СПОСОБ ДОЖИГАНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C21C5/48 C21C5/52 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к процессам и устройствам дожигания отходящих газов из сталеплавильных агрегатов.

Наиболее близким по технической сущности является способ дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов, включающий подачу в рабочее пространство сталеплавильного агрегата по крайней мере одного закрученного потока кислорода на поверхность диффузора, дожигание образующегося над металлом горючих газов и передачу к ванне выделяющейся тепловой энергии.

Устройство для дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов содержит диффузор, снабженный в верхней части цилиндрическим стаканом с дном и тангенциальными отверстиями в его боковых стенках (а. с. СССР N 1439129, кл. C 21 C 5/48), бюл. N 43, 1988 г.).

Недостатком известных способа и устройства является недостаточная эффективность процесса дожигания выделяющихся в сталеплавильном агрегате газов, а также создания газовой завесы. При этом не происходит необходимого смешения печной атмосферы с потоком кислорода. Кроме того, в известном способе и устройстве не происходит возврат тепла, выделяющегося при дожигании газов обратно к жидкому металлу.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении эффективности процесса дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов, а также эффективности передачи выделяющегося тепла к металлу.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов включает подачу в рабочее пространство сталеплавильного агрегата по крайней мере одного закрученного потока кислорода на поверхность диффузора, дожигание образующихся над металлом горючих газов и передачу к ванне выделяющихся тепловой энергии.

Закрученный поток кислорода подают на огнеупорную поверхность диффузора с углом раскрытия 140-179^o, при этом дожигание осуществляют на огнеупорной поверхности. Дожигание осуществляют на поверхности диффузора или на поверхности свода или на поверхности боковых стенок сталеплавильного агрегата.

Устройство для дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов содержит диффузор, снабженный в верхней части цилиндрическим стаканом с дном и тангенциальными отверстиями в его боковых стенках.

Цилиндрический стакан с диффузором образуют корпус устройства, при этом диффузор изготовлен из огнеупорного материла, а угол его раскрытия равен 140-179^o. Диффузор выполнен из корунда, муллитокорунда или переклазохромита. Кроме того, диффузор дополнительно снабжен металлическим водоохлаждаемым корпусом.

Повышение эффективности процесса дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов будет происходить вследствие создания сплошной газодинамической завесы из кислорода в виде веерной струи. При этом происходит интенсивное каталитическое дожигание окиси углерода и водорода на керамической поверхности диффузора. Кроме того, происходит интенсивное излучение на металл с поверхности диффузора. В этих условиях дискретный спектр газового излучения (CO₂ и H₂O) трансформируется в сплошной спектр излучения поверхности огнеупорного диффузора. Закрученный тангенциально подведенный поток кислорода создает необходимое разрежение в осевой области диффузора, что обеспечивает интенсивное подтекание атмосферы, содержащей горючие газы, к потоку кислорода на поверхности диффузора. Вследствие действия центробежных сил и эффекта прилипания (эффект Коанда) поток кислорода распространяется вдоль огнеупорной поверхности.

Диапазон значений угла раскрытия диффузора в пределах 140-179^o объясняется газодинамическими закономерностями образования на поверхности диффузора слоя кислорода, подаваемого на эту поверхность в тангенциальном направлении. При меньших значениях не будет обеспечиваться устойчивое течение потока кислорода вдоль поверхности диффузора. При больших значениях не будет направленного излучения от огнеупорной поверхности диффузора на металл. Конкретное значение угла устанавливают в прямой зависимости от диаметра рабочего пространства сталеплавильного агрегата.

Изготовление диффузора из огнеупорного материала объясняется необходимостью повышения его стойкости и работоспособности в условиях высоких температур и брызг жидкого металла.

Наличие стакана с дном в вершине диффузора предотвращает инжекцию догоревших газов из пространства над диффузором.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемых способа и устройства с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

На чертеже показана схема устройства для дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов: продольный разрез фиг. 1; разрез А-А фиг. 2.

Устройство для дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов состоит из диффузора 1, стакана 2, дна 3, тангенциальных отверстий с трубопроводами 4. Позицией 5 обозначен уровень металла в сталеплавильном агрегате.

Способ осуществляют и устройство работает следующим образом.

Пример. В процессе выплавки стали марки от 3 в дуговой электропечи ДСП-100 над уровнем металла 5 устанавливают несколько устройств для дожигания горючих газов, образующихся в рабочем пространстве печи. Свод и боковые стенки электропечи выполнены из огнеупорных материалов, например, кирпичей. Устройства могут быть расположены, например, в своде печи или в ее стенках по периметру рабочего пространства печи в количестве, например, 2-10 вокруг электродов. Устройство может быть также введено через рабочее окно электропечи.

Устройство состоит из диффузора 1, снабженного в верхней части цилиндрическими стаканом 2 с дном 3 и тангенциальными отверстиями с трубопроводами 4 в его боковых стенках. Цилиндрический стакан 2 с диффузором 1 образуют корпус устройства. Диффузор 1 изготовлен из огнеупорного материала, а угол его раскрытия равен 140-179^o. В общем случае число отверстий и струбопроводами 4 может быть 1-6. В нашем примере число тангенциальных отверстий и трубопроводов 4 составляет два, по которым подается кислород со скоростью 50-200 м/с.

По трубопроводам и отверстиям 4 подводят поток кислорода в рабочее пространство электропечи над уровнем 5 металла в тангенциальном направлении на поверхность диффузора 1, имеющего угол раскрытия в пределах 140-179^o.

Корпус диффузора 1 выполнен из огнеупорного материала, например, из корпуса, муллитокорунда или периклазохромита.

В нашем примере диаметр корпуса диффузора 1 составляет 600 мм, внутренний диаметр стакана 2-100 мм, его высота 100 мм, проходное сечение отверстий
25 мм.

При тангенциальном подводе кислорода через отверстия в боковых стенках стакана создается закрученный поток кислорода, который при выходе из стакана 2 вследствие газодинамических закономерностей (центробежные силы и эффект прилипания) распространяется сплошным слоем по поверхности диффузора 1, стекая с которой создает сплошную газовую завесу над металлом 5 вдоль огнеупорной поверхности свода или боковых стенок электропечи. При этом в осевой области диффузора создается разрежение, что приводит к инжекции газов. При движении смеси кислорода и горючих газов вдоль поверхности диффузора, свода или стенок происходит интенсивное дожигание горючих газов. При этом дожигание горючих газов производят на огнеупорной поверхности диффузора, свода или стенок рабочего пространства сталеплавильного агрегата. В этих условиях корпус диффузора 1 излучает и отражает лучистую энергию в сторону металла 5, повышая тем самым его температуру. Газовый слой горящей смеси является также отражателем брызг жидкого металла в сторону его поверхности 5.

В общем случае способ и устройство могут быть применены в конвертерах, мартеновских печах и в других сталеплавильных агрегатах.

Применение способа и устройства позволяет повысить эффективность дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов на 30-40%

Использование: металлургия, конкретнее, в процессах и конструкциях устройств дожигания отходящих газов из сталеплавильных агрегатов. Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении эффективности процесса дожигания горючих компонентов атмосферы в сталеплавильных агрегатах, а также эффективности передачи выделяющегося тепла к металлу. Сущность изобретения: способ дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов включает подвод струй кислорода в рабочее пространство сталеплавильного агрегата над уровнем металла. Струи кислорода подводят в тангенциальном направлении к огнеупорной поверхности диффузора. Дожигание горючих газов осуществляют на огнеупорной поверхности. Устройство для дожигания горючих компонентов атмосферы в сталеплавильных агрегатах включает корпус фурмы с подводящими трубопроводами. Корпус фурмы выполнен в виде диффузора с углом раскрытия в пределах 140-179^o, который снабжен в своей вершине цилиндрическим стаканом с дном. Трубопроводы подведены к стакану по касательной в горизонтальной плоскости. Корпус диффузора выполнен из огнеупорного материала, например, корунда, муллитокорунда или периклазохромита. Кроме того, корпус диффузора выполнен металлическим и водоохлаждаемым, при этом внутренняя поверхность диффузора покрыта огнеупорным материалом. 2 с.п. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов, включающий подачу в рабочее пространство сталеплавильного агрегата по крайней мере одного закрученного потока кислорода на поверхность дифузора, дожигание образующихся над металлом горючих газов и передачу к ванне выделяющейся тепловой энергии, отличающийся тем, что закрученный поток кислорода подают на огнеупорную поверхность диффузора с углом раскрытия 140 - 179^o при этом дожигание осуществляют на огнеупорной поверхности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дожигание осуществляют на огнеупорной поверхности диффузора. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дожигание осуществляют на огнеупорной поверхности свода сталеплавильного агрегата. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дожигание осуществляют на огнеупорной поверхности стенок сталеплавильных агрегатов. 5. Устройство для дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов, содержащее диффузор, снабженный в верхней части цилиндрическим стаканом с дном и тангенциальными отверстиями в его боковых стенках, отличающееся тем, что цилиндрический стакан с диффузором образуют корпус устройства, при этом диффузор изготовлен из огнеупорного материала, а угол его раскрытия равен 140 179<198
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что диффузор выполнен из корунда, муллитокорунда или периклазохромита. 7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что диффузор дополнительно снабжен металлическим водоохлаждаемым корпусом.