Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано для плавки чугуна и ферросплавов в доменной печи.The invention relates to the field of ferrous metallurgy and can be used for smelting cast iron and ferroalloys in a blast furnace.
Наиболее близкими по технической сути к предлагаемому изобретению являются доменная печь, имеющая горн, заплечики, распар, шахту и колошник, в которую для поддержания теплового режима вдувают воздух, нагретый в воздухонагревателях до температуры 1100-1400°C (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1998. - с.66).The closest in technical essence to the proposed invention are a blast furnace having a forge, shoulders, steamer, shaft and top, into which air heated in air heaters to a temperature of 1100-1400 ° C is blown into to maintain the thermal regime (Voskoboynikov V.G., Kudrin V.A., Yakushev AM General metallurgy. - M.: Metallurgy, 1998. - p.66).
К недостаткам известной доменной печи следует отнести большие капитальные затраты на строительство воздухонагревателей, которые имеют площадь нагрева 60-69 м2 на 13 м полезного объема печи с встроенными камерами горения и 100 м2 на 1 м3 полезного объема печи с выносными камерами горения (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1998. - с.156), высокие текущие затраты на нагрев холодного воздуха до температуры 1100-1400°C, а также большие потери тепла с азотом, не участвующим в технологическом процессе и покидающим доменную печь с температурой 250-300°C (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1998. - с.122). Количество азота в отходящих газах составляет 45-55% или 700-1000 м3 на 1 тонну выплавляемого чугуна (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1998. - с.126).The disadvantages of the known blast furnace are the high capital costs for the construction of air heaters, which have a heating area of 60-69 m 2 per 1 3 m of the useful volume of the furnace with integrated combustion chambers and 100 m 2 per 1 m 3 of the useful volume of the furnace with external combustion chambers ( Voskoboinikov V.G., Kudrin V.A., Yakushev AM General metallurgy. - M .: Metallurgy, 1998. - p.156), high current costs for heating cold air to a temperature of 1100-1400 ° C, as well as large losses heat with nitrogen not participating in the process and leaving the house hydrochloric oven at 250-300 ° C (Voskoboynikov VG Kudrin VA, Yakushev AM General metallurgy -. M .: Metallurgy, 1998. - p.122). The amount of nitrogen in the exhaust gases is 45-55% or 700-1000 m 3 per 1 ton of smelted pig iron (Voskoboinikov V.G., Kudrin V.A., Yakushev AM General metallurgy. - M .: Metallurgy, 1998. - p. 126).
Задачей изобретения является снижение расхода кокса, уменьшение капитальных затрат на строительство воздухонагревателей, снижение себестоимости выплавляемого чугуна и увеличение производительности печи.The objective of the invention is to reduce the consumption of coke, reduce capital costs for the construction of air heaters, reduce the cost of smelted pig iron and increase the productivity of the furnace.
Поставленный технический результат достигается тем, что предлагаемая доменная печь, содержащая горн, с фурмами горячего дутья, заплечики, распар, шахту и колошник с термопарами для контроля температуры отходящих газов, причем она снабжена лазерами, расположенными в верхней части горна в порядке чередования фурма-лазер, и на колошнике - между упомянутыми термопарами с возможностью перемещения генерируемого ими излучения в горне - по направлению вверх, а в колошнике - вниз, и с изменением угла его наклона к горизонтали в пределах 80-15° - в верхней части горна, и в пределах 90-45° - в колошнике.The technical result is achieved by the fact that the proposed blast furnace containing a forge with lances of hot blast, shoulders, steamer, shaft and top with thermocouples to control the temperature of the exhaust gases, and it is equipped with lasers located in the upper part of the furnace in the order of rotation of the lance laser , and on the top - between the above thermocouples with the possibility of moving the radiation they generate in the furnace - upward, and in the top - down, and with a change in the angle of its inclination to the horizontal within 80-15 ° - up part of the hearth, and within 90-45 ° - in the top.
Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, и изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих доменных печах.The invention has novelty, which follows from a comparison with the prototype, and the inventive step, as it clearly does not follow from the existing level of technology, is practically feasible in existing blast furnaces.
Предлагаемая доменная печь для плавки чугуна или ферросплавов имеет горн, заплечики, распар, шахту, колошник. Загрузку печи шихтовыми материалами осуществляют сверху через загрузочное устройство. Через фурмы в верхней части горна вводят горячее дутье - нагретый в воздухонагревателях воздух. Тепловой режим в печи поддерживают вводом дополнительного тепла излучением оптических квантовых генераторов большой плотности энергии - лазеров (Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1990, том 2. - с.549). Лазеры устанавливают и крепят к кожуху печи, в верхней части горна, в амбразуры вместо фурм в порядке чередования фурма-лазер, так чтобы генерируемое ими излучение было направлено вверх с изменением угла его наклона к горизонтали в пределах 80-15°. Изменения угла наклона генерируемого лазерами излучения необходимы для того, чтобы не перегревать материалы в одной точке. Так, на печи объемом 1033 м3 можно установить до 8 лазеров, а на печи объемом 5500 м3 - до 21 лазера. Мощность излучения лазеров и температуру горячего дутья можно изменять. Для подогрева шихты в верхней части печи также предусмотрена установка на колошнике нескольких лазеров между термопарами для контроля температуры отходящих газов. Например, для печи объемом 1033 м3 количество лазеров на колошнике будет равно четырем. Излучение колошниковых лазеров направлено вниз с возможностью перемещения по всей поверхности шихты и с изменением угла его наклона к горизонтали в пределах 90-45°. Подогрев шихты на колошнике излучением лазеров компенсирует уменьшение прихода тепла от сгорания кокса при снижении его расхода и увеличивает производительность доменной печи. Для перемещения генерируемого излучения горновые и колошниковые лазеры оборудованы специальными устройствами. С целью ввода дополнительного тепла в доменную печь в фурменной зоне и на колошнике предпочтительнее использовать твердотельные лазеры с активной средой на стеклах, активированных Nd, с оптической накачкой, в которых при мощности накачки несколько десятков киловатт мощность излучения лазера составляет сотни мегаватт при плотности потока энергии до 10 МВт/см2. В предлагаемой доменной печи технологический процесс остается неизменным и в ней по известной технологии можно выплавлять передельный и литейный чугуны и ферромарганец.The proposed blast furnace for melting cast iron or ferroalloys has a forge, shoulders, steamer, shaft, top. The furnace is loaded with charge materials from above through a loading device. Hot lumens are introduced through the tuyeres in the upper part of the hearth - the air heated in the air heaters. The thermal regime in the furnace is supported by the introduction of additional heat by radiation of high-density optical quantum generators - lasers (Physical Encyclopedia. - M.: Soviet Encyclopedia, 1990, Volume 2. - p. 549). Lasers are installed and fixed to the furnace casing, in the upper part of the furnace, in embrasures instead of tuyeres in the order of alternation of the tuyere-laser, so that the radiation generated by them is directed upward with a change in the angle of its inclination to the horizontal within 80-15 °. Changes in the angle of inclination of the radiation generated by the lasers are necessary in order not to overheat the materials at one point. Thus, up to 8 lasers can be installed on a 1033 m 3 furnace, and up to 21 lasers on a 5500 m 3 furnace. Laser radiation power and hot blast temperature can be changed. To heat the charge in the upper part of the furnace, it is also envisaged to install several lasers between thermocouples on the top of the furnace to control the temperature of the exhaust gases. For example, for a furnace with a volume of 1033 m 3, the number of lasers on the top will be four. The radiation of the top-mounted lasers is directed downward with the possibility of movement along the entire surface of the charge and with a change in the angle of its inclination to the horizontal within 90-45 °. Heating the charge on the top of the furnace by laser radiation compensates for the decrease in heat input from coke combustion while reducing its consumption and increases the productivity of the blast furnace. For movement of the generated radiation, the horn and blasting lasers are equipped with special devices. In order to introduce additional heat into the blast furnace in the tuyere zone and at the top, it is preferable to use solid-state lasers with an active medium on Nd-activated glasses with optical pumping, in which, with a pump power of several tens of kilowatts, the laser radiation power is hundreds of megawatts with an energy flux density of up to 10 MW / cm 2 . In the proposed blast furnace, the technological process remains unchanged and in it using known technology it is possible to smelting foundry and foundry irons and ferromanganese.