Мультифурма

• Факел горелки  может работать относительно эффективно лишь непродолжительный период времени, когда скрап находится на оптимальном  расстоянии перед соплом.
• По мере проплавления эффективность неподвижной горелки падает т.к. неконтролируемо увеличивается расстояние L от горелки до скрапа и уменьшается угол a между горелкой и скрапом.
• Факел пламени частично отражается от поверхности скрапа, и нагревает крышку и стеновые панели печи.

 
 

На  схеме печи с неподвижными стеновыми горелками  видно, как газы отражаются от поверхности скрапа и нагревают крышку печи. 
 
 
 
 
 

Характеристики  перемещения манипуляторов:

• максимальная глубина проникновения в амбразуру печи  1100мм;
• угол поворота в горизонтальной плоскости   ±15°;
• угол склонения       5 …42°;

 

2. Основные  направления повышения  эффективности, заложенные в конструкции  стенового манипуляторов  мультифурмы:

• использование сопел, формирующих эффективные, дальнобойные газовые струи;
• программно управляемое погружение мультифурмы внутрь печи, позволяющее отслеживать оптимальное расстояние между мультифурмой и расплавляемым скрапом на протяжении всего времени плавки;
• обеспечение оптимального угла между осью мультифурмы и поверхностью скрапа на протяжении всего времени плавки;
• расширение зоны действия мультифурмы в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
• автоматическая подстройка мощности факела под шихту;

       

     На  схеме печи со стеновым манипулятором Консорциума  «Техносталь»  мультифурмы  показано, что при оптимальных значениях угла наклона и программно управляемом погружении мультифурмы газы проходят более длинный путь в скрапе, и более полно отдают энергию. 
 
 

     Первым  шагом к совершенствованию стеновых устройств, предпринятым Консорциумом «Техносталь», было замена горелки мультифурмой, в которой объединены горелка, кислородная фурма и инжектор для подачи порошка.

     Затем, для увеличения зоны действия мультифурмы, ее установили на манипуляторе, который  поворачивал ствол мультифурмы  в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

     Заключительным  шагом к достижению технического совершенства стало создание манипулятора, который вводит мультифурму глубоко  в печь и позволяет ей следовать  за осаждающимся скрапом. Тем самым  обеспечиваются наилучшие условия для работы мультифурмы на всем протяжении плавки!

     Манипулятор мультифурмы, обслуживающий печь со стороны выпуска металла, позволяет  снизить тепловую мощность используемой эркерной горелки, а  учитывая возможности  манипулятора по зоне охвата шихты, не исключается вариант полного отказа от эркерной горелки. Ее функции может выполнять мультифурма на стеновом манипуляторе.

     При этом, благодаря сканированию мультифурмой в пространстве печи решается проблема локального перегрева балки в  зоне действия существующей эркерной горелки.

     В настоящем предложении рассмотрены  стеновые мультифурмы, разработанные  Консорциумом «Техносталь», на основе уникального трехлетнего опыта  промышленной эксплуатации оконных  мультифурм на печи ДСП-100.

     Следует отметить, что других удачных примеров создания мультифурм в мире нет, поскольку для совмещения в одном корпусе горелки, фурмы и инжектора порошка надо решить целый ряд газодинамических и технологических задач. Подобного опыта нет ни у одной из известных в мире фирм-производителей металлургического оборудования, кроме Консорциума «Техносталь». 

     

3. Режим «Эстафета»

 
 

     В развитии систем интенсификации плавки намечается тенденция, заключающаяся  в увеличении вводимой посредством  горелок и фурм тепловой энергии  и кислорода за счет увеличения числа  горелок и фурм. Маломощные горелки и фурмы неэффективны из за малой проникающей способности струй и постоянно увеличивающегося во время плавки расстояния от сопел до скрапа. Экстенсивное увеличение числа горелок и объема вдуваемого кислорода ведет к неэффективной растрате энергоносителей.

     Консорциум  «Техносталь» предлагает другую технологию использования стеновых устройств  интенсификации плавки:

• уменьшить количество стеновых устройств и соответственно увеличить их мощность до оптимального уровня;
• применять в качестве стеновых устройств мультифурмы;
• оснастить мультифурмы манипуляторами для оптимального позиционирования в печи;

      Благодаря оптимальной  мощности и правильному позиционированию дутьевого устройства достигается  повышение эффективности использования  газа и кислорода. 

       Следовательно, стеновые мультифурмы  можно использовать кратковременно  и поочередно.

     

     Таким образом, при использовании мультифурм большой мощности имеется возможность экономить ресурсы за счет более эффективного их использования. Консорциум «Техносталь» разработан специализированный режим работы стеновых мультифурм под названием «Эстафета», при котором суммарно вдуваемый расход кислорода перераспределяется преимущественно на одно продувочное устройство и последовательно передается с одной фурмы на другую. 

     Режим «Эстафета» имеет преимущества:

• возможность использования стеновых мультифурм повышенной мощности, формирующих струи более высокой проникающей способности;
• достижение равномерного нагрева и равномерного химического состава ванны;
• снижение суммарного потребления природного газа и кислорода;
• снижение суммарного количества отходящих печных газов;
• увеличение степени усвоения кислорода ванной;

7. Адаптированность  к отечественному производству.

     Все технические решения, заложенные в  конструкцию комплекса, наилучшим образом учитывают особенности отечественного техпроцесса. 

• Все механические узлы и детали комплекса, а также  головка мультифурмы, изготовлены  на универсальном станочном оборудовании, могут быть воспроизведены силами ремонтно-механических цехов комбината. Планово-предупредительные работы заложены в минимальном объеме, ремонтные операции рассчитаны на привлечение штатного цехового персонала.
• В конструкции оконного манипулятора мультифурмы и стеновых манипуляторов мультифурм не применяются такие легкоповреждаемые элементы как направляющие скольжения и т.д. Вместо них используются хорошо зарекомендовавшие себя в условиях повышенной концентрации пыли опоры вращения.
• Не используются уникальные труднодоступные импортные элементы.
• Установка спроектирована с учетом опыта эксплуатации на отечественном производстве. В концепцию машины заложены решения, обеспечивающие достаточный запас надёжности системы при допущении человеком ошибок.
• Оконные системы иностранных фирм традиционно оснащаются двумя фурмами, устанавливаемыми одна над другой. Такие компоновки не проходят по габаритам водоохлаждаемых арок отечественных печей. По этой причине на отечественный рынок предлагаются упрощённые оконные манипуляторы только c кислородной фурмой с подачей порошка, но без газокислородной горелки. Это значительно снижает эффективность интенсификации. Работа системы без газокислородной горелки невозможна до частичного проплавления лома с помощью электродов. Прожигание тоннеля в шихте с помощью одной лишь кислородной фурмы сопровождается большим угаром железа.
• Оконный манипулятор поставки Консорциума «Техносталь» работает с мультифурмой, состоящей из многорежимной газокислородной горелки, кислородной фурмы и порошкового сопла, объединенных в одном корпусе. Это позволяет работать на высоких зашлакованных порогах, когда просвет в арке составляет менее 600 мм.
• Кислородная продувка отличается большой степенью усвоения кислорода, высокой скоростью обезуглероживания, равномерным по площади и глубине нагревом ванны. Достигается это применением специальных сопел, формирующих струи высокой дальнобойности и проникающей способности (конверсионная разработка отечественной оборонки). Эти сопла выгодно отличаются от применяемых иностранными фирмами сопел Лаваля, генерирующих неупорядоченные струи. Ведущие американские фирмы, использовавшие ранее сопла Лаваля, перешли на сопла конструкции Консорциума «Техносталь». Мультифурмы конструкции Консорциума «Техносталь» имеют стойкость порядка 800-1000 плавок.
• Мультифурма Консорциума «Техносталь» обеспечивает совместную работу газокислородной горелки и нижней продувки кислородом. Автоматическое варьирование соотношения расходов газа и кислорода позволяет реализовать такие режимы, как:
• режущий факел (соотношение расхода кислорода и газа горелки 10:1);
• слабо-окислительный факел номинальной мощности (8-10 МВт) (соотношение расхода кислорода и газа горелки 2:1). Дополнительная подача кислорода через продувочные сопла;
• локально-восстановительный факел номинальной мощностью 8-10 МВт;
• факел объемного радиационного нагрева максимальной мощности (до 15 МВт);
• все режимы могут сочетаться с ведением окислительной продувки кислородом через нижние сопла и с подачей углеродосодержащего порошка под факел;
• Благодаря применению манипуляторов, полностью выводящих мультифурму из печи, имеется возможность регулярного осмотра и очистки сопел.

 

      Применение  мультифурмы позволяет одновременно работать кислородной фурмой, вдувать  порошок и нагревать скрап  горелкой, либо по желанию произвольно  сочетать эти режимы. Любые изменения в технологии не требуют замены или перенастройки оборудования.

      Объединение кислородной фурмы, инжектора порошка  и газокислородной горелки в  одном корпусе с единым трубным  набором позволяет увеличить  надежность конструкции, повысить ее защищенность от теплового воздействия и уменьшить необходимое количество воды для охлаждения.

 

3. Гарантируемые металлургические результаты.

      Мировой опыт показывает, что использование  дополнительной тепловой и химической энергии, вводимой в электропечь  с помощью комплекса горелок (оконной и стеновых), кислородной фурмы и системы вдувания углеродосодержащего порошка, приводит к следующим металлургическим результатам:

• увеличение производительности электропечи, выражающееся в уменьшении фактической длительности плавки;

      Это достигается за счет более быстрого прогрева и расплавления лома в печи: в районе окна - под действием оконной мультифурмы и в «холодных» зонах печи (у стен) - под действием стеновых мультифурм. Скорость расплавления лома дополнительно увеличивается за счет использования режима «режущего кислорода» в оконной и стеновых горелках для подрезания и осадки тяжеловесного лома, а также интенсивного перемещения горелки в рамках завалочного окна с помощью манипулятора. 

• снижение  расхода электроэнергии;

      Достигается за счет дополнительного использования тепла от сжигания газа в оконной и стеновых горелках, а также за счет химической энергии продувки ванны кислородом. Кроме этого вспенивание шлака и укрытие электрической дуги на ранних стадиях плавки приводит к более полному использованию энергии дуги. 

• увеличение  стойкости свода и стен печи;

      Достигается за счет экранирующего эффекта вспененного  шлака на ранних стадиях плавки; за счет пониженного брызгообразования  при взаимодействии сверхзвуковых  кислородных струй оконной мультифурмы по сравнению  со струями сводовой фурмы. В установке производства Консорциума «Техносталь» этот эффект усиливается за счет использования ступенчатых сопел особой конструкции, генерирующих устойчивые, стабилизированные струи.

• снижение расхода электродов;

      Достигается за счет экранирующего эффекта вспененного  шлака на ранних стадиях плавки. 

     При повышении мощностей подводимой энергии от комбинированной оконной  фурмы до 15МВт и стеновых горелок-фурм до 6-8 МВт достигаемые результаты на ДСП—100 следующие*: 

• время работы печи под током    33 мин;
• степень усвоения кислорода от стеновых комбинированных фурм не менее 65%;
• степень усвоения кислорода от оконной комбинированной фурмы не менее 87%.

 

      * - Достигаемые результаты при  использовании типового технологического процесса. Конкретные величины повышения производительности работы печи зависят от её индивидуальных характеристик и технологии выплавки.

 

4. Спецификация  оборудования.

В настоящем  предложении рассмотрена комплексная  поставка оборудования, предназначенного для интенсификации плавки в 100-тонной электродуговой печи типа ДСП-100. Оборудование включает следующие устройства:

• оконная мультифурма;
• манипулятор оконной мультифурмы, расположенный на люльке печи;
• стеновая мультифурма;
• манипулятор стеновой мультифурмы;
• манипулятор отбора проб и замера температуры;

1. Мультифурма.

Мультифурма предназначена для вдува кислорода  и углеродсодержащего порошка в  электродуговую печь и для нагрева, плавления и резки скрапа газокислородной  горелкой.

Фурменная часть состоит из медной головки с соплами и стального хвостовика. Отработанная и тщательно контролируемая технология изготовления позволяет получать головки с высокой стойкостью, сохраняющие геометрию сопел в течение всего срока службы. Газокислородная горелка выполнена из стали в виде вставного блока в водоохлаждаемую конструкцию головки мультифурмы.