способ сушки и разогрева футеровки сталеразливочного ковша
Классы МПК: | B22D41/015 с внешними средствами нагрева, те источник нагрева не является частью ковша |
Автор(ы): | Лозин Геннадий Аркадьевич (UA), Белитченко Анатолий Константинович (MD), Богданов Николай Александрович (MD), Сапрыгин Александр Николаевич (MD), Конюхов Вадим Владимирович (MD), Лебедев В.И.(RU), Пятайкин Е.М.(RU), Оржех М.Б.(RU), Обшаров М.В.(RU), Кузнецов Е.П.(RU) |
Патентообладатель(и): | Арендное предприятие "Молдавский металлургический завод" (MD) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-10-24 публикация патента:
10.10.1998 |
Изобретение относится к металлургии, в частности к тепловой обработке сталеразливочных ковшей. Способ заключается в том, что при помощи горелки футеровку ковша нагревают до температуры, соответствующей температуре приемки жидкого металла, и отводят конвективным способом рабочую среду за пределы ковша. Внутри ковша создают избыточное давление рабочей среды изменением площади сечения газоотводящего средства. Горелку внутри ковша размещают на расстояние ее торца от крышки в пределах 0,001-0,2 м и ориентируют факел горелки в направлении дна ковша. Нагрев осуществляют в два этапа. На первом этапе поддерживают температуру футеровки в диапазоне Т=100-400oC при обеспечении внутри ковша в течение 60-80% времени нагрева давления рабочей среды 0,5-30 Па. На втором этапе в течение остального времени нагрева поддерживают температуру футеровки в диапазоне 800-1200oC и давление рабочей среды в пределах 15-110 Па. За счет обеспечения равномерного распределения тепловой энергии по поверхности ковша и интенсивного овода рабочей среды сокращается время сушки и разогрева футеровки и повышается КПД. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ сушки и разогрева футеровки сталеразливочного ковша, накрытого крышкой и имеющего газоотводящее средство, включающий нагрев футеровки горелкой до оптимальной для приемки жидкого металла температуры и отвод конвективным теплообменом рабочей среды за пределы ковша, отличающийся тем, что внутри ковша создают избыточное давление рабочей среды путем изменения площади сечения газоотводящего средства, горелку внутри ковша размещают на расстоянии ее торца от крышки в пределах 0,001 - 0,2 м и ориентируют факел горелки в направлении дна ковша, нагрев осуществляют в два этапа, причем на первом этапе температуру футеровки поддерживают в диапазоне 100 - 400oC при обеспечении внутри ковша в течение 60 - 80% времени нагрева избыточного давления, равного 0,5 - 30 Па, а на втором этапе температуру футеровки повышают до 800 - 1200oC и в течение остального времени нагрева поддерживают ее при избыточном давлении рабочей среды, равном 15 - 150 Па. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что весь процесс нагрева осуществляют при изменении коэффициента избытка воздуха от 6 до 1,03 по параболической функции в условиях постоянного расхода окислителя. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температурный режим внутри ковша определяют по величине давления рабочей среды под крышкой и регулируют температуру путем изменения площади сечения газоотводящего средства.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии, а именно к технологии термообработки футеровки металлургических емкостей для жидкого металла, преимущественно сталеразливочных ковшей. Известные решения, касающиеся сушки и разогрева футеровки металлургических емкостей для жидкого металла, используют или открытую систему или, "закрытую" систему с применением уплотнительной крышки. При использовании известных методов сушки и разогрева в открытых системах практически невозможно обеспечить равномерный нагрев всей массы рабочей среды в полости системы нагрева, т.е. в ковше. В ковше возникает неконтролируемый перепад температур (неравномерное температурное поле), который вызывает ухудшение качества сушки. Процесс сопровождается существенными потерями тепла через открытое пространство ковша, в связи с этим КПД установки находится на относительно низком уровне. И в том и в другом случае факел горелки работает с сохранением стехиометрического соотношения топливо-окислитель. Однако при расположении высокотемпературного факела в нижней части ковша происходит местный перегрев кладки, ее разрушение, донная часть ковша греется неудовлетворительно, причем интенсивность массообмена рабочей среды минимальна. В качестве прототипа принято изобретение по авторскому свидетельству SU N 1687369, 23.11.87. В нем описан способ сушки и разогрева футеровки сталеразливочного ковша, имеющего установленную с зазором относительно ковша крышку для отвода рабочей среды, заключающийся в том, что нагревают при помощи горелки футеровку ковша до температуры, соответствующей оптимальным температурным условиям приемки жидкого металла, отводят конвективным способом рабочую среду, состоящую из продуктов сгорания топлива и содержащую физическую и химическую влагу, из ковша. К недостаткам известного решения относятся невысокий КПД ввиду потерь тепловой энергии, а также неэкономичность технологического процесса термообработки футеровки, обусловленная неравномерным распределением тепловой энергии по внутренней поверхности ковша. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка технологий сушки и разогрева футеровки металлургической емкости, преимущественно сталеразливочного ковша, обеспечивающей повышение КПД процесса нагрева за счет обеспечения равномерного распределения тепловой энергии в объеме ковша при конвективном нагреве футеровки, ограниченной интенсивности отвода рабочей среды, состоящей из продуктов сгорания топлива и содержащих физическую и химическую влагу, а также за счет сокращения времени на термический процесс обработки футеровки ковша. Для достижения указанного выше технического результата в известном способе сушки и разогрева футеровки сталеразливочного ковша, накрытого крышкой и имеющего газоотводящее средство, заключающемся в том, что нагревают при помощи горелки футеровку ковша до температуры, соответствующей температуре приемки жидкого металла, отводят конвективным способом рабочую среду за пределы ковша, величину площади газоотводящего средства определяют из условия обеспечения избыточного давления рабочей среды внутри ковша, размещают горелку внутри ковша под крышкой с возможностью расположения его торца на расстоянии от крышки в пределах 0,001 - 0,2 метра и ориентируют факел горелки в направлении дна ковша, нагревание осуществляют в два этапа, на первом этапе термообработки поддерживают температуру футеровки в диапазоне T = 100-400oC при обеспечении внутри ковша в течение 60 - 80% времени нагрева давления рабочей среды, определяемого из диапазона 0,5-30 Па, а на втором этапе повышают температуру футеровки до T = 800-1200oC и в течение остального времени нагрева поддерживают ее при давлении рабочей среды, определяемом из диапазона 15-150 Па. Кроме того, весь процесс нагрева осуществляют при изменении коэффициента избытка воздуха - Кв от 6 до 1,03 по параболической функции в условиях постоянного расхода по ходу нагрева. Кроме этого, температурный режим внутри ковша определяют по состоянию давления рабочей среды под крышкой ковша, при этом регулирование температуры осуществляют изменением площади сечения газоотводящего средства. На фиг. 1 изображен общий вид устройства для термической обработки футеровки. На фиг. 2 - график изменения давления в ковше под крышкой в зависимости от температуры внутри ковша. На фиг. 3 - график изменения влажности материала футеровки и температуры термообработки. Установка для сушки и разогрева сталеразливочного ковша содержит многосопловую горелку 1, расположенную в верхней части ковша 2 и закрепленную на крышке 3. Горелка выполнена высокотемпературной в соответствии с заявкой на изобретение "Устройство для сушки и разогрева футеровки металлургических емкостей", поданной в один день с данной заявкой. Горелка 1 размещена внутри ковша 2 под крышкой 3 с возможностью расположения его торца на расстоянии H от крышки 3, выбираемом из диапазона от 0,001 до 0,2 метра, при этом факел горелки 1 ориентирован в направлении дна 4 ковша 2. Термообработка (сушка и/или разогрев) футеровки ковша 2 до температуры 1200oC осуществляется продуктами сгорания топлива, в частности природного газа. Нагрев футеровки производится в газо-плотной системе с газоотводящим средством, образованной футерованным металлораздаточным ковшом 2 и прилегающей к ней футерованной крышкой 3 с зазором расчетного сечения для отвода рабочей среды, состоящей из продуктов сгорания и продуктов физической и химической влаги. Нагрев осуществляют факелом, образованным двумя составляющими - постоянной и переменной. Постоянная составляющая характеризуется количеством воздуха, удовлетворяющим требованиям изменения режима и темпа нагрева. Объем воздуха определяется экспериментальным путем и должен обеспечивать изменение температуры рабочей среды по заданному режиму при изменении тепловой мощности факела от минимума до максимума. Объем воздуха определяет интенсивность теплосъема и зависит от вида футеровки (наливная футеровка или штучная из кирпича). Переменная составляющая характеризуется расходом топлива. Регулирование расхода топлива от минимального до максимального количества также обеспечивает изменение температуры рабочей среды и интенсивности термообработки. В зависимости от конкретного материала футеровки изменением регулирования температуры коэффициента расхода воздуха на многосопловой горелке 1 осуществляется изменение температуры. В частности, для получения температуры 100oC и более в начале процесса термообработки коэффициент расхода равен Кв = 6, а для получения температуры 1200oC в конце процесса термообработки коэффициент расхода воздуха доводят до Кв = 1,03. При увеличении Кв > 6 происходит увеличение скорости истечения газовоздушного потока из сопл горелки более расчетной, равной 60 м/с, в результате происходит срыв пламени, обуславливающий неравномерный прогрев футеровки. При снижении коэффициента расхода воздуха менее 1,03 (стехиометрическое соотношение) происходит недожог топлива с повышением содержания оксида углерода CO (угарного газа) и снижения теплового КПД горелки 1. Например, при Кв = 0,7 содержание CO в отходящих газах увеличивается до 2%, а КПД снижается до 3%. В условиях конвективного теплообмена в первый период, характеризуемый постоянной скоростью сушки, удаление влаги осуществляется преимущественно с рабочей поверхности футеровки 7. Температура теплоносителя в этот период меняется в пределах 100 - 400oC и зависит от количества удаляемой влаги. По истечении периода постоянной скорости сушки (фиг. 3) скорость сушки уменьшается (период падающей скорости сушки) до достижения критической влажности футеровки, температура материала в течение этого периода увеличивается и приближается к температуре 400oC рабочей среды. Внутри материала возникает температурный перепад![способ сушки и разогрева футеровки сталеразливочного ковша, патент № 2119844](/images/patents/352/2119844/2119844-2t.gif)
![способ сушки и разогрева футеровки сталеразливочного ковша, патент № 2119844](/images/patents/352/2119844/2119844-3t.gif)
hr = gH(Pa-Pp),
где
g - ускорение силы тяжести, м/с2,
hr - геометрической напор H/м2,
Pa - атмосферное давление кГ/м2,
Pp - плотность рабочей среды при начальной температуре кГ/м3. Давление под крышкой 3 ковша 2 в конце первого этапа нагрева изменяется с постоянной скоростью по линейной зависимости (фиг. 2) и будет соответствовать геометрическому напору рабочей среды при температуре в конце данного периода. Продолжительность первого периода составляет 60-80% всего процесса нагрева. Уменьшение времени начального периода, связанного с испарением физической влаги, менее 60% приводит к преждевременному подъему температуры, при этом происходит резкое вскипание не удаленной из футеровки влаги и разрушение кладки. Увеличение более 80% периода приводит к удлинению процесса нагрева и необоснованному расходу топлива. Необходимое избыточное давление в ковше устанавливается уменьшением площади сечения газоотводящего средства. В представленном на фиг. 1 примере газоотводящее средство выполнено в виде зазора 5 между ковшом 2 и крышкой 3, предназначенного для отвода рабочей среды. Величина зазора 5 определяется с помощью контролирующих приборов, в частности микроманометра или трубки "Пито" в период наладки. Избыточное давление в ковше необходимо обеспечить для равномерного распределения рабочей среды по всему объему ковша и получения эффекта "затопленного" факела. На втором этапе нагрева с температурой давление в ковше изменяется в результате изменения геометрического напора при повышении температуры теплоносителя от 400 до 1200oC и за счет увеличения расхода теплоносителя и давления в ковше по параболической функции P=f(hr; Q2), где Q - расход топлива м3/ч, при неизменной площади сечения газоотводящего средства, определяемой в данной случае величиной зазора 5 для удаления продуктов сгорания. Кроме того, увеличение давления в ковше обеспечивается повышением объема теплоносителя, участвующего в циркуляции при турбулентном перемешивании, возникающем при введении струй теплоносителя в ограниченный объем. При термообработке ковша с футеровкой из штучного огнеупора - кирпича, начальная температура выбирается из условия: перепад температуры
![способ сушки и разогрева футеровки сталеразливочного ковша, патент № 2119844](/images/patents/352/2119098/916.gif)
Класс B22D41/015 с внешними средствами нагрева, те источник нагрева не является частью ковша