает на наклонной охлаждаемой поверхности приемного патрубка 3 в виде корки шлакометаллических отложений и соскальзывает вниз в пылеосадительную камеру 5. Далее из приемного патрубка 3 газовоздушная смесь поступает в камеру дожигания 4, где происходит дожигание монооксида углерода. Из камеры дожигания 4 газы нисходящим потоком поступают в пылеосадительную камеру 5, где при изменении направления и сечения потока газов происходит осаждение частичек металла и шлака. Далее при изменении направления и сечения потока газы восходящим потоком поступают в камеру охлаждения 6, где происходит окончательное охлаждение газов за счет теплоотдачи от газа к расположенным в ней водоохлаждаемым ширмам 7, которые закреплены на крышке 10 камеры охлаждения 6. Затем при изменении направления и сечения потока газы поступают в неохлаждаемый газоход 12 газоочистки (на чертежах не показана) через гибкий компенсатор тепловых расширений 11, предотвращающий разрушение конструкций при взрывах, тепловых расширениях и взаимных перемещениях в заявляемом газоотводе и газоходе 12 газоочистки.
В случае взрыва в камере дожигания 4 взрывная волна воздействует на крышку 8, которая свободно поднимается по вертикальным направляющим 9, оборудованным устройством ограничения перемещения крышки 8. При этом через резко увеличившийся до расчетной величины зазор между крышкой 8 и сводом камеры дожигания 4 эффективно осуществляется сброс давления в газоотводе, без превышения допустимой расчетной величины. После сброса давления крышка 8 взаимодействует с установленными на направляющих 9 устройствами ограничения ее перемещения, например отбойниками, которые ограничивают ее перемещение и амортизируют остановку крышки в верхнем положении. Из верхнего положения крышка 8 под действием своего веса опускается по вертикальным направляющим 9 вниз и садится в рабочее положение на своде камеры дожигания 4.
После окончания плавки поступление горячих газов из электродуговой печи 1 через сводовый патрубок 2 прекращается. В приемный патрубок 3 за счет разряжения, создаваемого системой газоочистки (на чертеже не показана), засасывается холодный атмосферный воздух. Шлакометаллическая корка за счет охлаждения отсасываемым атмосферным воздухом и передачи тепла охлаждаемой стенке приемного патрубка 3 быстро застывает. При этом шлакометаллическая корка под влиянием термического напряжения сжимается, растрескивается, отделяется от поверхности приемного патрубка 3 и соскальзывает по его наклонной поверхности в сторону камеры дожигания 4 и опускается в пылеосадительную камеру 5. При этом необходимость в ручной очистке приемного патрубка 3 отпадает.
Для проведения технического обслуживания, ремонта, очистки внутренних поверхностей приемного патрубка 3, камеры дожигания 4, пылеосадительной камеры 5, камеры охлаждения 6, а также для осмотра, ремонта или замены водоохлаждаемых ширм 7 поднимается крышка 10 с закрепленными на ней водоохлаждаемыми ширмами 7.