ДУГОВАЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1997 года по МПК C21C5/52 C21C5/48 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к устройствам для дожигания горючих газов в дуговых сталеплавильных печах.

Наиболее близкой по технической сущности является дуговая сталеплавильная печь, содержащая подину, боковые стенки и свод, в отверстие которого установлена по крайней мере одна фурма для дожигания горючих компонентов в рабочем пространстве печи, корпус которой выполнен в виде цилиндрического стакана с дном в его верхней части и соплом для подачи кислорода с подведенными по касательной в горизонтальной плоскости к внутренней поверхности цилиндрического стакана трубопроводами. ( Патент РФ N2025496, кл. C 21 B 13/00, C 21 C 5/48, 1994 г.)
Недостатком известной дуговой сталеплавильной печи является недостаточная эффективность процесса дожигания выделяющихся в дуговой печи газов, а также создания газодинамической завесы. Это объясняется тем, что не происходит необходимого смешения печной атмосферы со струями кислорода, истекающими из отверстий фурмы вследствие их дискретности. Кроме того, при использовании известной дуговой печи не происходит возврат тепла к металлу в ванне печи, выделяющегося при дожигании горючих газов. Дискретная подача кислорода отдельными струями через отверстия в фурме не создает сплошную газодинамическую завесу над ванной металла. В этих условиях эффективность дожигания горючих газов не превышает 45 55%
Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении эффективности процесса дожигания горючих газов в дуговых сталеплавильных печах, а также эффективности передачи выделяющегося тепла к металлу.

Указанный технический эффект достигается тем, что дуговая сталеплавильная печь содержит подину, боковые стенки и свод, в отверстие которого установлена по крайней мере одна фурма для дожигания горючих компонентов в рабочем пространстве печи, корпус которой выполнен в виде цилиндрического стакана с дном в его верхней части и соплом для подачи кислорода с подведенными по касательной в горизонтальной плоскости к внутренней поверхности цилиндрического стакана трубопроводами.

Отверстие в своде выполнено в верхней части цилиндрическим, а в нижней части конусным с расширением к внутренней поверхности свода.

Внутрення поверхность сопла для подачи кислорода выполнена в виде криволинейного диффузора и сопряжена по касательной с конусной поверхностью нижней части отверстия в своде. Корпус фурмы выполнен металлическим и водоохлаждаемым или из огнеупорного материала.

В общем случае несколько цилиндрических стаканов могут быть установлены в своде вокруг электродов дуговой сталеплавильной печи. Цилиндрический стакан может быть установлен в вершине свода печи, через дно которого проходят электроды или электрод.

Повышение эффективности процесса дожигания горючих компонентов атмосферы в дуговых сталеплавильных печах будет происходить вследствие создания сплошной газодинамической завесы из кислорода в виде веерной струи на металлом в ванне печи. При этом происходит интенсивное каталитическое дожигание окиси углерода и водорода на поверхности диффузора и конусной поверхности нижней части отверстия в своде печи. Кроме того, происходит интенсивное излучение на металл с поверхности диффузора и конусной поверхности нижней части отверстия в своде. В этих условиях дискретный спектр газового излучения (CO₂ и H₂O) трансформируется в сплошной спектр излучения от поверхности диффузора и конусной поверхности нижней части отверстия в своде. Закрученные, тангенциально подведенные струи кислорода создают необходимое разрежение в осевой области диффузора и конусной поверхности нижней части отверстия в своде, что обеспечивает интенсивное подтекание горючих газов к потоку кислорода на поверхности диффузора и конусной поверхности нижней части отверстия в своде. Наличие стакана с дном в вершине свода печи предотвращает инжекцию газов из пространства над стаканом.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемой дуговой сталеплавильной печи 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 осуществления в пределах формулы изобретения, со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 дан фрагмент свода дуговой сталеплавильной печи со стаканом, размещенным около электродов;
на фиг.2 то же, разрез А-А;
на фиг.3 то же, разрез Б-Б;
на фиг.4 фрагмент свода дуговой сталеплавильной печи со стаканом, через дно которого проходят электроды;
на фиг.5 то же, разрез В-В.

Дуговая сталеплавильная печь состоит из свода 1, конусной поверхности нижней части отверстия 2 в своде, стакана 3 с дном 4, отверстий 5, трубопроводов 6, стенок 7, перегородки 8, полостей 9 и 10, проточек 11 и 12, трубопроводов 13 и 14, ребер жесткости 15, отверстий 16, огнеупорного покрытия 17, диффузора 18, поверхности свода 19, электродов 20, кольцевого экрана 21.

Дуговая сталеплавильная печь работает следующим образом.

Пример. В дуговой сталеплавильной печи выплавляется сталь марки ст.3. В своде 1 выполнена конусная поверхность нижней части отверстия 2, в вершине которого установлен цилиндрический стакан 3 с дном 4 в его верхней части для дожигания горючих компонентов, образующихся в рабочем пространстве печи. Трубопроводы 6, по которым подается под давлением кислород, подведены к внутренней цилиндрической поверхности стакана 3 по касательной в горизонтальной плоскости. Нижняя часть стакана 3 выполнена в виде криволинейного диффузора 18, поверхность которого сопряжена по касательной с конусной поверхностью нижней части отверстия 2. Конусная поверхность 2 выполнена со стороны поверхности 19 свода 1.

В общем случае число конусных поверхностей 2 может быть 2 8, равномерно расположенных в своде 1 вокруг электродов 20.

Корпус стакана 3 выполнен металлическим и водоохлаждаемым из концентрически расположенных и параллельных между собой металлических стенок 7 с зазором между ними. В зазоре установлена параллельная стенкам 7 металлическая перегородка 8, снабженная ребрами жесткости 15 и делящая зазор на две полости 9 и 10, сообщающиеся между собой через отверстия 16. В корпусе стакана 3 выполнены кольцевые проточки 11 и 12, сообщающиеся соответственно с полостями 9 и 10. К проточкам 11 и 12 подведены соответственно трубопроводы 13 и 14. По трубопроводу 13 в кольцевую проточку 11 и далее в полость 9 подается под давлением охлаждающая вода, которая через отверстие 16 проходит в полость 10 и далее в кольцевую проточку 12, из которой по трубопроводу 14 сливается. Стенки 7 стакана 3 выполнены, например, из нержавеющей стали. Внутренняя поверхность диффузора 18 покрыта огнеупорным материалом 17, выполненного при помощи плазменного или газопламенного напыления.

В общем случае корпус стакана 3, дна 4 и диффузора 18 могут быть выполнены из огнеупорного материала, например, из корунда, муллитокорунда или периклазохромита. Угол раскрытия конусной поверхности нижней части отверстия в своде 2 составляет 140 179 градусов. В нашем примере внутренний диаметр стакана 3 составляет 200 мм, его высота 200 мм, проходное сечение отверстий 5 800 мм.

При тангенциальном подводе кислорода по отверстиям 5 во внутреннюю полость стакана 3 создается закрученная струя кислорода, которая при выходе из стакана 3 вследствие газодинамических закономерностей (центробежные силы и эффект прилипания) распространяется сплошным слоем по поверхности диффузора 18 и конусной поверхности 2, стекая с которых создает сплошную газовую завесу над металлом в ванне печи. При этом в осевой области стакана 3, диффузора 18 и конусной поверхности 2 создается разрежение, что приводит к инжекции атмосферы, содержащей горючие компоненты. Скорость подачи кислорода через отверстия 5 составляет 150 250 м/с. При движении смеси кислорода и горючих газов вдоль поверхности диффузора 18 и поверхности 2 проходит интенсивное сгорание. В этих условиях корпус диффузора 18 и конусная поверхность 2 излучает и отражает лучистую энергию в сторону металла в ванне печи, повышая тем самым его температуру. Стекающие газы с конусной поверхности 2 попадают на перефирийную часть ванны печи. Газовый слой горящей смеси является также отражателем брызг жидкого металла в сторону ванны с металлом.

В случае расположения цилиндрического стакана 3 по оси свода 1 (рис.4 и 5) в дне 4 установлен кольцевой экран 21, выполненный, например, из нержавеющей стали, и является водоохлаждаемым, через который проходят электроды или электрод 20. Экран 21 служит защитой электродов 20 от струй кислорода, вытекающих из отверстий 5. На дне 4 установлены уплотнители электродных отверстий (на чертеже не показаны). В нашем примере величина зазора между стаканом 3 и кольцевым экраном 21 составляет 50 200 мм.

Применение дуговой сталеплавильной печи позволяет повысить эффективность дожигания горючих компонентов атмосферы в печи на 30 40%

Использование: в области металлургии, конкретнее в устройствах для дожигания горючих компонентов атмосферы в дуговых сталеплавильных печах. Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении эффективности процесса дожигания горючих компонентов атмосферы в дуговых сталеплавильных печах, а также эффективности передачи выделяющегося тепла к металлу. Сущность изобретения: дуговая сталеплавильная печь содержит подину, боковые стенки и свод, а также кислородную фурму с отверстиями для дожигания горючих компонентов, помещенную в рабочее пространство печи через ее свод, и трубопроводы, подведенные к отверстиям. В своде печи выполнено отверстие, которое в верхней части - цилиндрическое, а в нижней части выполнено конусным с расширением к внутренней поверхности свода, корпус фурмы выполнен в виде цилиндрического стакана с дном в его верхней части. Трубопроводы подведены к внутренней цилиндрической поверхности стакана по касательной в горизонтальной плоскости. Внутренняя поверхность сопла фурмы выполнена в виде криволинейного диффузора и сопряжена с конусной поверхностью нижней части отверстия в своде по касательной. Корпус фурмы может быть выполнен металлическим и водоохлаждаемым или из огнеупорного материала. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Дуговая сталеплавильная печь, содержащая подину, боковые стенки и свод, в отверстие которого установлена по крайней мере одна фурма для дожигания горючих компонентов в рабочем пространстве печи, корпус которой выполнен в виде цилиндрического стакана с дном в его верхней части и соплом для подачи кислорода с подведенными по касательной в горизонтальной плоскости к внутренней поверхности цилиндрического стакана трубопроводами, отличающаяся тем, что отверстие в своде выполнено в верхней части цилиндрическим, а в нижней части конусным с расширением к внутренней поверхности свода, при этом внутренняя поверхность сопла для подачи кислорода выполнена в виде криволинейного диффузора и сопряжена по касательной с конусной поверхностью нижней части отверстия в своде. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что корпус фурмы выполнен металлическим и водоохлаждаемым. 3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что корпус фурмы выполнен из огнеупорного материала.