дуговая рудно-термическая электропечь

Формула изобретения

1. ДУГОВАЯ РУДНО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ, содержащая футерованный кожух, электроды с системами токоподвода, водяного охлаждения, механизмами перемещения и перепуска, труботечки шихтоподачи и вытяжной зонт для сбора и эвакуации отходящих газов, отличающаяся тем, что, с целью улучшения условий труда и уменьшения расхода восстановителя, она снабжена кольцевым соплом с системой подвода воздуха, расположенным в верхней части кожуха и ориентированным в сторону вытяжного зонта.

2. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена форсунками с системой подачи воздуха, установленными под зонтом.

3. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена горелочными устройствами, установленными под зонтом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве непрерывным карботермическим процессом сплавов, требующих систематического обслуживания колошника, например, кремния, высокопроцентного ферросилиция и ряда комплексных ферросплавов.

Рудно-термические электропечи применяются в металлургии и высокотемпературной химии. Они используются для производства кремния, различных сортов ферросилиция, ферромарганца и силикомарганца, сплавов хрома, силикокальция, желтого фосфора, абразивных и других материалов. Мощность современных руднотермических электропечей достигает 75-150 МВА.

В последнее время в металлургии все более широкое применение находят закрытые руднотермические электропечи. Они состоят из кожуха огнеупорной футеровки, образующей рабочее пространство печи, огнеупорного или водоохлаждаемого свода, самоспекающихся или графитизированных электродов с системой их перемещения и перепуска (электродержателя) и системой токоподвода, загрузочного устройства, системы сбора, отвода и очистки газов (см. М.Б.Гутман, Л. С. Кацевич, М.С.Лейканд и др. Электрические печи сопротивления и дуговые печи. М. Энергоиздат, 1983, с. 237). Такие печи позволяют значительно улучшить условия труда обслуживающего персонала, уменьшить количество выбросов в окружающую среду, уменьшить затраты на строительство и эксплуатацию очистных сооружений, уменьшить расход восстановителя, а также полезно использовать химическую энергию колошникового газа. Подобные печи успешно применяются для производства углеродистого ферромарганца и силикомарганца, углеродистого феррохрома и силикохрома, низкокремнистого ферросилиция (65%) карбида кальция, желтого фосфора и др. (см. М.И.Гасик, Н.П.Лякишев, Б.И.Емлин. Теория и технология производства ферросплавов М. Металлургия, 1988, 784 с). Однако в закрытых печах затрудняется обслуживание колошника. Невозможна также плавка сплавов, сопровождающихся интенсивным пылеобразованием (высококремнистый ферросилиций, кремний) или испарением части продуктов (силикокальций и др. ) значительная часть возгонов при этом осаждается под сводом, подсводное пространство забивается пылью, что приводит к полному расстройству процесса. Важным недостатком закрытых рудно-термических печей является их повышенная взрывоопасность. Последнее не позволяет уменьшить выделение пыли под сводом за счет увеличения скорости газа и интенсивности его отсоса. Поэтому, несмотря на серьезные преимущества закрытых рудно-термических печей, в металлургии широко используются открытые рудно-термические печи.

Наиболее близкой к заявленной является дуговая рудно-термическая печь для непрерывной плавки ферросплавов, содержащая открытую футерованную огнеупорами ванну с кожухом, подвесные электродержатели с системой перемещения и перепуска электродов, короткую сеть с гибким токопроводом, обеспечивающим возможность вертикального перемещения электродов, бункеры и труботечки шихтоподачи на колошник и вытяжной зонт для сбора, самопроизвольного сжигания и эвакуации реакционных газов. Печи подобной конструкции строятся как круглыми, так и прямоугольными (см. авт. св. СССР N 548758, кл. F 27 D 11/10, 1975). Такая конструкция рудно-термической печи позволяет эффективно и быстро реагировать на расстройства процесса, изменяя состав шихты, загружать на различные участки колошника шихту различного состава, систематически обслуживать, например опиковывать колошник. В подобных печах можно выплавлять сплавы любого состава.

Однако для открытых печей характерны очень тяжелые условия труда обслуживающего персонала. На колошник печи с огромной скоростью подсасывается воздух. В результате на колошнике сгорает часть восстановителя и отходящие из шихты газы. Это создает очень тяжелые условия для обслуживания колошника. С другой стороны, горение газа в десятки раз увеличивает скорость их движения, создает на поверхности колошника разряжение и тем самым еще увеличивает скорость движения подсасываемого на колошник воздуха. В результате не только окисляется часть восстановителя (особенно высокореакционного древесного угля), но и интенсивно выносятся мелкие его фракции. Поэтому расход высокореакционного восстановителя древесного угля и древесной щепы в таких печах в 1,5-2,0 раза превышает теоретический.

Целью изобретения является улучшение условий труда обслуживающего персонала и уменьшение расхода восстановителя, особенно наиболее дефицитных его сортов древесного угля и его заменителей (лигнина, целлолигнина, нефтяного кокса и др.). Поставленная цель достигается тем, что известная дуговая руднотермическая электропечь, содержащая футерованный кожух, электроды с системами токоподвода, водяного охлаждения, механизмами перемещения и перепуска, труботечки шихтоподачи и вытяжной зонт для сбора и эвакуации отходящих газов, согласно изобретению снабжена кольцевым соплом с системой подвода воздуха, расположенным в верхней части кожуха и ориентированным в сторону вытяжного зонта.

Для обеспечения безопасной работы электропечь рекомендуется оборудовать форсунками с системой подачи воздуха, установленными под зонтом или горелочными устройствами для дожигания газа.

В рудно-термической печи подобной конструкции при подаче воздуха через кольцевое сопло между кожухом и зонтом образуется воздушная завеса, исключающая подсос атмосферного воздуха.

Благодаря ликвидации подсоса воздуха на поверхности колошника горения ни выделяющихся газов, ни восстановителя не происходит. Это примерно в 10 раз уменьшает скорость движения газа над колошником. В результате не только устраняется угар древесного угля, древесной щепы и других восстановителей, но и практически ликвидируется вынос мелких фракций восстановителя.

В настоящее время для плавки ряда сплавов используются рыхлители древесная щепа и различные древесные отходы. Так, при плавке ФС90 на Стахановском заводе ферросплавов в шихту дается одубина, на Кузнецком заводе ферросплавов, Братском и Щелеховском алюминиевых заводах в шихту для плавки ферросилиция и кремния вводится древесная щепа (до 1,5-2 м³/т). Однако практически весь углерод из этих материалов сгорает на колошнике. Отсечка подсоса воздуха на колошнике печи позволяет создать на его поверхности восстановительную атмосферу и полезно использовать как минимум 70-90% углерода щепы и одубины, что при расходе щепы 2 м³/т равноценно расходу примерно 300 кг древесного угля. Газы, отводимые из-под зонта обычных печей содержат 1-3,7% СО₂, 0,1-2,7% СО, 18-20% О₂ и 74-78% N₂. Следовательно, восстановитель и газы не только на 50-80% сгорают на колошнике печи, создавая чрезвычайно тяжелые условия для работы обслуживающего колошник персонала, но и разбавляются подсасываемым воздухом. Степень разбавления составляет примерно 11-170. Поэтому от печи мощностью 16,5-20 МВА на газоочистку направляется примерно 300 тыс. нм³ газа в час. При работе с отсечкой такой подсос воздуха на колошник исключается. Поэтому колошниковый газ под зонтом разбавляется лишь за счет смешения его с отсекающим воздухом. Однако при этом концентрация СО может составлять 30-50% Это может дать газовые смеси, взрывающиеся в газоходах печи. Во избежание взрывов под вытяжной зонт печи подается дополнительно воздух через форсунки из такого расчета, чтобы концентрация СО не превышала ее обычной концентрации в дымовых газах (1-4% СО). Это означает, что степень разбавления газа достаточная для обеспечения не только ликвидации опасности взрывов, но и для получения обычного дымового газа будет составлять только 25-50 вместо обычных 110-170, а в газоочистку будет направляться (с учетом отсоса от летки во время выпуска сплава) 100-150 нм³ газа вместо обычных 200-300 тыс. нм³/ч. При необходимости форсунки для разбавления газа под зонтом могут быть заменены на горелочные устройства для дожигания газа. В этом случае зонт оборудуют системой охлаждения, а сжигаемый газ используют как вторичное топливо для получения горячей воды и пара.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая руднотермическая печь отличается от прототипа наличием устройства для отсечки колошникового газа вертикальной струей воздуха (кольцевое сопло), а также устройством для разбавления или дожигания колошникового газа под зонтом печи, что устраняет опасность его взрыва в системах трубопроводов.

На чертеже представлено сечение печи.

Печь состоит из металлического кожуха 1 и огнеупорной футеровки 2, образующей рабочее пространство 3. Загрузка шихты в печь осуществляется непрерывно или периодически с помощью течек 4. Для выпуска металла печь имеет летку 5 и сливной желоб 6. Подвод электроэнергии в рабочее пространство осуществляется с помощью электродов 7, охлаждаемых водой контактных щек 8, системы труб 9 и гибкой части 10 (короткая сеть). Перемещение и перепуск электродов осуществляется с помощью механизма 11 и зажимных колец 12. Для сбора и эвакуации реакционных печных газов печь оборудована вытяжным зонтом 13 и газопроводом 14.

Для отсечки колошникового газа от атмосферы цеха и ликвидации подсоса воздуха на колошник печь дополнительно оборудована кольцевым соплом 15 и системой подвода к нему воздуха, состоящей из воздухопроводов 16, вентиляторов 17. Диаметр кольцевого сопла, как видно из рисунка, меньше диаметра зонта. Поэтому отсекающий воздух под зонтом смешивается с колошниковым газом. Для дополнительного разбавления газа до концентраций СО, имеющих место в обычных дымовых газах (СО 1-4%), печь оборудована устройством для разбавления газа под зонтом печи 18. Оно состоит из форсунок 19, воздухопроводов 20 и центробежных вентиляторов 21.

При необходимости вместо разбавления газа под зонтом может производиться его дожигание. В этом случае форсунки 19 заменяются на газовые горелки.

Оборудование руднотермической печи кольцевым соплом для отсечки колошникового газа воздухом позволяет:

уменьшить скорость движения газа на колошнике в 50-75 раз. Полностью ликвидируется окисление газа и восстановителя, что улучшает условия труда персонала и условия работы оборудования РТП;

уменьшить суммарный расход восстановителя не менее, чем на 300-400 кг/т и понизить себестоимость металла;

повышается стойкость оборудования печи, уменьшаются потери электроэнергии в короткой сети;

уменьшаются и капитальные и эксплуатационные затраты на очистку газа от пыли;

создается возможность стабилизировать работу печей за счет более точного дозирования восстановителя, что уменьшает расход электроэнергии на 500-1000 кВтч/т.