способ дожигания горючих газов в дуговой печи

Формула изобретения

1. Способ дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной печи, включающий подачу в рабочее пространство дуговой печи закрученного потока кислорода, дожигание образующихся над шлаковой ванной печи горючих газов, подачу к шлаковой ванне выделяющейся тепловой энергии от дожигания горючих газов и отсос потока отходящих газов, отличающийся тем, что отсос потока отходящих газов осуществляют через патрубок, установленный в своде печи, подачу закрученного потока кислорода навстречу потоку горючих газов осуществляют с помощью подвижной фурмы, размещенной по оси упомянутого патрубка, а дожигание осуществляют между входом в патрубок, сводом, стенами и шлаковой ванной печи с образованием факела дожигания, направленного под углом 30-60° к поверхности шлаковой ванны печи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль интенсивности дожигания горючих газов в рабочем пространстве дуговой печи осуществляют за патрубком с помощью автоматического газоанализатора или по данным измерения содержания кислорода в отходящих газах с помощью электрохимического датчика.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расход кислорода изменяют по ходу работы дуговой печи в зависимости от содержания CO и H₂ в составе отходящих газов из патрубка печи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что за патрубком отбирают пробу отходящих газов и осуществляют их анализ на основные компоненты, включая CO, CO₂, O₂.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу тепловой энергии к шлаковой ванне осуществляют прямым направленным потоком излучения от факела дожигания и косвенными потоками излучения от футеровки свода и стен дуговой печи.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что закрученный поток кислорода образуют на выходе из сопла фурмы при движении по резьбовой нарезке, выполненной на его внутренней поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способу дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной печи, в которой используется принцип непрерывной подачи металлизованных окатышей через свод печи в ванну агрегата.

Известны способы дожигания горючих газов [1, 2] в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов, использующих принцип подачи струйных потоков кислорода во встречный поток выделяющихся из зоны продувки горючих газов, содержащих до 80-90% окиси углерода в своем составе [3].

Недостаток всех этих известных способов [1, 2] и других способов [3, 4] дожигания горючих газов в рабочем пространстве заключается в том, что в этих условиях в процессе дожигания, как правило, участвует ограниченный объем выделяющихся из ванны агрегата горючих газов, а это приводит к снижению степени дожигания газов в печи, перерасходу окислителя и уменьшению возврата тепла к ванне тепла, выделяющегося при дожигании горючих газов. Кроме того, в известных способах [1, 2, 4] для организации процесса дожигания горючих газов в различных частях рабочего пространства, например, дуговой печи применяют устройства весьма сложной конструкции, что существенно снижает производительность процесса дожигания горючих газов и, следовательно, ухудшаются основные технико-экономические и теплотехнологические показатели электроплавки стали в дуговой печи [2, 3].

Особенность известных способов дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов заключается в применении локальных устройств [1, 2], например фурм, для подачи потоков кислорода в объемы горючих газов над ванной агрегата [1] или в подсводовое пространство [2, 4], например, дуговой печи.

В этих и других известных способах [1, 2, 4] дожигание горючих газов кислородными потоками, таким образом, осуществляют выборочно, т.е. при этом не охватываются значительные объемы рабочего пространства агрегата и поэтому эффективность применения окислителя для дожигания и степень использования тепла [4] от дожигания на нагрев металла и шлака в печи являются недостаточными и малоэффективными.

Задачей изобретения является повышение эффективности и производительности процесса дожигания горючих газов в рабочем пространстве дуговой печи с применением более эффективного метода подвода потока кислорода в зону дожигания основного объема горючих газов в агрегате. Это достигается благодаря тому, что потоки кислорода направляют не только в объеме наибольшего выхода горючих газов из ванны агрегата [1], но и организуют закрученный поток кислорода [5] с рассредоточенной подачей окислителя по поверхности свода агрегата или путем создания сплошной газовой завесы [1] над металлом или вдоль огнеупорной поверхности [2, 4] свода или боковых стенок электропечи.

Однако, несмотря на достигнутые успехи [1, 2, 4] по повышению производительности дожигания горючих газов и повышению эффективности использования [3] тепла от дожигания для нагрева металла и шлака в ванне печи, все известные способы не нашли широкого практического применения из-за несовершенства применяемых устройств в этих изобретениях и из-за высоких издержек по эксплуатации этих устройств вследствие их несовершенства и сложностей в конструктивном исполнении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ [5] дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов. Сущность данного способа [5] заключается в подводе струй кислорода в рабочее пространство, например, дуговой печи над уровнем металла. При этом струи кислорода подводят в тангенциальном направлении к огнеупорной поверхности диффузора, а дожигание горючих газов осуществляют на огнеупорной поверхности диффузора, свода или стен печи на основе применения устройства, включающего фурму с подводящими трубопроводами. Устройство состоит из диффузора, снабженного в верхней части цилиндрическим стаканом с дном и тангенциальными отверстиями, которые позволяют направлять струи кислорода на дожигание горючих газов в печи.

Недостаток указанного способа [5], как и других известных способов [1, 2, 4] дожигания горючих газов в рабочем пространстве, например, дуговой печи, заключается в сложности их практического исполнения в производственных условиях из-за конструктивного несовершенства устройств, применяемых для высокоэффективной реализации известных способов дожигания горючих газов в рабочем пространстве агрегата.

Для решения этой сложной технической задачи требуется разработка нового способа дожигания горючих газов, например, в дуговой печи, где представляется возможным осуществлять процесс дожигания горючих газов закрученным потоком кислорода в объеме максимальной концентрации этих горючих газов вблизи выхода через патрубок в своде печи. Максимальная концентрация потока горючих газов образуется в рабочем пространстве дуговой печи и концентрируется вблизи патрубка [4, рис.1, стр.38], через пространство которого осуществляется отсос отходящих газов из рабочего пространства агрегата.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в увеличение степени дожигания горючих газов в объеме максимальной концентрации упомянутых газов вблизи патрубка в своде печи.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной печи, включающий подачу в рабочее пространство дуговой печи закрученного потока кислорода, дожигание образующихся над шлаковой ванной печи горючих газов, подачу к шлаковой ванне выделяющейся тепловой энергии от дожигания горючих газов и отсос потока отходящих газов, отличающийся тем, что отсос потока отходящих газов осуществляют через патрубок, установленный в своде печи, подачу закрученного потока кислорода навстречу потоку горючих газов, отсасываемых в сторону упомянутого патрубка, осуществляют с помощью подвижной фурмы, размещенной по оси упомянутого патрубка. Дожигание образующихся над шлаковой ванной печи горючих газов осуществляют в объеме закрученного потока кислорода между входом в патрубок, сводом, стенами и шлаковой ванной печи с образованием факела дожигания, направленного под углом 30-60° к поверхности шлаковой ванны печи.

При этом интенсивность дожигания горючих газов в рабочем пространстве дуговой печи за патрубком контролируют с помощью автоматического газоанализатора или осуществляют контроль интенсивности дожигания горючих газов по данным измерения содержания кислорода в отходящих газах за патрубком с помощью электрохимического датчика.

Также изменяют расход закрученного потока кислорода по ходу работы дуговой печи в зависимости от содержания CO и H₂ в составе отходящих газов из патрубка печи.

Кроме того, за патрубком отбирают пробу отходящих газов и осуществляют их анализ на основные компоненты, включая CO, CO₂, O₂.

В частном случае подачу тепловой энергии к шлаковой ванне осуществляют прямым направленным потоком излучения от факела дожигания и косвенными потоками излучения от футеровки свода и стен дуговой печи.

При этом закрученный поток кислорода образуют в рабочем пространстве печи на выходе из сопла фурмы, причем закручивание потока обеспечивают при его движении по резьбовой нарезке на внутренней поверхности сопла фурмы перед входом в патрубок в дуговой печи.

Работа по данному способу осуществляется (см. фиг.1) следующим образом. При электроплавке стали в дуговой печи (1) образуется в ванне металл (2) и шлак, где в результате химических реакций образуются горючие газы (CO и H₂), а другая часть горючих газов образуется при дожигании топлива в горелках или при подаче углеродсодержащих материалов в ванну печи. Образовавшиеся горючие газы из ванны поднимаются в сторону свода (4) дуговой печи и движутся в сторону патрубка (5) для отсоса и удаления этих газов из рабочего пространства агрегата. Для дожигания горючих газов встречным потоком кислорода в рабочем пространстве дуговой печи применяют фурму (6), которую размещают по центру внутри патрубка (5), причем между фурмой (6) и стенками патрубка (5) образуют зазор для прохода потока отходящих из печи газов (7). При этом поток отходящих газов (7) после выхода из патрубка (5) содержит меньшее содержание горючих газов (CO и H₂ ) из-за их предварительного дожигания до выхода в патрубок (5) встречным закрученным потоком кислорода (8) или в рабочем пространстве печи. Для выпуска металла и шлака по окончании электроплавки дуговая печь (1) имеет отверстие (9) и летку (10) в корпусе агрегата. Для оценки степени дожигания горючих газов в дуговой печи (1) применяют систему контроля состава отходящих газов (11), что позволяет путем изменения расхода кислорода (12) на фурму (6) в патрубке достигать минимального содержания горючих газов (CO и H₂) в системе отвода (13) уходящих из печи газов.

Предлагаемый способ дожигания горючих газов в дуговой печи (фиг.1) может быть реализован путем установки в патрубке (5) дуговой печи (1) подвижной фурмы (6), позволяющей осуществлять эффективное дожигание горючих газов в пространстве печи путем регулируемой подачи закрученного потока (потоков) кислорода, в котором протекают процессы подсоса газов и их дожигание с выделением тепла над ванной агрегата.

Имеющийся опыт [1, 3] работы сталеплавильных агрегатов, использующих способ дожигания горючих газов встречными потоками кислорода в объеме наибольшего содержания CO и H₂, свидетельствует [1] о возможности достижения наилучшего эффекта по дожиганию этих газов с выделением тепла для нагрева металла и шлака в ванне печи, что способствует достижению высоких технико-экономических показателей и в том числе с улучшенными теплотехническими показателями процесса плавки стали.

Список используемых источников

1. Меркер Э.Э., Казаков С.В., Лузгин С.В., Окороков Б.Н., Карпенко Г.А. Способ дожигания оксида углерода над зоной продувки в конвертере. Патент РФ на изобретение № 2370546. Опубл. 20.10.2009. Бюл. № 29.

2. Арутюнов В.А., Стомахин А.Я., Егоров А.В. и др. Фурма для дожигания горючих газов в полости сталеплавильных агрегатов. Патент РФ № (11) 2084541. Опубл. 20.07.1997. БИ 18/2010 г.

3. Нейгебауэр Г.О., Дмитриенко В.И. и др. // Состав газовой фазы в рабочем пространстве дуговой сталеплавильной печи. Сталь № 3, 1987. С.38-41.

4. Арутюнов В.А., Стомахин А.Я., Егоров А.В. и др. // Фурма для дожигания горючих газов в полости металлургических агрегатов. Патент РФ № (11) 2130082. Опубл. 10.05.1999. Заявка 98109185/02, 13.05.1998.

5. Арутюнов В.А., Стомахин А.Я., Егоров А.В. и др. Способ дожигания горючих газов в рабочем пространстве сталеплавильных агрегатов. Патент РФ № (11) 2081180. Опубл. 10.06.1997. БИ 01/2009 г.