PL229475B1 - Moduł do dennego przedmuchiwania wytopu gazami szlachetnymi - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy modułu do dennego przedmuchiwania wytopu gazami charakteryzującego się tym, że moduł kapilarny (1) jest osadzony na systemie kolektorowym (4), do którego dostarcza się gaz szlachetny, przy czym w module kapilarnym (1) znajdują się kapilary szczelinowe (8) o przekroju nie większym niż 350 µm i moduł kapilarny (1) przynajmniej z dwóch stron stanowiących przeciwległe ścianki otoczony jest warstwą materiału ogniotrwałego. Wynalazek znajduje zastosowanie w metalurgii, zwłaszcza przy obróbce ciekłych stopów żelaza w łukowych piecach do wytapiania stali, jak i kadziach rozlewczych do stali.

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy modułu do dennego przedmuchiwania wytopu. Moduł według wynalazku jest optymalnym urządzeniem do wdmuchiwania szlachetnych gazów do wytopu stali w celu jego rafinowania, odgazowania i homogenizacji.

Rozwiązanie według wynalazku ma zastosowanie w metalurgii, zwłaszcza przy obróbce ciekłych stopów żelaza w łukowych piecach do wytapiania stali, jak i piecach kadziowych.

W stanie techniki znane są stosowane w metalurgii urządzenia do przedmuchiwania, które posiadają chaotyczne rozmieszczenie kapilar w postaci porowatych korków lub z miejscowo rozmieszczonymi kapilarami w postaci korków szczelinowych. W obu przypadkach mieszanie wytopu strumieniem pęcherzykowym ma miejsce tylko na jego peryferiach. Wewnętrzna objętość strumienia gazu przy tym oddziaływaniu na wytop nie uczestniczy, co znacznie zmniejsza skuteczność procesu mieszania.

Z opisu polskiego wzoru użytkowego PL 61894 znane jest urządzenie do podgrzewania kadzi odlewniczych charakteryzujące się tym, że palnik gazowy zamocowany jest w płycie izolacyjnej, która osadzona jest za pomocą konstrukcji kratowej na pionowym wsporniku umocowanym u dołu w ramie przewoźnego wózka. Między wspornikiem a krawędzią płyty izolacyjnej usytuowany jest ekran cieplny. Do obudowy palnika umocowany jest z boku wentylator podmuchowy, a do wspornika przytwierdzone są układ zasilania gazem oraz skrzynka sterowania pracą palnika.

Z kolei z opisu ukraińskiego wzoru użytkowego LJA64509 U znana jest konstrukcja monobloku służącego do rozdmuchu w piecu indukcyjnym, posiadającego kapilary, układ kolektora oraz gniazdo gazu. Monoblok charakteryzuje się tym, że dolna część modułu kapilarnego ma kształt trapezoidalny, który odpowiada kształtem układowi kolektora, przy czym powierzchnię styku modułu kapilarnego i kolektora pokrywa się klejem ognioodpornym.

Występujące w stanie techniki rozwiązania są uciążliwe w montażu i dochodzi do częstego zabrudzenia kapilar płynnym metalem. W występujących w stanie techniki urządzeniach do przedmuchiwania kapilary wymagają po każdym spuście metalu z agregatu do wytapiania stali obowiązkowego oczyszczania lancą tlenową. Problem pojawia się zwłaszcza w przypadku małych pieców o pojemności do 50 ton. W piecach o małej pojemności - z racji budowy - przy wylewaniu wytopu pozostaje na dnie część płynnej stali, która zastyga zalewając wcześniej kapilary korków używanych w dotychczasowym stanie techniki. W związku z tym, po każdym takim wylaniu wytopu z urządzenia konieczne jest czyszczenie korków, a po każdych kilku cyklach konieczna jest ich wymiana, co jest uciążliwym i kosztownym procesem.

Rozwiązanie będące przedmiotem niniejszego wynalazku jest proste w montażu i nie dochodzi w nim do zabrudzania kapilar. Dzięki jego zastosowaniu kapilary nie zostają zanieczyszczone, a wymiana modułu jest konieczna - w zależności od rodzaju kadzi - dopiero po 30-80 wytopów. Zastosowanie modułu według wynalazku skraca czas wytapiania metalu i przyspiesza proces jego rafinacji, odgazowania, homogenizacji na podstawie składu chemicznego i temperatury.

Przedmiotem wynalazku jest moduł do dennego przedmuchiwania wytopu gazami szlachetnymi charakteryzujący się tym, że zawiera moduł kapilarny osadzony na systemie kolektorowym, do którego dostarcza się gaz szlachetny, przy czym w module kapilarnym znajdują się kapilary szczelinowe o przekroju nie większym niż 350 pm, zaś moduł przynajmniej z dwóch stron stanowiących przeciwległe ścianki otoczony jest warstwą materiału ogniotrwałego.

Korzystnie, gdy kapilary szczelinowe mają przekrój od 100 do 300 pm. Równie korzystnie, gdy do systemu kolektorowego przyłączony jest króciec, przez który dostarcza się gaz szlachetny. Równie korzystnie, gdy materiał ogniotrwały stanowi beton ogniotrwały, a szczególnie korzystnie, gdy grubość warstwy materiału ogniotrwałego wynosi od 15 mm do 50 mm.

Korzystnie, gdy moduł kapilarny otoczony jest warstwą materiału ogniotrwałego z trzech lub czterech stron.

W innym wykonaniu moduł według wynalazku zawiera obejmę, a szczególnie korzystnie, gdy obejma na bocznych ściankach posiada perforację, oraz zaczyna się powyżej systemu kolektorowego. Również korzystnie, gdy moduł zawiera płytę zabezpieczającą.

Moduł kapilarny może być takiej wielkości, że podczas ustawiania go w obejmę będą tworzyły się szczeliny, przy czym szczeliny te po ustawieniu modułu w obejmę są wypełniane betonem ogniotrwałym. Możliwe jest także zastosowanie innego rozwiązania, w którym moduł kapilarny zostaje wstawiony w gotowy gazowy kolektor rozdzielczy i zamiast metalowej obudowy korpusu stosuje się zalewanie obwodu całego modułu przedmuchowego.

PL 229 475 Β1

Technologia dennego przedmuchiwania wytopu w trybie drobnopęcherzykowym została oparta na uzyskaniu równoległych ciągów mikropęcherzyków gazu szlachetnego, które powstają dzięki zastosowaniu modułów przedmuchowego według wynalazku. Moduły te są umieszczane w wykładzinie dna kadzi rozlewczej do stali lub elektrycznego pieca łukowego do wytapiania stali.

Dzięki optymalnej odległości między ciągami mikropęcherzyków gazu szlachetnego nie krzyżują się one i nie pochłaniają się nawzajem. Dlatego cała objętość gazu styka się z wytopem, a nie tylko zewnętrzna powierzchnia strumienia, jak to ma miejsce we wszystkich innych współczesnych urządzeniach do przedmuchiwania. W rezultacie uzyskuje się znacznie większą efektywność procesów mieszania masy podczas przedmuchiwania.

Zaletą modułu do dennego przedmuchiwania wytopu jest łatwość wytwarzania i montażu związana z niewystępowaniem konieczności dostosowania powierzchni modułu kapilarnego, ograniczeniem zabrudzenia kapilar płynnym metalem w module według wynalazku oraz brak konieczności oczyszczania urządzenia do przedmuchiwania po każdym spuście metalu z agregatu do wytapiania stali. Wskazane wyżej zalety rozwiązania według wynalazku prowadzą do zwiększenia wydajności pracy i zmniejszenie kosztochłonności produkcji.

Dzięki zastosowaniu modułu według wynalazku dostarczany gaz jest rozpraszany w wytopie na jak największą możliwie ilość drobnych pęcherzyków, co pozwala na intensyfikację przedmuchiwania przy wielokrotnym zwiększeniu powierzchni aktywnego oddziaływania, bez ryzyka nadmiernego gwałtownego wrzenia wytopu, tworzenia rozprysków i wyprysków metalu ze zbiornika. Dodatkowo moduł według wynalazku przeciwdziała chemicznemu i termicznemu oddziaływaniu metalu i żużlu, a przez to rozmywaniu przez strumienie metalu powstające podczas przedmuchiwania. Poza tym konstrukcja modułu do przedmuchiwania gazu jest prosta w obsłudze i łatwo go wymienić, gdy się zużyje, a dodatkowo do wytwarzania modułu nie ma potrzeby stosowania materiałów deficytowych, co pozwala zapewnić jego względnie niewysoką cenę w połączeniu z osiąganą oszczędnością.

Inną zaletą rozwiązania według wynalazku jest konstrukcja modułu, która pozwala na tworzenie ich powierzchni roboczej równej od 2 do 20% łącznej powierzchni dna zbiornika metalurgicznego, co jest lepszym rezultatem w stosunku do korków lub lanc, gdzie wartości tego wskaźnika nie osiągają nawet 0,5% powierzchni dna.

Dodatkową zaletą modułu według wynalazku jest to, że może być on zainstalowany we wszystkich rodzajach zbiorników metalurgicznych w połączeniu z dowolnym rodzajem okładzin, w tym w szczególności w piecach elektryczno-łukowych lub indukcyjnych oraz w następujących rodzajach kadzi: kadziach rozlewających stal, kadziach pośrednich, kadzio-piecach, kadziach bębnowych itd. Największe zastosowanie, urządzenia te znajdują w elektrycznych piecach do wytapiania stali i kadziach do rozlewania stali, wykorzystywanych w celu wykończania wytopu stali łącznie z agregatami typu piec-kadź (LF), w związku ze skróceniem czasu wytopu o 10-15% poprzez poprawienie efektywności mieszania wytopu oraz zmniejszeniem zużycia energii elektrycznej.

Moduł będący przedmiotem wynalazku znajduje zastosowanie w elektrycznym piecu łukowym do wytopu stali (DSP). Mimo tego, że DSP jest najmniej uciążliwym dla środowiska agregatem do wytopu stali, to jednak poziom zanieczyszczenia środowiska również pozostaje wysoki (pył - 8,1 kg/t, CO - 1,5 kg/t, NOx - 0,29 kg/t). W celu spełnienia coraz ostrzejszych norm dotyczących zmniejszenia emisji zanieczyszczeń powietrza, współczesne DSP są wyposażone w systemy odprowadzania i oczyszczania odprowadzanych gazów, których moc wynosi do 15-20% łącznego zużycia energii na wytapianie stali w piecu. Instalacja modułu według wynalazku w dolnej części pieca, w okolicach przestronu elektrod, pozwala na zapewnienie przysłonięcia ciągami gazów szlachetnych strefy palenia się łuku przed napływem powietrza. Zapobiega to płonięciu żelaza i tworzeniu się tlenków azotu. Ponadto, dzięki efektowi podnośnika powietrznego zachodzi nieprzerwane podawanie zimnych dolnych objętości wytopu bezpośrednio do strefy gorącej i odprowadzanie przegrzanego wytopu do zimniejszych peryferii, co zapobiega przegrzewaniu i parowaniu żelaza. Rezultaty pracy pieców łukowych z wykorzystaniem przedmuchowych modułów pokazały znaczne zmniejszenie wyrzutu dymu brunatnego oraz redukcję długości wytopów nie mniej niż o 10-20% z odpowiednim zmniejszeniem kosztów własnych produkcji, zmniejszenie utraty żelazostopów, środków redukujących i zmniejszenie kosztów na materiały typu lance, zgarniacze itp.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładach wykonania oraz na załączonym rysunku, niebędącym jednak ograniczeniem zakresu zgłoszenia, na którym:

PL 229 475 Β1

Fig. 1 ilustruje schematyczną budowę modułu do przedmuchiwania dennego wytopu z pierwszego przykładu wykonania - szczeliny kapilarne w tym wykonaniu modułu są umieszczone w części centralnej modułu i otoczone są warstwą betonu ogniotrwałego;

Fig. 2a ilustruje widok z boku modułu do przedmuchiwania dennego wytopu z pierwszego przykładu wykonania, Fig. 2b ilustruje przekrój pionowy A-A przez moduł do przedmuchiwania z pierwszego przykładu wykonania z uwidocznieniem położenia kapilar szczelinowych;

Fig. 2c ilustruje przekrój poziomy B-B przez moduł do przedmuchiwania z pierwszego przykładu wykonania z uwidocznieniem położenia kapilar szczelinowych;

Fig. 2 ilustruje schematyczną budowę modułu do przedmuchiwania dennego wytopu z drugiego przykładu wykonania - szczeliny kapilarne w tym wykonaniu modułu są umieszczone na całej długości modułu, a warstwa betonu ogniotrwałego wypełnia szczeliny powstałe między kapilarami a dwoma dłuższymi ściankami obejmy;

Fig. 4a ilustruje widok z boku modułu do przedmuchiwania dennego wytopu z drugiego przykładu wykonania;

Fig. 4b ilustruje przekrój pionowy A-A przez moduł do przedmuchiwania z drugiego przykładu wykonania z uwidocznieniem położenia kapilar szczelinowych, zaś

Fig. 4c ilustruje przekrój poziomy B-B przez moduł do przedmuchiwania z drugiego przykładu wykonania z uwidocznieniem położenia kapilar szczelinowych.

Przykład 1

Moduł do dennego przedmuchiwania wytopu o szerokości 380 mm, wysokości 330 mm i głębokości 230 mm został zilustrowany na fig. 1. We wnętrzu modułu znajduje się moduł kapilarny 1 o szerokości 320 mm, wysokości 270 mm i głębokości 150 mm. Pomiędzy ścianami zewnętrznymi modułu a ścianami modułu kapilarnego 1 znajdują się szczeliny 2 wypełnione betonem ogniotrwałym, przy czym szerokość każdej ze szczelin wynosi ok. 40 mm. Szerokość szczelin może być w zakresie od 15 do 50 mm. Wymiary modułu kapilarnego 1 mogą się różnić w zależności od budowy urządzenia, w którym moduł ma być zastosowany oraz użytego w nim wypełnienia betonem ogniotrwałym (okładziny).

Moduł kapilarny 1 w tym przykładzie wykonania osadzono na systemie kolektorowym 4, do którego przyłączony jest króciec 5 służący do doprowadzania gazu. System kolektorowy 4 służy do równomiernego wymieszania gazu i podawania go do kapilar szczelinowych 8 uwidocznionych na fig. 1. Położenie kapilar szczelinowych dokładnie zilustrowane jest na przekrojach poprzecznych na fig. 2b i 2c. Kapilary szczelinowe 8 mają przekrój poprzeczny w kształcie prostokąta (fig. 2b) i są usytułowane w ten sposób, że stykają się z modułem kolektorowym i biegną przez cały moduł do jego wierzchniej warstwy.

W przykładzie wykonania moduł zawiera sześć kapilar szczelinowych 8, co zostało zilustrowane na fig. 2c.

Przykład 2

Moduł do dennego przedmuchiwania wytopu z drugiego przykładu wykonania został zilustrowany na fig. 3. W tym przykładzie budowa modułu kapilarnego 1 jest podobna do przedstawionej w przykładzie pierwszym z tym, że kapilary są rozmieszczone na całej długości modułu, co zostało uwidocznione na przekrojach poprzecznych na fig. 4b i 4c.

W tym przykładzie wykonania moduł 1 zawiera 7 kapilar szczelinowych 8, których położenie w module ilustruje fig. 4c.

Moduł według wynalazku zawiera metalową obejmę 3, która stanowi zewnętrzną ścianę modułu. Obejma 3 dodatkowo zawiera perforację boczną 6, ścianki obejmy 3 oraz płytę zabezpieczającą 7, której wysokość i szerokość jest równa wysokości i szerokości modułu kapilarnego. Perforacja boczna 6 ścianki obejmy 3 pełni funkcję odparowników, przez które wilgoć swobodnie odparowuje z betonu nie wywołując w nim mikrozniszczeń.

W drugim przykładzie wykonania moduł zawiera płytę zabezpieczają 7. W związku z tym, że szerokość modułu kapilarnego 1 jest mniejsza niż szerokość obejmy 3, między dwiema przeciwległymi dłuższymi ściankami obejmy 3 i pionowymi ścinkami modułu kapilarnego 1 tworzą się dwie szczeliny 2, w których na stole wibracyjnym zamyka się ogniotrwałą masę betonu nie zwracając uwagi na nierówności samego modułu. Po ułożeniu ogniotrwałego betonu w szczeliny 2 moduł podlega obróbce termicznej. Dzięki temu, że ścianki boczne obejmy 3 przylegają do zamkniętego w szczelinach 2 betonu ogniotrwałego, posiadają perforację 6, która znajduje się powyżej poziomu systemu kolektorowego 4

PL 229 475 Β1 i spełnia funkcję odparowników, wilgoć w betonie przy działaniu termicznym szybko reaguje z mieszanką masy betonowej, a jej pozostałość wyparowuje przez perforację. Ponieważ perforacja 6 znajduje się powyżej systemu kolektorowego 4 a jej otwory są pokryte ogniotrwałym betonem, to podczas eksploatacji monobloku w kadzi lub piecu łukowym gaz zostaje skierowany z systemu kolektorowego 4 tylko do kapilar w module kapilarnym 1, a z nich do płynnego metalu.

Moduł przedmuchowy według wynalazku stosuje się w kadziach do rozlewu stali. Moduł wstawia się do kadzi do rozlewu stali i ustawia się ciśnienie robocze w przewodzie z argonem na poziomie nie wyższym niż 10 barów. Zużycie argonu podczas obróbki pozapiecowej stali w kadzi wynosi ok. 100 l/min. na jeden moduł. Podczas wprowadzania żelazostopów do kadzi - w przypadku konieczności odsłonięcia powierzchni metalu oraz w celu przyspieszenia przyswojenia żelazostopów - można zwiększyć podawanie argonu do poziomu 150-300 l/min i należy podawać gaz w czasie do 5 min.

W czasie pracy modułu według wynalazku konieczne jest prowadzenie okresowej kontroli wizualnej powierzchni żużlowej w kadzi z metalem. Po procesie rafinacji stali przeprowadza się w kontrolę wizualną zewnętrznej powierzchni dna kadzi w miejscach, w których znajduje się moduł i są podłączone przewody żargonem. Optymalnym położeniem modułu przedmuchowego jest pierwszy rząd wykładziny dna o grubości, co najmniej 80-115 mm

Po każdym zakończonym odlaniu stali przeprowadza się oględziny stanu widocznej powierzchni modułu do przedmuchiwania. Przedmuchiwanie kapilar i przemywanie powierzchni roboczej tlenem nie jest wymagane z uwagi na budowę kapilar.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Moduł do dennego przedmuchiwania wytopu gazami szlachetnymi, znamienny tym, że zawiera moduł kapilarny (1) osadzony na systemie kolektorowym (4), przy czym w module kapilarnym (1) znajdują się kapilary szczelinowe (8) o przekroju nie większym niż 350 pm, zaś moduł (1) przynajmniej z dwóch stron stanowiących przeciwległe ścianki otoczony jest warstwą materiału ogniotrwałego.
2. 2. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że kapilary szczelinowe (8) mają przekrój od 100 do 300 pm.
3. 3. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że do systemu kolektorowego (4) przyłączony jest króciec (5).
4. 4. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał ogniotrwały stanowi beton ogniotrwały.
5. 5. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że moduł kapilarny (1) otoczony jest warstwą materiału ogniotrwałego z trzech lub czterech stron.
6. 6. Moduł według zastrz. 1 albo 4 albo 5, znamienny tym, że grubość warstwy materiału ogniotrwałego wynosi od min. 15 mm do 50 mm.
7. 7. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera obejmę (3).
8. 8. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 7, znamienny tym, że obejma (3) na bocznych ściankach posiada perforację (6).
9. 9. Moduł według zastrz. 8, znamienny tym, że perforacja (6) zaczyna się powyżej poziomu systemu kolektorowego (4).
10. 10. Moduł według któregokolwiek z zastrz. 7 albo 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że zawiera płytę zabezpieczającą (7).