Устройство для сушки и нагрева сталеразливочных ковшей Российский патент 2025 года по МПК B22D41/15 B22D41/02 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к сушке и нагреву футеровки сталеразливочных ковшей перед их наполнением жидким металлом.

Ковш служит для транспортировки жидкого металла и заливки форм, имеет стальной кожух, стенки и дно которого изнутри выложены огнеупорным материалом в виде кирпичной кладки. Для разливки чугуна ковш футеруют шамотом, а для разливки стали - шамотом или магнезитом. После футеровки ковши должны быть тщательно высушены до полного удаления влаги, кроме того, огнеупорная футеровка ковша должна быть разогрета до заданной температуры перед подачей в ковш жидкого металла с целью предотвращения двух явлений - кристаллизации металла в ковше, с одной стороны, и повреждения футеровки ковша из-за теплового удара, с другой стороны.

Во время сушки из футеровки стальковша выделяется около 50% ядовитых газов, а оставшаяся часть образует углеродную кристаллическую решетку формованных огнеупоров. Выделяющиеся из кирпичной футеровки газообразные вещества, такие как бензол, фенол, формальдегид и крезол, являются канцерогенами или, по крайней мере, канцерогенными и оказывают непосредственное влияние на производственную среду и, соответственно, на здоровье работающих там людей.

При традиционной сушке стальковшей эти газы выходят через выпарные отверстия в кожухе стальковша, загрязняя воздух рабочей зоны, а также через дымовую трубу выбрасываются неочищенными в атмосферу.

В последние десятилетия требования к охране окружающей среды и, соответственно, нормы со стороны природоохранных органов во всем мире становятся все строже. И возможности обнаружить и измерить опасные вещества стали гораздо лучше. Логично, что предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ становятся все более жесткими.

С технической точки зрения существует три известных решения для нейтрализации отходящих газов:

- дожигание в отдельной камере дожигания;

- каталитическое дожигание при более низких температурах, чем термическое;

- прямое дожигание в стальковше.

Известно устройство для нагрева разливочных ковшей (патент RU №2104122, B22D 41/015(1995.01), опубл. 10.02.1998), в котором разливочный ковш размещен в замкнутой камере, и продукты сгорания подводимого газа отводятся из рабочей полости ковша при помощи соответствующих трубопроводов, соединенных с отсасывающим вентилятором.

Известно также устройство для осуществления способа сушки ковшей (патент RU №2094171, B22D 41/015(1995.01), опубл. 27.10.1997), в котором ковш помещают в замкнутый объем, а продукты сгорания отводятся как из полости ковша, так и дополнительно из замкнутого объема.

Общим недостатком известных устройств является то, что отходящие ядовитые газы направляются по трубопроводам в камеру дожигания и там, при более чем 800°С и подаче кислорода, дожигаются. По пути к камере дожигания газы охлаждаются и должны быть заново разогреты до 800°C с использованием дополнительной энергии. Образующаяся при сжигании, особенно фенола, тепловая энергия остается невостребованной и выбрасывается в атмосферу. В зависимости от длины и диаметра используемые трубопроводы достаточно дорогие.

Каталитическому дожиганию присущ существенный недостаток, заключающийся в снижении эффективности катализаторов во времени, поэтому необходимо менять комплект дорогостоящего катализатора приблизительно раз в год, а также футеровку форкамеры через каждые 3 месяца.

В случае прямого термического дожигания испаряемые ядовитые газы собираются в камере и подаются обратно в стальковш. Там при температуре более чем 800°С и с подачей дополнительного кислорода через сопла в крышке ковша вредные дымы нагреваются и практически полностью сгорают. Образующаяся при дожигании вредных веществ тепловая энергия автоматически используется для дальнейшего нагрева футеровки стальковша. В результате дожигания с добавлением дополнительного кислорода в стальковш образуются только диоксид углерода (CO₂) и вода (H₂O).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство, описанное в системе разогрева и способе разогрева ковша для приема жидкого металлического материала (патент RU №2624580, B22D 41/015(2006.1), опубл. 04.07.2017, Бюл. №19), включающее ковш, установленный в ограниченном обноской пространстве и разогреваемый факелом пламени от горелки, установленной на крышке ковша. Для удаления отработанных газов обноска имеет сквозной вытяжной канал с впускным отверстием, расположенным на внутренней стороне обноски. При этом отведенные из внутреннего пространства обноски отходящие газы через газопровод подведены к горелке для сжигания.

Недостатком известного устройства является то, что данная конструкция не позволяет полностью удалить вредные газы из внутреннего пространства обноски. Стальковш по всей поверхности кожуха оснащен каналами или выпарными отверстиями для удаления паров воды при сушке футеровки, а также через эти выпарные отверстия испаряются из ковша вредные углеводородные соединения (отходящие газы).

Количество испаряемых газов (плотность газов) зависит от массы рабочей футеровки ковша. Ковши бывают разной вместимости и, соответственно, отличаются геометрическими параметрами, в частности высотой. Расположение выпарных отверстий зависит от высоты ковша, и, как следствие, эпицентр облака испаряемых газов у каждого ковша свой.

Ковши на каждом заводе разные по высоте и диаметру, и использование, как в прототипе, одного стационарного вытяжного канала для отвода испаряемых газов не позволяет качественно удалять вредные газы из внутреннего пространства обноски. В зависимости от производителя формованных огнеупоров количество связующего в кирпичной кладке футеровки может различаться. Соответственно, количество и плотность испаряемых газов также отличается от ковша к ковшу, что напрямую влияет на расположение эпицентра испарений.

Таким образом, стационарно установленный вытяжной канал не гарантирует полного удаления вредных газов из пространства обноски до окончания процесса сушки. Для устранения этого недостатка необходимо увеличивать время вентиляции внутреннего пространства обноски, но это приводит к дополнительному обезуглероживанию футеровки и снижению срока службы футеровки.

Использование одновременно нескольких вытяжных каналов или установок экономически и конструктивно нецелесообразно (увеличивает габариты оборудования, увеличиваются трудозатраты на обслуживание и т.д.).

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении эффективности удаления вредных газов, образующихся при сушке футеровки стальковшей, а также повышении безопасности работы при данном процессе.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является полная утилизация вредных газов и исключение попадания вредных веществ в воздух рабочей зоны за счет адаптации заявляемого устройства к ковшам с различным расположением эпицентра испаряемых вредных газов.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для сушки и нагрева стальковшей содержит камеру с проемом для установки ковша, закрывающее устройство для закрытия проема камеры. Ковш имеет отверстие для заполнения его жидким металлом, крышку для закрытия этого отверстия, а также горелку, установленную в крышке ковша. Устройство содержит вытяжную установку с проходящей сквозь камеру вытяжной трубой со стороны впуска для отвода газов из внутреннего пространства камеры и подводящим трубопроводом со стороны выпуска для подачи отведенных газов к горелке. Вытяжная труба выполнена составной и имеет неподвижный участок и перемещаемый с входной стороны участок, причем перемещаемый с входной стороны участок выполнен с возможностью телескопического перемещения относительно неподвижного участка, при этом неподвижный участок вытяжной трубы проходит сквозь камеру, а перемещаемый участок вытяжной трубы расположен внутри камеры.

В соответствии с изобретением точка забора вредных газов при сушке футеровки ковша может меняться за счет изменения положения перемещаемого участка вытяжной трубы по высоте камеры.

Конструкция устройства для сушки и нагрева стальковшей поясняется чертежом, на котором:

фиг. 1 - изображена принципиальная схема заявляемого устройства.

Устройство для сушки и нагрева стальковшей включает в себя камеру 1 для установки ковша 2 через проем 4, закрывающее устройство 5 для закрытия проема 4. Ковш 2 имеет отверстие 3 для заполнения его жидким металлом и крышку 6 для закрытия отверстия 3, горелку 7 для создания факела пламени 16, установленную в крышке 6. Кроме того, устройство содержит вытяжную установку 8 с вытяжной трубой 9 со стороны впуска 10 для отвода газов из внутреннего пространства 17 камеры 1 и подводящий трубопровод 11 со стороны выпуска 12 для подачи отведенных газов к горелке 7. Вытяжная труба 9 имеет неподвижный участок 13 и перемещаемый участок 14 с входной стороны 15. Стальковш 2 по всей поверхности кожуха (на чертеже не обозначен) оснащен выпарными отверстиями 18 и 19.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Сталеразливочный ковш 2 с футеровкой (на фиг.е не обозначена), которую надо просушить или разогреть устанавливают в камеру 1 через проем 4. Проем камеры 4 закрывают закрывающим устройством 5, а отверстие 3 ковша 2 накрывают футерованной крышкой 6 с установленной в ней горелкой 7. После паузы безопасности происходит розжиг горелки 7. С помощью тепловой энергии, передаваемой от факела 16 горелки 7, происходит сушка футеровки ковша. При разогреве футеровки до температуры выше 450°С из кирпичной кладки начинают выделяться вредные для окружающей среды углеводородные соединения, т.е. образуются вредные газы, которые улетучиваются из кожуха ковша 2 через выпарные отверстия 18 и 19. Испаряемые вредные газы попадают во внутреннее пространство 17 камеры 1 и удаляются из нее через вытяжную установку 8. Вредные газы всасываются с входной стороны 15 в вытяжную трубу 9, подключенную к стороне впуска 10 вытяжной установки 8, и через подводящий трубопровод 11, подключенный к стороне выпуска 12 вытяжной установки 8, поступают к горелке 7, например к факелу пламени 16 горелки 7, для последующего дожигания внутри стальковша 2. Для более полного и активного дожигания вредных для окружающей среды газов во внутренне пространство ковша 2 подают дополнительный кислород.

Интенсивное выделение вредных газов из выпарных отверстий 18, 19 ковша 2 начинается после достижения температуры ~700-800°С во внутреннем пространстве ковша 2.

Первоначально перемещаемый участок 14 вытяжной трубы 9 устанавливают на уровне нижнего пояса выпарных отверстий 18 ковша 2. По мере продолжения процесса сушки перемещаемый участок 14 вытяжной трубы 9 перемещают к верхнему поясу выпарных отверстий 19 ковша 2 и обратно к нижнему с определенной периодичностью, заданной в программе.

Перед окончанием процесса сушки перемещаемый участок 14 вытяжной трубы 9 передвигают к верхнему поясу выпарных отверстий 19 ковша 2 для эффективного удаления из внутреннего пространства 17 камеры 1 остатков вредных газов, которые не были захвачены вытяжным потоком.

После завершения процесса сушки и разогрева ковша 2 отключают горелку 7 и ковш 2 удаляют из камеры 1 через проем 4. В камеру устанавливают следующий ковш, подлежащий сушке, и цикл повторяется.

Составная конструкция вытяжной трубы универсальна для ковшей с различной высотой.

Кроме того, возможность регулировки точки всасывания (забора) испаряемых вредных газов позволяет максимально эффективно удалять вредные газы из внутреннего пространства камеры и соблюсти чистоту воздуха в рабочей зоне цеха.

Устройство, описанное в настоящей заявке, успешно внедрено в футеровочном отделении ЭСПЦ АО «ОЭМК им. А.А. Угарова». Результаты работы подтверждены инструментальными измерениями чистоты воздуха рабочей зоны во время гарантийных испытаний оборудования, которые подтвердили полное отсутствие вредных веществ в воздухе рабочей зоны цеха.

Перечень позиций

1 - Камера

2 - Ковш

3 - Отверстие для заполнения ковша жидким металлом

4 - Проем в камере для установки ковша

5 - Закрывающее устройство для закрытия проема камеры

6 - Крышка для закрытия отверстия ковша

7 - Горелка

8 - Вытяжная установка

9 - Вытяжная труба

10 - Сторона впуска

11 - Подводящий трубопровод

12 - Сторона выпуска

13 - Неподвижный участок вытяжной трубы

14 - Перемещаемый участок

15 - Входная сторона вытяжной трубы

16 - Факел горелки

17 - Внутреннее пространство камеры

18 - Выпарные отверстия (нижний пояс)

19 - Выпарные отверстия (верхний пояс).

Изобретение относится к области металлургии. Устройство для сушки и нагрева сталеразливочных ковшей содержит камеру (1) с проемом (4) для установки ковша (2), вытяжную установку (8) для удаления из внутреннего пространства (17) камеры (1) отработанных газов через вытяжную трубу (9) и подводящий трубопровод (11) со стороны (12) выпуска для подачи отведенных газов к горелке (7). Вытяжная труба (9) выполнена составной и имеет неподвижный участок (13), который проходит сквозь камеру (1), и, с входной стороны (15), перемещаемый участок (14), который выполнен с возможностью телескопического перемещения относительно неподвижного участка (13) и расположен внутри камеры (1). Выполнение вытяжной трубы с перемещаемым участком позволяет изменять положение точки забора газов, выделяющихся при сушке футеровки стальковша. Обеспечивается утилизация газов, образующихся при сушке стальковша, и исключается попадание вредных веществ в воздух рабочей зоны. 1 ил.

Устройство для сушки и нагрева сталеразливочных ковшей, содержащее камеру с проемом для установки ковша с отверстием для заполнения его жидким металлом, закрывающее устройство для закрытия проема камеры, крышку для закрытия отверстия ковша, горелку, установленную в крышке ковша, вытяжную установку с проходящей сквозь камеру вытяжной трубой со стороны впуска для отвода газов из внутреннего пространства камеры и подводящим трубопроводом со стороны выпуска для подачи отведенных газов к горелке, отличающееся тем, что вытяжная труба выполнена составной и имеет неподвижный участок и перемещаемый с входной стороны участок, причем перемещаемый с входной стороны участок выполнен с возможностью телескопического перемещения относительно неподвижного участка, при этом неподвижный участок вытяжной трубы проходит сквозь камеру, а перемещаемый участок вытяжной трубы расположен внутри камеры.