Установка для электрошлакового переплава и плавки

 

Использование: изобретение относится к металлургии, а именно к установкам для электрошлакового переплава электродов и некомпактной шихты в охлаждаемый кристаллизатор. Сущность изобретения: установка ЭШП содержит кристаллизатор, установленный на раме, устройство для вытягивания слитка, дозаторы и выкатную тележку. Кристаллизатор снабжен графитовой вставкой, установленной в верхней шлаковой зоне соосно кристаллизатору с зазором, соответствующим величине шлакового гарнисажа. При этом вставка выполнена со сквозными отверстиями, расположенными равномерно по всей ее высоте, общей площадью 5-15% от площади поверхности самой вставки. Изобретение направлено на снижение расхода электроэнергии на 30-40%, а также для предотвращения эрозионного износа кристаллизатора в зоне шлаковой ванны. 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, точнее к установкам для электрошлакового переплава электродов и некомпактной шихты в охлаждаемый кристаллизатор.

Известна установка для электрошлакового переплава в охлаждаемый кристаллизатор, в которой после наполнения кристаллизатора металлом и затвердевания в нем шлака, слиток извлекают из кристаллизатора, устанавливают новый электрод и начинают новую плавку [1] Подготовительно-заключительные операции (охлаждение шлака, вынимание слитка, установка электрода, засыпка шлака, разводка) при данном способе составляют 20-40% рабочего времени плавки, что соответственно снижает производительность процесса. Кроме того, в стационарном кристаллизаторе получают относительно короткие слитки (высотой до 4-5 диаметров). После удаления головной и хвостовой части слитка выход годного металла не превышает 80-85% Наиболее близкой по технической сути и достигаемым результатам является установка электрошлакового переплава и наплавки в короткий кристаллизатор с вытяжкой слитка [2] На этой установке возможно осуществить полунепрерывный или непрерывный процесс электрошлакового переплава электродов или некомпактной шихты (например, металлизированных окатышей, дробленой стружки, абразивной пыли и др. ) с порезкой вытягиваемого слитка. Выход годного при этом повышается до 90-95% и время подготовительно-заключительных операций снижается до 5-15% от времени плавки.

Недостаток данной конструкции заключается в том, что шлаковая ванна во время всего процесса находится в одной верхней (шлаковой) части кристаллизатора. Это вызывает эррозию этой части кристаллизатора. Кроме того, при контакте перегретого шлака со стенками водоохлаждаемого кристаллизатора, имеют место большие и неоправданные потери тепла. В зоне контакта шлаковой ванны со стенками кристаллизатора теряется до 50% подаваемой в шлаковую ванну мощности. Это вызывает большой расход электроэнергии, обычно 1500-1700 кВт час/т.

Настоящее изобретение направлено на снижение на 30-40% расхода электроэнергии, а также на предотвращение эррозионного износа кристаллизатора в шлаковой зоне.

Поставленная задача решается за счет того, что в установке ЭШП кристаллизатор снабжен графитовой вставкой, установленной соосно внутри кристаллизатора в верхней (шлаковой) части кристаллизатора с зазором, обеспечивающим образование внутри его шлакового гарнисажа, причем графитовая вставка выполнена со сквозными отверстиями, расположенными равномерно по всей ее высоте, общей площадью 5-15% от площади поверхности самой вставки.

На фиг. 1 представлен один из вариантов установки, общий вид; на фиг. 2 кристаллизатор с графитовой вставкой.

Установка содержит электрод 1 (расходуемый или нерасходуемый), дозаторы 2 с шихтовыми и шлакообразующими компонентами, раму 3, верхнюю 4 и нижнюю 5 подвижные каретки с установленными на них зажимными устройствами 6 и 7 слитка 8, внутри которых расположены токоподводы (на фиг. не показаны), и выкатную тележку 9.

На раме 3 установлен кристаллизатор 10. Нижняя каретка 5 снабжена устройством 11 для прорези слитка и перемещается вместе с кареткой. В совокупности подвижные каретки 4 и 5 с зажимными устройствами 6 и 7 представляют собой устройство для вытягивания слитка по ходу плавки. При полунепрерывном процессе без порезки слитка вытягивание длинномерного слитка может осуществляться одной кареткой.

В верхней части кристаллизатора соосно внутри его установлена графитовая вставка 12 со сквозными отверстиями 13. Зазор 14 между графитовой вставкой и кристаллизатором выбирается таким образом, чтобы температура шлака внутри зазора на поверхности, примыкающей к графитовой вставке соответствовала температуре плавления шлака. В этом случае основная масса шлака в зазоре находится в виде шлакового гарнисажа (в твердом виде).

Установка работает следующим образом (вариант непрерывной плавки сыпучих материалов).

На тележку 9 устанавливается длинномерная заготовка. Каретка 4 находится в крайнем нижнем положении, зажимное устройство 6 зажимает затравку и с помощью каретки 4 вводит затравку внутрь кристаллизатора 10 до нижнего уровня графитовой вставки (зажимное устройство 7 в это время разжато). Разводку процесса ЭШП осуществляют обычным образом подачей напряжения от нерасходуемого электрода 1 на затравку. По ходу плавки в образовывающийся на затравке жидкий шлак из дозаторов 2 подают шихтовые материалы, образующие металлическую ванну и твердый слиток 8, который по мере наплавления вытягивают из кристаллизатора 10 со скоростью равной скорости его наплавления. Вытягивание слитка производят кареткой 4. По мере вытягивания слитка вместе с затравкой зажимное устройство 7 каретки 5 захватывает заготовку и вытягивает слиток из кристаллизатора вместе с кареткой 4. После опускания каретки 4 до крайнего нижнего положения, зажим 6 освобождает слиток и каретка 4 поднимается вверх до крайнего верхнего положения, а вытяжка слитка производится нижней кареткой 5. Когда каретка 5 с зажимным устройством 7 приближается к своему крайнему нижнему положению, зажимное устройство 6 вновь захватывает слиток и с помощью каретки 4 перемещает его вниз, а устройство 7 освобождает слиток и поднимается вверх. Таким образом осуществляется непрерывный процесс вытяжки слитка. Когда слиток 8 достигнет необходимой длины без прекращения его наплавки производят порезку устройством 11, а каретка 4 продолжает вытяжку слитка.

При работе в полунепрерывном режиме плавку заканчивают после вытяжки слитка необходимой длины.

Таким образом, можно проводить электрошлаковый переплав расходуемого электролита без добавок шихтовых материалов, либо с их частичной добавкой.

Экономия электроэнергии и предотвращение износа кристаллизатора достигается благодаря наличию в кристаллизаторе графитовой вставки, установленной внутри кристаллизатора с зазором, в результате чего затекший при разводке процесса в зазор шлак образует теплоизолирующий слой, который существенно уменьшает отвод тепла от шлаковой ванны на стенки кристаллизатора. Роль графитовой вставки заключается в том, что она служит барьером между шлаком шлаковой ванны и гарнисажным шлаком, предотвращая омывание жидким шлаком водоохлаждаемых стенок кристаллизатора. Именно отсутствие такого омывания и создает основное препятствие теплопередачи от шлака на стенку кристаллизатора. При отсутствии зазора между вставкой и кристаллизатором из-за высокой теплопроводности графита, омываемого шлаком, роль графитовой вставки как теплоизолятора невелика.

Наличие сквозных отверстий в графитовой вставке способствует лучшему заполнению зазора шлаком. Кроме того, происходит частичное затвердевание шлака в отверстиях вставки, что фиксирует ее в установленном положении на протяжении всего процесса плавки.

Наличие 5-15% отверстий обусловлено тем, что при меньшем их количестве фиксирование вставки в установленном положении недостаточно надежно, а при большем их количестве снижается прочность вставки.

Графитовую вставку извлекают из кристаллизатора после окончания плавки одновременно с огарком электрода. Износ графитовой вставки незначителен, она может быть использована для следующих плавок.

Наличие графитовой вставки, устанавливаемой с зазором, обеспечивает не только снижение электроэнергии на 35-40% но также предотвращает износ кристаллизатора, поскольку разрывается электрическая цепь между шлаковой ванной и кристаллизатором.

Формула изобретения

Установка для электрошлакового переплава, содержащая электрод, раму, на которой установлен охлаждаемый кристаллизатор, устройство для вытягивания слитка по ходу переплава, токоподводы и выкатную тележку, отличающаяся тем, что она снабжена графитовой вставкой, установленной соосно внутри кристаллизатора в верхней шлаковой зоне с зазором, соответствующим величине шлакового гарнисажа, при этом по всей высоте вставки равномерно выполнены сквозные отверстия общей площадью 5 15% от площади поверхности вставки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2