Склепіння електродугової печі

1. Склепіння електродугової печі, що містить водоохолоджувану центральну частину з електродними отворами, периферійну частину, газодинамічні ущільнювачі, кожний з яких виконаний у вигляді розташованого навколо електродного отвору кільцевого колектору з соплами, розміщеними тангеційне, вісь яких направлена під кутом до повздовжньої вісі склепіння, яке відрізняється тим, що 33139 поверхнею ущільнювального пристрою і електродом. З відомих пристроїв найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, є склепіння електродугової печі, що містить центральну частину, виконану з водоохолоджуваних панелей з електродними отворами, навколо яких розміщені кільця з шамотної цегли, на яких встановлені струменеві газодинамічні ущільнювачі, що виконані у вигляді кільцевого колектора з соплами, вісь яких направлена вниз під кутом 30° до горизонталі (60° до поздовжньої вісі склепіння), а в плані - по дотичної до кола, що проходить через середину зазору між електродом і стінкою ущільнювача, постаченого водоохолоджуваним корпусом, причому на колекторі встановлене додаткове ущільнювальне кільце з вогнетривкого бетону, внутрішній діаметр якого менш внутрішнього діаметру водооохолоджуваного корпусу (Підвищення ефективності газовиведення дугових сталеплавильних печей. Кисельов А.Д., Тулуєвський Ю.Н., Зінуров І.Ю. - М. Ме талургія, 1992, с. 56-57). Суттєві ознаки відомого пристрою, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється: 1. Водоохолоджувана центральна частина з електродними отворами. 2. Периферійна частина. 3. Газодинамічні ущільнювачі, кожний з яких виконаний у вигляді розташованого навколо електродного отвору кільцевого колектора з соплами, розміщеними тангенційно. 4. Вісь сопла направлена під кутом до поздовжньої вісі склепіння. Відомий пристрій не дозволяє досягнути очікуваного технічного результату. Водоохолоджувана центральна частина склепіння електродугової печі складається з водоохолоджуваних панелей, призначенням яких є теплозахист центральної частини склепіння. Такий елемент конструкції склепіння не може бути використаний в печах, в яких складовим елементом процесу є шлакометалевий розплав з інтенсивним тепловипромінюванням його поверхні, в особливості, зони горіння дуги, наприклад при виплавці сталі в електродуговій печі, тому, що за відсутності вогнетривких складових на внутрішній поверхні склепіння неможливо створити гарнісаж з високими теплоізолювальними характеристиками, що неминуче призведе до випадків прогару і утворенню інших аварійних ситуацій. Встановлені на склепінні газодинамічні ущільнювачі, що виконані у вигляді розташованого навколо електродного отвору кільцевого колектора не є охолоджувальними пристроями, які могли б змінити тепловий баланс печі за рахунок інтенсивного охолоджування електроду. Їхнє призначення локально, ущільнювач - це камера для змішування охолоджувальних газів і подавання їх з надмірним тиском через електродний зазор у газовий простір печі для запобігання вибивання пічних газів через електродний зазор. Надмірний тиск охолоджувальних газів, зумовлений конструктивними властивостями газодинамічного ущільнювача у склепінні печі, неминуче призведе до вибивання пічних газів крізь щілини кожуха печі і робоче вікно, а також підсисанню повітря у піч, підтримуючи завдяки цьому пульсаційний режим тиску пічних газів в об’ємі печі, що перешкоджає створенню в підсклепінному просторі зони охолоджування нижньої поверхні склепіння, посилює його перегрів і знижує стійкість, а також негативно впливає на процес виплавки сталі і на якість готового продукту. Тангенційно розміщені в кільцевому колекторі сопла під кутом 60° до поздовжньої вісі склепіння передбачені для формування в об’ємі камери колектора однорідності і напряму потоку охолоджувального газу, що ви тікає з камери з надмірним тиском, який перевищує тиск висхідних пічних газів. При цьому «запірна» функція потоку послаблена, що призводить до погіршення умов для створення зони охолоджування нижньої поверхні склепіння. Подача охолоджувального газу через сопла кільцевого колектора здійснюється в стаціонарному режимі, без можливості управління їм, що не забезпечує ефективне запобігання вибиванню пічних газів, а також перешкоджає створенню в підсклепінному просторі зони охолоджування нижньої поверхні склепіння і призводить його до перегріву, передчасного зносу і створенню аварійних ситуацій. В умовах інтенсивного проведення процесу виплавки сталі у відомій електродуговій печі підвищується окислення та знос електродів, що призводить до порушення технології виплавки, підвищеним енерговитратам, нестабільного процесу виплавки. Продування металевого розплаву киснем призводить до підвищення газоутворення в просторі печі та зростанню тиску і температури пічних газів, що супроводжується вибиванням пічних газів крізь щілини кожуха печі, робоче вікно, в основному, через електродні зазори, інтенсивному тепловипромінюванню і підвищенню теплового навантаження на склепіння, в особливості, на його центральну частину, В основу винаходу поставлено завдання вдосконалення склепіння електродугової печі, в якому за рахунок зміни конструктивних особливостей забезпечується зменшення теплового навантаження на центральну частину склепіння, що дозволяє підвищити стійкість склепіння. Поставлена задача вирішується тим, що в склепінні електродугової печі, що містить водоохолоджувану центральну частину з електродними отворами, периферійну частину, газодинамічні ущільнювачі, кожний з яких виконаний у вигляді розташованого навколо електродного отвору кільцевого колектора з соплами, розміщеними тангенційно, вісь яких направлена під кутом до поздовжньої вісі склепіння, згідно з винаходом водоохолоджувана центральна частина склепіння виконана у вигляді кільцевих трубчасти х елементів, набраних у пакети, один з яких розміщений по зовнішньому периметру центральної частини, а інші - навколо електродних отворів, а над газодинамічним ущільнювачем, вісь сопла якого направлена під кутом 10-55°, розміщений спреєрний охолоджувальний пристрій. Доцільно заповнення порожнин між пакетами кільцевих трубчасти х елементів вогнетривкою футерівкою. 2 33139 Доцільно виконання спреєрного пристрою у вигляді порожнистого кільця з радіальне розміщеними форсунками. Конструктивні особливості запропонованого пристрою за рахунок забезпечення направлення дії кожної суттєвої ознаки на рішення поставленої задачі дозволили створити умови для створення зони охолоджування нижньої поверхні склепіння, що призвело до зменшення теплового навантаження на центральну частину склепіння, його захисту від перегріву і підвищенню стійкості. Водоохолоджувана центральна частина склепіння виконана у вигляді кільцевих трубчастих елементів, набраних у пакети, один з яких розміщений по периметру центральної частини, а інші навколо електродних отворів із заповненням порожнин між пакетами вогнетривкою футерівкою, зменшує теплове навантаження на склепіння, підтримуючи температуру нижньої поверхні склепіння нижче критичної, тобто менше 1600°С, при якій відбувається підвищення електропровідності вогнетривів, що призводить до електричних пробоїв і руйнування склепіння. При цьому відбувається охолоджування пічних газів у підсклепінному просторі, чому сприяє також і утворений гарнісаж. Це призводить до можливості зниження тиску і витрати охолоджувального газу, що позитивно впливає на хід процесу виплавки сталі, тому що зниження тиску в потоці охолоджувального газу перешкоджає вибиванню пічних газів крізь щілини кожуха і робоче вікно печі. При цьому зменшується або виключається підсисання повітря в піч, сприяючи стабілізації тепло- і масообмінних процесів, їх керуванню, що забезпечує створення зони охолоджування нижньої поверхні склепіння, підвищення його стійкості і зменшення зони перегрітої площі електродів. Наявність сопел газодинамічного ущільнювача, вісі яких направлені під кутом 10-55° до поздовжньої вісі склепіння дозволяє організувати струм охолоджувального газу з такою ж кінетичною енергією як і кінетична енергія висхідних пічних газів, що призводить до створення не переважної за інтенсивністю газової протидії, а, немов би «запірного» пристрою перед електродними зазорами, змінюючи аеродинаміку газового струму в об’ємі печі, забезпечуючи при цьому створення зони охолоджування нижньої поверхні склепіння і підвищення його стійкості. Направлення вісі сопла під кутом менш 10° до поздовжньої вісі склепіння недоцільно, тому, що порушуються умови для створення зони охолоджування нижньої поверхні склепіння, бо тепловипромінювальний струм буде направлений вздовж електродів до центральної частини склепіння. Направлення вісі сопла під кутом більше 55° до поздовжньої вісі склепіння також недоцільно, тому, що “запірна” функція газового струму буде послаблена, що призведе до погіршення умов для створення зони охолоджування нижньої поверхні склепіння. Спреєрний охолоджувальний пристрій, розміщений над газодинамічним ущільнювачем і виконаний у вигляді порожистого кільця з радіальне розміщеними форсунками, передбачений для інтенсивного охолоджування верхньої, надсклепінної частини електроду, що сприяє збільшенню його неокислюваної зони, створенню зони охолоджу вання нижньої частини поверхні склепіння, а також служить як додатковий запірний пристрій для запобігання вибивання пічних газів через електродний зазор. Таким чином, усі суттєві ознаки винаходу, що заявляється, направлені на досягнення технічного результату. На фігурі 1 представлений вертикальний розріз запропонованого склепіння електродугової печі. Склепіння електродугової печі містить водоохолоджувану центральну частину, виконану у вигляді кільцевих трубчастих елементів 1, набраних у пакети і периферійну частину, виконану у вигляді кільцевої камери 2. Один пакет кільцевих тр убчастих елементів розміщений по зовнішньому периметру центральної частини, а інші пакети розміщені навколо електродних отворів 3. Порожнини між пакетами заповнені вогнетривкою футерівкою 4. Склепіння містить підвідний кільцевий колектор 5 і відвідний кільцевий колектор 6, що розташовані по зовнішньому контуру склепіння. Склепіння обладнане газодинамічними ущільнювачами, кожний з яких виконаний у вигляді розташованого навколо електродного отвору 3, кільцевого колектора 7 з соплами 8, розміщеними тангенційно, вісь яких направлена під кутом 10-55° до поздовжньої вісі склепіння. Над газодинамічним ущільнювачем розміщений спреєрний охолоджувальний пристрій, виконаний у вигляді порожнистого кільця 9 з радіальне розміщеними форсунками 10, що закріплений на кільцевому тр убчастому елементі 1. Склепіння працює наступним чином. Після завалки печі та перед включенням електродів через кільцевий колектор 5 подають воду, додержуючи її тиск постійним на протязі всього циклу плавки. Вода надходить водночас у водоохолоджувану центральну частину і кільцеву камеру 2. Оскільки трубчасті елементи 1, що набрані у пакети, розташовані вертикально відносно площини склепіння - один по зовнішньому периметру, а інші навколо електродних отворів 3, а порожнини між ними заповнені вогнетривкою набивкою 4, то створюються охолоджувальні зони - одна в об’ємі центральної частини склепіння, а друга - у підсклепінному просторі за рахунок суміщення охолоджувального ефекту утвореного гарнісажу на поверхні вогнетривкої набивки 4 і охолоджувального ефекту трубчастих елементів 1. Вода відбирає тепло пропорційно площі охолоджування трубчастих елементів і відводиться через відвідний кільцевий колектор 6. Водночас здійснюють подачу води в спреєрний охолоджувальний пристрій, виконаний у вигляді порожнистого кільця 9, що закріплений на кільцевому тр убчастому елементі 1. Через радіальне розміщені форсунки 10 порожистого кільця 9 струменеві води постійно витікають на поверхню електрода, охолоджуючи його, чим сприяють збільшенню холодної частини електрода та зменшенню його критичної зони, тобто зони інтенсивного окислення електрода. Цим створюються умови не тільки зменшення ерозії електрода, але й утворення зони охолоджування у підсклепінному просторі печі. 3 33139 В кільцевий колектор 7 подають повітря (охолоджувальний газ), який через сопла 8 надходить з кінетичною енергією рівною кінетичній енергії висхідних газів в робочий простір печі через електродні зазори. Направлення струменю повітря (охолоджувального газу) під кутом 10-55° до вісі електрода й зменшення його витрати з-за попереднього охолоджування пічних газів у підсклепінному просторі забезпечило можливість регулювання вихровим струмом повітря, підвищуючи їхню турбулентність і збільшуючи опір висхідному струму пічного газу без підвищення тиску пічного газу в робочому просторі печі, що призводе до створення зони охолоджування нижньої поверхні склепіння. Використання запропонованого пристрою дозволяє: 1. Створити умови для створення і підтримки на протязі процесу виплавки сталі в підсклепінно му просторі печі зони охолоджування нижньої поверхні склепіння, що забезпечить зменшення теплового навантаження на центральну частину склепіння і підвищить стійкість склепіння. 2. Організувати теплозахист центральної частини склепіння без застосування спеціальних вогнетривів, спеціальних методів їхньої кладки і збільшення товщини футерованого шару. 3. Забезпечити захист електродних зазорів від винесення пічних газів, не підвищуючи при цьому тиск охолоджувального газу вище тиску пічних газів. 4. Забезпечити інтенсивне охолоджування електродів для зменшення критичної зони їхнього перегріву (700-750°К), в якій йде інтенсивне окислення електродів та їх ерозія. Фіг. 1 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4