EA018091B1

EA018091B1 - Уплотнительное устройство

Info

Publication number: EA018091B1
Application number: EA201001746A
Authority: EA
Inventors: Цзилиан Ся; Тапио Ахокайнен; Ристо Сааринен
Original assignee: Ототек Оюй
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2013-05-30
Also published as: WO2009147302A1; JP2011523768A; CA2725464A1; CA2725464C; FI20085565A0; EP2305006B1; US8837552B2; CL2010001341A1; MX2010013198A; EP2305006A1; KR101473517B1; EA201001746A1; CN102057749A; ZA201008946B; PL2305006T3; AP2010005507A0; EP2305006A4; AU2009254473A1; AU2009254473B2; FI20085565A

Abstract

Предложено уплотнительное устройство (1), установленное вокруг стержневого электрода (4), проходящего вертикально через отверстие (3) в своде (2) электродуговой печи с возможностью вертикального перемещения внутри печи для предотвращения выхода газов из печи через это отверстие (3) в атмосферу, а также для предотвращения прохода воздуха из атмосферы в печь. Уплотнительное устройство содержит газораспределительную камеру (5), снабженную впускным каналом (6) для подачи в нее, по существу, неактивного газа, такого как азот или воздух, и охватывающее электрод щелевое сопло (7) для выпуска струи газа из газораспределительной камеры (5) к электроду (4) вверх под небольшим углом (α) относительно горизонтальной плоскости и наружу относительно внутреннего пространства печи, так что уплотнение достигается за счет созданного заторможенного давления.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к уплотнению вокруг электродов в электродуговых печах, используемых в металлургии. Предметом изобретения является уплотнительное устройство, описанное в ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Электродуговая печь используется для плавки металла и/или для удаления шлака. Работа печи основана на использовании световой дуги, которая горит либо между отдельными электродами, либо между электродами и материалом, подлежащим плавлению. Печь может работать на переменном или на постоянном токе. Если световая дуга горит между расплавляемым материалом и электродами, то тепло образуется в световой дуге и в этом материале. Электрическая энергия подводится к вертикальным электродам, расположенным в виде треугольника симметрично относительно центра печи. Г лубина установки электродов в печи непрерывно регулируется, поскольку из-за световой дуги их концы выгорают.

Электроды проходят внутрь печи через сквозные отверстия, выполненные в своде печи. Диаметр сквозного отверстия превышает диаметр электрода, что позволяет электроду свободно перемещаться без контакта со сводом печи. Зазор между электродом и стенкой отверстия в своде должен быть плотно заделан для предотвращения выхода газов из внутреннего пространства печи через это отверстие в атмосферу и проникания воздуха из атмосферы в печь.

Из уровня техники известны уплотнительные устройства для заделки зазора между электродом и стенкой отверстия в своде печи, содержащие механические уплотнители, например графитовые кольца, плетеные шнуры и т.п., которые прижимаются к электроду посредством гидравлического давления. Различные механические уплотнительные устройства известны, например, из публикаций ΡΙ 81197, ΡΙ 64458, ΌΕ 1540876 и ЗЕ 445744. Гидравлической средой для создания давления является вода.

Недостаток механических уплотнительных устройств связан с тем, что поверхность электрода не бывает совершенно гладкой и цилиндрической и может иметь неровности и некруглое сечение, что приводит к износу уплотнителей, находящихся в контакте с наружной поверхностью электрода, при его вертикальном перемещении. Это ухудшает уплотнение. Однако в электродуговых печах с пониженным давлением попадание воздуха в печь допустимо. С другой стороны, в печи преобладает атмосфера из монооксида углерода, утечка которого из печи наружу недопустима по причине его высокой токсичности. Если же в печь просачивается воздух, то монооксид углерода начинает гореть, температура вблизи отверстия сильно возрастает и структура печи разрушается. Элемент электрода Содерберга, расположенный внутри печи, представляет собой накальный графит. Попадание воздуха в печь вызывает обгорание и быстрый износ графита, что увеличивает расход электродной массы Содерберга и кокса.

Другой недостаток заключается в использовании воды, которая в аварийной ситуации может случайно попасть в печь. Если вода попадает в атмосферу печи с высокой температурой, то может произойти опасный взрыв водяного газа.

Цель изобретения

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Особой целью изобретения является создание уплотнительного устройства, в котором уплотнение осуществляется без контакта с электродом.

Другой целью изобретения является создание уплотнительного устройства, эффективно предотвращающего просачивание воздуха в печь и утечку газа из печи.

Еще одной целью изобретения является создание уплотнительного устройства, в котором не используется вода.

Кроме того, целью изобретения является создание уплотнительного устройства, позволяющего уменьшить износ электродов.

Сущность изобретения

Отличительные особенности уплотнительного устройства согласно изобретению указаны в п.1 формулы изобретения.

Согласно изобретению уплотнительное устройство, установленное вокруг стержневого электрода, проходящего вертикально через отверстие в своде дуговой печи с возможностью вертикального перемещения внутри печи, для предотвращения выхода газов из печи через это отверстие в атмосферу, а также для предотвращения прохождения воздуха из атмосферы в печь, содержит газораспределительную камеру, снабженную впускным каналом для подачи в нее, по существу, неактивного газа, такого как азот или воздух, и сопло для выпуска потока газа из газораспределительной камеры к электроду.

Согласно изобретению сопло представляет собой щелевое сопло, охватывающее электрод и выпускающее струю газа в направлении, которое ориентировано относительно горизонтальной плоскости под небольшим углом (α) вверх, а относительно внутреннего пространства печи - наружу, так что уплотнение достигается в результате заторможенного давления.

Преимущество изобретения заключается в том, что при выпуске газового потока из щелевого сопла, охватывающего электрод, в направлении, ориентированном относительно горизонтальной плоскости вверх под небольшим углом, а относительно печи - наружу, может предотвращаться утечка газа из печи, когда в ней преобладает положительное давление, а также может предотвращаться просачивание воздуха

- 1 018091 в печь, когда в ней преобладает отрицательное давление, при этом зазор между электродом и уплотнительным устройством практически закрыт под действием заторможенного давления. Устройство согласно изобретению работает всегда, независимо от того, какое давление, отрицательное или положительное, преобладает в печи. Давление в печи может изменяться, например, от отрицательного давления -70 Па до положительного давления 22 Па относительно давления окружающего воздуха. Это означает, что при любых рабочих режимах печи уплотнительное устройство может обеспечить прекрасное уплотнение.

Другое преимущество изобретения заключается в том, что уплотнительное устройство не изнашивается и уплотнение не ухудшается, даже если электрод имеет неровную поверхность и некруглое сечение. Поэтому устройство не требует частого обслуживания. Уплотнительное устройство не содержит гидравлики, использующей воду, и потому в печь не может попасть вода. Еще одним преимуществом изобретения является эффективное предотвращение проникания воздуха в печь и утечки из нее газа, благодаря чему уменьшается износ электрода.

Согласно одному варианту осуществления изобретения поток газа выходит из щелевого сопла под углом к горизонтальной плоскости, равным примерно 15-25°.

Согласно одному варианту осуществления изобретения расстояние между щелевым соплом и наружной поверхностью электрода составляет примерно 10-40 мм.

Согласно одному варианту осуществления изобретения высота щели щелевого сопла составляет примерно 5 мм.

Согласно одному варианту осуществления изобретения скорость потока газа на выходе из щелевого сопла составляет по меньшей мере примерно 10 м/с.

Согласно одному варианту осуществления изобретения давление газа в газораспределительной камере составляет примерно 3-4 кПа. Такое давление может создаваться вентилятором.

Согласно одному варианту осуществления изобретения электрод представляет собой так называемый электрод Содерберга, в котором внутри металлического трубчатого кожуха содержится так называемая масса Содерберга.

Согласно одному варианту осуществления изобретения электрод представляет собой графитовый электрод.

Согласно одному варианту осуществления изобретения уплотнительное устройство собрано на верхней поверхности электроизолирующей скользящей опоры, содержащей металлическое первое опорное кольцо, расположенное сверху на крае отверстия, выполненного в своде печи. Второе опорное кольцо из электроизолирующего материала расположено сверху на первом опорном кольце. Металлическое третье опорное кольцо расположено сверху на втором опорном кольце. Уплотнительное устройство установлено на третьем опорном кольце и держится на нем только за счет силы тяжести, без какого-либо крепления. Обработанные механически поверхности опорных колец позволяют уплотнительному устройству совершать ограниченное боковое перемещение в соответствии с боковым перемещением электрода.

Согласно одному варианту осуществления изобретения уплотнительное устройство содержит несколько центрирующих роликов, расположенных сверху на газораспределительной камере по окружности, для упора в наружную поверхность электрода. Центрирующие ролики обеспечивают поддержание, по существу, постоянного расстояния между щелевым соплом и наружной поверхностью электрода.

Согласно одному варианту осуществления изобретения центрирующие ролики подпружинены и могут совершать ограниченное горизонтальное перемещение.

Согласно одному варианту осуществления изобретения уплотнительное устройство содержит охлаждающий элемент из меди, внутри которого имеется канал для циркуляции охлаждающей воды.

Согласно одному варианту осуществления изобретения охлаждающий элемент прикреплен к металлической раме уплотнительного устройства под газораспределительной камерой.

Согласно одному варианту осуществления изобретения уплотнительное устройство снабжено огнеупорной футеровкой, прикрепленной к металлической раме под газораспределительной камерой.

Согласно одному варианту осуществления изобретения уплотнительное устройство состоит из двух или более, по существу, одинаковых сегментов, соединенных друг с другом разъемно с образованием кольцевой конструкции, охватывающей электрод.

Краткое описание чертежей

Далее более подробно описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылками на чертежи, на которых фиг. 1 схематично изображает в разрезе свод электродуговой печи с установленным вокруг электрода уплотнительным устройством согласно одному варианту его выполнения;

фиг. 2 - фрагмент А на фиг. 1;

фиг. 3 - уплотнительное устройство, показанное на фиг. 1 и 2, сверху в аксонометрии;

фиг. 4 - один из четырех сегментов уплотнительного устройства, показанного на фиг. 3, установленный на опорных кольцах;

фиг. 5 - один подпружиненный центрирующий ролик уплотнительного устройства, показанного на фиг. 1-4, вид сверху.

- 2 018091

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показана часть свода 2 электродуговой печи, имеющего сквозное отверстие 3, в которое вставлен вертикальный стержневой электрод 4. На крае отверстия 3 сверху установлено охватывающее электрод 4 уплотнительное устройство 1, показанное на фиг. 3. Стержневой электрод 4 представляет собой так называемый электрод Содерберга, содержащий внутри цилиндрического стального кожуха 8 так называемую массу Содерберга. В другом варианте осуществления изобретения может использоваться графитовый электрод. Диаметр электрода 4 может быть порядка 500-1200 мм. Уплотнительное устройство 1 предотвращает утечку газов из внутреннего пространства печи через отверстие 3 в атмосферу, а также прохождение воздуха в печь.

На фиг. 2 и 3 видно, что уплотнительное устройство 1 содержит газораспределительную камеру 5, снабженную впускным каналом 6, через который в нее подается воздух или азот. Из газораспределительной камеры 5 газ через окружающее электрод щелевое сопло 7 выходит к электроду 4 в направлении, проходящим относительно горизонтальной плоскости наклонно вверх под небольшим углом α и наружу относительно внутреннего пространства печи, для создания вокруг электрода кольцевого газового уплотнения посредством созданного заторможенного давления. Г аз выходит из щелевого сопла 7 наклонно к горизонтальной плоскости вверх, под углом α, равным 15-25°. Уплотняющий газ выходит в основном наружу и не попадает в печь.

Расстояние 5 между щелевым соплом 7 и рабочей наружной поверхностью электрода 4 равно примерно 10-40 мм. Высота б щели щелевого сопла равна примерно 5 мм. Скорость потока газа на выходе из щелевого сопла 7 равна по меньшей мере примерно 10 м/с. Давление газа в газораспределительной камере 5 равно примерно 3-4 кПа и может быть получено при помощи обычного вентилятора. В устройстве нет необходимости использовать воздух под давлением. Указанные параметры приведены только в качестве примера в данном варианте осуществления изобретения и могут иметь другие значения для других вариантов.

На фиг. 2 и 4 видно, что уплотнительное устройство 1 опирается на верхнюю поверхность электроизолирующей скользящей опоры 9 и удерживается на ней только за счет силы тяжести (вес уплотнительного устройства, как правило, составляет, например, 500-1000 кг в зависимости от варианта его выполнения). При смещении электрода в боковом направлении скользящая опора 9 позволяет уплотнительному устройству 1 скользить горизонтально. Внизу находится первый опорный кольцевой фланец 10 из стали, расположенный сверху на крае отверстия 3. Сверху на этом фланце установлен второй опорный кольцевой фланец 11 из электроизолирующего материала, на котором сверху установлен третий опорный кольцевой фланец 12 из стали. Уплотнительное устройство 1 установлено на третьем опорном кольцевом фланце 12. Нижняя горизонтальная поверхность металлической рамы 16 уплотнительного устройства 1 механически обработана. Верхняя горизонтальная поверхность третьего опорного кольца 12 тоже механически обработана, так что по этой поверхности может легко скользить в горизонтальном направлении уплотнительное устройство 1 при боковом перемещении электрода.

Как показано на фиг. 3, уплотнительное устройство 1 выполнено модульным и состоит из четырех идентичных сегментов 17, соединенных друг с другом разъемно с образованием кольцевой конструкции, охватывающей электрод 4. На фиг. 4 изображен один такой сегмент 17. Каждый сегмент имеет свою металлическую раму 16, в которую встроена газораспределительная камера 5, не сообщающаяся с газораспределительными камерами 5 других сегментов, и свой впускной канал 6, через который газ подается внутрь камеры 5. Щелевое сопло 7 проходит по всей дуге сегмента 17, составляющей 90°.

Как показано на фиг. 2-5, уплотнительное устройство 1 содержит несколько, в данном случае восемь, центрирующих роликов 13, расположенных на верхней поверхности газораспределительной камере 5 по окружности, для упора в наружную поверхность электрода 4. Центрирующие ролики 13 сохраняют, по существу, постоянное расстояние 5 между щелевым соплом 7 и наружной поверхностью электрода 4, однако, благодаря упругой опоре роликов 13 (см. фиг. 5) допускают ограниченное перемещение электрода 4. При боковом перемещении электрода 4 центрирующие ролики 13 сначала несколько смещаются благодаря упругой податливости. Если боковое перемещение электрода 4 продолжается, то все уплотнительное устройство 1 начинает скользить по опоре 9. Это предотвращает разрушение электрода 4.

На фиг. 2 показано, что уплотнительное устройство 1 может содержать охлаждающий элемент 14 из меди, который прикреплен к металлической раме 16 уплотнительного устройства 1 под газораспределительной камерой 5. В охлаждающем элементе 14 может быть выполнен канал 15 для циркуляции охлаждающей воды. Как альтернатива этому охлаждающий элемент 14 может быть заменен огнеупорной футеровкой, прикрепленной к металлической раме 16 под газораспределительной камерой 5.

Изобретение не ограничено описанными вариантами его осуществления и допускает различные изменения в пределах объема, определяемого его формулой.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Уплотнительное устройство (1), установленное вокруг стержневого электрода (4), проходящего вертикально через отверстие (3) в своде (2) дуговой печи с возможностью вертикального перемещения

- 3 018091 внутри печи, для предотвращения выхода газов из печи через это отверстие (3) в атмосферу, а также для предотвращения прохождения воздуха из атмосферы в печь, причем уплотнительное устройство содержит газораспределительную камеру (5), снабженную впускным каналом (6) для подачи в нее, по существу, неактивного газа, такого как азот или воздух, сопло (7) для выпуска струи газа из газораспределительной камеры (5) к электроду (4), отличающееся тем, что сопло (7) представляет собой щелевое сопло (7), охватывающее электрод и выпускающее струю газа вверх под небольшим углом (α) относительно горизонтальной плоскости и наружу относительно внутреннего пространства печи, так что уплотнение достигается в результате созданного давления торможения, при этом уплотнительное устройство собрано на электроизолирующей скользящей опоре (9), содержащей металлическое первое опорное кольцо (10), расположенное сверху на крае отверстия (3);

второе опорное кольцо (11) из электроизолирующего материала, расположенное сверху на первом опорном кольце, и металлическое третье опорное кольцо (12), расположенное сверху на втором опорном кольце, причем уплотнительное устройство (1) установлено сверху на третьем опорном кольце и держится на нем только за счет силы тяжести без использования других крепежных средств, так что оно может совершать ограниченное боковое перемещение в соответствии с боковым перемещением электрода.
2. Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что поток газа выходит из щелевого сопла под углом (α) относительно горизонтальной плоскости, равным примерно 15-25°.
3. Уплотнительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что расстояние (8) между щелевым соплом (7) и рабочей наружной поверхностью электрода (4) составляет примерно 10-40 мм.
4. Уплотнительное устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что высота (6) щели щелевого сопла составляет примерно 5 мм.
5. Уплотнительное устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что скорость потока газа на выходе из щелевого сопла (7) составляет по меньшей мере примерно 10 м/с.
6. Уплотнительное устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что давление газа в газораспределительной камере (5) составляет примерно 3-4 кПа.
7. Уплотнительное устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что электрод (4) представляет собой так называемый электрод Содерберга, содержащий внутри металлического трубчатого кожуха (8) так называемую массу Содерберга.
8. Уплотнительное устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что электрод (4) представляет собой графитовый электрод.
9. Уплотнительное устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что оно содержит несколько центрирующих роликов (13), расположенных сверху на газораспределительной камере (5) по окружности, для упора в наружную поверхность электрода (4) с целью поддержания, по существу, постоянного расстояния между щелевым соплом (7) и наружной поверхностью электрода (4).
10. Уплотнительное устройство по п.9, отличающееся тем, что центрирующие ролики (13) подпружинены с возможностью ограниченного горизонтального перемещения.
11. Уплотнительное устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что оно содержит охлаждающий элемент (14) из меди, внутри которого имеется канал (15) для циркуляции охлаждающей воды.
12. Уплотнительное устройство по п.11, отличающееся тем, что охлаждающий элемент (14) прикреплен к металлической раме (16) уплотнительного устройства под газораспределительной камерой (5).
13. Уплотнительное устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что оно снабжено огнеупорной футеровкой, прикрепленной к металлической раме (16) под газораспределительной камерой (5).
14. Уплотнительное устройство по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что оно состоит из двух или более, по существу, одинаковых сегментов (17), соединенных друг с другом разъемно с образованием кольцевой конструкции, охватывающей электрод (4).