Спосіб сушіння або розігрівання футерівки металургійних ковшів

1. Спосіб сушіння або розігрівання футерівки металургійних ковшів, що включає подачу через не менше ніж один пальник газоподібного палива, подачу окиснювача, спалювання палива у робочому просторі ковша і відведення з нього димових 3 ча (внутрішні шари ОКТ). Внутрішній термічний опір значно перевищує зовнішній, а щільність теплового потоку, що передається теплопровідністю всередині ОКТ, набагато менша, ніж щільність теплового потоку, що передається випромінюванням і організованою конвекцією від зовнішнього джерела теплоти до поверхні ОКТ. Крім того, при використанні відомих способів сушіння і/або розігрівання футерівки сталерозливних ковшів має місце низька якість процесу сушіння і/або розігрівання футерівки. З одного боку, значне перегрівання внутрішньої поверхні футерівки, особливо в місцях прямої дії газопаливного факела, може привести до появи тріщин і навіть обвалення приповерхневого шару футерівки в процесі її сушіння. З іншого боку, при постійній витраті палива має місце приблизно постійна довжина високотемпературної зони факела в процесі сушіння і/або розігрівання, що приводить до нерівномірного температурного поля за об'ємом футерівки ковша, перш за все - по його висоті. У ділянках футерівки, що швидко нагріваються, можуть виникнути надмірно великі термічні напруги, які знижують міцність і експлуатаційну надійність футерівки. У ділянках футерівки, що слабко нагріваються, може мати місце неповне видалення вологи (на ковшах після ремонту футерівки), що може привести до аварійної ситуації при подальшому наливанні металу в ківш. Найбільш близьким до способу, що заявляється за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб сушіння і/або розігрівання футерівки металургійних ковшів, який включає подачу через пальник газоподібного палива, подачу окиснювача, спалювання палива у робочому просторі ковша і відведення з нього димових газів, у якому, принаймні один раз за операцію сушіння і/або розігрівання футерівки, подачу палива здійснюють у імпульсному режимі, при якому витрата палива змінюється періодично ступінчасто від максимального до мінімального значення і назад [Сущенко А. В., Курдюков А. А., Койфман А.А. и др. Разработка и внедрение импульсных режимов отопления стендов для сушки и разогрева сталеразливочных ковшей. Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Государственной металлургической академии Украины (Энергетика. Металлургия). В 2-х томах. Т. 1.- Днепропетровск: ГМетАУ, 1999.С. 175- 178]. При використанні відомого способу можна здійснити певну синхронізацію процесів зовнішнього і внутрішнього теплообміну в системі „ОКТ паливний факел - газова фаза в порожнині ковша кришка (при її наявності)" без погіршення нагрівальної спроможності установки. При цьому в періоди подачі палива з мінімальною витратою забезпечується пряма економія палива і окиснювача (зменшується питома витрата їх на операцію сушіння і/або розігрівання футерівки ковша). Крім того, за рахунок зменшення перегрівання поверхні ОКТ знижуються теплові втрати з газами, що відходять, і випромінюванням через горловину ковша (за відсутності теплоізолюючої або тепловідбивної кришки), що також сприяє економії палива. Періодичне переміщення зони максимальних температур факела по висоті ковша при періодичній зміні 53565 4 витрати палива від максимального до мінімального значень і назад сприяє підвищенню рівномірності нагрівання футерівки ковша як по внутрішній поверхні (висоті) футерівки, так і по її товщині. Зменшення перегрівання поверхні ОКТ приводить до поліпшення якості сушіння і умов роботи вогнетривів. Проте, при використанні відомого способу не визначений діапазон оптимальних значень визначального параметра імпульсного режиму подачі палива - частоти зміни витрати палива (частоти імпульсів) - . Крім того, не визначені діапазони оптимальних значень таких важливих параметрів імпульсного режиму подачі палива, як відношення тривалості періодів подачі палива з мінімальною і максимальною його витратою - , і відношення різниці максимальної і мінімальної витрат палива до його максимальної витрати - V. Якщо величина буде надмірно малою, то, практично за будьяких значень і V, істотно знижується ефективність застосування імпульсного режиму подачі палива (імпульсного опалювання установки). При цьому при малих значеннях і V мас місце значне перегрівання внутрішньої поверхні футерівки ковша і. як наслідок, мають місце великі тепловтрати з газами, що відходять, і через горловину ковша, перевитрата палива, нерівномірне температурне поле по висоті і товщині футерівки, низька якість її сушіння і розігрівання, зниження стійкості і перевитрата вогнетривів. При великих значеннях і V істотно знижуються нагрівальна спроможність і продуктивність установки, мають місце зростання тепловтрат від зовнішньої поверхні ковша і перевитрата палива, нерівномірне температурне поле по висоті і товщині футерівки, низька якість її сушіння і розігрівання, зниження стійкості і перевитрата вогнетривів, можливість виникнення аварійних ситуацій, пов'язаних з подачею під наливання металу ковшів з футерівкою, що є недосушеною. При середніх значеннях і V і надмірно малих значеннях величини можуть мати місце як ті, так і інші з вказаних вище недоліків. Якщо величина v буде надмірно великою, то також, практично при будь-яких значеннях і V, істотно знижується ефективність застосування імпульсного режиму подачі палива: по-перше, не встигає встановитися квазістаціонарне температурне поле у приповерхневому робочому шарі футерівки ковша (для заданих значень максимальної і мінімальної витрат палива), що утрудняє синхронізацію процесів зовнішнього і внутрішнього теплообміну в системі „ОКТ (футерівка ковша) - паливний факел - газова фаза в порожнині ковша - кришка (при її наявності)", по-друге, у зв'язку з визначеною величиною часу спрацьовування устаткування, що регулює витрату палива, а також часу релаксації газопаливного факела, останній значну частину часу знаходитиметься у нестійкому режимі, що приведе до погіршення процесів згоряння палива і зниження енергоефективності використання останнього, потретє, істотно знижується надійність роботи електромеханічного обладнання, яке регулює витрату палива. 5 Отже відомий спосіб не забезпечує оптимальну організацію імпульсного режиму подачі палива при сушінні і/або розігріванні футерівки металургійних ковшів, внаслідок чого не використовуються повною мірою можливості зазначеного режиму для підвищення ефективності використання і зниження питомої витрати палива, підвищення якості сушіння і/або розігрівання футерівки металургійних ковшів, підвищення її стійкості і зниження питомих витрат вогнетривів і вогнетривкого матеріалу, а також зменшення вірогідності виникнення аварійних ситуацій. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити відомий спосіб сушіння і/або розігрівання футерівки металургійних ковшів, у якому за рахунок забезпечення оптимальної величини частоти зміни витрати палива (а також оптимальних величин інших параметрів імпульсного режиму подачі палива) зменшуються тепловтрати з нагрівальної установки, підвищується ефективність використання палива та поліпшуються якість сушіння та розігрівання футерівки, що дозволить зменшити питомі витрати палива, та вогнетривів, зменшити вірогідність виникнення аварійних ситуацій, та, в остаточному підсумку, зменшити собівартість металу, що виплавляється. Рішення поставленої задачі здійснюється за рахунок того, що у способі сушіння і/або розігрівання футерівки металургійних ковшів, що включає подачу через не менш ніж один пальник газоподібного палива, подачу окиснювача, спалювання палива у робочому просторі ковша і відведення з нього димових газів, у якому, принаймні один раз за операцію сушіння і/або розігрівання футерівки, подачу палива здійснюють в імпульсному режимі, при якому витрата палива змінюється періодично ступінчасто від максимального до мінімального значення і назад, відповідно до корисної моделі, при подачі палива в імпульсному режимі частоту змін витрати палива встановлюють у діапазоні 0,002-0,1Гц. Крім того, при подачі палива в імпульсному режимі відношення тривалості періодів подачі палива з мінімальною і максимальною витратою встановлюють у діапазоні 0,08-0,85. Крім того, при подачі палива в імпульсному режимі відношення різниці максимальної і мінімальної витрат палива до його максимальної витрати встановлюють у діапазоні 0,2-0,8. А також при подачі палива в імпульсному режимі окиснювач подають через пальник і змінюють його витрату пропорційно зміні витрати палива. При подачі палива в імпульсному режимі з частотою зміни витрати палива (імпульсів), що знаходиться в діапазоні 0,002-0,1Гц, на установках для сушіння і/або розігрівання футерівки металургійних ковшів промислового масштабу (садкою від 20 до 400т) унаслідок синхронізації процесів зовнішнього і внутрішнього теплообміну в системі „ОКТ (футерівка ковша) - паливний факел - газова фаза в порожнині ковша - кришка (при її наявності)" забезпечується мінімізація теплових втрат в установці, має місце найбільш ефективне використання палива і максимальне збільшення теплового ККД процесу, мінімізація питомих витрат енергоносіїв (палива і електроенергії, що витрачається 53565 6 на вироблення вентиляторного повітря, що використовується як окиснювач, без зниження нагрівальної спроможності установки, а також підвищення якості сушіння і/або розігрівання футерівки металургійних ковшів. Якщо величину встановлюють меншою 0,002Гц, то, практично за будь-яких значень і V, суттєво знижується ефективність використання імпульсного режиму подачі палива (імпульсного опалення установки). При цьому за малих значень і V має місце значне перегрівання внутрішньої поверхні футерівки ковша і, як наслідок, мають місце великі тепловтрати з газами, що відходять, і через горловину ковша, перевитрата палива, нерівномірне температурне поле по висоті і товщині футерівки, низька якість її сушіння і розігрівання, зниження стійкості і перевитрата вогнетривів. За більших значень і V суттєво знижуються нагрівальна спроможність і продуктивність установки, мають місце зростання тепловтрат від зовнішньої поверхні ковша і перевитрата палива, нерівномірне температурне поле по висоті та товщині футерівки, низька якість її сушіння і розігрівання, зниження стійкості та перевитрата вогнетривів, можливість виникнення аварійних ситуацій, пов'язаних з подачею під наливання металу ковшів з футерівкою, що є недосушеною. При середніх значеннях і V і надмірно малих значеннях величини (менш ніж 0,002Гц) можуть мати місце як ті, так і інші з зазначених вище недоліків. Якщо величину встановлюють більшою 0,1Гц, то, практично за будь-яких значень і V, суттєво знижується ефективність використання імпульсного режиму подачі палива: по-перше не встигає установитися квазістаціонарне температурне поле у приповерхневому робочому шарі футерівки ковша (для заданих значень максимальної і мінімальної витрат палива), що утруднює синхронізацію процесів зовнішнього та внутрішнього теплообміну в системі „ОКТ (футерівка ковша) – паливний факел – газова фаза у порожнині ковша кришка (за її наявності)"; по-друге, у зв'язку з визначеною величиною часу спрацьовування устаткування, що регулює витрату палива, а також часу релаксації газопаливного факела, останній значну частину часу знаходитиметься у нестійкому режимі, що приведе до погіршення процесів згоряння палива і зниження енергоефективності використання останнього; по-третє, істотно знижується надійність роботи електромеханічного обладнання, яке регулює витрату палива. Діапазон оптимальних значень частоти зміни витрати палива (усередині заявленого діапазону її значень) при імпульсному опаленні установок для сушіння і/або розігрівання футерівки металургійних ковшів промислового масштабу (садкою від 20 до 400т) є 0,008 - 0,03Гц. У цьому діапазоні має місце максимальна ефективність використання імпульсного режиму подачі палива. При подачі палива в імпульсному режимі з частотою зміни витрати палива (імпульсів), що знаходиться в заявленому діапазоні, і підтримці величини відношення тривалості періодів подачі палива з мінімальною і максимальною витратою в діапазоні 0,08-0,85 має місце максимальна ефек 7 тивність використання імпульсного опалювання (у залежності від параметру ). При величині меншій, за 0,08 помітно збільшуються теплові втрати і зменшується економія палива, тому що величина перегрівання внутрішньої поверхні футерівки ковша, яка збільшується за періоди подачі палива з максимальною витратою, не встигає знизитися до оптимального значення в періоди подачі палива з мінімальною витратою (через малу тривалість останніх). При цьому також суттєво підсилюється нерівномірність температурного поля по товщині футерівки і погіршується якість її сушіння і/або розігрівання. Крім того, у цьому випадку для отримання економії палива необхідно встановлювати величину V занадто великою, що є не завжди прийнятним (залежно від параметрів сталої роботи і робочого діапазону регулювання газопальникоізого обладнання, що використовується). При величині більшій ніж 0,85 для того, щоб не допустити зниження нагрівальної спроможності установки, необхідно встановлювати величину V занадто малою, що є нераціональним, бо у цьому випадку зміна довжини газопаливного факела буде незначною. Це приведе до збільшення нерівномірності температурного поля по висоті футерівки ковша і погіршення якості її сушіння і/або розігрівання. При подачі палива в імпульсному режимі з частотою зміни витрати палива і величиною відношення тривалостей періодів подачі палива з мінімальною і максимальною витратою , що знаходяться у заявлених діапазонах, і підтримці величини відношення різниці максимальної і мінімальної витрат палива до його максимальної витрати у діапазоні 0,2-0,8 має місце максимальна ефективність використання імпульсного опалення (у залежності від параметру V). При величині V меншій ніж 0,2 зміна довжини газопаливного факела при імпульсній подачі палива є незначною. Це призводить до збільшення нерівномірності температурного поля по висоті футерівки ковша і погіршення якості її сушіння і/або розігрівання. Локальне перегрівання верхньої частини футерівки ковша приводить також до збільшення теплових втрат і зниження ефективності використання палива. При величині V більшій ніж 0,8 можуть виникнути проблеми, пов'язані з нестійкою роботою газопальникового обладнання. При подачі палива в імпульсному режимі за умови, що окиснювач подають через пальник і змінюють його витрату пропорційно зміні витрати палива, забезпечується (за інших рівних умов) максимальна економія енергоносіїв (палива і електроенергії, що витрачається на вироблення вентиляторного повітря, що використовується як окиснювач). Якщо вказана умова не виконується, тобто витрата окиснювача не змінюється пропорційно зміні витрати палива, то матиме місце або надлишок, або недолік окиснювача щодо його оптимального значення. При надмірній кількості окиснювача збільшується витрата димових газів, що відходять, і зменшується температура факела, що, 53565 8 у свою чергу, приводить до погіршення теплообміну в порожнині ковша і збільшення витрати палива. При недостатній кількості окиснювача може мати місце локальний недопал і пов'язана з ним перевитрата палива. Приклад здійснення способу. Запропонований спосіб пройшов досліднопромислове випробування при опаленні установки (газопальникового стенду) для сушіння і/або розігрівання футерівки сталерозливних 220-тонних ковшів в умовах мартенівського цеху ВАТ «МК «Азовсталь». Нагрівальна установка обладнана знімною металевою тепловідбивною кришкою, в центрі якої встановлюється пальник інжекційного типу. Установка опалюється природним газом високого тиску, який подається в процесі сушіння і/або розігрівання через газовий пальник. Повітря з навколишнього середовища подається через інжекційний пальник за рахунок ежекційної дії витікального природного газу. При цьому витрата окиснювача - повітря «автоматично» змінюється пропорційно зміні витраті палива. В результаті спалювання палива з повітрям у робочому просторі ковша формується високотемпературний факел. Димові гази відходять із ковша через отвір у кришці у димовідвідний тракт. Витрата палива на установку змінюється при необхідності оператором уручну за допомогою регулюючої засувки, що встановлена на газопроводі перед пальником, і контролюється за допомогою стандартних засобів вимірювань (витратомірної діафрагми і вторинного приладу). Для реалізації запропонованого способу сушіння і/або розігрівання футерівки металургійних ковшів одна з нагрівальних установок була переобладнана таким чином. На газопроводі подачі природного газу до пальника встановлені додатково електричний клапан і байпасна ділянка газопроводу з регулюючим вентилем, яка обводить клапан. До електричного клапана приєднаний блок управління імпульсним режимом подачі палива, електрична схема якого заснована на двох реле часу. У якості параметрів імпульсного режиму подачі палива, що задаються через блок управління, використовувалися: 1) вмикання/вимикання імпульсного режиму подачі палива; 2) тривалість періоду подачі палива з максимальною витратою max і 3) тривалість періоду подачі палива з мінімальною витратою min. Величина частоти зміни витрати палива v задавалась через задавання max і min (в секундах), як =1/( max+ min). Величина відношення тривалостей періодів подачі палива з мінімальною і максимальною витратою задавалася через задавання max і min, як = min/ max. Величина відношення різниці максимальної і мінімальної витрат палива до його максимальної витрати визначалася як V=(Vmax-Vmin) / V max, де V mах і V min максимальна и мінімальна витрата палива на певному етапі сушіння і/або розігрівання футерівки ковша. При цьому величина V max встановлюється оператором вручну за допомогою засувки, встановленої на газопроводі перед пальником. Величина V min встановлюється за допомогою регулюючого вентиля на байпасній ділянці газопроводу при знаходженні електричного клапана у положенні „замкнено". 9 53565 При використанні існуючої в цеху базової теплотехнології сушіння і розігрівання футерівки сталерозливальних ковшів після капітального ремонту (повної заміни робочого і арматурного шарів футерівки, які виконані з вогнетривкої цегли марок ШКО і ША відповідно) процес здійснювався за одноступінчатим режимом з постійною витратою природного газу, рівною 70м3/год. Загальна тривалість процесу (видалення вологи і нагрівання внутрішньої поверхні футерівки ковша до температури ~600 С) склала 19 годин 20 хв. При використанні запропонованого способу були встановлені наступні параметри імпульсного режиму подачі палива: max=30с; min=20с; =1/(30+20)=0,02Гц; =20/30=0,67; Vmax=80м3/час; Vmin=40м3/час; V=(Vmax-Vmin)/Vmin=0,5. Загальна тривалість процесу (видалення вологи і нагрівання внутрішньої поверхні футерівки ковша до температури ~600 С) склала 18 год. 53 хв. Економія палива (природного газу) склала 10,7%. При цьому також суттєво покращилася якість сушіння і розіг Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 10 рівання футерівки, про що свідчив більш рівномірний розподіл температур по висоті і товщині футерівки ковша (заміри температур пірометром у 4-х характерних точках по висоті на внутрішній поверхні футерівки і контактним методом у 4-х характерних точках по висоті на зовнішній поверхні стального корпуса ковша). Використання запропонованого способу, за рахунок забезпечення при подачі палива у імпульсному режимі оптимальної величини частоти змін витрати палива, а також оптимальних величин інших параметрів імпульсного опалення, дозволяє підвищити ефективність паливовикористання в робочому просторі металургійного ковша, зменшити тепловтрати з нього, поліпшити якість сушіння і/або нагрівання футерівки, що дозволить зменшити питомі витрати палива та вогнетривів на виплавляння металу, а також зменшити вірогідність виникнення аварійних ситуацій в процесі експлуатації ковшів. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601