СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ИЗ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И ДУГОВАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ Российский патент 1997 года по МПК F27D17/00 F27D3/08 C21C5/52 

Изобретение относится к металлургии, а более точно, к способу и устройству для удаления отходящих газов из дуговой электропечи и к дуговой электропечи.

В металлургической промышленности, в частности, в сталелитейной отрасли, используются дуговые электропечи, где получают стали или сплавы из металлургических компонентов, находящиеся в печи в процессе производства обычно в жидком состоянии. Химические реакции, происходящие внутри печи, как с вводом реактивных газов или перемешиванием, так и без них, сопровождаются выделением газов, расход которых меняется во времени. Эти газы необходимо удалять из рабочего пространства печи.

В электропечах газы вырабатываются массой металлургических компонентов, уже расплавленных или находящихся в процессе расплавления.

Расход газов, выделяющихся в печи, может изменяться в процессе их выработки от очень небольшой величины до значительных величин.

Газы удаляются из печи известными устройствами, обычно содержащими последовательно расположенные за трубопроводом для отвода выделяющихся из печи газов, камеру сгорания, фильтр и вентилятор, причем все эти элементы соединены последовательно в указанном порядке трубопроводом. Трубопровод, соединяющий фильтр с вентилятором, снабжен средством регулирования падения давления, управление которым осуществляется посредством регулирования в зависимости от результатов измерения газа в рабочем пространстве печи вблизи ее свода. Это регулирование имеет целью поддерживать давление в печи близким к атмосферному давлению, чтобы ограничить проникновение воздуха внутрь печи или выделение газов наружу из печи.

Эти устройства имеют следующие недостатки.

С одной стороны, диапазон стабильной работы этих устройств при изменении расхода выделяющегося газа не является достаточно широким, особенно при малых расходах. На практике иногда нужно обеспечить очень большие расходы или очень малые расходы, а устройства, работающие с очень большими расходами, нестабильны при очень малых расходах.

С другой стороны, при переходе от очень малого расхода к большому время реагирования недостаточно малое. Так, если нужно удалить струю газа, то для того, чтобы на выходе из печи расход всасывания газа был значительным, сначала нужно частично откачать фильтр, камеру сгорания и трубопровод, чтобы снизить давление на входе устройства всасывания. Это может потребовать около 30 с, что очень много.

Во французском патенте 2464305 раскрыты способ и устройство для удаления газов отходящих из дуговой печи, частично лишенные указанных недостатков. В этом способе применено устройство, в котором трубопровод для отвода выделяющихся из печи газов снабжен средством регулирования падения давления, управляемым давлением в печи, причем трубопровод, соединяющий вытяжной колпак с камерой сгорания, также снабжен средством регулирования падения давления, который управляется давлением на входе вытяжного колпака. В таком устройстве с двойным регулированием давления в местах, близко расположенных друг от друга в цепи отвода газа, может возникать некоторая нестабильность в случае резких изменений режима работы печи.

Из а. с. СССР N 1254270, кл. F 27 D 17/00, опубликованного 30.08.1986, известны способ и устройство для удаления отходящих газов из дуговой электропечи.

Это устройство содержит трубопровод для отвода выделяющихся из печи газов, соединенный с рабочим пространством печи через отверстие в своде, вытяжной колпак для отвода газов во всасывающую часть, камеру сгорания газов, фильтр и вентилятор со всасывающей частью, соединенные последовательно трубопроводами, первый из которых расположен между вытяжным колпаком и камерой сгорания, второй трубопровод между камерой сгорания и фильтром, третий трубопровод между фильтром и вентилятором, датчик давления и средство регулирования давления.

Средством регулирования давления служит дроссельная заслонка, механически и электрически связанная с датчиком давления. Датчик давления установлен в трубопроводе для отвода выделяющихся из печи газов.

Известный способ удаления отходящих газов из дуговой электропечи включает образование газов в печи в количестве, изменяющемся во времени, поступление этих газов во всасывающую часть средства откачки, соединенную со сводом печи. Давление газа во всасывающей части средства откачки поддерживают на уровне постоянной величины независимо от количества газа, отводимого из печи.

Однако вышеописанные устройство и способ удаления отходящих газов из дуговой электропечи не обеспечивают стабильной работы печи в широком диапазоне расхода выделяющихся газов и эффективного регулирования давления в печи.

Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильной работы дуговой электропечи в широком диапазоне расхода выделяющихся в печи газов и эффективного регулирования давления в печи.

Этот технический результат достигается способом удаления отходящих газов из дуговой электропечи, включающим поступление газов из печи во всасывающую часть средства откачки, соединенную со сводом печи, и поддерживание давления газа во всасывающей части средства откачки постоянным независимо от количества газа, выделяемого из печи, в котором согласно изобретению для поддержания давления газа во всасывающей части средства откачки постоянным в зону, сообщающуюся со всасывающей частью откачки, вводят поток дополнительного газа.

Технический результат достигается и тем, что в устройстве для удаления отходящих газов из дуговой печи, содержащем трубопровод для отвода выделяющихся из печи газов, соединенный с рабочим пространством печи через отверстие в своде, вытяжной колпак для отвода газов во всасывающую часть, камеру сгорания газов, фильтр и вентилятор со всасывающей частью, соединенные последовательно трубопроводами, первый из которых расположен между вытяжным колпаком и камерой сгорания, второй трубопровод между камерой сгорания и фильтром, третий трубопровод между фильтром и вентилятором, датчика давления и средства регулирования давления, согласно изобретению имеется дополнительный трубопровод, соединенный одним из своих концов с третьим трубопроводом, а другим с атмосферой, при этом первое средство регулирования давления размещено в первом трубопроводе и соединено через регулятор с датчиком давления, расположенным в рабочем пространстве печи трубопровода для отвода газов из печи, а второе средство регулирования давления расположено в дополнительном трубопроводе и соединено через регулятор с датчиком давления, размещенным вблизи всасывающей части вентилятора.

Кроме того, вышеописанный технический результат достигается и тем, что в дуговой электропечи, содержащей рабочее пространство со сводом, трубопровод для отвода выделяющихся из печи газов, соединенный с рабочим пространством печи через отверстие в своде, вытяжной колпак для отвода газов во всасывающую часть, камеру сгорания газов, фильтр и вентилятор со всасывающей частью, соединенные последовательно трубопроводами, первый из которых расположен между вытяжным колпаком и камерой сгорания, второй трубопровод между камерой сгорания и фильтром, третий трубопровод между фильтром и вентилятором, датчики давления и средства регулирования давления, согласно изобретению имеется дополнительный трубопровод, соединенный одним из своих концов с третьим трубопроводом, а другим с атмосферой, при этом первое средство регулирования давления размещено в первом трубопроводе и соединено через регулятор с датчиком давления, расположенным в рабочем пространстве печи вблизи трубопровода для отвода газов из печи, а второе средство регулирования давления расположено в дополнительном трубопроводе и соединено через регулятор с датчиком давления, размещенным вблизи всасывающей части вентилятора.

На фиг. 1 изображена схема дуговой электропечи согласно изобретению; на фиг. 2 упрощенная схема устройства для удаления отходящих газов из дуговой электропечи согласно изобретению; на фиг. 3 графическая зависимость расхода отходящих из дуговой электропечи газов от давления газа.

Показанная на фиг. 1 дуговая электропечь 1 содержит рабочее пространство 2 со сводом 3, предназначенное для приема металлических компонентов 4 для расплавления. В своде 3 установлены три электрода 5, из которых показан только один.

Дуговая электропечь 1 оборудована устройством 6 для удаления отходящих газов из дуговой электропечи 1. Это устройство 6 содержит трубопровод 7 для отвода выделяющихся из печи 1 газов, соединенный с рабочим пространством 2 печи 1 через отверстие 8 в своде 3 и расположенный напротив трубопровода 7 вытяжной колпак 9 для отвода газов во всасывающую часть, камеру 10 сгорания газов, фильтр 11 и вентилятор 12 со всасывающей частью, соединенный с вытяжной трубой 13 (фиг. 2). Вентилятор 12, например, может быть центробежного типа. Колпак 9 соединен с камерой 10 сгорания трубопроводом 14. Камера 10 сгорания соединена с фильтром 11 трубопроводом 15. Фильтр 11 соединен с вентилятором 12 трубопроводом 16. К трубопроводу 16 одним своим концом подсоединен трубопровод 17, другой конец которого открыт в атмосферу. В трубопроводе 14 расположено первое средство 18 регулирования давления, соединенное через регулятор 19 с датчиком 20 давления, расположенным в рабочем пространстве 2 печи 1 вблизи трубопровода 7 для отвода газов из печи 1.

В трубопроводе 17 расположено второе средство 21 регулирования давления, соединенное через регулятор 22 с датчиком давления 23, установленным вблизи всасывающей части вентилятора 12. Средства 18, 21 регулирования давления могут быть выполнены в виде дисковых затворов или клапанов. Регулятор 19 первого средства 18 регулирования давления выполнен с возможностью поддержания давления внутри печи 1 на уровне, близком к атмосферному давлению снаружи печи 1.

Регулятор 22 второго средства 21 регулирования давления выполнен с возможностью поддержания давления на всасывающей стороне вентилятора 12 на уровне, близком к величине давления, соответствующий максимальному расходу вентилятора 12.

На фиг. 2 представлена упрощенная схема устройства 6 для удаления отходящих газов, в котором в качестве средства 18 регулирования давления, размещенного в трубопроводе 14, используется дисковой затвор или клапан 24. В качестве средства 21 регулирования давления, установленного в трубопроводе 17, также используется дисковой затвор или клапан 25.

Принцип работы такого устройства может быть объяснен со ссылкой на фиг. 3. Обозначение "P" применено для падения давления газа либо между точками выше по течению и ниже клапана 24, либо между всасывающей стороной вентилятора 12 и вытяжной трубой 13. "Q" обозначает расход газа в трубопроводе 14 в вентиляторе 12.

Для вентилятора 12 расход газа связан с падением его давления соотношением, которое соответствует кривой 26 фиг. 2.

Для трубопровода 14 расход и падение давления газа связаны соотношением, которое соответствует кривым 27 и 28 фиг. 3. Кривая 27 соответствует полностью открытому клапану 24, а кривая 28 максимально приемлемому закрытию клапану 24, позволяющему избежать нестабильности.

Когда клапан 24 полностью открыт, рабочей точкой является точка A пересечения кривых 26 и 27, и расход газа будет равен величине Q_A, соответствующей максимально допустимой величине расхода.

Когда клапан 24 почти закрыт, при отсутствии трубопровода 17 рабочей точкой является точка B, соответствующая остаточному расходу Q_B, который не является пренебрежимо малым.

С помощью трубопровода 17 давление всасывания газа можно поддерживать на уровне постоянной величины ΔP_A соответствующим максимальному расходу вентилятора 12. Для этого регулируют клапан 25 так, чтобы сумма расходов в трубопроводах 14 и 17 была постоянна: когда клапан 24 полностью открыт, клапан 25 почти закрыт и наоборот.

В таких условиях падение давления в клапане 24 остается постоянным и равным ΔP_A так что, когда клапан 24 почти закрыт, рабочей точкой становится точка C, соответствующая расходу утечки Q_C, значительно меньшему, чем Q_B.

Таким образом, устройство согласно изобретению может работать в диапазоне расходов от Q_C до Q_A, который гораздо больше охватывает область расходов, чем диапазон работы устройств, известных в данной области.

В качестве примера часто ΔP_A равно 100 мм вод.ст. а ΔP_B равно 500 мм вод. ст. Так как величина расхода в трубопроводе 14 изменяется как корень квадратный из величины падения давления, то с помощью предлагаемого способа можно получить расход Q_C=0,45Q_B без нестабильности дискового затвора.

Способ удаления отходящих газов из дуговой электропечи 1 согласно изобретению состоит, следовательно, в том, чтобы всасывать газы с помощью вентилятора 12 и вводить через трубопровод 17 на всасывающей стороне вентилятора 12 дополнительный поток воздуха или газа, регулируемый таким образом, чтобы давление газа на всасывающей стороне вентилятора 12 оставалось постоянно малым независимо от количества газа, выделяемого из печи 1, и соответствовало максимальному расходу всасывания этого вентилятора 12.

Устройство для удаления отходящих газов из дуговой электропечи работает следующим образом.

Регулятор 19 устанавливает положение средства 18 регулирования давления 12 таким образом, чтобы давление газа в печи 1 оставалось близким к наружному атмосферному давлению. Вследствие значительного выделения газа средство 18 почти закрыто. При возникновении значительного выделения газа это средство 18 полностью открыто.

Регулятор 22 поддерживает давление газа на всасывающей стороне вентилятора 12 на уровне, соответствующем максимальному расходу вентилятора 12. Это соответствует малому отклонению давления газа относительно атмосферного давления.

Когда поступающий из печи 1 расход газа невелик, средство 21 регулирования давления почти закрыто, и наоборот.

При малом выделении газа вышеописанное устройство может стабильно работать при очень малом расходе на всасывающей стороне вытяжного колпака 9, и давление ниже средства 18 регулирования. Давление в печи 1 поддерживается близким к атмосферному давлению.

При внезапном появлении потока газа средство 18 регулирования давления резко открывается. Так как в нижней части трубопровода 14, в камере 10 сгорания, в трубопроводе 15 в фильтре 11 и в трубопроводе 16 давление мало, то поток газа всасывается в устройстве 6, и время реакции печи 1 очень невелико. Были получены значения времени реакции порядка 1 с по сравнению с 30 с для существующих известных устройств.

После достижения постоянного режима средство 18 регулирования открыто, а средство 21 регулирования закрыто и вся мощность вентилятора 12 используется для удаления газов, выделяющихся в печи 1.

Очевидно, что до окончания выделения газов средство 18 регулирования может очень быстро закрыться и поддерживать расход всасывания газа в вытяжном колпаке 9 очень малым, что не дает понизиться давлению в печи 1. Средство 21 регулирования давления постепенно открывается.

Устройство 6 согласно изобретению позволяет таким образом обеспечить стабильную работу в очень широком диапазоне расходов всасывания газа вытяжного колпака 9, время реакции его очень невелико. Все это дает возможность одновременно эффективно регулировать давление в печи 1, когда выделение газов мало и осуществлять хорошее всасывание газов, когда их выделение резко возрастает.

Использование: черная металлургия, конкретно, для удаления отходящих газов из дуговой электропечи и конструкции электропечи. Сущность изобретения: по способу удаления отходящих газов из дуговой электропечи для поддержания давления во всасывающую из печи часть средства откачки (ВЧСО) постоянным в зону, сообщающуюся с ВЧСО, вводят через трубопровод поток дополнительного газа. Расход ввода дополнительного газа регулируется таким образом, что давление газа на всасывающей стороне вентилятора поддерживается постоянным, благодаря регулирующему клапану, расположенному предпочтительно в дополнительном трубопроводе, соединенном со всасывающей трубой. Имеются средства управления, позволяющие регулировать открытие и закрытие клапана. 3 с. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ удаления отходящих газов из дуговой электропечи, включающий поступление газов из печи во всасывающую часть средства откачки, соединенную со сводом печи, поддерживание давления газа во всасывающей части средства откачки постоянным независимо от количества газа, выделяемого из печи, отличающийся тем, что для поддержания давления газа во всасывающей части средства откачки постоянным в зону, сообщающуюся со всасывающей частью средства откачки, вводят поток дополнительного газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для смешивания газов, поступающих из печи во всасывающую часть средства откачки, поток дополнительного газа вводят через трубопровод. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что давление газа во всасывающей части поддерживают постоянным за счет работы средства откачки с максимальным расходом. 4. Устройство для удаления отходящих газов из дуговой электропечи, содержащее трубопровод для отвода выделяющихся из печи газов, соединенный с рабочим пространством печи через отверстие в своде, вытяжной колпачок для отвода газов во всасывающую часть, камеру сгорания газов, фильтр и вентилятор со всасывающей частью, соединенные последовательно трубопроводами, первый из которых расположен между вытяжным колпаком и камерой сгорания, второй трубопровод между камерой сгорания и фильтром, третий трубопровод между фильтром и вентилятором, датчики давления и средства регулирования давления, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным трубопроводом, соединенным одним из своих концов с третьим трубопроводом, а другим с атмосферой, при этом первое средство регулирования давления размещено в первом трубопроводе и соединено через регулятор с датчиком давления, расположенным в рабочем пространстве печи вблизи трубопровода для отвода газов из печи, а второе средство регулирования давления расположено в дополнительном трубопроводе и соединено через регулятор с датчиком давления, размещенным вблизи всасывающей части вентилятора. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что первое средство регулирования давления, размещенное в первом трубопроводе, выполнено в виде дискового затвора или клапана. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что второе средство регулирования давления, размещенное в дополнительном трубопроводе, выполнено в виде дискового затвора или клапана. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что вентилятор выполнен центробежным. 8. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что регулятор расположенного в первом трубопроводе первого средства регулирования давления выполнен с возможностью поддержания давления внутри печи на уровне, близком к атмосферному давлению снаружи печи. 9. Устройство по п.4 или 6, отличающееся тем, что регулятор расположенного в дополнительном трубопроводе второго средства регулирования давления выполнен с возможностью поддержания давления на всасывающей стороне вентилятора на уровне, близком к величине давления, соответствующей максимальному расходу вентилятора. 10. Дуговая электропечь, содержащая рабочее пространство со сводом, трубопровод для отвода выделяющихся из печи газов, соединенный с рабочим пространством печи через отверстие в своде, вытяжной колпак для отвода газов во всасывающую часть, камеру сгорания газов, фильтр и вентилятор со всасывающей частью, соединенные последовательно трубопроводами, первый из которых расположен между вытяжным колпаком и камерой сгорания, второй трубопровод между камерой сгорания и фильтром, третий трубопровод между фильтром и вентилятором, датчики давления и средства регулирования давления, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным трубопроводом, соединенным одним из своих концов с третьим трубопроводом, а другим с атмосферой, при этом первое средство регулирования давления размещено в первом трубопроводе и соединено через регулятор с датчиком давления, расположенным в рабочем пространстве печи вблизи трубопровода для отвода газов из печи, а второе средство регулирования давления расположено в дополнительном трубопроводе и соединено через регулятор с датчиком давления, размещенным вблизи всасывающей части вентилятора.