УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ НЕОРГАНИЗОВАННЫХ ВЫБРОСОВ ИЗ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО АГРЕГАТА
FACILITY FOR RECOVERY OF NON-DEFINED EMISSIONS FROM METALLURGIC INSTALLATION

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов, образующихся при выплавке стали и загрязняющих окружающую среду, в частности для улавливания неорганизованных выбросов, образующихся при выплавке стали в конвертерах.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов (Патент Российской Федерации №2086661, МПК С21С 5/38, 1997), содержащее укрытие с проемом для загрузки материалов, над которым закреплен аспирационный зонт. По прототипу укрытие металлургических агрегатов выполнено в виде колпака с фронтальным проемом для загрузки материалов. Аспирационный зонт установлен на некоторой высоте над фронтальным проемом укрытия и выполнен в виде П-образной арки. Укрытие примыкает к газоходу системы технологической газоочистки, соединенному с газоотсосами неорганизованных выбросов в систему аспирационной газоочистки. К вентилятору высокого давления присоединены средства для образования газовой завесы над фронтальным проемом. Устройство оборудовано средствами регулирования аэродинамическим сопротивлением газовой завесы. Отверстие аспирационного зонта по ширине и длине проема соответствует размерам потока неорганизованных выбросов. В боковых торцах зонта выполнены отверстия, которые соединены с газоотсосами неорганизованных выбросов в систему аспирационной газоочистки. При этом средства для образования газовой завесы выполнены в виде расположенных вдоль краев П-образной арки верхнего и боковых воздуховодов с продольными щелями, направленными навстречу друг другу, торцы воздуховодов присоединены к коллектору нагнетающей стороны вентилятора высокого давления.
У заявляемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки: оба устройства для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов содержат укрытие с фронтальным проемом, над которым закреплен аспирационный зонт.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата препятствуют такие причины. Известное устройство не позволяет обеспечить высокую эффективность улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов, в частности из конвертера. При выплавке стали происходит нагревание элементов укрытия, при этом нагревание жестко закрепленных на балках каркаса элементов укрытия до высокой температуры обуславливает их значительную деформацию. Деформация элементов укрытия сопровождается короблением каркаса укрытия, образованием значительных щелей между элементами укрытия, кроме того, значительные перенапряжения в металле приводят к отрыву элементов укрытия от каркаса. Все это приводит к попаданию неорганизованных выбросов за пределы укрытия, что снижает эффективность их улавливания. Расположение аспирационного зонта на некоторой высоте над фронтальным проемом укрытия также приводит к тому, что часть неорганизованных выбросов попадает за пределы аспирационного зонта. Кроме того, для восстановления целостности укрытия необходимы дорогостоящие ремонтные работы.
В основу заявляемого изобретения поставлена техническая задача создать такое устройство для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов, в котором усовершенствования путем введения новых элементов позволяют при использовании изобретения обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов.
Заявляемое в качестве изобретения устройство для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов содержит укрытие с фронтальным проемом, над которым закреплен аспирационный зонт. Каркас укрытия выполнен из вертикальных стоек, наклонных и горизонтальных балок с соединительными балками. Каркас аспирационного зонта выполнен из балок и закреплен на горизонтальных балках укрытия, при этом на балках каркаса аспирационного зонта и балках каркаса укрытия установлены щиты с возможностью подвижного соединения. Причем на балках, соединяющих вертикальные стойки каркаса укрытия, щиты установлены с использованием закрепленных на них скоб с пальцами, охватывающими балки каркаса укрытия с зазором, а на балках, соединяющих наклонные и горизонтальные балки каркаса укрытия, и на балках каркаса аспирационного зонта установлены щиты на накладках с отверстиями с использованием закрепленных на щитах шпилек, которые свободно установлены в отверстиях накладок. При этом соседние щиты расположены между собой с технологическими зазорами, равными 20-30 мм. Кроме того, устройство оборудовано накладками, которые с использованием прикрепленных к щитам шпилек подвижно закреплены на щитах с возможностью перекрытия технологических зазоров между щитами.
В отдельных случаях выполнения заявляемое устройство для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов характеризуется тем, что щиты укрытия в области, подвергающейся воздействию высокой температуры, выполнены, по меньшей мере, двухслойными из листов, скрепленных между собой с зазором, с использованием подвижного соединения.
При использовании заявляемого изобретения обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в свободном перемещении щитов относительно балок каркаса укрытия при нагревании до высокой температуры и обеспечении повышения эффективности улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь.
Закрепление аспирационного зонта на горизонтальных балках укрытия обеспечивает расположение аспирационного зонта в непосредственной близости от места выхода неорганизованных выбросов из фронтального проема укрытия, что, в свою очередь, обеспечивает попадание в аспирационный зонт всего объема неорганизованных выбросов из металлургического агрегата.
Установка щитов на балках каркаса аспирационного зонта и балках каркаса укрытия с возможностью подвижного соединения обеспечивает свободное перемещение щитов относительно каркаса укрытия при деформации щитов при их нагревании до высокой температуры. Перемещение щитов, которые свободно, а не жестко, закреплены на балках укрытия, позволяет предотвратить коробление каркаса укрытия, возникновение щелей между щитами укрытия, кроме того, предотвращается отрыв щитов от каркаса. Использование заявляемого изобретения при работе металлургических агрегатов позволяет постоянно сохранять целостность укрытия, что, в свою очередь, предотвращает попадание неорганизованных выбросов за пределы укрытия - все это обеспечивает повышение эффективности улавливания неорганизованных выбросов.
Установка щитов на балках, соединяющих вертикальные стойки каркаса укрытия, с использованием закрепленных на них скоб с пальцами, охватывающими балки каркаса укрытия с зазором, а на балках, соединяющих наклонные и горизонтальные балки каркаса укрытия, и на балках каркаса аспирационного зонта на накладках с отверстиями с использованием закрепленных на щитах шпилек, которые свободно установлены в отверстиях накладок, конструктивно просто обеспечивает свободное перемещение щитов при их нагревании до высокой температуры относительно балок каркаса укрытия и балок каркаса аспирационного зонта с обеспечением надежного крепления щитов на этих балках.
Расположение соседних щитов между собой с технологическими зазорами, размер которых составляет 20-30 мм, и оборудование устройства накладками, которые с использованием прикрепленных, например, приваренных, к щитам шпилек, подвижно закреплены на щитах с возможностью перекрытия технологических зазоров между щитами гарантированно позволяет предотвратить взаимодействие соседних щитов при их максимальном неравномерном тепловом расширении с обеспечением гарантированного перекрытия накладками щелей между щитами в процессе работы металлургического агрегата. Кроме того, наличие технологических зазоров между соседними щитами облегчает установку щитов на каркасе аспирационного зонта и на каркасе укрытия, обеспечивая возможность подвижного соединения с учетом нормативных допусков по размерам щитов при их изготовлении.
Расположение соседних щитов между собой с технологическими зазорами, меньшими чем 20 мм, обуславливает взаимное надвигание щитов при их неравномерном нагревании.
Расположение соседних щитов между собой с технологическими зазорами, превышающими 30 мм, является нецелесообразным из-за образования значительных промежутков между щитами.
Выполнение щитов укрытия в области, подвергающейся воздействию высокой температуры, по меньшей мере, двухслойными из листов, скрепленных между собой с зазором, с использованием подвижного соединения обеспечивает минимальное нагревание листов, подвешенных к каркасу укрытия. Такое выполнение позволяет снизить температурные напряжения в этих листах, способствует их минимальному тепловому расширению и повышению надежности крепления щитов. При этом листы, обращенные вовнутрь укрытия, имеют возможность свободно расширяться при нагревании относительно листов, подвешенных к каркасу укрытия, которые, в свою очередь, имеют возможность свободно расширяться при нагревании относительно каркаса укрытия. Кроме того, при таком выполнении щитов за счет уменьшения вторичного теплового излучения от минимально нагретых листов, закрепленных на каркасе укрытия, снижаются температурные напряжения в каркасе, а именно в той области укрытия, которая подвергается наибольшему воздействию высокой температуры.
Сущность заявляемого устройства для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг.1 - общий вид устройства для улавливания неорганизованных выбросов из таких металлургических агрегатов, как конвертер;
- на фиг.2 - узел А крепления вертикальных щитов на фиг.1;
- на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.2;
- на фиг.4 - разрез аспирационного зонта по В-В на фиг.1;
- на фиг.5 - разрез двухслойного щита с узлом его крепления к каркасу по Г-Г на фиг.1;
- на фиг.6 - разрез двух соседних щитов по В-В на фиг.1.
На чертежах проставлены такие обозначения:
1 - вертикальные стойки,
2 - наклонные балки;
3 - горизонтальные балки;
4 - балки для крепления вертикальных щитов;
5 - балки для крепления наклонных щитов;
6 - балки для крепления горизонтальных щитов;
7 - аспирационный зонт;
8 - вертикальные щиты;
9 - наклонные щиты;
10 - горизонтальные щиты;
11 - верхние продольные балки каркаса аспирационного зонта;
12 - горизонтальные щиты аспирационного зонта;
13 - скоба;
14 - палец;
15 - шпильки;
16 - накладка;
17 - боковые продольные балки каркаса аспирационного зонта;
18 - вертикальные щиты аспирационного зонта;
19 - скоба;
20 - палец;
21 - щиты многослойные;
22 - лист;
23 - лист;
24 - штырь;
25 - дистанционные втулки;
26 - накладка;
27 - накладка;
28 - шпильки;
29 - шайба.
В конкретном примере изготовления устройство для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов, например конвертера, содержит каркас укрытия, состоящий из вертикальных стоек 1, наклонных балок 2 и горизонтальных балок 3. Вертикальные стойки 1 соединены между собой балками 4. Наклонные балки 2 соединены между собой балками 5. Горизонтальные балки 3 соединены между собой балками 6. Каркас аспирационного зонта 7 закреплен на горизонтальных балках 3 каркаса укрытия. На балках каркаса укрытия с возможностью подвижного соединения установлены вертикальные щиты 8, наклонные щиты 9 и горизонтальные щиты 10. На верхних продольных балках 11 каркаса аспирационного зонта 7 с возможностью подвижного соединения установлены горизонтальные щиты 12.
На балках 4 каркаса укрытия, соединяющих вертикальные стойки 1 каркаса, вертикальные щиты 8 установлены с использованием закрепленных на них скоб 13 с пальцами 14, которые с зазором охватывают балки 4.
На балках 5 каркаса, соединяющих наклонные балки 2 каркаса, наклонные щиты 9 установлены с использованием закрепленных на щитах шпилек 15 и свободно установленных на балках 5 накладок 16 с отверстиями, в которых свободно установлены шпильки 15.
На балках 6 каркаса, соединяющих горизонтальные балки 3 каркаса, горизонтальные щиты 10 соединены с использованием закрепленных на них шпильках 15 и свободно установленных на балках 6 накладок 16 с отверстиями, в которых свободно установлены шпильки 15.
На боковых продольных балках 17 каркаса аспирационного зонта 7 вертикальные щиты 18 установлены с использованием закрепленных на них скоб 19 и пальцев 20 с отверстиями под шплинты.
В области укрытия, которая подвергается наибольшему воздействию высокой температуры, щиты 21 выполнены двухслойными из листов, скрепленных между собой с зазором и с использованием подвижного соединения. Щиты 21 составляются из обращенных вовнутрь укрытия листов 22 и из подвешенных к каркасу укрытия листов 23. Листы 22 и 23 скреплены между собой с зазором и с использованием подвижного соединения, образованного из приваренных к листам 22 штырей 24, дистанционных втулок 25 и накладок 26.
Соседние щиты укрытия, например вертикальные щиты 8 (фиг.6), расположены в конкретном примере с технологическим зазором d, размер которого составляет 25 мм.
При этом устройство оборудовано накладками 27, которые крепятся к одному из соседних щитов с помощью шпилек 28 и приваренных к этим шпилькам шайб 29. В накладках 27 выполнены отверстия, благодаря которым шпильки 28 проходят свободно, что обеспечивает подвижное закрепление накладок 27 при перекрытии ими указанных технологических зазоров.
Устройство для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов работает так. Например, при выпуске стали, сливе шлаков из конвертера или заливании чугуна, вертикальные щиты 8, наклонные щиты 9 и горизонтальные щиты 10 укрытия, горизонтальные щиты 12 и вертикальные щиты 18 аспирационного зонта нагреваются. При термическом расширении вертикальных щитов 8 в горизонтальном направлении скобы 13 перемещаются вдоль балок 4 каркаса укрытия. Расширение вертикальных щитов 8 в вертикальном направлении компенсируется зазорами между скобами 13 с пальцами 14 и балками 4 и зазорами между соседними щитами. При термическом расширении наклонные щиты 9 и горизонтальные щиты 10 укрытия свободно перемещаются на шпильках 15 с накладками 16, свободно установленных на балках 5 и 6 каркаса укрытия. При термическом расширении горизонтальные щиты 12 аспирационного зонта 7 свободно перемещаются на шпильках 15 с накладками 16, свободно установленных на верхних продольных балках 11 каркаса аспирационного зонта. При термическом расширении вертикальных щитов 18 аспирационного зонта 7 в горизонтальном направлении скобы 19 перемещаются вдоль боковых продольных балок 17 каркаса аспирационного зонта 7. Расширение вертикальных щитов 18 в вертикальном направлении компенсируется зазорами между скобами 19 с пальцами 20 и балками 17 и зазорами между соседними щитами.
В области укрытия, которое подвергается наибольшему воздействию высокой температуры, где щиты 21 выполнены двухслойными, листы 22, обращенные вглубь укрытия, свободно расширяются при нагревании, перемещаясь совместно со штырями 24 и накладками 26 относительно листов 23, подвешенных к каркасу укрытия. В свою очередь листы 23 свободно расширяются при нагревании относительно каркаса укрытия, перемещаясь совместно со шпильками 15 и накладками 16 относительно балок 6 каркаса укрытия. При этом, за счет уменьшения вторичного теплового излучения от минимально нагретых листов 23, защищенных листами 22, значительно снижаются температурные напряжения, которые могли бы привести к деформированию каркаса, именно в той области укрытия, которая подвергается наибольшему воздействию высокой температуры.
Наличие технологических зазоров (d=25 мм) между соседними щитами, например между вертикальными щитами 8 (фиг.6), обеспечивает дополнительное свободное перемещение щитов относительно балок, на которых они закреплены (например, соответственно балок 4 каркаса укрытия), и позволяет предотвратить взаимодействие соседних щитов при их максимальном тепловом расширении с обеспечением гарантированного перекрытия подвижно закрепленными накладками 27 технологических зазоров между щитами при их неравномерном тепловом расширении.
Таким образом, во время работы металлургического агрегата все щиты укрытия и аспирационного зонта свободно перемещаются относительно балок, на которых они закреплены, благодаря чему под воздействием высокой температуры предотвращается деформация щитов, что, в свою очередь, позволяет предотвратить коробление каркаса укрытия, появление значительных щелей между щитами укрытия и отрыв щитов от каркаса укрытия. Все это обеспечивает сохранение целостности укрытия и препятствует выходу неорганизованных выбросов за пределы укрытия, что, в свою очередь, повышает эффективность их улавливания при работе металлургических агрегатов. Кроме того, расположение аспирационного зонта непосредственно над фронтальным проемом укрытия также предотвращает выход неорганизованных выбросов за границы аспирационного зонта. Следует также отметить, что для такой конструкции устройства для улавливания неорганизованных выбросов из металлургических агрегатов отпадает необходимость в дорогостоящих ремонтных роботах по восстановлению целостности укрытия.