Бадья-термос

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(72) Авторы Ровин Леонид Ефимович Ровин Сергей Леонидович Жаранов Виталий Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(57) Бадья-термос, содержащая корпус с устройством для захвата и транспортировки, днище с раскрывающимися створками, отличающаяся тем, что бадья снабжена вставкой в виде цилиндра, коаксиально расположенного внутри корпуса, диаметром 0,9-0,95 диаметра корпуса и высотой 0,8-0,95 от высоты корпуса, а также опорным фланцем для установки на стенд. 74582011.08.30 Полезная модель относится к области металлургии и литейного производства, более конкретно к электроплавке стали и чугуна, где применяется загрузка шихты бадьями или корзинами в электроплавильные печи. Известны емкости для загрузки шихты типов бадья и корзина 1. Оба типа загрузочных емкостей имеют цилиндрический корпус, открытый сверху, открывающееся днище,укрепленные на корпусе устройства для захвата и транспортировки, за которые емкость поднимается и транспортируется с помощью грузоподъемного механизма. Бадья является грузонесущим оборудованием и поэтому должна иметь достаточную механическую прочность для удержания массы загружаемой в нее шихты. В зависимости от емкости обслуживаемых электроплавильных печей масса шихты составляет от 0,5 до 100 т. Для интенсификации плавки и повышения безопасности работы печей используется подогрев шихты непосредственно в бадье. Чем выше температура подогрева, тем выше экономический и экологические эффекты, получаемые при электроплавке за счет подогрева шихты. Наилучшие технико-экономические показатели обеспечиваются при нагреве шихты до 750-850 С 2. Верхним пределом температур подогрева являются температуры 900-950 С, при которых происходит уплотнение и частичное спекание шихты. При нагреве шихты в бадье грузонесущий корпус бадьи должен выполнять также функцию теплового ограждения. Однако при нагреве шихты неизбежно происходит нагрев корпуса бадьи и грузозахватного устройства на ней до той же или более высокой температуры, что и шихта, особенно в случае подачи высокотемпературного теплоносителя сверху, что является наиболее простым и эффективным способом. Теплоносителем при нагреве шихты являются продукты горения природного газа, жидкого топлива или печных газов. Разогрев корпуса бадьи с грузозахватными устройствами приводит к снижению механической прочности, что недопустимо для грузонесущего оборудования. Нагрев корпуса бадьи до высоких температур вызывает окисление металла и быстрый износ вследствие коррозии. Поэтому известные установки подогрева шихты в бадье ограничивают температуру подогрева шихты величиной не более 350 С, что решает только экологические проблемы и малоэффективно в отношении экономии электроэнергии при плавке. Известно устройство для подогрева шихты, содержащее корпус с конструктивными элементами для захвата и транспортировки и днище с раскрывающимися створками, кроме того, корпус футерован изнутри для снижения температуры нагрева конструктивных элементов корпуса в процессе нагрева шихты 3. Футеровка не исключает перегрев корпуса при длительной непрерывной работе бадьи,что требуется по технологии работы печей. Кроме того, футеровка корпуса не защищает от перегрева узлы крепления и поворота створок и сами створки днища бадьи, которые удерживают вес шихты. Футеровка увеличивает вес бадьи и, соответственно, энергозатраты на подъем и транспортировку, а также значительно сокращает полезный объем (емкость) бадьи и, следовательно, массу загружаемой шихты. Футеровка усложняет и удорожает эксплуатацию бадей, сокращает время эксплуатации из-за необходимости ремонтов футеровки. Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности нагрева шихты, предназначенной для загрузки в электроплавильную печь, до температуры 750-950 С,не допуская при этом нагрева корпуса бадьи-термоса выше температуры (250-350 С),установленной требованиями техники безопасности для грузонесущего оборудования, а также обеспечение равномерного охлаждения корпуса бадьи, сокращение коррозионного и механического износа конструкции бадьи. Поставленная задача решается тем, что устройство для подогрева шихты в электроплавильных печах, содержащее корпус с элементами для захвата и транспортировки грузоподъемным оборудованием, днище с раскрывающимися створками, согласно полезной 2 74582011.08.30 модели, дополнительно оснащено вставкой, установленной внутри корпуса коаксиально, в виде цилиндра диаметром 0,9-0,95 диаметра корпуса и высотой 0,8-0,95 от высоты корпуса, а также опорным фланцем для установки на стенд. Диаметр вставки устанавливают не менее 0,90 диаметра корпуса, чтобы не сокращать полезный объем бадьи-термоса более чем на 10 , что допустимо по технологии плавки, и не более 0,95 диаметра корпуса, чтобы ширина кольцевого зазора между корпусом и вставкой была достаточна для прохождения охлаждающего воздуха. Благодаря установке вставки заявленных размеров обеспечивается допустимый полезный объем бадьи и образование кольцевого зазора между вставкой и корпусом бадьи для прохождения охлаждающего воздуха. Установка в нижней части корпуса опорного фланца обеспечивает возможность аспирации охлаждающего воздуха из кольцевого зазора. В результате обеспечивается возможность высокотемпературного (до 750-950 С) нагрева шихты, сокращение удельных затрат электрической энергии при плавке в электроплавильных печах, а также увеличение срока эксплуатации загрузочных бадей. На фигуре показана схема нагрева шихты в заявляемой бадье-термосе. Бадья-термос состоит из корпуса 1, вставки 2, двух створок днища 3, опорного фланца 4, устройств захвата и транспортировки 5. Стрелками показаны направления движения высокотемпературных продуктов горения, подаваемых для нагрева шихты, и воздуха, подаваемого в кольцевой зазор для охлаждения. Бадья-термос работает следующим образом. В бадью-термос загружают шихту 7 так же, как и в обычную бадью, но при этом шихта 7 располагается внутри вставки. Затем бадью-термос устанавливают с помощью опорного фланца 4 на стенд 6, сверху подводят горелки или форсунки, в которых сжигается топливо. Продукты горения направляют внутрь вставки 2 бадьи-термоса, пропускают сквозь слой шихты 7, перфорированные створки днища 3 и отбирают снизу из-под бадьи-термоса с помощью дымососа. Одновременно в кольцевой зазор между корпусом 1 бадьи-термоса и вставкой 2 подают холодный воздух,который отбирают из-под бадьи-термоса с помощью того же дымососа. При нагреве шихты 7 нагревается и вставка 2, но за счет охлаждения воздухом, подаваемым в кольцевой зазор, температура нагрева вставки 2 ниже, чем температура шихты 7. Тепло от нагретой вставки передается излучением корпусу 1 бадьи-термоса, причем интенсивность излучения пропорциональна температуре в четвертой степени. Поэтому снижение температуры вставки 2 за счет охлаждения воздухом вызывает значительное уменьшение количества передаваемого тепла от вставки 2 к корпусу 1, например уменьшение температуры вставки 2 в 1,5 раза уменьшает нагрев корпуса 1 в 5 раз. После прохождения кольцевого зазора воздух охлаждает устройства крепления и поворота створок днища и сами створки 3. Вставка 2 подвешена внутри корпуса 1 бадьи-термоса свободно на крюках, равномерно распределенных по периметру корпуса. Вставка 2 выполняется из тонколистовой стали, она не несет механических нагрузок, при коррозионном износе легко заменяется. Верхний край вставки 2 устанавливают на уровне верхней кромки корпуса 1 бадьитермоса, чтобы не создавать помехи при загрузке шихты 7. Высоту вставки 2 выполняют не менее 0,8 высоты корпуса 1 для того, чтобы не создавать помехи в работе устройств крепления и поворота створок днища 3. В предлагаемой полезной модели обеспечивается нагрев шихты 7, загружаемой в электроплавильные дуговые и индукционные печи для выплавки чугуна и стали, до температур 750-950 С, что позволяет снизить расход электроэнергии на плавку не менее чем на 20-25 . Испытания показали, что в бадье-термосе емкостью 6 т при нагреве шихты 7 для электродуговых печей до 750-950 С корпус 1 нагревался до 300 С только в верхней, наиболее близкой к горелкам зоне, а ниже температура уменьшалась до 150 С. 74582011.08.30 Нагрев вставки 2 не влияет на грузонесущую способность корпуса 1 бадьи-термоса и бадьи-термоса в целом, так как вставка 2 выполняет только функцию теплового ограждения - шихта 7 практически на нее не опирается, а корпус 1 не нагревается выше допустимой для грузонесущего оборудования температуры, его механические свойства сохраняются на том же уровне, что и при загрузке холодной шихты, и, таким образом,корпус 1 выполняет только функцию грузонесущего оборудования. В результате введения в конструкцию дополнительного элемента - вставки 2, в бадье-термосе осуществляют разделение функций теплового ограждения и грузонесущую между двумя элементами вставкой 2 и корпусом 1. Корпус 1 бадьи-термоса и створки днища 3 защищены от коррозионного износа и от динамических воздействий (ударов) при загрузке шихты, что увеличивает срок эксплуатации бадьи-термоса. При эксплуатации установлено, что по окончании процесса нагрева внутри вставки 2 в бадье-термосе находится нагретая (ярко светящаяся) шихта 7, а корпус 1 при этом остается темным. Известно, что металл (сталь, чугун) начинает светиться при температуре около 700 С вишневым цветом, затем по мере повышения температуры цвет изменяется до желтого. Предлагаемое техническое решение в равной степени относится и к бадьям, и к корзинам, используемым в качестве загрузочных емкостей для электроплавильных печей. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4