Устройство для предварительного подогрева шихты Советский патент 1979 года по МПК F27D17/00 

Изобретение относится к металлур гии, в частности к выплавке стали в электропечах и конвертерах, где. при меняется загрузка металлошихты корзинами (бадьями). Известно устройство для предварительного подогрева шихты кислородных конверторов 1, представляющее собо вращающийся барабан с огнеупорной фу теровкой, закрепленный на наклоняющихся секторах либо другом устройст ве, позволяющем наклонять барабан. Один конец барабана соединен с газоотводящим трактом конвертера, а другой - с участком газоотводящего тракта в непосредственной близости к конвертеру. На этом конце помещена фурма, через которую вдувают окис литель в барабан. Во время продувки металла в конвертере порция твердой шихты подогревается в. барабане за счет тепла отходящих газов, а СО в отходящих газах дожигается путем подачи окислителя через фурму. После выпуска плавки барабан наклоняют и подогретую шихту загружают в конвертер, а затем в барабан подают очеред ную порцию шихты и начинают-продувку плавки в конвертере. Недостатком известного устройст. ва является возможность значительного окисления шихты в процессе нагрева. Объясняется зто тем, что шихта нагревается в потоке продуктов полного окисления, имеющих температуру свыше 1500°С. В указанном случае при нагреве лома черных металлов до температуры свыше 800°С неизбежно его окисление, что приводит к снижению выхода годного металла. Окисления металла можно -было бы избежать, ограничивая температуру отходящих газов за счет подсоса в барабан окружающего воздуха для подачи избыточного окислителя через фурму. Однако это повышает потери тепла из-за увеличения объема отходящих газов и снижает эффективность нагрева. Известна также установка для предварительного подогрева шихты, включающая камеру сжигания, зонт для вытяжки газов, рекуператор и камеру дожигания газа с решеткой, снабженная бадьей .Е1ЛЯ шихты, в нижней части которой выполнен кольцевой канал, соединенный с соплами камеры сжигания. Между кольцевым каналом и камерой сжигания установлен насадок. соединенный с трактом подачи газа. Сопла сверху перекрыты козырьками, а количество сопл зависит от диамет ра бадьи 2. Недостатком указанной установки является невозможность нагрева шихты свыше продуктами полного горения, так как это вызывает окисление металла м снижение выхода год ного. В установке предусмотрен нагрев продуктами неполного горения (что снимает ограничения в температуре подогрева шихты) с дожиганием таки продуктов за пределами слоя шихты в специальной камере и последу19щим использованием полученного здесь те ла для нагрева воздуха в рекуперато Этот вариант установки имеет сле дующие недостатки; усложняется конструкция установки (требуется камера дожигания и ре куператор) ; уменьшается степень использовани тепла, так как и в камере дожигания и в рекуператоре неизбежны дополнительные потери тепла. Целью изобретения является улучшение использования тепла отходящих газов, увеличение производитель ности, упрощение конструкции и условий эксплуатации. Цель достигается тем, что сопла размещены в два или более ярусов по высоте бадьи в пределах 1/4-2/3, Такое расположение сопл позволяет дожигать газы непосредственно в слое при температуре шихты ниже . При этом снимается ограничение по температуре нагрева лома про дуктами полного сгорания топлива, а при нагреве продуктами неполного сгорания повышается тепловой КПД устройства вследствие отказа от установки рекуператора и камеры дожигания газов. Одновременно упрощается конструкция устройства и снижают ся затраты на его изготовление. На чертеже показана схема описы ваемого устройства. Устройство содержит загрузочную бадью 1 с раскрывающимся днищем 2. Верхнйя часть бадьи закрывается крышкой 3 с отверстием. Днище 2 ба дьи сопряжено с. дымовым коробом 4, который газоходом 5 соединен с дым сосом б, В боковой стенке бадьи 1 имеется несколько ярусов отверстий с соплами, перекрытыми изнутри защи ными козырьками 8. При этом верхни ярус установлен на расстоянии 2/3 высоты бадьи, а нижний - на рассто нии 1/4 этой высоты. Остальные яру распределяются равномерно между ве ним и нижним, а их количество не ог ничивается (в принципе чем больше ярусов, тем лучше). Устройство работает следующим о разом. Отходящие из сталеплавильной печи, например из дуговой электропечи, газы поступают через отверстие в крышке бадьи, на поверхность размещенного в ней металлолома. Температура и состав газов зависят от периода плавки в стсшеплавильной печи. Температура газов 800-1700°С, а содержание окиси углерода 0-80%. При этом всегда соблюдается следующая закономерность: чем выше температура газов, тем больше в них содержание окиси углерода. Это позволяет подавать газы на поверхность нагреваемого лома, не ограничивая предварительно их температуру, так как наличие в них СО не приводит к окислению лома при нагреве его свыше 800°С. Дожигание окиси углерода, содержащейся в газе, производится в слое лома путем подачи окислителя через сопла, установленные в боковой стенке бадьи. Угол наклона сопл к оси бадьи в зависимости от различных условий может колебаться от 90 до 10°. Начинают подавать окислитель в верхний ярус сопл до тех пор, пока температура лома на уровне указанного яруса не достигает бОО-800с. Величина этой температуры определяется видом нагреваемого лома. Хотя термодинамически заметное окисление лома начинается после нагрева свыше 800°С, проведенные.эксперименты показывают, что лом с развитой поверхностью (например, стружка) начинает окисляться раньше. Так, для весьма мелкой стружки температура начала окисления около 600°С, что объясняется каталитическим действием некоторых окислов, имеющихся на ее поверхности. Эксперименты также показывают, что нет смысла располагать верхний ярус сопл выше 2/3 высоты бадьи, так как при подогреве лома в среднем по массе до 500°С (это гарантирует высокую степень использования тепла и отсутствие окисления металла) за цикл нагрева верхняя часть лома до уровня верхнего яруса успевает достигнуть необходимой температуры без дожигания СО. После того, как температура на уровне верхнего яруса достигает 600800°С, начинают вдувать окислитель в рядом расположенный нижний ярус до тех пор, пока и на его уровне не будет достигнута указанная температура. В такой же последовательности осуществляется подача окислителя через все остальные ярусы сопл (заканчиваясь нижним ярусом). Не рекомендуется располагать сопла нижнего яруса ниже 1/4 высоты бадьи, так как в противном случае наблюдаются перегревы раскрывающегося днища с возможностью его разрушения. Устройство работает аналогично, если вместо отходящих из сталеплавиjльной печи газов использовать проду ты неполного сгорания топлива. Для сравнения показателей предлагаемого и известного устройств на лабораторной установке проводят нагрев металлолома из углеродистой ст ли- в бадье цилиндрической фор.1Ы, в которую помещают 640 кг лома. Размеры бадьи следующие: высота 1000 м диаметр 800 мм. Бадья имеет днище с отверстиями для прососа газов. Пример. Нагрев в предлагаемом устройстве. В крышке бадьи устанавливают газовоздушную горелку, в которую подают природный газ (метан) в количестве 14 . Для предотвращения окисления верхнего слоя лома в бадь сжигание газа с воздухом производят при коэффициенте расхода d О , Ci. На входе в слой параметры продуктов сгорания следующие: состав, %: СО 9,1; СО2 3,7; 11 HjO 14,2; Nj- остальное; температура 1287°С. Дожигание газов производят в сло для чего в боковой стенке бадьи устанавливают 9 сопл в три яруса - по три сопла в ярусе, через которые вдувают воздух. Сопла верхнего яруса расположены на высоте 700 мм; среднего - на высоте 500 мм; нижнего - на высоте 250 мм. Струи воздуха направляют к оси бадьи под углом бО. Количество воздуха рассчитывгио по составу газа при ot 1,1. Подачу в сопла верхнего яруса начинают одновременно с пода.чей природного газа в горелку, расположенную на крышке бадьи. Через 14 мин. на уровне сопл этого яруса достигается температура лома, равная 750°С, после чего - переходят на подачу воздуха через сопла среднего яруса, на которых через 10 мин так5ке достигается температура 750С. 4 После, этого подают воздух в сопла нижнего яруса. Через 8 мин по достижении температуры 700°С подачу возiiyxa в сопла нижнего яруса прекращают. При этом температура лома в нижней части бадьи 380С. Общее время нагрева 32 мин; среднемассовая температура лома 730°С; окисленность (угар) лома, определяемая взвешиванием, 0,10 %. Тепловой коэффициент полезного действия 62,4%, П р и м е р 2. Нагрев в известном устройстве. Бадью оборудуют соплами в нижней части, дожигателем и рекуператором. Природный газ также в количестве 14 м З/ч сжигают с воздухом в горелке при трех режимах: Г., Неполное горение с of- 0,60; II.Полное горение с сХ.1,10; 111.Полное горение с i 1,72. Режимы I и 1Н гарантируют отсутствие окисления лома, так как первый дает восстановительное пламя, а третий ограничивает температуру поступающих на нагрев газов до . Во всех случаях продукты сгорания поступают по трубопроводу к соплам в нижней части бадьи и просасываются через слой лома снизу вверх, а затем направляются в дожигатель и рекуператор. В режимах Н и Щ дожигатель и рекуператор не использую ся, так как в газах нечего дожигать, а температура уходящих из слоя газов низкая . При режиме I дожигатель работает, а в рекуператоре воздух нагревается до 400°С и в дальнейшем используется для сжигания природного газа. При всех вариантах нагрев прекращают, когда температура верхнего слоя лома (на 1меньшая температура по высоте слоя) достигает 380°С. Результаты опытов представлены в таблице.

Время нагрева, мин

Средняя температура лома, °С

Минимальная температура лома, С

Окисленность (угар), % Тепловой КПД, % Производительность, %

Из таблицы следует, что нагрев в предлагаемом устройстве имеет существенные преимущества перед нагревом в известном устройстве при лю54

34

37

685

730

720

380

380

380

4,4

0,12.

0,10 42,6. 58 52,5

59,3

86,5

94

бом-варианте: нагрев ли это пролукта- ми полного или неполного сгорания природного газа. Предлагаемое ус-т65ройство всегда гарантирует практичес