УСТАНОВКАИ СПОСОБ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВОВ ЖЕЛЕЗА
ПатентРоссийской Федерации
Сутьизобретения
Изобретение относится кобласти металлургии. Желаемым техническим результатом является получениевозможности экономичной переработки различных носителей железа в изменяющихсяколичественных составах. Установка для получения расплавов железа (24), вчастности расплавов стали, таких, как нерафинированная сталь, оснащена:емкостью электродуговой печи (1), емкостью для переплава (3), расположенной заемкостью печи (1) и соединенной с ней сливом (34), который переходит в дноемкости для переплава за счет как минимум частичного наклона вниз. Емкость (3)содержит устройство подачи кислорода (35, 36), отвод для расплава железа (41),размещенный у ее конца, дальнего от емкости печи (1). Установка также имеетемкость для сцеживания (2), расположенную за емкостью печи (1) и имеющую с нейобщее дно, емкость (2) имеет отвод для шлака (43), размещенный у ее конца,дальнего от емкости печи (1); устройство подачи (21) для подачи жидкогочушкового чугуна (20) и открывающееся в емкость печи (1); шахтупредварительного нагрева (5) для подачи твердых носителей железа (7). Шахта дляпредварительного нагрева расположена над емкостью (1) и открывается в емкость(1) через ее крышку (4) посредством газопроницаемого охлаждаемого изолирующегоустройства (6); загрузочную шахту (10), расположенную над емкостью печи (1) иоткрывающуюся в емкость (1) посредством газонепроницаемого охлаждаемогоизолирующего устройства (11). Способ получения расплавов железа включаетзагрузку в емкость печи (1) 20 — 70% жидкого чушкового чугуна от общегоколичества загружаемых носителей железа: предварительно нагретого лома итвердых кусковых носителей железа, содержащих часть окисного железа, напримергубчатое железо, карбид железа, предварительно восстановленную руду,брикетированную пыль и т.д. Расплав железа, текущий через емкость для переплава(3), подвергают непрерывному переплаву и одновременному нагреву в емкостях (1)и (3). Шлак, текущий в направлении, противоположном потоку расплава, непрерывновосстанавливают в отношении его FeO-компонента и одновременно охлаждают. 2 с. и20 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.
Номер патента: 2147039
Класс(ы) патента: C21C5/52,C21C5/56, F27B3/08
Номер заявки: 97118334/02
Дата подачи заявки: 09.04.1996
Дата публикации: 27.03.2000
Заявитель(и): Фоест-АльпинеИндустрианлагенбау ГмбХ (AT)
Автор(ы): Димитров Стефан(AT); Рамаседер Норберт (AT); Пирклбауэр Вилфред (AT); Фриц Эрнст (AT); МюллерХейнц (AT)
Патентообладатель(и): Фоест-АльпинеИндустрианлагенбау ГмбХ (AT)
Описаниеизобретения
Изобретение относится кустановке для получения расплавов железа, в частности расплавов стали, такихкак расплавы нерафинированной стали, а также к способу получения такихрасплавов.
В настоящее время типовойагрегат для получения электротехнической стали представляет собойэлектродуговую печь переменного или постоянного тока. Загружаемые носителижелеза, которые состоят из: 70 — 100% стального лома, железа, полученногопрямым восстановлением, то есть губчатого железа, в различных количественныхсоотношениях, и, возможно, карбид железа (обычно до 10 — 15% общей загрузки) и2 0-30% жидкого и/или твердого чушкового чугуна, плавят при посредстве однойили нескольких электрических дуг с использованием кислородной фурмы (фурм) — если это желательно, горелки (горелок), сопел и/или продувки инертного газа — ипри добавлении носителей углерода и шлакообразующих веществ. После этогостальную ванну в электродуговой печи в течение периода спокойной ванны (5 — 10мин) доводят до температуры и состава, требуемых для отвода, и раскисляют вковше во время отвода. Потребление энергии и материала, а также производительностьустановки сильно изменяется как функция соответствующих загрузочных соотношенийи технологии плавления.
Благодаря внедрению вовсем мире вторичных металлургических процессов, а также ряда доработок вконструкционной, электрической и технологической части электродуговых печей,таких как, например, охлаждаемые панели и крышки, улучшенное качествоэлектродов и использование охлаждения электродов, введение электродуговых печейпостоянного тока в дополнение к электродуговым печам переменного тока, повышенныевыходные мощности преобразования, использование горелок, фурм, сопел и/илипродувочных кирпичей для плавления, нагрева, переплава, продувки твердыхвеществ и/или продувки инертного газа; использование токопроводящих электродныхскоб, а также регулировки электродов; оптимизация формы и размера печи (включаяотводное отверстие); обработка вспененного шлака; предварительный нагрев ломаразличными способами; использование губчатого железа, если это желательно, ввиде горячей загрузки, способ плавления в электродуговой печи за последние двадесятилетия превратился в гибкий и эффективный процесс в смысле использованиясырья и качества получаемой стали, который показывает все более и болеесущественные преимущества по сравнению с конвертерной металлургией и составляетей серьезную конкуренцию.
При помощи новыхтехнологических усовершенствований было достигнуто значительное уменьшениевремени плавления и удельного потребления электроэнергии, а следовательно, исокращение удельных эксплуатационных расходов и капиталовложений дляпроизводства электротехнической стали в электродуговых печах, путем применениявстроенного приспособления для предварительного нагрева лома и/или горячейзагрузки губчатого железа/железа, полученного прямым восстановлением и горячимбрикетированием; непрерывного добавления большой доли загрузочных веществ(носителей железа, носителей углерода, флюсов и т. д.) при одновременнойминимизации времени выключения электроэнергии для проведения загрузочныхопераций; оптимальной обработки вспененного шлака; более дешевых источниковпервичной энергии (уголь, природный газ и т. д. ) в качестве заменыэлектроэнергии, включая частичное дожигание CO/H2 внутри и/или выше вспененногошлака.
Однако в известныхспособах производства электротехнической стали посредством электродуговыхпечей, используемых в качестве плавильных агрегатов, потенциальные преимуществавышеупомянутых усовершенствований до сих пор использовались лишь в ограниченнойстепени. Кроме того, они не решают в достаточной степени — несмотря навозросшие требования — проблемы переработки в жидкую сталь больших количествжидкого чушкового чугуна и/или других обогащенных углеродом носителей железа(губчатого железа, карбида железа и т.д.), а также имеющегося в избытке лома(утилизированных автомобилей), в количестве 30-70% загружаемых в электродуговыепечи, с высокой производительностью и высоким коэффициентом использованияэнергии, а в случае использования автомобильного лома — также при низкомзагрязнении окружающей среды. Технология и установка на основе электродуговойпечи, высокоэффективные в таких условиях с экономической точки зрения, до сихпор не созданы.
Вышеупомянутыеограничения, существующие при использовании электродуговых печей, обусловленыисключительно конфигурацией печей, которая не обеспечивает квазистационарноенепрерывное протекание процесса. Операции загрузки, плавления, переплава,нагрева и отвода осуществляются на одном участке, с необходимостью большего илименьшего сдвига по времени и с прерыванием (прерываниями) загрузки и текущейподачи — по крайней мере до и после отвода — для того чтобы получить желаемыйсостав и температуру (гомогенность и перегрев в отношении температурыликвидуса) нерафинированной стали. В настоящее время протекание процесса вэлектродуговой печи является периодическим, что ограничивает его эффективность.В связи с этим замечено следующее:
1) при достижениипериодов от выпуска до выпуска 55 — 60 мин с весом выгрузки 70 — 150 тоннвозможность дальнейшего снижения фазы выключения электроэнергии сильно ограничена.Это же относится и к фазам включения электроэнергии, поскольку в этих условияхпочти достигаются пределы экономичного потребления энергии на тонну загрузки иединицу времени и, следовательно, общего времени плавления;
2) начиная сопределенного размера кусков, непрерывная загрузка лома становится практическиневозможной. Тяжелый и массивный лом загружается при помощи корзины для ломапри выключении электроэнергии;
3) при непрерывнойзагрузке, а также при переплаве и нагреве во время операции спокойной ванны,которая занимает значительно большее время при больших загрузочных количествахгубчатого железа и особенно жидкого чушкового чугуна и карбида железа (около6,1% C), фактическая выходная мощность преобразования, как правило, вэлектродуговых печах используется не полностью.
Из AT-В-295566 известенспособ непрерывного производства стали путем плавления предварительновосстановленной руды и последующего переплава расплава стального полуфабрикатадо получения стали. Процесс осуществляют в электродуговой плавильной печи,содержащей плавильный под, с которым соединяется зона переплава и как минимумодна камера для осаждения шлака. В этом способе предварительно восстановленнуюжелезную руду вводят в зону электрической дуги плавильного пода в виде кусков илигранул, металл внутри пода непрерывно перемешивают и приводят в круговоедвижение, а переплав его до получения стали осуществляют при протекании череззону переплава посредством вдувания кислородсодержащего газа, в то время какпоток шлака направляют против течения металла по крайней мере вдоль части зоныпереплава. Поток шлака останавливается в камере для осаждения шлака вотсутствие интенсивного перемешивания ванны, и затем его отводят из камеры дляосаждения шлака.
В этом известном способев установку можно загружать лом и жидкий чушковый чугун, но только в оченьограниченном количестве. Отвод отработанных газов происходит непосредственно взоне переплава, то есть не через электродуговую плавильную печь. В этом способедля предотвращения застывания расплава в зоне переплава требуется добавлениебольшого количества кокса/угля. Следовательно, данный процесс может бытьприменен лишь в ограниченной степени, в первую очередь для получениянерафинированной стали из предварительно восстановленной руды.
Из DE-C 3609923 известныспособ и установка для непрерывного плавления лома до получения стали. В этомспособе, который в основном ограничивается плавлением лома (упоминание озагрузке жидкого чушкового чугуна или губчатого железа, полученного прямымвосстановлением, отсутствует), для нагрева лома используют тепло печных газов.Лом предварительно нагревают в шахте, расположенной в центре подовой печи, ивводят в центр подовой печи, где он образует колонну лома, опирающуюся на дноэлектродуговой печи с образованием конической груды; эта колонна может доходитьдо загрузочного отверстия для лома, расположенного в верхней части шахты дляпредварительного нагрева лома. Поворотные электроды (предпочтительно четырештуки) симметрично расположены вокруг колонны лома в электродуговой печи испособствуют плавлению лома. Угол наклона между центральной осью электрода ивертикалью при плавлении составляет более 20o для каждого электрода. Такимобразом, подовая печь подвергается большой термической нагрузке, посколькуэлектрические дуги горят между размещенной в центре колонной лома и стенками икрышкой подовой печи. С одной стороны, это вызывает повышенный износогнеупорной облицовки и, следовательно, повышение затрат средств и времени наремонт. Кроме того, значительная часть потребляемой энергии путем излученияпередается стенкам и крышке печи и, таким образом, теряется. Наконец, возможноезамыкание, возникающее внутри колонны лома — над пустотами в расплаве,образованными в нем электродами — может вызвать оседание колонны лома (или еечасти), которое может привести к поломке электродов.
Изобретение направлено наустранение этих недостатков и трудностей и имеет своей задачей созданиеустановки и способа получения расплава железа, которые, в первую очередь,пригодны для загрузки любых носителей железа, встречающихся в металлургическойпрактике и имеющих различные физико-химические свойства, таких как железныйлом, жидкий и/или твердый чушковый чугун, карбид железа, губчатое железо,железная руда различной степени предварительного восстановления, агломераты,окалина, металлургическая пыль, высушенные шламы и т.д., в различномколичественном соотношении, чтобы, например, если имеется недостаток одногоносителя железа, вместо него можно было использовать другой без сниженияпроизводительности установки. В то же время, должна быть создана возможностьподачи и использования в качестве теплоносителя для металлургического процессаобработанной органической легкой фракции, такой как легкая фракция из шредера,таким образом одновременно утилизируя ее.
Для решения этой задачиустановка по изобретению имеет следующие характерные особенности: емкостьэлектродуговой печи, емкость для переплава, расположенную за емкостью печи исоединенную с нею сливом, который переходит в дно емкости для переплава за счеткак минимум частичного наклона вниз; емкость содержит устройство подачикислорода, а также отвод для расплава железа, размещенный у ее конца, дальнегоот печи, емкость для сцеживания, расположенную за емкостью печи и имеющую семкостью печи общее дно, причем упомянутая емкость для сцеживания имеет отводдля шлака, размещенный у ее конца, дальнего от печи, устройство подачи,подающее жидкий чушковый чугун и открывающееся в емкость печи, шахтупредварительного нагрева для подачи твердых носителей железа, причем упомянутаяшахта для предварительного нагрева расположена над емкостью печи и открываетсяв емкость печи через ее крышку посредством газопроницаемого охлаждаемогоизолирующего устройства, и загрузочную шахту, расположенную над емкостью печи иоткрывающуюся в емкость печи посредством газонепроницаемого охлаждаемогоизолирующего устройства.
Предпочтительно, емкостьпредварительного нагрева расположена по центру над емкостью печи, а крышкаемкости печи имеет кольцеобразную форму, чтобы охватывать шахтупредварительного нагрева и соединять ее с боковыми стенками емкости печи, вкоторой размещены электроды, предпочтительно графитовые электроды, наклонновходящие внутрь емкости печи через ее крышку; если это желательно, они могутвходить перпендикулярно. Это позволяет значительно сократить периоды от выпускадо выпуска, то есть осуществлять добавление твердых носителей железа, таких каклом, в течение коротких промежутков времени, гарантируя эффективныйпредварительный нагрев твердых носителей железа путем контроля/регулированиятемпературы предварительного нагрева и скорости их подачи.
Предпочтительно,электроды установлены с возможностью поворота и, возможно, смещения впродольном направлении относительно их продольных осей, с изменением угланаклона между вертикалью и центральной осью электродов, предпочтительно впределах от 0 до 30o в направлении к центру емкости печи и до 10o впротивоположном направлении, к стенке емкости печи.
Предпочтительно,электроды подключены в качестве катодов, а анод расположен в центре дна емкостипечи.
Установка будет иметьпрактически универсальное применение, если электроды сконфигурированы как полыеэлектроды и подсоединены или к устройству подачи носителей железа, и/или кустройству подачи угля или носителей углерода, и/или к устройству подачиобработанной органической легкой фракции, и/или к устройству подачишлакообразующих веществ, и/или к устройству подачи углеводородов, и/или кустройству подачи инертных газов.
Предпочтительно,конструкцией могут быть также предусмотрены сопла и/или фурмы, открывающиесявнутрь емкости печи, которые подсоединены или к устройству подачи носителейжелеза, и/или к устройству подачи угля или носителей углерода, и/или кустройству подачи обработанной органической легкой фракции, и/или к устройствуподачи шлакообразующих веществ, и/или к устройству подачи кислорода иликислородсодержащего газа, и/или к устройству подачи углеводородов, и/или кустройству подачи инертных газов, при этом упомянутые фурмы предпочтительноустановлены с возможностью перемещения, в частности, поворота и/или смещения впродольных направлениях.
В соответствии спредпочтительным вариантом осуществления изобретения, в емкости для переплаварасположены сопла и/или фурмы, которые подсоединены или к устройству подачи носителейжелеза, и/или к устройству подачи угля или носителей углерода, и/или кустройству подачи обработанной органической легкой фракции, и/или к устройствуподачи шлакообразующих веществ, и/или к устройству подачи кислорода иликислородсодержащего газа, и/или к устройству подачи углеводородов, и/или кустройству подачи инертных газов, при этом упомянутые сопла предпочтительноскомпонованы как подванные сопла и/или донные продувочные кирпичи.
Фурмы предпочтительноустановлены с возможностью перемещения, в частности, поворота и/или смещения впродольных направлениях.
Чтобы обеспечитьвозможность полной разгрузки емкости печи даже в случае центрального размещениядонного анода, емкость печи предпочтительно имеет дно, которое наклонено вниз внаправлении сцеживающего устройства и сливается с практически горизонтальнойдонной частью сцеживающего устройства, при этом самая низкая точка днанаходится в сцеживающем устройстве, и в этой нижней точке дна сцеживающегоустройства предпочтительно размещается отводное отверстие.
Чтобы обеспечить простоеуправление технологическим процессом, протекающим в установке, даже при большойпротяженности устройств для переплава, устройство для переплава предпочтительнооснащено по крайней мере одним отверстием для осмотра и ремонта.
Поскольку кирпичнаяоблицовка устройства для переплава подвергается сильному химическомувоздействию шлака, обогащенного оксидами железа, а также повышенной термическойнагрузке, а следовательно, и повышенному износу по сравнению с емкостью печи,устройство для переплава предпочтительно выполнено как конструкционный узел,который может отделяться от емкости печи и заменяться.
Уровень ванны металла вемкости печи и в устройстве для переплава может быть одинаковым или разным(например, ниже в устройстве для переплава, и в этом случае функционированиеустановки происходит без образования непрерывной ванны между емкостью печи иустройством для переплава).
В соответствии смодифицированным предпочтительным вариантом осуществления, устройство дляпереплава выполнено в форме ковша, в области крышки которого расположен слив,размещенный между емкостью печи и устройством для переплава.
Чтобы обеспечитьэффективное регулирование шлака, в области перехода от емкости печи кустройству для переплава расположен дополнительный отвод для шлака и съемныйпорог для шлака.
В целях облегченияремонтных работ шахта предварительного нагрева и/или загрузочная шахтапредпочтительно выполнены как конструкционные узлы, которые могут отделяться отемкости печи и заменяться.
В соответствии спредпочтительным вариантом осуществления изобретения, способ получениярасплавов железа, в частности, расплавов стали, таких как расплавынерафинированной стали, отличается сочетанием следующих характерныхособенностей: загрузка жидкого чушкового чугуна в емкость печи в количестве от20 до 70% общего количества загружаемых носителей железа, плавление лома и/илидругих твердых носителей железа, содержащих часть окисного железа (губчатоежелезо, полученное прямым восстановлением, губчатое железо, подвергнутоегорячему брикетированию, карбид железа, предварительно восстановленная руда,брикетированная пыль и т.д.), в емкости печи, в количестве, дополняющемзагрузочную долю чушкового чугуна до общего загрузочного количества, где ломсначала загружают в шахту предварительного нагрева и предварительно нагреваютпосредством вывода отработанных газов, образующихся при производстве расплаважелеза, и инжекции упомянутых отработанных газов в шахту предварительногонагрева, содержащую лом, а затем загружают в емкость печи, и где, кроме того,твердые кусковые носители железа сначала загружают в загрузочную шахту, аоттуда подают в емкость печи без предварительного нагрева, хотя, возможно, вгорячем состоянии, с одновременной подачей тонкоизмельченных носителей железа вемкость печи и/или устройство для переплава через фурмы и/или сопла и/или полыеэлектроды, носители железа, загружаемые в емкость печи, плавят при посредствеэнергии электрической дуги, таким образом смешивая их с жидким чушковымчугуном, образующийся расплав железа течет через устройство для переплава котводу для расплава железа при посредстве слива, подвергаясь непрерывномупереплаву и одновременному нагреву как в емкости печи, так и в устройстве дляпереплава, а шлак течет к отводу для шлака в направлении, противоположномнаправлению течения расплава железа, подвергаясь непрерывному восстановлению вотношении его FeO-компонента и одновременному охлаждению.
Предпочтительно,технологические газы дожигают путем подачи кислородсодержащего газа в шлак и/илина шлак и/или над ним в емкость для переплава, в емкость печи и/или в шахтупредварительного нагрева.
Желательно, чтобыплавлению лома способствовало вдувание кислородсодержащего газа.
Способ по изобретениюможет иметь широкое применение благодаря следующим преимуществам: подачазагрузочных веществ (носителей железа, носителей углерода, флюсов, обработаннойорганической легкой фракции и газов), плавление, переплав и нагрев, а такжевыгрузка полученных продуктов (нерафинированная сталь, шлак и отработанныегазы) в шахту предварительного нагрева и/или в загрузочную шахту и/или вемкость печи и/или в сцеживающую емкость и/или в емкость для переплаваосуществляют непрерывно или полунепрерывно с периодическим отводомнерафинированной стали из емкости для переплава и без воздействия на протеканиепроцесса или его прерывания в непосредственно предшествующих/последующих узлахустановки.
Предпочтительно, уровеньванны металла в емкости для переплава поддерживают ниже, чем в емкости печи,чтобы избежать обратного примешивания.
Далее изобретениепоясняется более подробно на нескольких примерных вариантах осуществления,схематически показанных на чертежах, где фиг. 1 представляет собой вертикальныйразрез установки в соответствии с первым вариантом, а фиг. 2 показывает сечениепо линии II-II фиг. 1. Фиг. 3 представляет собой вид сверху с частичнымразрезом установки, представленной на фиг. 1. Каждый из фиг. 4 — 6 показываетальтернативные варианты осуществления изобретения, иллюстрируя их аналогичнофиг. 1.
Емкость печи 1электродуговой печи постоянного тока с одной стороны оснащена сцеживающейемкостью 2, а с другой стороны — емкостью для переплава 3, то естьнепосредственно соединена с каждой из этих емкостей 2 и 3 таким образом, чтообразуется единая установка, содержащая три операционные зоны. Емкость печи 1электродуговой печи служит зоной плавления или плавления с восстановлением,емкость для переплава 3 служит зоной переплава и нагрева, а сцеживающая емкость2 служит зоной сцеживания. Посередине, то есть по центру емкости печи 1, на еекрышке 4 расположена шахта предварительного нагрева 5, включающаягазопроницаемое и водоохлаждаемое изолирующее устройство 6. В шахтупредварительного нагрева 5 могут загружаться металлические загрузочные вещества7 — в первую очередь, стальной лом, возможно также, твердый чушковый чугун — предпочтительно, при помощи ленточного транспортера 8, через приемное отверстие9. Параллельно с шахтой предварительного нагрева 5 имеется по крайней мере однарасположенная непосредственно сбоку загрузочная шахта 10 (предпочтительнаконструкция с несколькими загрузочными шахтами), которая также открывается вемкость печи 1 и включает газонепроницаемое и водоохлаждаемое изолирующееустройство 11, ориентированное внутрь печи. Загрузочная шахта может загружатьсятвердыми кусковыми носителями железа 12 (железо, полученное прямымвосстановлением, предварительно восстановленная железная руда, агломераты,окалина, пыль из фильтров и/или брикеты шлама, и т. д.) и/или носителямиуглерода 13 (кокс, прессованные частицы органической легкой фракции и т.д.)и/или шлакообразующие вещества 14 (известь, флюорит, кварцевый песок, боксит ит.д.) через ленточный транспортер 15 или ленточные транспортеры. Узел,состоящий из емкости печи 1, емкости для переплава 3, сцеживающей емкости 2,шахты предварительного нагрева 5, размещенной сверху, и боковых загрузочныхшахт 10, образует ядро установки по изобретению.
Емкость печи 1 оснащенанесколькими наклонными графитовыми электродами 16, подключенными в качествекатодов, возможно, выполненными в виде полых электродов, которыепредпочтительно размещены симметрично относительно электродуговой печи и шахтыпредварительного нагрева 5, расположенной сверху. Электроды 16 могутповорачиваться в пределах угла наклона от 0 до 30o относительно вертикали внаправлении к центру емкости печи 1, и до 10o в противоположном направлении — кстенке емкости печи 1. Угол наклона может по разному регулироваться и/иликонтролироваться для каждого отдельного электрода 16. Во время операцииплавления этот угол обычно составляет 15 — 20o. В отдельных случаях поворотнаяспособность электродов 16 может быть устранена. Противоположным электродом 17служит донный анод, расположенный по центру дна 18 емкости печи 1.
Металлические загрузочныевещества 7, нагретые в шахте предварительного нагрева 5 посредством восходящихотработанных газов 19, загружают в емкость печи 1 установки непрерывно илипартиями, исключительно при включенном токе. Если это влечет за собой рискполомки электродов, электроды 16 временно разворачивают в направлении стенкиемкости печи 1 при включенной электроэнергии, или извлекают вверх привыключенной электроэнергии. Загрузку лома 8, имеющего большой вес отдельныхкусков (отходы при производстве заготовок, таких как слябы, сутунки или блюмы,пакетированный лом и т.д.), производят при кратковременном прерывании подачитока и подъеме электродов 16.
Загрузку в электродуговуюпечь твердых носителей железа 12, содержащих окисную часть (губчатое железо,предварительно восстановленная руда, брикетированная пыль и т.д.), и, еслинеобходимо, носителей углерода 13, таких как кокс, прессованные частицыорганической легкой фракции и т.д., а также шлакообразующих веществ 14(известь, флюорит, кварцевый песок, боксит и т.д. ) осуществляют через боковыезагрузочные шахты 10 непрерывно и/или партиями/периодически, независимо отзагрузочных операций, которые осуществляют через шахту предварительного нагрева5.
Так же независимоосуществляют подачу жидкого чушкового чугуна 20 в электродуговую печь,непрерывно или партиями/периодически, через устройство подачи чушкового чугуна21, выполненного в виде желоба и открывающегося в емкость печи 1. С однойстороны емкости печи 1, которая расположена напротив желоба, имеется дверца 22для управления технологическим процессом, для введения дополнительногоманипулятора для фурм 23 и для проведения работ по обслуживанию в областиемкости печи 1.
Формой установкиобусловлен тот факт, что загрузка и плавление внутри емкости печи 1 всегдаосуществляются с жидким отстоем 24. Последний обеспечивает возможность почтинепрерывной квазистационарной операции плавления со вспененным шлаком 25,который почти полностью окружает электрические дуги 26, что дает высокуювыходную мощность преобразования и термическую эффективность при сниженииуровня шума.
Чтобы соответствоватьследующим требованиям: переработка тонкоизмельченных носителей железа 12' (вчастности, карбида железа, отходов при просеивании губчатого железа, пыли изфильтров и т.д.); выработка и контроль вспененного шлака 25; ускорение процессаплавления загрузочных веществ 7, 12, 13, 14 путем повышения потребления энергииэлектродуговой печью (включая дожигание CO и H2 в отработанных газах 19 внутриили над вспененным шлаком 25) и уравновешивания концентрационного и температурногоградиентов внутри ванны расплава 24, а также замена части требуемойэлектроэнергии более дешевыми видами первичной энергии, дополнительнотонкоизмельченные носители железа 12', и/или тонкоизмельченный уголь 13' илидругие носители углерода (обработанная органическая легкая фракция, вчастности, легкая фракция из шредера), и/или тонкоизмельченные шлакообразующиевещества 14' (известь, флюорит и т.д.), и/или газообразный кислород и/илидругие окисляющие газы 27 (CO2, H2O и т.д.), а также вторичный воздух 28, и/илиCH4 или другие углеводороды 29, и/или инертные газы 30 (N2, Ar) подают врегулируемых количествах в соответствии с требованиями места и времени, черезодин или несколько полых электродов 16 для вдувания сверху по крайней мереодного из вышеупомянутых веществ 12', 13', 14', 29, 30 за исключением кислородаи кислородсодержащих газов и/или защищенных и/или незащищенных сопел и/или фурм32 (подвижных и/или фиксированно установленных фурм, возможно, выполненных ввиде комбинированных фурм/горелок) в различных точках крышки и стенокэлектродуговой печи над и/или под поверхностью шлака для вдувания сверху иливдувания внутрь по крайней мере одного из вышеупомянутых веществ 12', 13', 14',27, 28, 29, 30 и/или защищенных подванных сопел 33 (предпочтительно сопелвысокого давления) и/или донных продувочных кирпичей для продувки или подванныхсопел для вдувания внутрь по крайней мере одного из вышеупомянутых веществ 12',13', 14', 27-30, или продувочных кирпичей для инертных газов 30.
Для ясности рисунка невсе из этих устройств показаны на фиг. 1.
Определенное количествообразовавшегося жидкого отстоя 24, расплав металла 24, образующийся в емкостипечи 1, проходит через слив 34 в емкость для переплава 3 и там подвергаетсяпереплаву и одновременному нагреву до начала отвода. Для этой цели емкость дляпереплава 3 содержит по крайней мере одно, предпочтительно несколько сопел, аименно защищенных (защищенных природным газом, с возможностью применения вкачестве защитных газов также Ar, CO2 и высших углеводородов) и/илинезащищенных сопел (надванных сопел (для дожигания) или сопел высокого давления(подванных) и/или фурм 35 (подвижных и/или фиксированно установленных фурм,возможно, выполненных в виде комбинированных фурм/горелок) в различных точкахкрышки и стенок емкости для переплава над и/или под поверхностью шлака длявдувания сверху или вдувания внутрь по крайней мере одного из веществ 12', 13',14', 27 — 30, и/или защищенных подванных сопел 36 (предпочтительно сопелвысокого давления) и/или донных продувочных кирпичей для продувки или подванныхсопел для вдувания внутрь по крайней мере одного из веществ 12', 13', 14', 27 — 30, а также продувочных кирпичей для инертных газов 30, и/или отверстий длядобавления кусковых носителей железа 12, носителей углерода 13 и шлакообразующихвеществ 14 — индивидуально или в сочетании друг с другом, при этом, всоответствии с предпочтительным вариантом конструкции емкости для переплава 3,обеспечивается следующее: через несколько фурм 35 сверху вдуваетсяисключительно газообразный кислород 27. Фурмы 35 размещены по центру крышки 37емкости для переплава 3 через приблизительно равные промежутки по всей длинеустройства переплава; они могут смещаться в вертикальном направлении иодновременно поворачиваться в пределах угла наклона от 0 до 30o относительновертикали в сторону течения или против течения 38 металлического расплава 24;через несколько защищенных подванных сопел 36 и/или продувочных кирпичей,расположенных между фурмами 35, подается исключительно инертный газ 30 (N2 и/илиAr в любых соотношениях). Подванные сопла 36 и/или продувочные кирпичиразмещены индивидуально или парами по центру в дне и/или в боковых стенках повсей длине емкости для переплава 3. В емкость для переплава 3 исключительночерез отверстие крышки 39 подаются исключительно кусковые связующие веществадля шлака 14 (известь, флюорит, кварцевый песок, боксит и т. д. ) припосредстве ленточного транспортера 40. На каждой из двух длинных сторон емкостидля переплава 3 выполнено отверстие для контроля и ремонта 50. Два контрольныхотверстия 50 смещены относительно друг друга в продольном направлении емкостидля переплава 3.
Путем добавления кусковыхшлакообразующих веществ 14 через отверстие крышки 39 на участке фурмы, котораярасположена последней в направлении течения металла 24 внутри емкости дляпереплава 3 — приблизительно над отводным отверстием для нерафинированной стали41 — ускоряется растворение извести и образование реакционноспособного шлакадля переплава 25, так как содержание оксида железа в шлаке 25 в этой областиемкости для переплава 3 постоянно поддерживается высоким при помощи находящейсярядом последней кислородной фурмы 35.
За счет собственнойтяжести, а также импульса, сообщаемого фурмами 35, шлак для переплаваперемещается вдоль емкости для переплава 3 против течения расплава металла 24 внаправлении стрелки 42 к емкости печи 1, сообщая расплаву металла 24непрерывное повышение температуры и повышение содержания сопутствующихэлементов (C, Si, Mn, P, S и т.д.), таким образом осуществляя его нагрев ипереплав и при этом претерпевая охлаждение и восстановление за его счет. Принепрерывной работе, с непрерывной ванной по всей длине установки (как показанона фиг. 1), шлак 25 отводится через люк для шлака 43, расположенный насвободном торце сцеживающей емкости 2. При таком способе количество шлака 25,имеющееся в емкости печи 1 и в сцеживающей емкости 2, может дополнительнорегулироваться путем частичной выгрузки шлака 25 при посредстве порога дляшлака 44 через один или два боковых люка для шлака 45, расположенных в емкостидля переплава — непосредственно перед входом шлака в электродуговую печь.
Преимущества такого«противотока металла/шлака» таковы:
1) низкие потери тепла ижелеза шлаком 25 при выходе из сцеживающей емкости 2 через люк для шлака 43,так как, с одной стороны, шлак 25 выходит из установки с «холоднойстороны», а с другой стороны, в сцеживающей емкости 2 из шлака 25 выпадаеттак называемый «дождь» капель металла, в дополнение к восстановлениюоксида железа, первоначально осуществляемому в емкости печи 1;
2) получение желаемогосорта стали при существенно более низком расходе шлакообразующих веществ 14 иболее низком удельном количестве шлака 25, соответственно(«шлако-обедненное» переплав, возможное как вариант), и,следовательно, при пониженном износе огнеупорной облицовки оборудования.
В полунепрерывной работеустановки, включающей периодический отвод нерафинированной стали 24 из емкостидля переплава 3, переливание шлака 25 из емкости печи 1 в емкость для переплава3 ограничивается или предотвращается при помощи боковых вставных порогов дляшлака 44.
Горячие отработанные газы19, образующиеся в емкости для переплава 3, сначала попадают в емкость печи 1,смешиваясь с отработанными газами, образующимися там, перед восхождением черезшахту предварительного нагрева 5 и выходом из установки через трубопроводотработанных газов 46, расположенный в верхней части шахты предварительногонагрева 5. В зависимости от требуемых местных тепловых условий в различныхчастях установки, отработанные газы по пути частично дожигаются в возрастающейстепени, предпочтительно кислородом 27, возможно, воздухом 28 иливоздушно-кислородными смесями, через фурмы 32, 35 и/или сопла 47. При такомспособе высокие степени дожигания, составляющие более 60%, технически возможныпри определенных загрузочных количествах и определенных условиях управлениятехнологическим процессом. Таким образом, при применении способа и установки поданному принципу намного большее количество химического и весьма ощутимоготепла от отработанных газов 19 передается ванне металла 24 или непосредственновнутри емкости для переплава 3 и емкости печи 1, или косвенно путемпредварительного нагрева загрузочных веществ 7 в шахте предварительного нагрева5, то есть сразу же используется в технологическом процессе.
Установка и способ поданному изобретению показывают более низкое потребление электроэнергии посравнению с обычными электродуговыми печами, не использующими предварительныйнагрев лома (25-30%) и с электродуговыми печами периодического действия совстроенным предварительным нагревом лома (10-15%), при использовании идентичныхзагрузочных веществ. Увеличение выходной мощности по сравнению с обычнымиэлектродуговыми печами, не использующими предварительный нагрев лома, приприблизительно одинаковых размерах и оснащении электродуговых печей (выходнаямощность преобразования, фурмы, горелки и т.д.) составляет до 50%.
Работа отдельных узловустановки, таких, как емкость печи 1, шахта предварительного нагрева 5 ибоковые загрузочные шахты 10, емкость для переплава 3 и сцеживающая емкость 2осуществляется как функция используемых загрузочных веществ, в частности,носителей железа 7 (форма, размер, состав, температура и состояниеагрегирования) желаемого объема производства, требований к качеству стали,желаемого режима работы установки (непрерывного или полунепрерывного — спериодическим выпуском), в том числе с учетом желаемого объединения спредшествующими или последующими установками (в частности, для производствачушкового чугуна, прямого восстановления, вторичной металлургической обработки,непрерывного литья и т.д.), типов и стоимости имеющихся источников энергии.
Главная цель описываемойконцепции — осуществление отдельных этапов технологического процесса, а именнопредварительного нагрева, загрузки, плавления или плавления с восстановлением,переплава, нагрева и отвода, внутри установки в одно и то же время, но слокальным смещением и поэтому независимо, насколько это возможно, в различныхузлах установки при контролируемом протекании процесса в относительноблагоприятных физико-химических, реакционно-кинетических условиях и условияхтеплообмена, то есть таким образом, чтобы получить установку в целом, состоящуюиз почти совершенных (высокоэффективных) секционных реакторов для конкретногослучая применения.
Конфигурация установки поизобретению дает возможность взаимно независимой разгрузки зоны установки,включающей емкость печи 1 и сцеживающую емкость 2 (через отводное отверстие43), и емкости для переплава 3 через отводное отверстие 41, что не требуетнаклона всей установки. Кроме того, имеется также возможность поочередногоосмотра и ремонта в горячем состоянии любой из этих двух соседних зон, безпрерывания технологического процесса. В соответствии с изобретением, все частиустановки жестко сблокированы в виде отдельных узлов, и во время работы немогут перемещаться или наклоняться. Благодаря предпочтительной секционнойконфигурации нижних емкостей и крышек 4 и 37 установки, отдельные емкости,такие как емкость для переплава 3, емкость печи 1 и/или сцеживающая емкость 2,или другие части установки, соответственно, при необходимости ремонта могутбыть заменены путем выдвижения вбок (это также относится к шахтепредварительного нагрева 5 и загрузочным шахтам 10).
В соответствии сизобретением, конфигурация установки, представленная на фиг. 1, являетсяпредпочтительной при непрерывном функционировании с непрерывной ванной,размещающейся по всей длине установки. Такая непрерывная ванна можетрегулироваться при высоком содержании углеродистых носителей железа в загрузке(в частности, при загрузке 30% стального лома + 30% губчатого железа + 40%жидкого чушкового чугуна). Однако возможно также и использование различныхуровней ванны металла в емкости печи и в емкости для переплава.
Некоторые конфигурацииустановки, предпочтительные по изобретению с точки зрения переменныхзагрузочных соотношений, представлены на фиг. 4 — 6, где конфигурация установкипо фиг. 4 — как альтернатива фиг. 1 — обеспечивает непрерывное функционированиес непрерывной ванной при содержании жидкого чушкового чугуна в загрузке минимум30%; конфигурация установки по фиг. 5 предназначена для непрерывного илиполунепрерывного функционирования при содержании жидкого чушкового чугуна взагрузке максимум 30%; при полунепрерывном функционировании емкость дляпереплава разгружается партиями; при содержании жидкого чушкового чугуна взагрузке
Как очевидно из фиг. 4 — 6, на форму и размер емкости для переплава 3 и сцеживающей емкости 2, в первуюочередь, но также и на размер шахты предварительного нагрева 5, количество,размер, расположение и применение боковых загрузочных шахт 10, а кроме того, навыходную мощность преобразования, требуемую для электродуговой печи, влияютсоотношения загрузочных веществ. При повышении содержания углерода взагружаемых носителях железа 7 и увеличении их жидкой составляющей емкость дляпереплава 3 и сцеживающая емкость 2, в принципе, становятся более узкими идлинными (как труба), а удельная выходная мощность преобразованияэлектродуговой печи снижается, и наоборот. В граничном случае 100 %-нойзагрузки твердых веществ сцеживающая емкость при проектировании может бытьсильно укорочена.
Примерныйвариант осуществления изобретения
Загрузка состоит из 40%жидкого чушкового чугуна 20, 30% смешанного лома 7 и 30% гранул губчатогожелеза 12. Химический состав этих загрузочных веществ приведен в табл. 1.
Установка служит дляосуществления технологического процесса, который, в соответствии с фиг. 1, дляобеспечения производительности около 150 т/ч нерафинированной стали, имеетследующие характеристики:
а) емкость печи 1:диаметр около 6 м, выходная мощность преобразования 55 МВА, 4 комплектаграфитовых электродов 16 (диаметр 350 мм, возможность поворота в вертикальнойплоскости в пределах угла наклона 0 — 30o), один донный анод 17, один желоб 21для непрерывно подаваемого жидкого чушкового чугуна 20, один люк для осмотра иремонта 22, 1 комплект манипулятора для фурм 23 (через люк 22), 4 комплектакислородных фурм 32 из расходующихся трубок, входящих через боковые стенкиемкости печи 1 (диаметр фурмы 1 дюйм, давление всасывания кислорода на входе ≥5 бар), 4 комплекта донных продувочных кирпичей 33 для инертного газа 30 (смесьN2/Ar, регулируемая в любых желаемых количественных соотношениях), смаксимальной скоростью потока газа около 200 Нл/мин на продувочный кирпич 33(максимальная скорость потока инертного газа в емкости печи 1 около 800Нл/мин), наклон дна по направлению к запасному отводному отверстию 48 всцеживающей емкости 2 около 5-6o;
б) шахта предварительногонагрева 5 для предварительного нагрева и последующей загрузки смешанного лома 7в емкость печи 1, постоянное восьмиугольное поперечное сечение шахты (около 2,5м внутренняя ширина), высота шахты около 4 м, общий объем около 25 м3, из них17,5 м3 — рабочий объем (вместимость около 12 т смешанного лома 7), включаяленточную загрузку 8, газопроницаемые водоохлаждаемые изолирующие устройства 6(устройство задержки подачи лома) и трубопровод отработанных газов 46, но безсопел дожигания 47;
в) 3 комплекта боковыхзагрузочных шахт 10 для гранул губчатого железа 12 и кусковой извести 14 (приотсутствии загрузочных шахт 10 у сцеживающей емкости 2 и у отверстия 9 длязагрузки шахты предварительного нагрева смешанным ломом 7), прямоугольноепоперечное сечение 1200 х 600 мм, высота 3,5 м, рабочий объем загрузочной шахты10 около 2,2 м3 (вместимость трех загрузочных шахт 10 — около 12 т гранулгубчатого железа 12), водоохлаждаемые и газонепроницаемые изолирующиеустройства 11 у входа в емкость печи 1, загрузка трех загрузочных шахт 10посредством общего ленточного транспортера 15 и распределительного желоба(распределительный желоб не показан на фиг. 1);
г) емкость для переплава3: ширина около 1,9 м, длина около 6,0 м, наклон дна в направлении отводногоотверстия для нерафинированной стали 41 — около 8-9o (средняя площадь угловогопоперечного сечения емкости для переплава 3 по кирпичной облицовке — около 3м2), 4 комплекта водоохлаждаемых кислородных фурм 35 (каждая с одним отверстиемв головке, диаметр форсунки около 1 дюйма, давление кислорода у входа около 10бар), расположенных по центру крышки 37 емкости для переплава 3 на расстоянияхдруг от друга около 1,5 м и на расстояниях около 0,75 м от коротких сторонемкости для переплава, с возможностью индивидуального перемещения ввертикальном направлении и, также индивидуально, поворота в пределах угланаклона от 0 до 30o в сторону течения и против течения металла 24, 6 комплектовдонных продувочных кирпичей 36 для инертного газа 30 (смесь N2/Ar, регулируемаяв любых желаемых количественных соотношениях), расположенных парами (3 пары) впромежутках между фурмами 35 в плоской области дна емкости для переплава 3,максимальная скорость потока газа около 200 Нл/мин на продувочный кирпич 33(максимальная скорость потока инертного газа в емкости для переплава около 1200Нл/мин), одно отводное отверстие для нерафинированной стали 41, два люка дляшлака 45, один порог для шлака 44, два люка для осмотра/ремонта 50;
д) сцеживающая емкость 2:ширина около 1,9 м, длина около 0,9 м, почти постоянная площадь угловогопоперечного сечения 2,5 м2 по кирпичной облицовке, 2 комплекта донныхпродувочных кирпичей 33 (1 пара) в плоской области дна сцеживающей емкости 2,максимальная скорость потока газа около 200 Нл/мин на продувочный кирпич 33 (максимальнаяскорость потока инертного газа в сцеживающей емкости около 400 Нл/мин), одноотводное отверстие 48 (используемое только для разгрузки емкости печи 1 исцеживающей емкости 2), один люк 43 для отвода шлака 12.
В описываемом случаепротекание процесса по изобретению осуществляется с непрерывной ванной по всейдлине установки, при движении противотоком металла 24 и шлака 25, со вспененнымшлаком 25 внутри емкости печи 1 и сцеживающей емкости 2, при непрерывном отводенерафинированной стали 24 через отводное отверстие 41 и шлака 25 через люк дляшлака 43, в квазистационарных технологических условиях в отношении профилейконцентрации и температуры, материальных и тепловых потоков, а также степенейзаполнения и уровней ванны в каждом отдельном узле установки.
Осуществление непрерывнойвыработки около 150 т/ч (около 2,5 т/мин) нерафинированной стали в даннойустановке гарантируется при помощи следующей системы управления.
Во время первойподготовительной фазы в узлах установки 1-3 вырабатывается непрерывная ванна24, как необходимое предварительное условие для последующего непрерывногофункционирования. Для этого около 90 т жидкого чушкового чугуна 20 через желобчушкового чугуна 21 и около 45 т смешанного лома 7 через шахту предварительногонагрева 5 (смешанный лом 7 загружают четырьмя партиями по 11-12 тонн каждая),загружают в емкость печи 1, при этом около 2/3 жидкого чушкового чугуна,содержащего лишь несколько кусков лома, переливается в соседнюю емкость дляпереплава 3 при закрытом отводном отверстии 41. В следующие 40-45 минут ванну,находящуюся в емкости для переплава 3, подвергают переплаву и нагреву припомощи кислородных фурм 35, с одновременным плавлением, переплавом и нагревом вемкости печи 1 при подаче электроэнергии и применении кислородных фурм 32.Рафинированный шлак 25, образующийся в емкости для переплава 3, непрерывноотводят при посредстве порога для шлака 44 исключительно через два люка дляшлака 45. Шлак 25, образующийся в емкости печи 1 и в сцеживающей емкости 2,отводят через люк для шлака 43.
Подготовительная фазазавершается тогда, когда непрерывная ванна в двух принципиальных зонах вдольустановки приобретает следующие характеристики:
а) в области емкости печи1 и сцеживающей емкости 2 около 60 т полуфабриката стали (около 50 т — вемкости печи 1 и около 10 т — в сцеживающей емкости 2), имеющего состав итемпературу:
около 1,40% C около1550oC
около 0,12% Mn
следы Si
б) в районе емкости дляпереплава 3 около 60 т полуфабриката стали имеющего состав и температуру:
около 0,05% C около1650oC
около 0,13% Mn
следы Si
С этого момента установкупереключают на непрерывную работу. На этом этапе порог для шлака 44 полностьювыдвинут из емкости для переплава 3, а два люка для шлака 45 закрыты.Начинается непрерывная и/или полунепрерывная подача материалов и энергии вследующих количествах в минуту (см. табл. 2).
Некоторые важныетехнологические данные на тонну нерафинированной стали приведены ниже:
а) загрузочные вещества(емкость печи 1 + емкость для переплава 3)
жидкий чушковый чугун — 439 кг/т
смешанный лом — 329 кг/т
гранулы губчатого железа- 329 кг/т
кислород (фурмы) — 40,5Нм3/т
инертный газ (N2/Ar) — 0,8 Нм3/т
кирпичная облицовка(износ) — 7,0 кг/т
известь (92,8% CaO) — 31,5 кг/т
кварцевый песок — 5,9кг/т
кокс (вспененный шлак) — 3,3 кг/т
графитовые электроды — 1,0 кг/т
б) шлак (% CaO/% SiO2 =1,55) — 81 кг/т
в) отработанный газ(неочищенный газ, включающий ложный воздух — 66 Нм3/т
г) степень дожиганияотработанного газа (неочищенный газ при температуре, около 800oC)
CO — в CO2 — 0,50
H2 — в H2O — 0,54
д) электроэнергия — 230кВт·ч/т3
Формула изобретения:
1. Установка дляполучения расплавов железа, в частности расплавов стали, таких, как расплавынерафинированной стали, включающая емкость электродуговой печи с боковымистенками, крышкой и дном, внутри которой помещаются электроды, емкость дляпереплава, расположенную за емкостью печи и соединенную с ней сливом, дноемкости для переплава наклонено вниз от слива и переходит в горизонтальнуюплоскость у дальнего конца емкости для переплава, где расположен отвод длярасплава железа, причем емкость для переплава снабжена средством для подачикислорода, емкость для сцеживания, расположенную за емкостью печи и имеющую сней общее дно, причем емкость для сцеживания имеет отвод для шлака, размещенныйу ее конца, дальнего от емкости печи, устройство для подачи жидкого чушковогочугуна, шахту предварительного нагрева и загрузочную шахту, причем как шахтапредварительного нагрева, так и загрузочная шахта расположены над емкостью печии сообщаются с ней, отличающаяся тем, что из шахты предварительного нагреваподаются твердые железосодержащие материалы, шахта предварительного нагревасоединена с емкостью печи через ее крышку посредством газопроницаемогоохлаждаемого изолирующего устройства, открывающегося в емкость печи, аустройство для подачи жидкого чушкового чугуна соединено с емкостьюэлектродуговой печи.
2. Установка по п.1,отличающаяся тем, что шахта предварительного нагрева расположена по центру надемкостью электродуговой печи, крышка которой выполнена кольцеобразной формы свозможностью охвата шахты предварительного нагрева и соединения ее с боковымистенками емкости печи, в которой размещены, предпочтительно, графитовыеэлектроды, наклонно введенные внутрь емкости печи через ее крышку.
3. Установка по п.2,отличающаяся тем, что электроды установлены с возможностью поворота и смещенияв продольном направлении относительно их продольных осей и изменения угланаклона между вертикалью и центральной осью электродов, предпочтительно, впределах от 0 до 30o в направлении к центру емкости печи и до 10o впротивоположном направлении, к стенке емкости печи.
4. Установка по п.3,отличающаяся тем, что электроды подключены в качестве катодов, а в центре днаемкости печи расположен анод.
5. Установка по одномуили нескольким пп.1 — 4, отличающаяся тем, что электроды выполнены в виде полыхэлектродов и подсоединены к устройству подачи железосодержащих материалов,устройству подачи угля или углеродсодержащих материалов, устройству подачиобработанной органической легкой фракции, устройству подачи шлакообразующихвеществ, устройству подачи углеводородов и/или к устройству подачи инертныхгазов.
6. Установка по одномуили нескольким пп.1 и 5, отличающаяся тем, что она снабжена соплами и/илифурмами, открывающимися внутрь емкости печи и подсоединенными к устройствуподачи железосодержащих материалов, устройству подачи угля илиуглеродсодержащих материалов, устройству подачи обработанной органическойлегкой фракции, устройству подачи шлакообразующих веществ, устройству подачикислорода или кислородсодержащего газа, устройству подачи углеводородов и/или кустройству подачи инертных газов.
7. Установка по п.6,отличающаяся тем, что открывающиеся внутрь емкости печи фурмы установлены свозможностью перемещения, в частности поворота и/или смещения в продольныхнаправлениях.
8. Установка по одномуили нескольким пп.1 — 7, отличающаяся тем, что устройства для подачи кислорода,расположенные в емкости для переплава, выполнены в виде сопел и/или фурм свозможностью их подсоединения к устройству подачи носителей железа, устройствуподачи угля или углеродсодержащих материалов, устройству подачи обработаннойорганической легкой фракции, устройству подачи шлакообразующих веществ,устройству кислородсодержащего газа, устройству подачи углеводородов и/или кустройству подачи инертных газов.
9. Установка по п.8,отличающаяся тем, что сопла выполнены в виде расположенных под уровнем расплавасопел и/или донных продувочных кирпичей.
10. Установка по любомуиз пп.8 и 9, отличающаяся тем, что фурмы установлены в емкости для переплава свозможностью перемещения, в частности поворота и/или смещения в продольныхнаправлениях.
11. Установка по одномуили нескольким пп.1 — 10, отличающаяся тем, что емкость печи выполнена с дном,которое наклонено вниз в направлении сцеживающей емкости и сливается спрактически горизонтальной донной частью сцеживающей емкости, при этом самаянизкая точка дна находится в сцеживающей емкости.
12. Установка по п.11,отличающаяся тем, что в самой нижней точке дна сцеживающей емкости выполненоотводное отверстие.
13. Установка по одномуили нескольким пп.1 — 12, отличающаяся тем, что емкость для переплава оснащена,по крайней мере, одним отверстием для осмотра и/или ремонта.
14. Установка по одномуили нескольким пп.1 — 13, отличающаяся тем, что емкость для переплава выполненав виде конструкционного узла, отделяющегося от емкости печи и заменяющегося.
15. Установка по любомуиз пп.1 — 13, отличающаяся тем, что емкость для переплава выполнена в видековша, в области крышки которого расположен слив, размещенный между емкостьюпечи и емкостью для переплава.
16. Установка по одномуили нескольким пп.1 — 15, отличающаяся тем, что в области перехода от емкостипечи к емкости для переплава расположен дополнительный отвод для шлака исъемный порог для шлака.
17. Установка по одномуили нескольким пп.1 — 16, отличающаяся тем, что шахта предварительного нагреваи/или загрузочная шахта выполнены в виде конструкционных узлов с возможностьюих отделения от емкости печи и их замены.
18. Способ получениярасплава железа, в частности расплавов стали, таких, как расплавынерафинированной стали с использованием установки по одному или нескольким пп.1- 17, включающий загрузку жидкого чушкового чугуна и лома, а также твердыхкусковых носителей железа, содержащих часть окисного железа, в емкостьэлектродуговой печи через загрузочную шахту, последующий предварительный нагреви плавление лома и других твердых носителей железа тепловой энергиейэлектрической дуги и смешивание их с жидким чушковым чугуном, направлениепотока образующегося расплава железа через слив для сцеживания в емкость дляпереплава и далее через нее в отвод для расплава железа, причем расплав железаподвергают непрерывному переплаву, направление потока образующегося шлака в сторону,противоположную направлению течения расплава железа, с последующим егоотведением и выпуск отработанных газов, образующихся в результате осуществленияспособа получения расплавов железа, отличающийся тем, что жидкий чушковый чугунзагружают в емкость печи в количестве от 20 до 70% от общего количествазагружаемых носителей железа, в качестве твердых кусковых носителей железа,содержащих часть окисного железа, используют полученное прямым восстановлениемгубчатое железо, губчатое железо, подвергнутое горячему брикетированию, карбиджелеза, предварительно восстановленную руду, брикетированную пыль и т.д. вколичестве, вместе с ломом дополняющем общую загрузочную долю, причем ломсначала загружают в шахту предварительного нагрева и подвергают предварительномунагреву посредством подачи в нее горячих отходящих газов, а твердые кусковыеносители железа сначала загружают в емкость печи без предварительного нагреваили в горячем состоянии с одновременной подачей тонкоизмельченных носителейжелеза в емкость печи, и/или устройство для переплава через фурму, и/или сопла,и/или полые электроды, расплав железа, текущий через емкость для переплава котводу для расплава, подвергают непрерывному переплаву и одновременному нагревукак в емкости печи, так и в емкости для переплава, а шлак, текущий внаправлении, противоположном направлению потока расплава железа, подвергаютнепрерывному восстановлению в отношении его FеО-компонента и одновременномуохлаждению.
19. Способ по п. 18,отличающийся тем, что отработанные газы дожигают путем подачикислородсодержащего газа в шлак, и/или на шлак, и/или над ним в емкость дляпереплава, в емкость печи и/или в шахту предварительного нагрева.
20. Способ по любому изпп.18 и 19, отличающийся тем, что для плавления лома дополнительно вдуваюткислородсодержащий газ в шахту предварительного нагрева.
21. Способ по п.18,отличающийся тем, что дополнительную подачу угля или содержащих углерод веществобработанной органической легкой фракции, шлакообразующих веществ, содержащегокислород газа, углеводородов, инертных газов в емкость печи и/или в емкость дляпереплава, загрузку всех веществ, их плавление, переплав, нагрев в емкости печии в емкости для переплава, а также подачу отработанных газов в шахтупредварительного нагрева, отвод стали и шлака и их подачу в емкость печи, и/илив сцеживающую емкость, и/или в емкость для переплава осуществляют непрерывноили полунепрерывно с периодическим отводом нерафинированной стали из емкостидля переплава и без воздействия на протекание процесса или его прерывания внепосредственно предшествующих/последующих узлах установки.
22. Способ по одному илинескольким пп.18 — 21, отличающийся тем, что уровень ванны металла в емкостидля переплава поддерживают ниже, чем в емкости печи.
Электрометаллургия.Устройства печей. Производство стали в электрических печах
В электоропечи можнополучать легированную сталь с низким содержанием серы и фосфора,неметаллических включений, при этом потери легирующих элементов значительноменьше.
В процессе электроплавкиможно точно регулировать температуру металла и его состав, выплавлять сплавыпочти любого состава.
Электрические печиобладают существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильнымиагрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные сплавы, нержавеющиешарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционныестали выплавляют только в этих печах.
Мощные электропечиуспешно применяют для получения низколегированных и высокоуглеродистых сталеймартеновского сортамента. Кроме того, в электропечах получают различныеферросплавы, представляющие собой сплавы железа с элементами, которыенеобходимо выводить в сталь для легирования и раскисления.
Устройство дуговыхэлектропечей.
Первая дуговаяэлектропечь в России была установлена в 1910 г. на Обуховском заводе. За годыпятилеток были построены сотни различных печей.
Вместимость наиболеекрупной печи в СССР 200 т. Печь состоит из железного кожуха цилиндрическойформы со сферическим днищем. Внутри кожух имеет огнеупорную футеровку.Плавильное пространство печи закрывается съемным сводом.
Печь имеет рабочее окно ивыпускное отверстие со сливным желобом. Питание печи осуществляется трехфазнымпеременным током. Нагрев и плавление металла осуществляются электрическимимощными дугами, горящими между концами трех электродов и металлом, находящимсяв печи. Печь опирается на два опорных сектора, перекатывающихся по станине.Наклон печи в сторону выпуска и рабочего окна осуществляется при помощиреечного механизма. Перед загрузкой печи свод, подвешенный на цепях, поднимаютк порталу, затем портал со сводом и электродами отворачивается в сторонусливного желоба и печь загружают бадьей.
Механическоеоборудование дуговой печи
Кожух печи долженвыдерживать нагрузку от массы огнеупоров и металла.
Его делают сварным излистового железа толщиной 16–50 мм в зависимости от размеров печи. Форма кожухаопределяет профиль рабочего пространства дуговой электропечи. Наиболеераспространенным в настоящее время является кожух конической формы. Нижняя частькожуха имеет форму цилиндра, верхняя часть—конусообразная с расширением кверху.Такая форма кожуха облегчает заправку печи огнеупорным материалом, наклонныестены увеличивают стойкость кладки, так как она дальше расположена отэлектрических дуг. Используют также кожухи цилиндрической формы сводоохлаждаемыми панелями. Для сохранения правильной цилиндрической формы кожухусиливается ребрами и кольцами жесткости. Днище кожуха обычно выполняетсясферическим, что обеспечивает наибольшую прочность кожуха и минимальную массукладки. Днище выполняют из немагнитной стали для установки под печьюэлектромагнитного перемешивающего устройства.
Сверху печь закрытасводом. Свод набирают из огнеупорного кирпича в металлическом водоохлаждаемомсводовом кольце, которое выдерживает распирающие усилия арочного сферическогосвода В нижней части кольца имеется выступ – нож, который входит в песчаныйзатвор кожуха печи. В кирпичной кладке свода оставляют три отверстия дляэлектродов. Диаметр отверстий больше диаметра электрода, поэтому во времяплавки в зазор устремляются горячие газы, которые разрушают электрод и выносяттепло из печи. Для предотвращения этого на своде устанавливают холодильники илиэкономайзеры, служащие для уплотнения электродных отверстий и для охлаждения кладкисвода. Газодинамические экономайзеры обеспечивают уплотнение с помощьювоздушной завесы вокруг электрода. В своде имеется также отверстие для отсосазапыленных газов и отверстие для кислородной фурмы.
Для загрузки шихты в печинебольшой емкости и подгрузки легирующих и флюсов в крупные, печи скачиванияшлака, осмотра, заправки и ремонта печи имеется загрузочное окно, обрамленноелитой рамой. К раме крепятся направляющие, по которым скользит заслонка.Заслонку футеруют огнеупорным кирпичом. Для подъема заслонки используютпневматический, гидравлический или электромеханический привод.
С противоположной стороныкожух имеет окно для выпуска стали из печи. К окну приварен сливной желоб.Отверстие для выпуска стали может быть круглым диаметром 120—150 мм иликвадратным 150 на 250 мм. Сливной желоб имеет корытообразное сечение и приваренк кожуху под углом 10—12° к горизонтали. Изнутри желоб футеруют шамотнымкирпичом, длина его составляет 1—2 м.
Электрододержатели служатдля подвода тока к электродам и для зажима электродов. Головкиэлектрододер-жателей делают из бронзы или стали и охлаждают водой, так как онисильно нагреваются как теплом из печи, так и контактными токами.Электрододержатель должен плотно зажимать электрод и иметь небольшое контактноесопротивление. Наиболее распространенным в настоящее время являетсяпружинно-пневматический электрододержатель. Зажим электрода осуществляется припомощи неподвижного кольца и зажимной плиты, которая прижимается к электродупружиной. Ог-жатие плиты от электрода и сжатие пружины происходят при помощисжатого воздуха. Электрододержатель крепится на металлическом рукаве – консоли,который скрепляется с Г-образной подвижной стойкой в одну жесткую конструкцию.Стойка может перемещаться вверх или вниз внутри неподвижной коробчатой стойки.Три неподвижные стойки жестко связаны в одну общую конструкцию, котораяпокоится на платформе опорной люльки печи. Перемещение подвижныхтелескопических стоек происходит или с помощью системы тросов и противовесов,приводимых в движение электродвигателями, или с помощью гидравлическихустройств. Механизмы перемещения электродов должны обеспечить быстрый подъемэлектродов в случае обвала шихты в процессе плавления, а также плавноеопускание электродов во избежание их погружения в металл или ударов онерасплавившиеся куски шихты. Скорость подъема электродов составляет 2,5—6,0м/мин, скорость опускания 1,0— 2,0 м/мин.
Механизм наклона печидолжен плавно наклонять печь в сторону выпускного отверстия на угол 40—45° длявыпуска стали и на угол 10—15 градусов в сторону рабочего окна для спускашлака. Станина печи, или люлька, на которой установлен корпус, опирается на два– четыре опорных сектора, которые перекатываются по горизонтальнымнаправляющим. В секторах имеются отверстия, а в направляющих – зубцы, припомощи которых предотвращается проскальзывание секторов при наклоне печи.Наклон печи осуществляется при помощи рейки и зубчатого механизма илигидравлическим приводом. Два цилиндра укреплены на неподвижных опорахфундамента, а штоки шарнирно связаны с опорными секторами люльки печи.
Система загрузки печибывает двух видов: через завалочное окно мульдозавалочной машиной и через верхпри помощи бадьи. Загрузку через окно применяют только на небольших печах.
При загрузке печи сверхув один-два приема в течение 5 мин меньше охлаждается футеровка, сокращаетсявремя плавки; уменьшается расход электроэнергии; эффективнее используется объемпечи. Для загрузки печи свод приподнимают на 150—200 мм над кожухом печи иповорачивают в сторону вместе с электродами, полностью открывая рабочеепространство печи для введения бадьи с шихтой. Свод печи подвешен к раме. Онасоединена с неподвижными стойками электрододержателей в одну жесткуюконструкцию, покоящуюся на поворотной консоли, которая укреплена на опорномподшипнике. Крупные печи имеют поворотную башню, в которой сосредоточены всемеханизмы отворота свода. Башня вращается вокруг шарнира на катках подугообразному рельсу. Бадья представляет собой стальной цилиндр, диаметркоторого меньше диаметра рабочего пространства печи. Снизу цилиндра имеютсяподвижные гибкие сектора, концы которых стягиваются через кольца тросом.Взвешивание и загрузка шихты производятся на шихтовом двореэлектросталеплавильного цеха.
Бадья на тележке подаетсяв цех, поднимается краном и опускается в печь. При помощи вспомогательногоподъема крана трос выдергивают из проушин секторов и при подъеме бадьи сектора раскрываются,и шихта вываливается в печь в том порядке, в каком она была уложена в бадье.
При использовании вкачестве шихты металлизованных окатышей загрузка может производиться непрерывнопо трубопроводу, который проходит в отверстие в своде печи.
Во время плавленияэлектроды прорезают в шихте три колодца, на дне которых накапливается жидкийметалл. Для ускорения расплавления печи оборудуются поворотным устройством,которое поворачивает корпус в одну и другую сторону на угол в 80°. При этомэлектроды прорезают в шихте уже девять колодцев. Для поворота корпусаприподнимают свод, поднимают электроды выше уровня шихты и поворачивают корпуспри помощи зубчатого венца, прикрепленного к корпусу, и шестерен. Корпус печиопирается на ролики.
Очисткаотходящих газов
Современные крупныесталеплавильные дуговые печи во время работы выделяют в атмосферу большоеколичество запыленных газов. Применение кислорода и порошкообразных материаловеще более способствует этому. Содержание пыли в газах электродуговых печейдостигает 10 г/м^3 и значительно превышает норму. Для улавливания пылипроизводят отсос газов из рабочего пространства печей мощным вентилятором. Дляэтого в своде печи делают четвертое отверстие с патрубком для газоотсоса.Патрубок через зазор, позволяющий наклонять или вращать печь, подходит кстационарному трубопроводу. По пути газы разбавляются воздухом, необходимым длядожигания СО. Затем газы охлаждаются водяными форсунками в теплообменнике инаправляются в систему труб Вентури, в которых пыль задерживается в результатеувлажнения. Применяют также тканевые фильтры, дезинтеграторы и электрофильтры.Используют системы газоочистки, включающие полностью весьэлектросталеплавильный цех, с установкой зонтов дымоотсоса под крышей цеха надэлектропечами.
Футеровкапечей
Большинство дуговых печейимеет основную футеровку, состоящую из материалов на основе MgO. Футеровка печисоздает ванну для металла и играет роль теплоизолирующего слоя, уменьшающегопотери тепла. Основные части футеровки – подина печи, стены, свод. Температурав зоне электрических дуг достигает нескольких тысяч градусов. Хотя футеровкаэлектропечи отделена от дуг, она все же должна выдерживать нагрев дотемпературы 1700°С. В связи с этим применяемые для футеровки материалы должныобладать высокой огнеупорностью, механической прочностью, термо- и химическойустойчивостью. Подину сталеплавильной печи набирают в следующем порядке. Настальной кожух укладывают листовой асбест, на асбест—слой шамотного порошка,два слоя шамотного кирпича и основной слой из магнезитового кирпича. Намагнезитовой кирпичной подине набивают рабочий слой из магнезитового порошка сосмолой и пеком — продуктом нефтепереработки. Толщина набивного слоя составляет200 мм. Общая толщина подины равна примерно глубине ванны и может достигать 1 мдля крупных печей. Стены печи выкладывают после соответствующей прокладкиасбеста и шамотного кирпича из крупноразмерного безобжиговогомагнезитохромитового кирпича длиной до 430 мм. Кладка стен может выполняться изкирпичей в железных кассетах, которые обеспечивают сваривание кирпичей в одинмонолитный блок. Стойкость стен достигает 100—150 плавок. Стойкость подинысоставляет один-два года. В трудных условиях работает футеровка свода печи. Онавыдерживает большие тепловые нагрузки от горящих дуг и тепла, отражаемогошлаком. Своды крупных печей набирают из магнезитохромитового кирпича. Принаборе свода используют нормальный и фасонный кирпич. В поперечном сечении сводимеет форму арки, что обеспечивает плотное сцепление кирпичей между собой.Стойкость свода составляет 50 – 100 плавок. Она зависит от электрическогорежима плавки, от длительности пребывания в печи жидкого металла, состававыплавляемых стали, шлака. В настоящее время широкое распространение получаютводоохлаждаемые своды и стеновые панели. Эти элементы облегчают службуфутеровки.
Ток в плавильноепространство печи подается через электроды, собранные из секций, каждая изкоторых представляет собой круглую заготовку диаметром от 100 до 610 мм идлиной до 1500 мм. В малых электропечах используют угольные электроды, вкрупных – графитированные. Графитированные электроды изготавливают из малозольныхуглеродистых материалов: нефтяного кокса, смолы, пека. Электродную массусмешивают и прессуют, после чего сырая заготовка обжигается в газовых печах при1300 градусах и подвергается дополнительному графитирующему обжигу притемпературе 2600 – 2800 градусах в электрических печах сопротивления. Впроцессе эксплуатации в результате окисления печными газами и распыления пригорении дуги электроды сгорают. По мере укорачивания электрод опускают в печь.При этом электрододержатель приближается к своду. Наступает момент, когдаэлектрод становится настолько коротким, что не может поддерживать дугу, и егонеобходимо наращивать. Для наращивания электродов в концах секций сделаныотверстия с резьбой, куда ввинчивается переходник-ниппель, при помощи которогосоединяются отдельные секции. Расход электродов составляет 5—9 кг на тоннувыплавляемой стали. Электрическая дуга—один из видов электрического разряда,при котором ток проходит через ионизированные газы, пары металлов. Прикратковременном сближении электродов с шихтой или друг с другом возникаеткороткое замыкание. Идет ток большой силы. Концы электродов раскаляются добела.При раздвигании электродов между ними возникает электрическая дуга. Сраскаленного катода происходит термоэлектронная эмиссия электронов, которые,направляясь к аноду, сталкиваются с нейтральными молекулами газа и ионизируютих. Отрицательные ионы направляются к аноду, положительные к катоду.Пространство между анодом и катодом становится ионизированным, токопроводящим.Бомбардировка анода электронами и ионами вызывает сильный его разогрев.Температура анода может достигать 4000 градусов. Дуга может гореть напостоянном и на переменном токе. Электродуговые печи работают на переменномтоке. В последнее время в ФРГ построена электродуговая печь на постоянном токе.
В первую половинупериода, когда катодом является электрод, дуга горит. При перемене полярности,когда катодом становится шихта — металл, дуга гаснет, так как в начальныйпериод плавки металл еще не нагрет и его температура недостаточна для эмиссииэлектронов. Поэтому в начальный период плавки дуга горит неспокойно,прерывисто. После того как ванна покрывается слоем шлака, дуга стабилизируетсяи горит более ровно.
Электрооборудование
Рабочее напряжениеэлектродуговых печей составляет 100 – 800 В, а сила тока измеряется десяткамитысяч ампер. Мощность отдельной установки может достигать 50 – 140 МВ*А. Кподстанции электросталеплавильного цеха подают ток напряжением до 110 кВ.Высоким напряжением питаются первичные обмотки печных трансформаторов. Напоказана упрощенная схема электрического питания печи. В электрическоеоборудование дуговой печи входят производства ремонтных работ на печи.следующие приборы:
1. Воздушныйразъединитель, предназначен для отключения всей электропечной установки отлинии высокого напряжения во время
2. Главный автоматическийвыключатель, служит для отключения под нагрузкой электрической цепи, по которойпротекает ток высокого напряжения.
При неплотной укладкешихты в печи в начале плавки, когда шихта еще холодная, дуги горят неустойчиво,происходят обвалы шихты и возникают короткие замыкания между электродами. Приэтом сила тока резко возрастает. Это приводит к большим перегрузкамтрансформатора, который может выйти из строя. Когда сила тока превыситустановленный предел, выключатель автоматически отключает установку, для чегоимеется реле максимальной силы тока.
3. Печной трансформаторнеобходим для преобразования высокого напряжения в низкое (с 6—10 кВ до 100—800В). Обмотки высокого и низкого напряжения и магнитопроводы, на которых онипомещены, располагаются в баке с маслом, служащим для охлаждения обмоток.Охлаждение создается принудительным перекачиванием масла из трансформаторногокожуха в бак теплообменника, в котором масло охлаждается водой. Трансформаторустанавливают рядом с электропечью в специальном помещении. Он имеетустройство, позволяющее переключать обмотки по ступеням и таким образомступенчато регулировать подаваемое в печь напряжение. Так, например,трансформатор для 200-т отечественной печи мощностью 65 МВ*А имеет 23 ступенинапряжения, которые переключаются под нагрузкой, без отключения печи.
Участок электрическойсети от трансформатора до электродов называется короткой сетью. Выходящие изстены трансформаторной подстанции фидеры при помощи гибких, водоохлаждаемыхкабелей подают напряжение на электрододержатель. Длина гибкого участка должнапозволять производить нужный наклон печи и отворачивать свод для загрузки.Гибкие кабели соединяются с медными водоохлаждаемыми шинами, установленными нарукавах электрододержателей. Трубошины непосредственно присоединены к головкеэлектрододер-жателя, зажимающей электрод. Помимо указанных основных узловэлектрической сети в нее входит различная измерительная аппаратура,подсоединяемая к линиям тока через трансформаторы тока или напряжения, а такжеприборы автоматического регулирования процесса плавки.
Автоматическоерегулирование
По ходу плавки вэлектродуговую печь требуется подавать различное количество энергии. Менятьподачу мощности можно изменением напряжения или силы тока дуги. Регулированиенапряжения производится переключением обмоток трансформатора. Регулированиесилы тока осуществляется изменением расстояния между электродом и шихтой путемподъема или опускания электродов. При этом напряжение дуги не изменяется.Опускание или подъем электродов производятся автоматически при помощиавтоматических регуляторов, установленных на каждой фазе печи. В современныхпечах заданная программа электрического режима может быть установлена на весьпериод плавки.
Устройстводля электромагнитного перемешивания металла
Для перемешивания металлав крупных дуговых печах, для ускорения и облегчения проведения технологическихопераций скачивания шлака под днищем печи в коробке устанавливаетсяэлектрическая обмотка, которая охлаждается водой или сжатым воздухом. Обмоткистатора питаются от двухфазного генератора током низкой частоты, что создаетбегущее магнитное поле, которое захватывает ванну жидкого металла и вызываетдвижение нижних слоев металла вдоль подины печи в направлении движения поля.Верхние слои металла вместе с прилегающим к нему шлаком движутся в обратнуюсторону. Таким образом можно направить движение либо в сторону рабочего окна,что будет облегчать выход шлака из печи, либо в сторону сливного отверстия, чтобудет благоприятствовать равномерному распределению легирующих и раскислителейи усреднению состава металла и его температуры. Этот метод в последнее времяимеет ограниченное применение, так как в сверхмощных печах металл активноперемешивается дугами.
Плавкастали в основной дуговой электропечи
Сырые материалы
Основным материалом дляэлектроплавки является стальной лом. Лом не должен быть сильно окисленным, таккак наличие большого количества ржавчины вносит в сталь значительное количествоводорода. В зависимости от химического состава лом необходимо рассортировать насоответствующие группы. Основное количество лома, предназначенное для плавки вэлектропечах, должно быть компактным и тяжеловесным. При малой насыпной масселома вся порция для плавки не помещается в печь. Приходится прерывать процессплавки и подгружать шихту. Это увеличивает продолжительность плавки, приводит кповышенному расходу электроэнергии, снижает производительность электропечей. Впоследнее время в электропечах используют металлизованные окатыши, полученныеметодом прямого восстановления. Достоинством этого вида сырья, содержащего 85—93 % железа, является то, что оно не загрязнено медью и другими примесями.Окатыши целесообразно применять для выплавки высо-копрочных конструкционныхлегированных сталей, электротехнических, шарикоподшипниковых сталей.
Легированные отходыобразуются в электросталеплавильном цехе в виде недолитых слитков, литников; вобдирочном отделении в виде стружки, в прокатных цехах в виде обрези и брака ит, д.; кроме того много легированного лома поступает от машиностроительныхзаводов. Использование легированных металлоотходов позволяет экономить ценныелегирующие, повышает экономическую эффективность электроплавок.
Мягкое железо специальновыплавляют в мартеновских печах и конвертерах и применяют для регулированиясодержания углерода в процессе электроплавки. В железе содержится 0,01—0,15 % Си
Подготовкаматериалов к плавке
Все присадки в дуговыепечи необходимо прокаливать для удаления следов масла и влаги. Этопредотвращает насыщение стали водородом. Ферросплавы подогревают для ускоренияих проплавле-ния. Присадка легирующих, раскислителей и шлакообразующих всовременной печи во многом механизирована. На бункерной эстакаде при помощиконвейеров происходит взвешивание и раздача материалов по мульдам, которыезагружаются в печь мульдовыми машинами. Сыпучие для наводки шлака вводят вэлектропечи бросательными машинами.
Технологияплавки
Плавка в дуговой печиначинается с заправки печи. Жидкоподвижные нагретые шлаки сильно разъедаютфутеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи вовремя не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, то она может бытьповреждена дугами. Поэтому перед началом плавки производят ремонт – заправкуподины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла.На поврежденные места подины и откосов – места перехода подины в стены печи –забрасывают сухой магнезитовый порошок, а в случае больших повреждений – порошокс добавкой пека или смолы.
Заправку производятзаправочной машиной, выбрасывающей через. насадку при помощи сжатого воздухазаправочные материалы, или, разбрасывающей материалы по окружности с быстровращающегося диска, который опускается в открытую печь сверху.
Загрузкапечи
Для наиболее полногоиспользования рабочего пространства печи в центральную ее часть ближе кэлектродам загружают крупные куски (40 %), ближе к откосам средний лом (45%),на подину и на верх загрузки мелкий лом (15%). Мелкие куски должны заполнятьпромежутки между крупными кусками.
Периодплавления
Расплавление шихты в печизанимает основное время плавки. В настоящее время многие операции легирования ираскисления металла переносят в ковш. Поэтому длительность расплавления шихты восновном определяет производительность печи. После окончания завалки опускаютэлектроды и включают ток. Металл под электродами разогревается, плавится истекает вниз, собираясь в центральной части подины. Электроды прорезают в шихтеколодцы, в которых скрываются электрические дуги. Под электроды забрасываютизвесть для наведения шлака, который закрывает обнаженный металл, предохраняяего от окисления. Постепенно озеро металла под электродами становится всебольше. Оно подплавляет куски шихты, которые падают в жидкий металл ирасплавляются в нем. Уровень металла в печи повышается, а электроды поддействием автоматического регулятора поднимаются вверх.
Продолжительность периодарасплавления металла равна 1—3 ч в зависимости от размера печи и мощности установленноготрансформатора. В период расплавлени» трансформатор работает с полной нагрузкойи даже с 15 % перегрузкой, допускаемой паспортом, на самой высокой ступенинапряжения. В этот период мощные дуги не опасны для футеровки свода и стен, таккак они закрыты шихтой. Остывшая во время загрузки футеровка может принятьбольшое количество тепла без опасности ее перегрева. Для ускорения расплавленияшихты используют различные методы. Наиболее эффективным является применениемощных трансформаторов. Так, на печах вместимостью 100 т будут установленытрансформаторы мощностью 75,0 МВ-А, на 150-т печах трансформаторы 90—125 МВ*А ивыше. Продолжительность плавления при использовании мощных трансформаторовуменьшается до 1–1,5 ч. Кроме того, для ускорения расплавления применяюттопливные мазутные или газовые горелки, которые вводят в печь либо черезрабочее окно, либо через специальное устройство в стенах. Применение горелокускоряет нагрев и расплавление шихты, особенно в холодных зонах печи.Продолжительность плавления сокращается на 15—20 мин.
Эффективным методомявляется применение газообразного кислорода. Кислород подают в печь как черезстальные футерованные трубки в окно печи, так и при помощи фурмы, опускаемой впечь сверху через отверстие в своде. Благодаря экзотермическим реакциямокисления примесей и железа выделяется дополнительно большое количество тепла,которое нагревает шихту, ускоряет ее полное расплавление. Использованиекислорода уменьшает длительность нагрева ванны. Период расплавления сокращаетсяна 20—30 мин, а расход электроэнергии на 60—70 кВт-ч на 1 т стали.
Традиционная технологияэлектроплавки стали предусматривает работу по двум вариантам: 1) на свежейшихте, т.е. с окислением; 2) переплав отходов. При плавке по первому вариантушихта состоит из простых углеродистых отходов, малоуглеродистого лома,метал-лизованных окатышей с добавкой науглероживателя. Избыточное количествоуглерода окисляют в процессе плавки. Металл легируют присадками ферросплавовдля получения стали нужного состава. Во втором варианте состав стали почтиполностью определяется составом отходов и легирующие добавляют только длянекоторой корректировки состава. Окисления углерода не производят.
Плавка сокислением
Рассмотрим ход плавки сокислением. После окончания периода расплавления начинается окислительныйпериод, задачи которого заключаются в следующем: окисление избыточногоуглерода, окисление и удаление фосфора; дегазация металла; удалениенеметаллических включений, нагрев стали.
Окислительный периодплавки начинают присадкой железной руды, которую дают в печь порциями. Врезультате присадки руды происходит насыщение шлака FeO и окисление металла пореакции: (FeO)=Fe+[O]. Растворенный кислород взаимодействует с растворенным вванне углеродом по реакции [C] +[O]=CO. Происходит бурное выделение пузырей CO,которые вспенивают поверхность ванны, покрытой шлаком. Поскольку вокислительный период на металле наводят известковый шлак с хорошейжидкоподвижностью, то шлак вспенивается выделяющимися пузырями газа. Уровень шлакастановится выше порога рабочего окна и шлак вытекает из печи. Выход шлакаусиливают, наклоняя печь в сторону рабочего окна на небольшой угол. Шлакстекает в шлаковик), стоящую под рабочей площадкой цеха. За времяокислительного периода окисляют 0,3—0,6 % C со средней скоростью 0,3—0,5 % С/ч.Для обновления состава шлака одновременно с рудой в печь добавляют известь инебольшие количества плавикового шпата для обеспечения жидкоподвижности шлака.
Непрерывное окислениеванны и скачивание окислительного известкового шлака являются непременнымиусловиями удаления из стали фосфора. Для протекания реакции окисления фосфора
2[P]+5[O]=(P2O5);
(Р2O5)+4(СаО)==(СаО)4*P2O5
необходимы высокоесодержание кислорода в металле и шлаке, повышенное содержание CaO в шлаке ипониженная температура.
В электропечи первые дваусловия полностью выполняются. Выполнение последнего условия обеспечиваютнаводкой свежего шлака и постоянным обновлением шлака, так как шлак, насыщенный(СаО)4*P2O5 скачивается из печи. По ходу окислительного периода происходитдегазация стали—удаление из нее водорода и азота, которые выделяются в пузыриСО, проходящие через металл.
Выделение пузырьков СОсопровождается также и удалением из металла неметаллических включений, которыевыносятся на поверхность потоками металла или поднимаются наверх вместе спузырьками газа. Хорошее кипение ванны обеспечивает перемешивание металла,выравнивание температуры и состава.
Общая продолжительностьокислительного периода составляет от 1 до 1,5 ч. Для интенсификацииокислительного периода плавки, а также для получения стали с низким содержаниемуглерода, например хромоникелевой нержавеющей с содержанием углерода
Окислительный периодзаканчивается, когда содержание углерода становится ниже заданного предела,содержание фосфора 0,010%, температура металла несколько выше температурывыпуска стали из печи. В конце окислительного периода шлак стараются полностьюубирать из печи, скачивая его с поверхности металла.
Восстановительныйпериод плавки
После скачиванияокислительного шлака начинается восстановительный период плавки. Задачамивосстановительного периода плавки являются: раскисление металла, удалениесеры.коррек-тирование химического состава стали, регулирование температурыванны, подготовка жидкоподвижного хорошо раскисленного шлака для обработкиметалла во время выпуска из печи в ковш. Раскисление ванны, т.е. удалениерастворенного в ней кислорода, осуществляют присадкой раскислителей в металл ина шлак. В начале восстановительного периода металл покрывается слоем шлака.Для этого в печь присаживают шлакообразующие смеси на основе извести сдобавками плавикового шпата, шамотного боя, кварцита. В качестве раскислителейобычно используют ферромарганец, ферросилиций, алюминий. При введениираскислителей происходят следующие реакции:
[Mn]+[O]=(MnO);[Si]+2 [О] = (SiO2); 2[Al]+3[O]-(Al2O3).
В результате процессовраскисления большая часть растворенного кислорода связывается в оксиды иудаляется из ванны в виде нерастворимых в металле неметаллических включений.Процесс этот протекает достаточно быстро и продолжительность восстановительногопериода в основном определяется временем, необходимым для образованияподвижного шлака. В малых и средних печах при выплавке ответственных мароксталей продолжают применять метод диффузионного раскисления стали через шлак,когда раскислители в виде молотого электродного боя, порошка ферросилицияприсаживают на шлак.
Содержание кислорода вшлаке понижается и в соответствии с законом распределения кислород из металлапереходит в шлак. Метод этот, хотя и не оставляет в металле оксидныхнеметаллических включений, требует значительно большей затраты времени. Ввосстановительный период плавки, а также при выпуске стали под слоем шлака,когда происходит хорошее перемешивание металла со шлаком, активно происходитдесульфурация металла. Этому способствует хорошее раскисление стали и шлака,высокое содержание извести в шлаке и высокая температура. В ходевосстановительного периода вводят легирующие – ферротитан, феррохром и др., анекоторые, например никель, присаживают вместе с шихтой. Никель не окисляется ине теряется при плавке. Добавки тугоплавких ферровольфрама, феррониобияпроизводят в начале рафинирования, так как нужно значительное время для ихрасплавления. В настоящее время большинство операций восстановительного периодапереносят из печи в ковш. Например, в кош вводят порции легирующих или дают ихна струю стали, вытекающей из печи при ее наклоне. Присаживают по ходу выпускараскислители. Целью восстановительного периода является обеспечение нагревастали до заданной температуры и создание шлака, десульфурирующая способность которогоиспользуется при совместном выпуске из печи вместе со сталью.
Одношлаковыйпроцесс
В связи с интенсификациейпроцесса электроплавки в последние годы получил большое распространение методплавки в дуговой печи под одним шлаком. Сущность этого метода заключается вследующем: дефосфорация металла совмещается с периодом расплавления. Во времярасплавления из печи скачивают шлак и производят добавки извести. Вокислительный период выжигают углерод. По достижении в металле
Переплавотходов
На заводах специальныхсталей количество образующихся отходов достигает 25—40 % от выплавляемой стали.Часть отходов поступает с машиностроительных заводов, поэтому вэлектросталеплавильных цехах 50 % легированных сталей выплавляют из шихты,состоящей только из них. Рациональное использование отходов дает большуюэкономию легирующих, электроэнергии, повышает производительность электропечей.В СССР легированные отходы разделяют на 82 группы. При расчете шихты стремятсяиспользовать максимальное количество отходов данной марки стали или наиболееблизких марок
Шихту составляют с такимрасчетом, чтобы содержание углерода в ванне по расплавлении было на 0,05— 0,10% ниже заданного маркой стали.
Необходимые легирующие,неокисляющиеся добавки Ni Cu, Mo, W загружают вместе с шихтой, а прочие – V,Тi, Cr, Mn, Al, Si, Nb – стремятся вводить как можно позднее на разных стадияхплавки, в том числе и во время выпуска в ковш. Металл заданного составаполучают в процессе рафинировки или в ковше. Во время плавки наводят высокоосновной,жидкоподвижный шлак, который частично скачивают из печи. Это позволяет удалитьдо 30 % фосфора. Если состав металла близок к расчетному, то, не скачиваяшлака, приступают к раскислению шлака молотым коксом, ферросилицием иалюминием. При этом легирующие элементы восстанавливаются из шлака и переходятв металл, например, так восстанавливается оксид хрома: 2(Cr2O3)+3(Si)=3(SiO2)+4 [Cr]. Продолжительность восстановительного периода в этомварианте технологии такая же, как и в плавках с окислением. Плавка на отходахзначительно короче (примерно на 1 ч) по сравнению с плавкой на свежей шихте засчет окислительного периода. Это увеличивает производительность электропечей на15—20 % и сокращает расход электроэнергии на 15 %.
Методыинтенсификации электросталеплавильного процесса
Применение кислорода.Использование газообразного кислорода в окислительный период плавки и впериодрасплавления позволяет значительно интенсифицировать процессырасплавления и окисления углерода.
Применениесинтетического шлака
Этот методпредусматривает перенесение рафинирования металла из электропечи в разливочныйковш. Для рафинирования металла выплавляют синтетический шлак на основе извести(52–55%) и глинозема (40%) в специальной электродуговой печи с угольнойфутеровкой. Порцию, жидкого, горячего, активного шлака (4–5 % от массы стали,выплавленной в электропечи) наливают в основной сталеразливочный ковш. Ковшподают к печи и в него выпускают сталь. Струя стали, падая с большой высоты,ударяется о поверхность жидкого шлака, разбивается на мелкие капли и вспениваетшлак. Происходит перемешивание стали со шлаком. Это способствует активномупротеканию обменных процессов между металлом и синтетическим шлаком. В первуюочередь протекают процессы удаления серы благодаря низкому содержанию FeO вшлаке и кислорода в металле; повышенной концентрации извести в шлаке, высокойтемпературе и перемешиванию стали со шлаком. Концентрация серы может бытьснижена до 0,001 %. При этом происходит значительное удаление оксидныхнеметаллических включений из стали благодаря ассимиляции, поглощению этих включенийсинтетическим шлаком и перераспределению кислорода между металлом и шлаком.
Обработкаметалла аргоном
После выпуска стали изпечи через объем металла в ковше продувают аргон, который подают либо черезпористые пробки, зафутерованные в днище, либо через швы кладки подины ковша.Продувка стали в ковше аргоном позволяет выровнять температуру и химическийсостав стали, понизить содержание водорода, удалить неметаллические включения,что в конечном итоге позволяет повысить механические и эксплуатационныесвойства стали.
Применениепорошкообразных материалов
Продувка стали в дуговойэлектропечи порошкообразными материалами в токе газаносителя (аргона иликислорода) позволяет ускорить важнейшие процессы рафинирования стали:обезуглероживание, дефосфорацию, десульфурацию, раскисление металла.
В струе аргона иликислорода в ванну вдуваются порошки на основе извести, плавикового шпата. Длярас-кисления металла используют порошкообразный ферросилиций. Для окисленияванны и для ускорения удаленияуглерода и фосфора добавляют оксиды железа.Мелкораспыленные твердые материалы, попадая в ванну металла, имеют большуюповерхность контакта с металлом, во много раз превышающую площадь контактаванны со шлаковым слоем. При этом происходитинтенсивное перемешивание металла ствердыми частицами. Все это способствует ускорению реакций рафинирования стали.Кроме того, порошкообразные флюсы могут использоваться для более быстрогонаведения шлака.
Плавка вкислой электропечи
Кислые электропечифутеруют огнеупорными материалами на основе кремнезема. Эти печи имеют болееглубокие ванны и в связи с этим меньший диаметр кожуха, меньшие тепловые потерии расход электроэнергии. Стойкость футеровки свода и стен кислой печизначительно выше, чем у основной. Это объясняется малой продолжительностьюплавки. Печи с кислой футеровкой вместимостью 1—3 т применяются в литейныхцехах для производства стального литья и отливок из ковкого чугуна. Онидопускают периодичность в работе, т.е. работу с перерывами. Известно, чтоосновная футеровка быстро изнашивается при частом охлаждении. Расход огнеупоровна 1 т стали в кислой печи ниже. Кислые огнеупоры дешевле, чем основные. Вкислых печах быстрее разогревают металл до высокой температуры, что необходимодля литья. Недостатки кислых печей связаны прежде всего с характером шлака. Вэтих печах шлак кислый, состоящий в основном из кремнезема. Поэтому такой шлакне позволяет удалять из стали фосфор и серу. Для того чтобы иметь содержаниеэтих примесей в допустимых пределах, необходимо подбирать специальные шихтовыематериалы, чистые по фосфору и по сере. Кроме того, кислая сталь обладаетпониженными пластическими свойствами по сравнению с основной сталью вследствиеприсутствия в металле высококремнистых неметаллических включений. Технологияплавки в кислой электропечи имеет следующие особенности. Окислительный периодплавки непродолжителен, кипение металла идет слабо, так как кремнезем связываетРеО в шлаке и тем самым скорость перехода кислорода в металл для окисленияуглерода снижается. Кислый шлак более вязкий, он затрудняет кипение. Шлакнаводят присадками песка, использованной формовочной земли. Известь присаживаютдо содержания в шлаке не более 6—8 % СаО. Раскисление кислой стали проводят,как правило, присадкой кускового ферросилиция. Частично сталь раскисляетсякремнием, который восстанавливается из шлака или из футеровки по реакциям:
(SiO2)+2Fe=2(FeO)+[Si];(SiO2)+2[C]=2CO+[Si].
В отличие от основногопроцесса при кислом ферромарганец присаживают в конце плавки в раздробленномвиде в ковш. При таком способе усваивается до 90 % марганца. Конечноераскисление проводят алюминием.
Получениенизкоуглеродистой коррозионностойкой стали (процессы AOD и VOD).
Широкое распространениеполучают методы производства низкоуглеродистой коррозионностойкой стали внеэлектропечи.
Метод AOD. В электропечивыплавляют основу нержавеющей стали, содержащей заданное количество хрома иникеля, с использованием недорогих, высокоуглеродистых ферросплавов. Затемсталь вместе с печным шлаком заливают в конвертер, профиль которого представленна рис. 81. Футеровка конвертера изготовлена из магнезитохромитового кирпича.Стойкость футеровки до 200 плавок. В нижней зоне футеровки, в третьем рядукирпичной кладки от днища конвертера. Фурмы представляют собой конструкцию из меднойвнутренней трубы и наружной трубы из нержавеющей стали, внутренний диаметрфурмы 12—15 мм. Начальное содержание углерода в стали может быть для ферритныххромистых сталей 2,0—2,5 %, а для аустенитных сталей 1,3—1,7 %. В первые 35 минсталь продувают смесью кислорода и аргона в соотношении 3: 1. Во избежаниеперегрева металла в о, конвертер присаживают лом — данной марки стали,феррохром и т. п. Затем в течение 9 мин сталь продувают смесью кислорода иаргона в соотношении 1:1. В это время концентрация углерода снижается до 0,18%.В третьем периоде в продувочном газе еще более уменьшают отношение кислорода каргону до 1:2, продувку продолжают еще 15 мин. За это время содержание углеродаснижается до 0,035%. Температура повышается до 1720°С. В конце продувкиприсаживают известь и ферросилиций для восстановления хрома из шлака. Послевосстановления шлак, содержащий 1 % Cr2O3, скачивается и после наведения новогошлака проводят окончательную продувку аргоном. При этом в шлак переходит сера,ее содержание в металле снижается до 0,010 %.
В результате процесса AODполучают высококачественную нержавеющую сталь с низким содержанием углерода,серы, азота, кислорода, сульфидных и оксидных неметаллических включений, свысокими механическими свойствами. Для повышения экономичности процесса аргончастично заменяют азотом. Средняя продолжительность продувки составляет 60—120мин, расход аргона составляет 10—23 м^3/т, кислорода 23 м^3/т. На рис. 82представлено изменение температуры и состава металла. Степень извлечения хромасоставляет 98%.
Метод VOD. Этот методвакуумно-кислородного обезуглероживания с продувкой аргоном. В основе методалежит осуществление реакции [C]+[O]=CO, равновесие которой в вакууме сдвигаетсяв правую сторону. Чем ниже парциальное давление СО, тем ниже должна бытьостаточная концентрация углерода в стали. При этом создаются благоприятныеусловия для восстановления оксида хрома углеродом, что позволяет проводитьпроцесс обезуглероживания без заметных потерь хрома со шлаком.Коррозионностойкую сталь выплавляют в электропечи с достаточно высокимсодержанием углерода (0,3—0,5 %); сталь выпускают в специальный ковш схромомагнезитовой футеровкой, имеющим в днище фурму для подачи аргона. Ковшустанавливают в вакуумную камеру, откачивают воздух и начинают продувкукислородом сверху через водоохлаждаемую фурму, которую вводят в камеру черезкрышку.
Одновременно производитсяпродувка аргоном через дно ковша. После окончания продувки проводят присадкураскислителей и легирующих для корректировки состава. Расход аргона в этомспособе значительно ниже чем в AOD (всего 0,2 м^3/т). Получаемая сталь содержиточень низкие концентрации углерода (0,01 %) при низком содержании азота.Окисление хрома незначительное. Для удаления серы в ковш загружают известь, чтопозволяет после раскисления и кратковременного перемешивания аргоном снизитьконцентрацию серы в металле до необходимых пределов. По сравнению с процессомAOD этот метод более сложен и применяется для производства сталейответственного назначения с низким содержанием углерода. К достоинствам того идругого процесса следует отнести экономию дорогого низкоуглеродистогоферрохрома, обычно использовавшегося при получении нержавеющей стали в дуговыхпечах, а также достижение низких содержаний углерода без значительных потерьхрома.
Индукционныепечи и плавка в них
В настоящее времяиндукционные печи находят широкое применение в металлургии и машиностроении. Влабораториях используют высокочастотные печи емкостью от нескольких грамм до100 кг, в литейных цехах низко- и среднечастотные печи до 2—6 т; наиболеекрупные печи имеют емкость до 60 т.
По сравнению с дуговымиэлектропечами в индукционных печах отсутствие электродов и электрических дугдает возможность получать стали и сплавы с низким содержанием углерода и газов.Плавка характеризуется небольшим угаром легирующих элементов, высокимэлектрическим к. п. д„ точным регулированием температуры металла.
Недостатком печейявляется холодный, плохо перемешиваемый шлак, что не позволяет так жеинтенсивно, как в дуговых печах, проводить процессы рафинирования. Стойкостьфутеровки в печах невысокая.
Основной тип современныхвысокочастотных или индукционных печей — это печи без сердечника. Такая печьсостоит из индуктора-катушки, навитой из медной трубки с водяным охлаждением.Внутрь индуктора вставляется либо готовый огнеупорный тигель, либо тигельнабивается порошкообразным огнеупорным материалом. При наложении на индукторпеременного электрического тока частотой от 50 до 400 кГц образуется переменноемагнитное силовое поле, пронизывающее пространство внутри индуктора. Этомагнитное поле наводит в металлической садке вихревые токи.
Устройствоиндукционных печей
В центре печи помещениндуктор. Он имеет вид соленоида и изготовлен из профилированной медной трубы.По трубе идет вода для ее охлаждения. Внутри индуктора набит огнеупорныйтигель. Ток подается по гибким кабелям. Печь заключена в металлический кожух.Сверху тигель закрывается сводом. Поворот печи для слива металла осуществляетсявокруг оси, расположенной у сливного носка. Поворотные цапфы печи покоятся наопорных подшипниках станин. Наклон печи проводится при помощи реечногомеханизма через подвижные шарниры-цапфы или гидроприводом. Небольшие печинаклоняют при помощи тали.
Футеровка печей можетбыть кислой или основной, набивной или кирпичной. Для набивки используютогнеупорные материалы различной крупности от долей миллиметра до 2—4 мм. Дляосновной футеровки применяют порошок магнезита с добавками хромомагнезита иборной кислоты для связки. Кислые смеси готовят на основе молотого кварцита.Набивку тигля ведут послойно вокруг металлического шаблона, форма которогосоответствует профилю тигля.
После окончания набивкифутеровку спекают и обжигают. В железный шаблон загружают чугун, включают ток,металл постепенно разогревается и нагревает футеровку. Затем металл доводят доплавления. В первой плавке расплавляют мягкое железо, что позволяет достичьвысокой температуры для обжига футеровки. Крупные печи футеруют фасоннымогнеупорным кирпичом.
Электрическоеоборудование
Индукционные печипитаются током высокой частоты от ламповых генераторов или током среднейчастоты (2500 Гц) от машинных преобразователей. Крупные печи работают на токепромышленной низкой частоты (50Гц от сети). Эти печи часто служат в качестве миксеровжидкого металла в литейных цехах.
В схему входят машинныйгенератор, батарея конденсаторов и автоматический регулятор, плавильный контур.Преобразовательный агрегат состоит из асинхронного электродвигателя, вращающегогенератор и динамомашину, которая дает ток в обмотки возбуждения генератора.
Для компенсацииреактивной мощности и создания электрического резонанса устанавливают батареюконденсаторов. Часть конденсаторов может быть отключена для изменения емкостнойсоставляющей. Резонанс бывает при условии ?L=1/?C (L–коэффициент самоиндукциипечи, C – емкость конденсатора,? – угловая частота). Подбирая переменнуюемкость, можно работать в условиях, близких к резонансу, т.е. поддерживать cos?близкий к единице.
Автоматический регуляторэлектрического режима поддерживает оптимальную электрическую мощностьвзаимосвязанным регулированием cos?, напряжения и силы тока.
Технологияплавки стали в индукционной печи
Плавку проводят навысококачественном ломе с пониженным содержанием фосфора и серы. Крупные имелкие куски так укладывают в тигель или бадью, с помощью которой загружаюткрупные печи, чтобы они плотно заполняли объем тигля. Тугоплавкие ферросплавыукладывают на дно тигля. После загрузки включают ток на полную мощность. Помере проплавления и оседания скрапа подгружают шихту, не вошедшую сразу втигель. Когда последние куски шихты погрузятся в жидкий металл, на поверхностьметалла забрасывают шлакообразующие материалы: известь, магнезитовый порошок,плавиковый шпат. Шлак защищает металл от контакта с атмосферой, предотвращаеттепловые потери. По ходу плавки шлак раскисляют добавками порошка кокса,молотого ферросилиция. Металл раскисляют кусковыми ферросплавами и в концеалюминием. По ходу плавки дают добавки легирующих. Поскольку угара легирующих практическине происходит, то в индукционных печах можно выплавлять сплавы сложногосостава.
Списокиспользованной литературы
1. Металлургия черных металлов; Б.В.Линчевский, А.Л. Соболевский,
А.А. Кальменев