Плазменно-дуговая сталеплавильная печь постоянного тока



Плазменно-дуговая сталеплавильная печь постоянного тока
Плазменно-дуговая сталеплавильная печь постоянного тока

 


Владельцы патента RU 2415359:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к плавке стали в плазменно-дуговых печах постоянного тока. Сталеплавильная печь содержит керамический тигель с вертикальным плазмотроном, установленным в своде, и подовый электрод, установленный соосно вертикальному плазмотрону, и три стеновых плазматрона, установленных в стенах тигля под углом к горизонтальной плоскости поверхности ванны металла. При этом стеновые плазмотроны установлены под углом 15-30° к горизонтальной плоскости и одновременно развернуты таким образом, что их продольные оси направлены по касательной к окружности, проходящей через центры расположения на поверхности ванны анодных пятен от дуг стеновых плазмотронов, при этом радиус данной окружности составляет 0,23-0,26 диаметра ванны металла, а расстояние от среза каждого стенового плазмотрона до анодного пятна составляет 0,5-0,6 диаметра ванны. Изобретение позволяет уменьшить время плавки стали в печи. 2 ил.

 

Изобретение относится к металлургии, к области электротермической техники, а именно к конструкциям устройств для нагрева и плавления металла в плазменно-дуговых печах, и может быть использовано в плазменно-дуговой сталеплавильной печи (ПДСП) различного назначения, например для плавки металла, оплавления поверхности слитков и т.д.

Известна конструкция плазменно-дуговой печи с керамическим тиглем, питаемой постоянным током, при одном, реже нескольких вертикально расположенных в своде печи плазмотронах. Особенностью конструкции таких печей является работа на длинных дугах 1,5-2,0 м для введения максимальной мощности дуг и обеспечения наибольшей производительности печи (Никольский Л.Е., Смоляренко В.Д., Кузнецов Л.Н. Тепловая работа дуговых сталеплавильных печей. - М.: Металлургия, 1981, - стр.10-13, стр.19-31).

Недостатком этой конструкции является то, что значительную часть времени, даже в период расплавления, дуги плазмотронов в печи горят открыто, излучая энергию на футеровку, поэтому основная часть теплоты в таких печах передается от дуг металлу не непосредственно, а путем отражения и вторичного излучения от футеровки, что приводит к ее перегреву и снижает производительность печи.

Прототипом изобретения является конструкция плазменно-дуговой сталеплавильной печи постоянного тока с керамическим тиглем, в которой плавление шихты ведут постоянным током вертикальным плазматроном, установленным в своде, и подовым электродом, расположенным в поде печи, а также тремя или четырьмя наклонно расположенными стеновыми плазматронами, установленными в стенах печи под углом в 40-55° к ванне металла (Бортничук Н.И., Крутянский М.М. Плазменно-дуговые плавильные печи. - М.: Энергоиздат, 1981 г., стр.87-93).

Недостатком этих печей является нестабильность горения дуг в начальный период расплавления твердой шихты из-за ее обвалов, так как проплавление шихты происходит несколькими наклонными колодцами, что вызывает колебания напряжения и повышенный шум, а также невысокий коэффициент полезного действия ПДСП. Данное устройство обладает низкой производительностью и высоким удельным расходом электроэнергии.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработки конструкции плазменно-дуговой сталеплавильной печи (ПДСП) постоянного тока с повышенной производительностью и сниженным удельным расходом электроэнергии во время плавки.

Техническим результатом изобретения является уменьшение времени плавки стали в печи.

Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигаются тем, что плазменно-дуговая сталеплавильная печь постоянного тока включает керамический тигель с вертикальным плазматроном, установленным в своде, и подовый электрод, установленный соосно вертикальному плазматрону, и три стеновых плазматрона, установленных в стенах тигля под углом к ванне металла. Согласно изобретению стеновые плазмотроны установлены под углом 15-30° к горизонтальной плоскости и одновременно развернуты таким образом, что их продольные оси направлены по касательной к окружности, проходящей через центры расположения анодных пятен от дуг стеновых плазмотронов, при этом радиус данной окружности составляет 0,23-0,26 диаметра ванны металла, а расстояние от среза каждого стенового плазмотрона до анодного пятна составляет 0,5-0,6 диаметра ванны.

Расположение стенового плазматрона под углом 15-30° к горизонтальной плоскости обеспечивает снижение расхода электроэнергии и времени проведения плавки. При этом увеличение угла наклона плазмотрона на величину более 30° вызывает рост излучения дуг на стены и свод, а уменьшение угла наклона меньше 15° - приводит к чрезмерному нагреву активной поверхности плазмотрона.

При радиусе окружности, на которой расположены центры анодных пятен меньше 0,23 диаметра ванны металла, будет наблюдаться концентрация энергии излучения дуг в центре ванны, из-за чего произойдет снижение энергии излучения на периферию ванны металла и приведет к неравномерности нагрева, вызовет увеличение времени плавки из-за выравнивания температуры металла. При увеличении же радиуса окружности, на величину более 0,26 диаметра ванны, электрические дуги приблизятся к поверхности футеровки стен ПДСП, излучение на стены увеличится, а на ванну металла уменьшится, что приведет к повышенному износу футеровки, увеличению времени плавки и расхода электроэнергии.

При расстоянии от среза каждого стенового плазмотрона до анодного пятна менее 0,5 диаметра ванны - снижается мощность дуги в печи, увеличивается время плавки и расход электроэнергии, а при увеличении этого расстояния на величину более 0,6 диаметра ванны возникает пересечение электрических дуг и их электромагнитное взаимодействие, что приводит к неустойчивому горению дуг, нарушению режима работы дуг и плазмотронов.

Так как плазмотроны установлены в стенах под углом 15-30° к горизонтальной поверхности, аналогично и дуги расположены под углом 15-30° к горизонтальной оси. Анодные пятна дуг располагаются на расстоянии 0,23-0,26 Dв от центра оси, такое расположение дуг обеспечивает увеличение излучения дуги на металл и снижение излучения на стены и свод печи.

Плазменно-дуговая печь иллюстрируется на чертежах, где на фиг.1 изображена печь, вид спереди в разрезе; на фиг.2 - вид печи сверху в разрезе.

Устройство выполнено следующим образом.

Плазменно-дуговая сталеплавильная печь постоянного тока содержит керамический тигель 1, закрытый сверху огнеупорным сводом 2, в котором расположен вертикальный плазматрон 3 и под 4, в центре которого установлен подовый электрод 5, соосно плазмотрону 3. Между вертикальным плазмотроном 3 и подовым электродом 5 образована дуга 6. В керамическом тигле 1 также установлены три стеновых наклонных плазмотрона 7. Внутри керамического тигля 1 находится расплавленная шихта 8. В процессе расплавления шихты 8 на поде 4 печи формируется ванна металла 9. Стеновые наклонные плазмотроны 7 установлены под углом 15-30° к горизонтальной плоскости, проходящей по поверхности ванны металла 9, причем продольная ось каждого стенового наклонного плазмотрона 7 направлена по касательной к окружности 10, проходящей через центры расположения анодных пятен 11. Расстояние от среза каждого стенового наклонного плазмотрона 7 до анодного пятна 11 составляет 0,5-0,6 диаметра ванны.

Радиус окружности, на которой расположены центры анодных пятен, связан с диаметром ванны металла следующим соотношением:

,

где Rа - радиус окружности, Dв - диаметр ванны металла.

Экспериментально было установлено, что при этом соотношении Rа/Dв, а также при расположении плазмотронов под углом 15-30° к горизонтальной плоскости, проходящей по поверхности ванны металла, наблюдается максимальный тепловой поток от дуг к ванне металла.

Устройство работает следующим образом. При открытом огнеупорном своде 2 производится загрузка шихты 8, затем огнеупорным сводом 2 закрывают тигель 1. Прорезку колодца в шихте 8 ведут вначале дугой 6 вертикального плазмотрона 3 на постоянном токе. Расчеты проводились для плазмотрона ПДСП со следующими параметрами: сила тока Iд=10 кА; выпрямленное напряжение Uи.п.=825 В; напряжение плазмотрона UД=160-600 В; мощность на каждой дуге: PД=1600-6000 кВт; расчетная длина дуги при градиенте напряжения в столбе дуги grad U=0,27 В/мм составляет lД=160-600/0,27=590-2200 мм, что обеспечивает устойчивое положение шихты 8 и равномерность ее нагрева. В результате чего шихта 8 оседает, не теряя своей естественной устойчивости, что, в свою очередь, приводит к стабилизации горения дуги 6 плазматрона 3 и электрического режима работы печи. В результате оседания шихты 8 и уменьшения высоты колодца под прямое излучение дуги 6 плазматрона 3 попадает огнеупорный свод 2 и открытая, свободная от шихты 8 часть стен керамического тигля 1. Коэффициент излучения на ванну металла 9, т.е. доля мощности дуги 6 плазматрона 3, приходящаяся на поверхность ванны 9 металла, уменьшается с 0,93 до 0,22, а коэффициент излучения на поверхность стен и свода 2 увеличивается с 0,07 до 0,78. После расплавления 25-30% шихты 8 вертикальный плазмотрон 3 отключают и продолжают плавку на постоянном токе тремя стеновыми наклонными плазмотронами 7, каждый из которых расположен под углом в 15-30° к горизонтальной плоскости, проходящей по поверхности ванны металла 9. Продольная ось каждого стенового наклонного плазмотрона 7 направлена по касательной к окружности 10, на которой расположены центры анодных пятен 11, при этом радиус данной окружности составляет 0,23-0,26 диаметра ванны металла. Мощность, вводимая тремя стеновыми наклонными плазмотронами 7 в печь, увеличивается в три раза, при этом расстояние от среза каждого стенового наклонного плазмотрона 7 до анодного пятна 11 составляет 0,5-0,6 диаметра ванны.

Коэффициент излучения дуг на ванну 9 металла наклоненных под углом плазмотронов 7 увеличивается до 0,39, что приводит к большей скорости нагрева металла, к повышению производительности печи и, как следствие, к сокращению удельного расхода электроэнергии. При рекомендуемом пространственном положении дуг внутри рабочего пространства печи величина среднего суммарного УКИ (расшифровать) составляет 0,39. Для сравнения при той же длине дуги, но вертикальном расположении плазмотрона по оси симметрии анодного пятна величина среднего суммарного УКИ составляет 0,18.

Конструкция дуговой сталеплавильной печи постоянного тока разработана на кафедре «Электроснабжения и электротехники» Тверского государственного технического университета и в настоящее время находится на стадии технического предложения.

Плазменно-дуговая сталеплавильная печь постоянного тока, включающая керамический тигель с вертикальным плазмотроном, установленным в своде, и подовый электрод, установленный соосно вертикальному плазмотрону, и три стеновых плазмотрона, установленных в стенах тигля под углом к горизонтальной плоскости поверхности ванны металла, отличающаяся тем, что стеновые плазмотроны установлены под углом 15-30° к горизонтальной плоскости и одновременно развернуты таким образом, что их продольные оси направлены по касательной к окружности, проходящей через центры расположения на поверхности ванны анодных пятен от дуг стеновых плазмотронов, при этом радиус данной окружности составляет 0,23-0,26 диаметра ванны металла, а расстояние от среза каждого стенового плазмотрона до анодного пятна составляет 0,5-0,6 диаметра ванны металла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к черной металлургии, к области электротермической техники. .

Изобретение относится к области электротермии, а именно к контролю технологических параметров при производстве плавленых фосфатов, карбида кальция в рудно-термических печах и может быть использовано в цветной металлургии.

Изобретение относится к металлическим нагревательным элементам в электрических отражательных печах для приготовления алюминия и алюминиевых сплавов. .

Изобретение относится к способу непрерывного или периодического получения металла или нескольких металлов из шлака, содержащего указанный металл или соединение указанного металла.

Изобретение относится к области электрометаллургии, а именно к электрическим печам - электрокальцинаторам для прокалки сыпучих углеродных материалов, например, антрацита, путем пропускания через них электрического тока.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к печной установке для расплавления металлического или металлсодержащего исходного сырья. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при эксплуатации дуговой электропечи, содержащей по крайней мере один электрод. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к конструктивным особенностям дуговых печей постоянного тока. .

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

Изобретение относится к области металлургии, в частности к соединениям электродов для дуговой печи. .

Изобретение относится к электрической печи графитации углеродных изделий

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения металла или соединения металла из материала, содержащего металл или соединение металла

Изобретение относится к устройству для извлечения металлов или соединений металлов из материала, содержащего металл или соединение металла в печи с металлоприемником, с первым впуском для подвода материала, первым выпуском для отвода отработанного газа, одним или несколькими электродами плавления и/или восстановления загруженного материала, которые выступают в металлоприемник печи, с подовым электродом, действующим в качестве катода, и дополнительным электродом, выполняющим функцию анода, с пространством, служащим в качестве зоны осаждения, предусмотренным в области выпуска шлаков, с электро - или постоянным магнитом, который расположен в металлоприемнике печи таким образом, что созданный в металлоприемнике печи магнитный поток, обусловленный постоянным током, перекрещивается магнитным полем, а также с выпуском для отбора расплавленного металла и соединения металла и переливом или выпуском для шлака

Изобретение относится к области электротермии, а именно к контролю технологических параметров при производстве плавленых фосфатов, карбида кальция в рудно-термических печах, и может быть использовано в цветной металлургии

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

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электродуговой печи. Электродуговая печь (4) содержит камеру (8) для расплавленной стали, свод (12), который закрывает камеру (8) и ограничивает массу стального лома, электроды (16) для плавления массы металлолома и установленную на основании (24) опору (20). Камера (8) опирается на опору (20) с возможностью качания вокруг оси вращения (X-X). Свод (12) и камера (8) имеют взаимодополняющий профиль, который образует соединение поворотного типа относительно оси вращения (X-X). Во время качания камеры (8) свод (12) остается неподвижным относительно основания (24), при этом камера (8) остается в закрытом положении. Использование изобретения обеспечивает компактность камеры печи и исключает возможность утечки газов. 32 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к устройству для производства расплавленного металла путем прямого восстановления и плавления исходного материала в виде металлосодержащего агломерата, например агломерата из оксида металла с углеродсодержащим материалом, в плавильной печи с электрическим нагревом, например дуговой печи, без выполнения предварительного восстановления. При загрузке из желобов (4, 4) с обоих краев (2, 2) ненаклоняемой вертикально стоящей дуговой печи создают слои (12) исходного материала, имеющие наклонную поверхность, уходящую вниз, к областям электродов (5), расположенных в центральной области печи, и слои (13) исходного материала в виде металлосодержащего агломерата на наклонах, соответственно. Расплавленный металл получают, постепенно выполняя плавление нижних краев слоев (13) за счет нагрева при помощи электрических дуг, возникающих на электродах (5). Устройство снабжено генератором удара, который обеспечивает механическое устранение зависания слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата и установлен в печи выше слоя расплавленного шлака и ниже поверхности слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата. Изобретение позволяет эффективным образом предотвращать зависание слоя исходного материала в виде металлосодержащего агломерата и надежным образом устранять зависание, если оно происходит.2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству для производства расплавленного металла путем прямого восстановления и плавления исходного материала в плавильной печи с электрическим нагревом без выполнения предварительного восстановления. Желобы (4, 4) загрузки исходного материала установлены на обоих краях (2, 2) печи, а электроды (5) - в центре печи, если смотреть в направлении по ее ширине. Горелки (6) дополнительного сжигания установлены в верхней части (1) печи, имеющей ступенчатые области, направленные вниз от обоих краев (2, 2) к электродам (5). Предварительно, путем загрузки углеродсодержащего материала (A) из желобов (4, 4), создают слои (12) исходного материала, наклоненные вниз, к нижним частям электродов (5). На наклонных поверхностях слоев (12) путем загрузки исходного материала (B) в виде металлосодержащего агломерата создают слои (13). Расплавленное железо получают путем постепенного плавления нижних краев слоев (13) за счет нагрева электрическими дугами, возникающими на электродах (5). В то же время из горелок (6) вдувают кислородсодержащий газ (C) для обеспечения сжигания газа, содержащего CO, который возникает в слоях (13). Слои (13) опускаются вдоль наклонных поверхностей слоев (12) и нагревают слои (13) за счет теплоты излучения от такого сжигания. Изобретение позволит повысить эффективность дополнительного сжигания и устранить зависание в печи слоя металлосодержащего агломерата. 4 н. и 16 з. п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к способу производства расплавленного металла путем прямого восстановления и плавления металлосодержащего агломерата в электрической печи. В печи желоба загрузки материала установлены на обоих краях печи, а электроды (5) - в центре печи. Горелки (6) дополнительного сжигания установлены в верхней части (1) печи, имеющей ступенчатые области, направленные вниз от обоих краев к электродам (5). Предварительно путем загрузки углеродсодержащего материала из желобов загрузки исходного материала создают слои (12), наклоненные вниз к нижним частям электродов (5), и на наклонные поверхности слоев (12) загружают исходный материал в виде металлосодержащего агломерата и создают слои (13). Расплавленное железо получают постепенным плавлением нижних краев слоев (13) электрическими дугами. Из горелок (6) вдувают кислородсодержащий газ для сжигания газа, содержащего СО, который возникает в слоях (13). Изобретение позволяет повысить эффективность дополнительного сжигания при производстве расплавленного металла. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, к области электротермической техники, а именно к устройствам дуговых сталеплавильных печей. Дуговая сталеплавильная печь содержит футерованный металлический корпус с ванной металла и водоохлаждаемыми стенами, сливной желоб, свод, состоящий из футерованной и водоохлаждаемой частей, с расположенным в нем сводовым электродом, и подовыми электродами, установленными с возможностью поочередного включения. В поде печи установлены четыре подовых электрода, расположенных симметрично по окружности, диаметр которой составляет 0,46-0,52 диаметра ванны металла. Изобретение позволяет уменьшить время плавки, снизить расход электроэнергии и повысить производительность печи. 3 ил.
Наверх