Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи и устройство для его осуществления



Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи и устройство для его осуществления
Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2407805:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт (RU)

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в дуговых сталеплавильных печах. Способ включает подачу в подсводовое пространство в течение всей плавки через отверстия в своде или верхней части печи природного газа. Дожигание продуктов неполного горения газа обеспечивают путем ввода кислорода в шахту подогревателя шихты через отверстия в боковых стенах шахты. Дуговая сталеплавильная печь содержит шахтный подогреватель шихты, установленный над сводом. В своде печи выполнены отверстия для ввода газа, расположенные равномерно по полуокружности против шахтного подогревателя. В боковых стенах шахты подогревателя шихты выполнены отверстия для ввода кислорода, расположенные на расстоянии от 0,3 до 0,7 высоты шахты. Использование изобретения позволяет снизить удельные затраты энергии за счет сокращения расхода природного газа и повышения теплосодержания подогреваемой печными газами шихты благодаря более полному использованию тепла печных газов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в дуговых сталеплавильных печах.

Известен способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающий завалку шихты, подогретой в шахтном подогревателе, ее расплавление, проведение окислительного и восстановительного периодов плавки и выпуск металла из печи (Лопухов Г.А. Передовые технологии электросталеплавильного производства. // Электрометаллургия, №8, 1999, с.15-16). В шахте шихта нагревается отходящими газами до средней температуры около 800°C, при этом температура газов на входе в шахту составляет 1600°C.

Недостатком известного способа выплавки стали является низкое усвоение шихтой тепла печных газов, и как следствие этого, теплосодержание массы подогреваемой шихты невысоко и неравномерно из-за ее неравномерного прогрева - нижние слои оплавляются, а верхние слои остаются относительно холодными.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ выплавки стали в дуговой печи конструкции фирмы Fuchs Systemtechnik (Зиборов А.В., Балдаев Б.Я., Маслов Е.А., Петров А.А., Кузнецов С.Н. Опыт работы шахтной печи в электросталеплавильном производстве ОАО «Северсталь». // Труды 8-го конгресса сталеплавильщиков, 2005, с.256-257).

После выпуска металла предыдущей плавки в печь загружают около 60% шихты, предварительно нагретой за счет тепла отходящих газов, просасываемых через шахту, установленную над водоохлаждаемым сводом обычной дуговой сталеплавильной печи. Затем осуществляют загрузку оставшейся части шихты (без подогрева) через шахту и начинают ее расплавление. Процесс расплавления интенсифицируют применением топливно-кислородных горелок и продувкой металла кислородом. После полного расплавления шихты металл доводят до заданного химического состава, необходимой температуры и выпускают из печи.

Недостатком прототипа является высокий удельный расход природного газа на подогрев шлака для достижения требуемой жидкоподвижности, которая ухудшается в связи с остыванием шлака из-за интенсивного отбора значительного количества тепла охлаждаемыми элементами, установленными в кладке печи (свод, стеновые панели). Ухудшение жидкоподвижности шлака приводит к увеличению продолжительности плавки за счет увеличения времени для достижения заданного химического состава металла.

Задачей изобретения является снижение удельных затрат энергии за счет сокращения расхода природного газа и повышения теплосодержания подогреваемой печными газами шихты благодаря более полному использованию тепла печных газов.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем завалку в печь шихты, подогретой в шахтном подогревателе, ее расплавление, проведение окислительного и восстановительного периодов плавки, дожигание продуктов неполного горения газов и выпуск металла из печи, в течение всей плавки в подсводовое пространство печи подают природный газ, а дожигание продуктов неполного горения газов обеспечивают путем ввода кислорода в шахту подогревателя шихты через выполненные в боковых стенах шахты отверстия. Дуговая сталеплавильная печь с шахтным подогревателем шихты содержит свод печи с отверстиями для ввода газа и подогреватель шихты, установленный над сводом печи, причем в своде печи отверстия для ввода газа расположены равномерно по полуокружности напротив шахтного подогревателя, а шахтный подогреватель шихты выполнен с отверстиями в боковых стенах шахты для ввода кислорода, расположенными на расстоянии от 0,3 до 0,7 высоты шахты.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо на современных ДСП с шахтным подогревателем шихты.

Сущность способа поясняется следующим.

Известно, что одной из проблем, возникающих при эксплуатации охлаждаемых конструкций свода и стен ДСП, является уменьшение жидкотекучести шлака из-за снижения его температуры. Чтобы обеспечить необходимый уровень температуры шлака (и, следовательно, его жидкотекучесть), в рабочее пространство вводят дополнительное количество тепла с помощью топливно-кислородных горелок, в качестве топлива в которых используется высококалорийный природный газ. Расход газа достаточно большой (по данным ОАО «Северсталь» удельный расход природного газа составляет ~4 м3/т, и объясняется это следующим образом: современные ДСП оснащены охлаждаемыми элементами, которые «подстуживают» шлак, и их применение требует дополнительного подвода тепла. Тепло, уносимое охлаждаемыми элементами, компенсируется топливно-кислородными горелками.

Необходимое теплосодержание шлака, обеспечивающее его жидкоподвижность, определяется алгебраической суммой двух тепловых потоков: теплового потока, падающего от газового факела на тепловоспринимающую поверхность шлака, и теплового потока от поверхности шлака к охлаждаемым поверхностям рабочего пространства. В связи с тем, что охлаждаемые рабочие поверхности стен и свода ДСП имеют низкие температуры, то и тепловой поток в сторону стен и свода имеет большое значение. Поэтому для поддержания баланса тепла требуется большой расход топлива, компенсирующего уходящий тепловой поток.

В предлагаемом способе горение подаваемого природного газа является неполным, так как содержащегося в печи воздуха недостаточного для полного горения. Известно, что согласно стехиометрическим реакциям полного горения природного газа количество воздуха на единицу топлива составляет не менее 10 м3/т. Поэтому в продуктах горения подаваемого природного газа вместе с СО содержатся светящиеся сажистые частицы - продукт разложения углеводородов при высокой температуре и в отсутствие достаточного количества окислителя. Такие продукты горения обладают достаточно высокой оптической плотностью (степенью черноты), выполняя роль экрана, препятствующего теплоотдаче от поверхности плавящейся шихты или шлака в период после расплавления к охлаждаемым поверхностям рабочего пространства. Следовательно, реализуется другой способ поддержания необходимого теплосодержания и жидкоподвижности шлака - экранирование его поверхности от охлаждаемых конструкций, установленных в кладке печи. Расход природного газа при этом существенно уменьшается, так как для создания экранирующего эффекта требуется газа в 1,5-2 раза меньше по сравнению с его расходом на топливно-кислородные горелки.

Кроме того, для предварительного подогрева шихты отходящие продукты сжигания природного газа просасываются через шахтный подогреватель шихты. Температура отходящих газов составляет не менее 1600°C, что приводит к оплавлению нижних слоев стального лома в подогревателе, при этом образуется сплошной массив, препятствующий прохождению печных газов через весь слой шихты в подогревателе. Поэтому верхние слои шихты остаются относительно холодными.

В предлагаемом способе выплавки стали температура отходящих газов значительно ниже, так как горение природного газа осуществляется с недостатком кислорода, физическое тепло продуктов горения передается нижним слоям шихты, не перегревая и не оплавляя шихту. Дожигание отходящих газов (их химическое тепло) будет использовано в верхних слоях шихты за счет кислорода, подаваемого через боковые стены шахты. Таким образом, шихта будет прогрета более равномерно, без оплавления, и ее теплосодержание будет выше.

Пример осуществления способа выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи емкостью 150 т с шахтным подогревателем шихты показан на чертежах:

1 - дуговая сталеплавильная печь с шахтным подогревателем шихты;

2 - расположение отверстий для подачи природного газа в рабочее пространство печи.

После выпуска из печи предыдущей плавки производят осмотр свода 1 и боковых стен 2 и, в случае удовлетворительного их состояния проводят завалку шихты в два этапа: 1) сбрасывание с удерживающих пальцев шахты подогревателя шихты 40-70 тонн стального лома, предварительно нагретого за счет тепла отходящих газов предыдущей плавки до средней температуры около 800°C; 2) загрузка через шахту с помощью загрузочной корзины оставшейся части (60-70 тонн) стального лома. После этого печь включают на расплавление. В течение всей плавки в подсводовое пространство печи подают 400 м3 (~2,5 м3/т) природного газа, например, через девять отверстий 3 диаметром 10 мм в своде печи 1, равномерно расположенных по полуокружности против шахтного подогревателя. Горение природного газа, подаваемого в печь через отверстия 3, осуществляется с недостатком окислителя, поэтому в продуктах горения вследствие недожога содержатся светящиеся сажистые частицы из-за разложения углеводородов. Эти продукты горения обладают достаточной оптической плотностью и являются экраном, препятствующим теплоотдаче от поверхности плавящейся шихты или шлака после расплавления к охлаждаемым поверхностям печи.

Дожигание просасываемых через шахту отходящих газов (использование их химического тепла) осуществляют в верхних слоях шихты за счет 500 м3 (~3,5 м3/т) кислорода, подаваемого, например, через десять отверстий 5 диаметром 8 мм в боковых стенах шахты 4.

После полного расплавления шихты металл доводят до заданного химического состава, необходимой температуры и выпускают из печи в соответствии с обычной технологией выплавки стали в ДСП с шахтным подогревателем шихты.

Таким образом, проведение плавки с вводом природного газа в подсводовое пространство с недостатком кислорода в течение всей плавки позволит снизить расход природного газа, а дожигание продуктов сгорания (отходящих газов) кислородом в шахте подогревателя шихты увеличит ее теплосодержание и повысит равномерность нагрева загружаемой в печь шихты, что в конечном итоге позволит снизить затраты на производство стали.

Дуговая сталеплавильная печь с шахтным подогревателем шихты, содержащая свод печи с отверстиями для ввода газа и подогреватель шихты, установленный над сводом печи, причем в своде печи отверстия для ввода газа расположены равномерно по полуокружности напротив шахтного подогревателя, а шахтный подогреватель шихты выполнен с отверстиями в боковых стенах шахты для ввода кислорода, расположенными на расстоянии от 0,3 до 0,7 высоты шахты.

При подаче кислорода через отверстия, расположенные ниже 0,3 высоты шахты, нижние слои шихты в подогревателе могут получить такое количество тепла (и физическое, и химическое тепло уходящих газов), которое вызовет оплавление шихты, что будет препятствовать прохождению печных газов через слой. В случае подачи кислорода выше 0,7 высоты шахты часть химического тепла не будет использована, так как отходящие газы с высокой температурой поступят в дымоотводящую систему.

Снижение удельного расхода природного газа на 1,5 м3 на тонну выплавленной стали и увеличение теплосодержания подогретой шихты, выраженной в 15 кВт·ч/т, позволит получить экономический эффект около 35 рублей на тонну выплавленной стали. При годовом производстве 1 млн. т экономический эффект составит около 35 млн. руб.

1. Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи с шахтным подогревателем шихты, включающий завалку в печь шихты, подогретой в шахтном подогревателе, ее расплавление, проведение окислительного и восстановительного периодов плавки, дожигание продуктов неполного горения газов и выпуск металла из печи, отличающийся тем, что в течение всей плавки в подсводовое пространство печи подают природный газ, а дожигание продуктов неполного горения газов обеспечивают путем ввода кислорода в шахту подогревателя шихты через выполненные в боковых стенах шахты отверстия.

2. Дуговая сталеплавильная печь с шахтным подогревателем шихты, содержащая свод печи с отверстиями для ввода газа, и подогреватель шихты установленный над сводом печи, отличающаяся тем, что в своде печи отверстия для ввода газа расположены равномерно по полуокружности напротив шахтного подогревателя, а шахтный подогреватель шихты выполнен с отверстиями в боковых стенках шахты для ввода кислорода, расположенными на расстоянии от 0,3 до 0,7 высоты шахты.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам получения стали в дуговых сталеплавильных печах. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу выплавки рельсовой стали в электропечи. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу выплавки рельсовой стали в электропечи. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки рельсовой стали в электропечах. .
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам получения стали в дуговой электросталеплавильной печи. .

Изобретение относится к области электрометаллургии, конкретнее к способу управления электрическим режимом дуговой печи плавки стали при непрерывной подаче металлизованных окатышей в ванну агрегата с подогревом металла трехфазными электрическими дугами.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки стали в электропечах

Изобретение относится к черной металлургии, к области электротермической техники
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам производства рельсовой стали в дуговых электропечах с применением вакуумирования

Изобретение относится к области измерений электрических параметров дуговых электропечей

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения вспененного шлака в расплаве металла в плавильной печи

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении нержавеющей стали во время расплавления твердого материала в электродуговой печи

Изобретение относится к металлургии, к области электротермической техники, а именно к способам ведения плавки стали в дуговых сталеплавильных печах трехфазного тока
Наверх