ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ
BLAST FURNACE

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано для плавки чугуна и ферросплавов в доменной печи.
Наиболее близкими по технической сути к предлагаемому изобретению являются доменная печь, имеющая горн, заплечики, распар, шахту и колошник, в которую для поддержания теплового режима вдувают воздух, нагретый в воздухонагревателях до температуры 1100-1400°C (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1998. - с.66).
2
3
2
3
3
К недостаткам известной доменной печи следует отнести большие капитальные затраты на строительство воздухонагревателей, которые имеют площадь нагрева 60-69 м на 1 м полезного объема печи с встроенными камерами горения и 100 м на 1 м полезного объема печи с выносными камерами горения (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1998. - с.156), высокие текущие затраты на нагрев холодного воздуха до температуры 1100-1400°C, а также большие потери тепла с азотом, не участвующим в технологическом процессе и покидающим доменную печь с температурой 250-300°C (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1998. - с.122). Количество азота в отходящих газах составляет 45-55% или 700-1000 м на 1 тонну выплавляемого чугуна (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1998. - с.126).
Задачей изобретения является снижение расхода кокса, уменьшение капитальных затрат на строительство воздухонагревателей, снижение себестоимости выплавляемого чугуна и увеличение производительности печи.
Поставленный технический результат достигается тем, что предлагаемая доменная печь, содержащая горн, с фурмами горячего дутья, заплечики, распар, шахту и колошник с термопарами для контроля температуры отходящих газов, причем она снабжена лазерами, расположенными в верхней части горна в порядке чередования фурма-лазер, и на колошнике - между упомянутыми термопарами с возможностью перемещения генерируемого ими излучения в горне - по направлению вверх, а в колошнике - вниз, и с изменением угла его наклона к горизонтали в пределах 80-15° - в верхней части горна, и в пределах 90-45° - в колошнике.
Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, и изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих доменных печах.
3
3
3
2
Предлагаемая доменная печь для плавки чугуна или ферросплавов имеет горн, заплечики, распар, шахту, колошник. Загрузку печи шихтовыми материалами осуществляют сверху через загрузочное устройство. Через фурмы в верхней части горна вводят горячее дутье - нагретый в воздухонагревателях воздух. Тепловой режим в печи поддерживают вводом дополнительного тепла излучением оптических квантовых генераторов большой плотности энергии - лазеров (Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1990, том 2. - с.549). Лазеры устанавливают и крепят к кожуху печи, в верхней части горна, в амбразуры вместо фурм в порядке чередования фурма-лазер, так чтобы генерируемое ими излучение было направлено вверх с изменением угла его наклона к горизонтали в пределах 80-15°. Изменения угла наклона генерируемого лазерами излучения необходимы для того, чтобы не перегревать материалы в одной точке. Так, на печи объемом 1033 м можно установить до 8 лазеров, а на печи объемом 5500 м - до 21 лазера. Мощность излучения лазеров и температуру горячего дутья можно изменять. Для подогрева шихты в верхней части печи также предусмотрена установка на колошнике нескольких лазеров между термопарами для контроля температуры отходящих газов. Например, для печи объемом 1033 м количество лазеров на колошнике будет равно четырем. Излучение колошниковых лазеров направлено вниз с возможностью перемещения по всей поверхности шихты и с изменением угла его наклона к горизонтали в пределах 90-45°. Подогрев шихты на колошнике излучением лазеров компенсирует уменьшение прихода тепла от сгорания кокса при снижении его расхода и увеличивает производительность доменной печи. Для перемещения генерируемого излучения горновые и колошниковые лазеры оборудованы специальными устройствами. С целью ввода дополнительного тепла в доменную печь в фурменной зоне и на колошнике предпочтительнее использовать твердотельные лазеры с активной средой на стеклах, активированных Nd, с оптической накачкой, в которых при мощности накачки несколько десятков киловатт мощность излучения лазера составляет сотни мегаватт при плотности потока энергии до 10 МВт/см. В предлагаемой доменной печи технологический процесс остается неизменным и в ней по известной технологии можно выплавлять передельный и литейный чугуны и ферромарганец.