БЛОК ГОРЕЛОЧНО-ФУРМЕННЫЙ ДЛЯ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ
BURNER BLOCK FOR ARC FURNACE

Данное изобретение касается блока горелочно-фурменного для дуговой электропечи.
В дуговых электропечах зачастую используются вспомогательная горелка и/или тепловое фурма для того, чтобы дополнительно вводить энергию в те области дуговых электропечей, которые недостаточно нагреваются энергией дуговых печей.
В основу данного изобретения положена задача предложить усовершенствованное устройство из горелки и фурмы для подачи энергии в дуговую электропечь.
Эта задача, согласно изобретению, решается посредством блока горелочно-фурменного с признаками независимого пункта 1 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты выполнения данного изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы.
Блок горелки для дуговой электропечи раскрыт, например, в публикации DE 102012007528 B3. При этом горелка установлена таким образом, что происходит движение от края к центру плавильной емкости - т.е. ось поворота расположена в горизонтальном направлении. Это вращательное движение происходит исключительно в вертикальном направлении, в горизонтальном направлении никакого вращательного движения не предусмотрено.
Предлагаемый изобретением блок горелочно-фурменный для дуговой электропечи содержит несущий корпус, узел горелка-фурма и приводной узел. Несущий корпус может вставляться в отверстие в стенке дуговой электропечи и имеет фронтальное отверстие, которое после установки несущего корпуса в отверстие в стенке обращено к внутреннему пространству дуговой электропечи. Указанный узел горелка-фурма установлен в несущем корпусе с возможностью поворота вокруг оси поворота и имеет выпускной канал, который проходит к лежащему во фронтальном отверстии выпускному отверстию узла горелка-фурма, причем после установки несущего корпуса в отверстие в стенке указанная ось поворота образует с направлением силы тяжести угол между 30° и 60°, особенно предпочтительно 40° - 50° и задает выходное направление узла горелка-фурма для выдачи рабочего вещества и/или пламени. Это выходное направление после установки несущего корпуса в отверстие в стенке постоянно направлено в плавильную емкость.
Узел горелка-фурма пригоден для того, что работать как в режиме горелки, так и в режиме фурмы. С помощью приводного узла указанный узел горелка-фурма может поворачиваться между двумя конечными положениями, в которых выпускное отверстие занимает отличные друг от друга положения во фронтальном отверстии, а выпускной канал задает отличные друг от друга выходные направления.
Под плавильной емкостью понимается та часть дуговой электропечи, которая принимает расплавленный металл. Эта плавильная емкость имеет футеровку. Выходное направление должно быть ориентировано так, чтобы оно всегда могло быть направлено на расплавленный металл, а перед появлением расплавленного металла могло быть направлено на помещенный скрап. Это означает, что во всем диапазоне от одного конечного положения до второго конечного положения это выходное направление всегда направлено в эту плавильную емкость. Указанное выходное направление не должно быть обращено на стенку печи или на свод печи. Направление оси поворота таково, что она образует с направлением силы тяжести угол между 30° и 60°, причем главная составляющая поворотного движения узла горелка-фурма после установки несущего корпуса в отверстие в стенке ориентирована влево или вправо, т.е. под углом 90° к направлению силы тяжести. Поворотное движение узла горелка-фурма после установки несущего корпуса в отверстие в стенке происходит, тем самым, таким образом, что указанная главная составляющая движения реализуется в горизонтальном направлении. Естественно, помимо этой главной составляющей движения имеются еще и составляющие движения в других направлениях, в зависимости от того, как расположена ось А поворота, однако, преобладающая часть движения - свыше 60%, предпочтительно свыше 70%, особенно предпочтительно свыше 80% должна происходить в горизонтальном направлении, т.е. под 90° к направлению силы тяжести. Из уровня техники известны технические решения - как, например, DE 102012007528 B3 - в которых ось поворота всегда расположена параллельно верхней кромке футеровки, соответственно, под углом 90° к направлению силы тяжести, и главная составляющая движения при несущем корпусе, вставленном в отверстие в стенке, обращена в направлении силы тяжести или встречно направлению силы тяжести, или в направлении электрода или встречно направлению электрода дуговой электропечи. При таком выполнении указанное движение направлено вверх или вниз, либо внутрь или наружу. Указанная главная составляющая движения в данном изобретении после установки несущего корпуса в отверстие в стенке не должна быть обращена исключительно в направлении силы тяжести или встречно направлению силы тяжести, либо в направлении электрода, соответственно, к центральной точке дуговой электропечи.
Благодаря указанному блоку горелочно-фурменному в режиме горелки можно сделать расплавление скрапа более эффективным, так как за счет поворотного движения влево и вправо улучшается подача энергии на скрап, помещенный в дуговую электропечь. Когда скрап расплавлен, узел горелка-фурма переключается в режим фурмы. В режиме фурмы подача может осуществляться с распределением на больший объем жидкой стали. Благодаря этому предотвращаются локальные перегревы. Из-за поворотного движения, как показано, например, в DE 102012007528 B3, которое происходит таким образом, что выходное направление может проходить от одной стороны к центру дуговой электропечи, преобладает проблема, заключающаяся в том, что слишком много энергии подается в направлении электрода, или брызги попадают на электрод. За счет предлагаемого изобретением блока горелочно-фурменного, посредством поворотного движения узла горелка-фурма улучшается гомогенизация объема жидкой стали вследствие лучшего распределения энергии. За счет предлагаемого изобретением блока горелочно-фурменного процесс расплавления и гомогенизация расплава в дуговой электропечи проходят эффективнее и быстрее.
Благодаря размещению узла горелка-фурма в несущем корпусе и размещению выпускного отверстия во фронтальном отверстии несущего корпуса указанный блок горелочно-фурменный получается особенно компактным и может быть компактно интегрирован в консоль горелки. Установка с возможностью поворота узла горелка-фурма в несущем корпусе позволяет также изменять выходное направление этого узла горелка-фурма, так что выдаваемая узлом горелка-фурма энергия предпочтительно может распределяться в дуговой электропечи по большей области, чем при жестком размещении узла горелка-фурма, вследствие чего повышается эффективность и теплопроизводительность горелки и, соответственно, введения рабочего вещества узлом горелка-фурма в дуговой электропечи.
Один предпочтительный вариант выполнения предусматривает, что приводной узел имеет расположенный по меньшей мере приблизительно параллельно выпускному каналу приводной цилиндр, который через первый шарнир связан с несущим корпусом, а через второй шарнир связан с узлом горелка-фурма.
Под параллельным выпускному каналу расположением приводного цилиндра понимается, что приводной поршень этого приводного цилиндра движется приблизительно параллельно выпускному каналу узла горелка-фурма, когда этот выпускной канал находится в среднем положении между обоими конечными положениями. Под «приблизительно параллельно» понимается отклонение ±10°. Такое расположение приводного цилиндра по меньшей мере приблизительно параллельно выпускному каналу обеспечивает предпочтительное компактное расположение приводного узла и дополнительно уменьшает конструктивное пространство, необходимое для блока горелочно-фурменного.
Один вариант выполнения изобретения предусматривает, что указанный узел горелка-фурма со стороны фронтального отверстия имеет выпускной компонент, через который проходит концевой участок выпускного канала со стороны фронтального отверстия, и который имеет две выпуклые наружные поверхности, расположенные противоположно друг другу на разных сторонах выпускного канала, причем нормали к этим поверхностям лежат в плоскостях, перпендикулярных оси поворота, и каждая из поверхностей проходит к фронтальному отверстию. При этом расположенные со стороны фронтального отверстия концы обеих выпуклых наружных поверхностей соединены, например, посредством плоской области поверхности указанного выпускного компонента, в которой расположено указанное выпускное отверстие. Далее, выпускной компонент имеет, например, канал охлаждения, впускное отверстие для охлаждающей среды, предназначенное для ввода охлаждающей среды в указанный канал охлаждения, и выпускное отверстие для охлаждающей среды, предназначенное для отвода охлаждающей среды из канала охлаждения. Кроме того, указанный приводной узел, например, посредством второго шарнира соединен с указанным выпускным компонентом. Выполнение указанного выпускного компонента с двумя выпуклыми наружными поверхностями предпочтительно позволяет обеспечить конструктивно простое и компактное поворачивание указанного выпускного компонента в области фронтального отверстия. Плоское выполнение окружающей выпускное отверстие области поверхности указанного выпускного компонента по сравнению с выгнутым выполнением предпочтительно дает более компактную конструкцию указанного выпускного компонента. Выполнение указанного выпускного компонента с каналом охлаждения, впускным отверстием для охлаждающей среды и выпускным отверстием для охлаждающей среды предпочтительно обеспечивает охлаждение указанного выпускного компонента охлаждающей средой, которая проводится через этот канал охлаждения. Соединение приводного узла с указанным выпускным компонентом посредством второго шарнира предпочтительно обеспечивает передачу энергии приводного узла, непосредственно действующей на выпускной компонент.
Еще один вариант выполнения изобретения предусматривает уплотнение для герметизации промежуточного пространства между узлом горелка-фурма и несущим корпусом в области фронтального отверстия. Благодаря этому предпочтительно можно предотвратить повреждение блока горелочно-фурменного из-за проникновения вредных веществ в несущий корпус.
Еще один вариант выполнения изобретения предусматривает, что узел горелка-фурма имеет подводящий узел для ввода топлива в выпускной канал. Например, этот подводящий узел разъемно соединен с указанным выпускным компонентом. Указанный подводящий узел обеспечивает снабжение узла горелка-фурма топливом. Разъемное соединение подводящего узла и указанного выпускного компонента упрощает обслуживание и замену узла горелка-фурма.
Еще один вариант выполнения изобретения предусматривает, что выпускной канал проходит перпендикулярно оси поворота. За счет этого благоприятным образом повышается эффективность приводного узла, так как повороты узла горелка-фурма преобразуются оптимальным образом в изменения выпускного направления узла горелка-фурма.
Еще один вариант выполнения изобретения предусматривает, что в лежащем между обоими конечными положениями среднем положении узла горелка-фурма выходное направление образует с направлением силы тяжести угол между 30° и 60°, особенно предпочтительно между 40° и 50°, когда блок горелочно-фурменный вставлен в отверстие в стенке дуговой электропечи. Это среднее положение представляет собой ту позицию, в которой угол выходного направления относительно передней панели, в которой расположено выпускное отверстие, составляет 90°. При повороте узла горелка-фурма в одно из обоих конечных положений изменяется угол выходного направления относительно передней панели.
В следующем варианте выполнения изобретения несущий корпус содержит переднюю панель, имеющую фронтальное отверстие, покровную плиту, которая расположена над передней панелью, а также две боковые панели, причем каждая из них соединена с передней панелью и покровной плитой, и они окружают фронтальное отверстие. Узел горелка-фурма установлен в несущем корпусе с возможностью поворота вокруг оси поворота, причем эта ось поворота расположена таким образом, что указанный узел горелка-фурма является подвижным главным образом, предпочтительно исключительно в направлении одной из двух боковых панелей. Указанная ось поворота может быть реализована таким образом, что она почти параллельна передней кромке боковой панели, причем эта передняя кромка соединена с передней панелью. Под передней кромкой понимается грань пересечения между передней панелью и одной боковой панелью. Указанные боковые панели расположены почти под прямым углом к верхней кромке футеровки. Передняя панель ориентирована под углом между 30-60° к верхней кромке футеровки. Ось поворота тоже образует фиксированный угол с верхней кромкой футеровки, составляющий между 30-60°.
Под подвижностью в направлении боковых панелей следует понимать, что главная составляющая движения ориентирована в направлении одной из боковых стенок.
Еще один вариант выполнения изобретения предусматривает, что поворот узла горелка-фурма от первого конечного положения до второго конечного положения изменяет выходное направление почти на 60°, предпочтительно на 20° - 30°. Эти угловые диапазоны предпочтительно обеспечивают особенно эффективное распределение энергии от узла горелка-фурма в дуговой электропечи.
Еще один вариант выполнения изобретения предусматривает, что приводной цилиндр представляет собой гидравлический или пневматический цилиндр. Это позволяет предпочтительное конструктивно простое и гибкое выполнение приводного узла с высоким КПД и высокой точностью установки.
Еще один вариант выполнения изобретения предусматривает, что несущий корпус имеет коробчатый, открытый сзади кожух для узла горелка-фурма, имеющий фронтальное отверстие и выступающий во внутреннее пространство дуговой электропечи, когда этот блок горелочно-фурменный вставлен в отверстие в стенке. Посредством этого кожуха узел горелка-фурма предпочтительно защищен от повреждений.
Предлагаемая изобретением дуговая электропечь имеет по меньшей мере один предлагаемый изобретением блок горелочно-фурменный. Преимущества такого рода дуговой электропечи вытекают из вышеуказанных преимуществ предлагаемого изобретением блока горелочно-фурменного.
Вышеописанные свойства, признаки и преимущества данного изобретения, а также способ, которым они достигаются, станут яснее и понятнее в сочетании с последующим описанием примеров выполнения, разъясняемых более подробно с привлечением чертежей. При этом на чертежах показано следующее.
Фиг. 1 вид спереди в аксонометрии одного примера выполнения блока горелочно-фурменного без покровной плиты,
Фиг. 2 изображение в аксонометрии показанного на Фиг. 1 блока горелочно-фурменного в области фронтального отверстия,
Фиг. 3 вид сзади в аксонометрии показанного на Фиг. 1 блока горелочно-фурменного,
Фиг. 4 вид спереди в аксонометрии показанного на Фиг. 1 блока горелочно-фурменного, выпускаемого этим блоком горелочно-фурменным пламени и выдаваемого блоком горелочно-фурменным рабочего вещества, и
Фиг. 5 схематичный вид в разрезе дуговой электропечи с показанным на Фиг. 1 блоком горелочно-фурменным.
Соответствующие друг другу части на чертежах снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
На Фиг. 1 - Фиг. 4 показаны изображения в аксонометрии одного примера выполнения блока 1 горелочно-фурменного для дуговой электропечи 2 (см. Фиг. 5). Указанный блок 1 горелочно-фурменный содержит несущий корпус 3 с фронтальным отверстием 5, узел 7 горелка-фурма, установленный в несущем корпусе 3 с возможностью поворота вокруг оси А поворота, и приводной узел 9 для поворота узла 7 горелка-фурма вокруг оси А поворота.
При этом на Фиг. 1 показан с передней стороны блок 1 горелочно-фурменный без покровной плиты 11 несущего корпуса 3; на Фиг. 2 блок 1 горелочно-фурменный показан в области фронтального отверстия 5 тоже без покровной плиты 11; на Фиг. 3 показан блок 1 горелочно-фурменный с задней стороны; и на Фиг. 4 показан блок 1 горелочно-фурменный, а также выпускаемое из узла 7 горелка-фурма пламя 13, 13' и выдаваемое узлом 7 горелка-фурма струей рабочего вещества 15, 15'. Рабочим веществом 15, 15' является, например, газ, например, кислород. На этом чертеже представлена также главная составляющая В движения, которая получается путем движения вокруг оси А поворота. Эта главная составляющая В движения направлена под углом γ к направлению силы тяжести FG. Этот угол γ в одном предпочтительном варианте выполнения составляет 90°. Естественно, имеются еще и составляющие движения в других направлениях, которые ориентированы в зависимости от того, как расположена ось А поворота, однако, преобладающая часть движения - свыше 60%, предпочтительно свыше 70%, особенно предпочтительно свыше 80% - должна производиться в горизонтальном направлении, т.е. под углом 90° к направлению силы тяжести FG.
Несущий корпус 3 может вставляться в отверстие 17 в стенке 18 дуговой электропечи 2, так что это фронтальное отверстие 5 обращено к внутреннему пространству дуговой электропечи 2. Ось поворота проходит почти параллельно передней кромке 24 боковой панели. Боковая панель 23 соединена с передней панелью 25, а покровная плита 11 расположена над передней панелью 25. Передняя кромка 24 боковой панели соединена непосредственно с передней панелью 25.
На Фиг. 5 показан схематичный вид в разрезе дуговой электропечи 2 с электродом 19 и вставленным в отверстие 17 в стенке блоком 1 горелочно-фурменным. Нижний участок дуговой электропечи 2 обозначается как плавильная емкость 4, и эта плавильная емкость имеет футеровку 6.
Несущий корпус 3 содержит каркас 21 и коробчатый открытый сзади кожух 22 для узла 7 горелка-фурма, причем каркас 21 отстоит от кожуха 22 по типу фланца, а кожух 22 выступает во внутреннее пространство дуговой электропечи 2, когда блок 1 горелочно-фурменный вставлен в отверстие 17 в стенке. Кожух 22 образован покровной плитой 11, двумя боковыми панелями 23, передней панелью 25 и донной плитой 27. Каркас 21 служит для крепления блока 1 горелочно-фурменного на стенке 18 печи и предназначен для охватывания отверстия 17 в стенке. Покровная плита 11, донная плита 27 и боковые панели 23 проходят каждая от каркаса 21 к передней панели 25. Передняя панель 25 имеет фронтальное отверстие 5.
Узел 7 горелка-фурма имеет выпускной канал 28, который проходит перпендикулярно оси А поворота к выпускному отверстию 29, лежащему во фронтальном отверстии 5, и задает выходное направление узла 7 горелка-фурма для выдачи пламени 13, 13' и рабочего вещества 15, 15'. Указанное выходное направление во встроенном состоянии и в среднем положении, находящемся между двумя конечными положениями, проходит под углом β выходного направления относительно верхней кромки футеровки 6, как это представлено на Фиг. 5.
Указанное среднее положение представляет собой то положение, в котором угол выходного направления относительно передней панели, в которой расположено выпускное отверстие, составляет 90°. При повороте узла горелка-фурма в одно из обоих конечных положений этот угол выходного направления относительно передней панели изменяется. Футеровка 6 может быть выполнена также со скосом, в этом случае в качестве верхней кромки выступает воображаемая кромка без скоса. Угол β выходного направления почти не меняется вследствие поворотного движения, т.е. на представленном на Фиг. 5 виде не будет происходить никакого поворотного движения к электроду 19 или от него, но это поворотное движение должно быть направлено в плоскость чертежа или из нее.
Узел 7 горелка-фурма со стороны фронтального отверстия имеет выпускной компонент 31, через который проходит концевой участок выпускного канала 28 со стороны фронтального отверстия. Этот выпускной компонент 31 имеет две противоположные друг другу выпуклые наружные поверхности 33, 34 на различных сторонах выпускного канала 28, причем нормали к этим поверхностям лежат в плоскостях, перпендикулярных оси А поворота, и эти поверхности 33, 34 проходят до фронтального отверстия 5. Расположенные со стороны фронтального отверстия концы обеих выпуклых наружных поверхностей 33, 34 соединены посредством плоской области 35 поверхности указанного выпускного компонента 31, в которой расположено выпускное отверстие 5. Выпускной компонент 31 установлен, например, с возможностью поворота вокруг оси А поворота покровной плиты 11. Две обращенные к соответствующим выпуклым наружным поверхностям 33, 34 внутренние поверхности 36 передней панели 25 выполнены соответственно со скосом к наружной поверхности передней панели 25, так что каждая из обеих внутренних поверхностей 36 является, по существу, тангенциальной к соответствующей обращенной к ней выпуклой наружной поверхности 33, 34.
Выпускной компонент 31 имеет один канал 37 охлаждения. Этот канал 37 охлаждения имеет впускное отверстие 38 для охлаждающей среды, предназначенное для ввода охлаждающей среды в канал 37 охлаждения, и выпускное отверстие 39 для охлаждающей среды, предназначенное для отвода охлаждающей среды из канала 37 охлаждения. Канал 37 охлаждения проходит U-образно вокруг выпускного канала 28.
В области фронтального отверстия 5 расположено уплотнение 41 для герметизации промежуточного пространства между указанным выпускным компонентом 31 и передней панелью 25. Это уплотнение 41 образовано двумя уплотнительными валиками 42, 43, каждый из которых прилегает к передней панели 25 и одной из обеих выпуклых наружных поверхностей 33, 34 указанного выпускного компонента 31. Эти уплотнительные валики 42, 43 выполняются, например, из металлической шерсти.
Узел 7 горелка-фурма имеет также подводящий узел 45 для ввода рабочего вещества 15, 15' в выпускной канал 28. Этот подводящий узел 45 разъемно соединен с указанным выпускным компонентом 31 и содержит три подводящие трубы 46-48, которые проходят до задней стороны несущего корпуса 3. В обращенную от передней панели 25 сторону указанного выпускного компонента 31 введен расположенный со стороны передней панели конец подводящего узла 45.
Приводной узел 9 имеет расположенный по меньшей мере приблизительно параллельно выпускному каналу 28 приводной цилиндр 51, который посредством первого шарнира 52 соединен с боковой стенкой 23 несущего корпуса 3 и посредством второго шарнира 53 соединен с указанным выпускным компонентом 31 узла 7 горелка-фурма. Приводной цилиндр 51 представляет собой, например, гидравлический или пневматический цилиндр.
о
о
С помощью приводного узла 9 узел 7 горелка-фурма может поворачиваться между двумя конечными положениями вокруг оси А поворота. Один поворот узла 7 горелка-фурма от первого конечного положения до второго конечного положения изменяет выходное направление узла 7 горелка-фурма на угол α поворота. В показанном на Фиг. 4 примере этот угол α поворота составляет около 20°. Однако, может быть предусмотрен и больший угол α поворота - до 60°. В лежащем между обоими конечными положениями среднем положении узла 7 горелка-фурма выходное направление образует угол между 40 и 50 с направлением силы тяжести, когда блок 1 горелочно-фурменный вставлен в отверстие 17 в стенке дуговой электропечи 2.
Хотя данное изобретение было подробно описано и проиллюстрировано на одном предпочтительном примере выполнения, данное изобретение не ограничивается, однако, этим раскрытым примером, и специалист может вывести на его основе другие вариации, не выходя за рамки объема защиты данного изобретения. В частности, несущий корпус 3 блока 1 горелочно-фурменного может быть выполнен иначе, чем в примере выполнения, представленном на Фиг. 1 - Фиг. 5. Один альтернативный пример выполнения предусматривает, например, что корпус 3 не имеет кожуха 22, выступающего от каркаса 21 во внутреннее пространство дуговой электропечи 2, но передняя сторона корпуса 3 выполнена, по существу, плоской, и узел 7 горелка-фурма установлен в каркасе корпуса 3, расположенном на задней стороне каркаса 21.
Перечень ссылочных обозначений
1 блок горелочно-фурменный
2 дуговая электропечь
3 несущий корпус
4 емкость для расплава
5 фронтальное отверстие
6 футеровка
7 узел горелка-фурма
9 приводной узел
11 покровная плита
13, 13` пламя
15, 15` рабочее вещество
17 отверстие в стенке
18 стенка печи
19 электрод
21 каркас
22 кожух
23 боковые панели
24 передняя кромка боковой панели
25 фронтальная панель
27 донная плита
28 выпускной канал
29 выпускное отверстие
31 выпускной компонент
33, 34 выпуклая наружная поверхность
35 плоская область поверхности
36 внутренняя поверхность
37 канал охлаждения
38 впуск для охлаждающей среды
39 выпуск для охлаждающей среды
41 уплотнение
42, 43 уплотнительный валик
45 подводящий узел
46-48 подводящая труба
51 приводной цилиндр
52, 53 шарнир
α угол поворота
β угол выходного направления
γ угол между главной составляющей движения и направлением силы тяжести
A ось поворота
FG направление силы тяжести
B главная составляющая движения