Способ электроплавки стали в дуговой печи



Способ электроплавки стали в дуговой печи
Способ электроплавки стали в дуговой печи

 


Владельцы патента RU 2483119:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а конкретнее к области электрометаллургии стали. Способ включает подачу металлизованных окатышей через осевые отверстия в графитовых электродах в шлаковый расплав подэлектродной зоны ванны печи. Совместно с металлизованными окатышами в шлаковый расплав через осевые отверстия графитовых электродов подают порошкообразный углеродсодержащий материал и инертный газ или смесь газов. Расход порошкообразного углеродсодержащего материала определяют из соотношения

,

где , , - соответственно расход углеродсодержащего материала, потери углерода в результате окисления электродов в шлаковом расплаве и приход углерода в подэлектродную зону ванны при расплавлении в ней металлизованных окатышей, кг/плавка. Расход инертного газа устанавливают из расчета образующегося объема в подэлектродной зоне ванны

где ΔVв - изменение объема этой зоны в ванне, м3/мин; dэ - внешний диаметр электрода, м; Нш - заглубление электрода в шлаковом расплаве ванны, м; τ - время, мин. Использование изобретения обеспечивает увеличение стойкости электродов и снижение расхода электроэнергии на процесс плавки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Областью применения изобретения является металлургия, а именно электрометаллургия стали, в которой основой является непрерывная подача металлизованных окатышей в ванну дуговой сталеплавильной печи [1].

Известен также способ электроплавки стали на основе применения непрерывной загрузки металлизованных окатышей в ванну дуговой печи через осевые отверстия в графитовых электродах [2].

В процессе электроплавки стали графитовые электроды, погруженные в шлаковый расплав, окисляются, что снижает их стойкость. Окисляется также и боковая поверхность электрода вследствие выгорания электрода в окислительной атмосфере печи. Это обстоятельство является существенным недостатком всех известных способов [1, 2].

Задачей изобретения является повышение эффективности электроплавки стали на основе применения методов [1, 2] подачи металлизованных окатышей с возможностью увеличения стойкости графитовых электродов [3, 4] электродов, благодаря наличию в них осевых отверстий, используются не только для подачи металлизованных окатышей, но и других материалов в ванну дуговой печи. Это создается благодаря тому, что в качестве защитной среды используют газ или смесь газов, не взаимодействующие с материалом электрода [3, 4]. Известен также способ защиты графитированного электрода от окисления путем подачи воды, или воздушной смеси, или водовоздушной смеси на часть боковой поверхности электрода, находящейся под сводом печи [5].

Однако несмотря на достигнутую экономию графитовых материалов до 25% данный способ [5] и другие способы [3, 4] не нашли широкого практического применения из-за высоких издержек по эксплуатации электродов с использованием дополнительных специальных устройств [3], например фурмы, вертикально перемещающейся вдоль боковой поверхности [4] электрода или устройства [6], выполненного в виде кольцевого коллектора с соплами, расположенного вокруг электрода и соединенного с элетрододержателем. К тому же все эти известные способы не защищают торцевую часть электрода от окисления, находящуюся в шлаковом расплаве в подэлектродной зоне ванны. Кроме того, следует отметить, что вышеназванные способы не только громоздки [3, 4, 5] и даже взрывоопасны [5], но и для их реализации требуется большой расход газов, воды и защитных покрытий [7], а следовательно, в условиях электроплавки стали на их нагрев затрачивается большое количество тепла, что снижает технико-экономические показатели производства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ [8] электроплавки стали с погруженными в шлаковый расплав электродами, которые имеют осевые отверстия для подачи через эти отверстия окатышей и других материалов. Данный способ позволяет использовать нерасходуемый электрод [9], содержащий электрододержатель, к которому подводится электроэнергия, а также погружаемый в расплав наконечник [9, с.69, рис.35] из карбидообразующего материала с осевым отверстием [1, 2], что позволяет [10] осуществлять подачу восстановительного газа через осевое отверстие, а расход восстановительного углеродсодержащего газа выбирать в зависимости [6, 10] от объема подэлектродной зоны в шлаковом расплаве ванны печи.

Недостатком прототипа, т.е. указанного способа [8], является то, что при электроплавке стали не предусматривается подача углеродсодержащего материала или газа в ванну печи через осевое отверстие в электроде в приэлектродную зону, т.е. в зону шлакового расплава, где находятся высокотемпературные электрические дуги. К другим недостаткам прототипа [8] и других известных способов [1, 2, 3, 4] можно отнести то, что при электроплавке стали не предусматриваются оптимальные условия подачи в шлаковый расплав под электродами окатышей, углеродсодержащих материалов и восстановительных или инертных газов [6, 9, 10]. Поэтому для решения этой сложной технической задачи по плавлению окатышей и углеродсодержащего материала со снижением степени окисления углерода необходимо в подэлектродной зоне создавать восстановительную атмосферу, что потребует большого расхода природного газа и определение его расхода, например, по формуле авторов [9]:

где QГ - расход газа, м3/ч; dc - диаметр сопла, м; dэ - диаметр электрода, м.

Технический результат изобретения - устранение указанных недостатков, повышение эффективности электроплавки окатышей в шлаковом расплаве, увеличение стойкости электродов с учетом использования осевых отверстий в них для совместной подачи в ванну печи окатышей углеродсодержащих материалов, инертных и восстановительных газов, а также снижение расхода электроэнергии на процесс плавки.

Технический результат достигается тем, что в способе электроплавки стали подачу металлизованных окатышей через осевые отверстия электродов в шлаковый расплав ванны печи осуществляют совместно с углеродсодержащим материалом, инертным газом или смесью газов. В этих условиях, например, для 150 т дуговой печи (при dэ=0,6 м; Нш>0,5 м) изменение объема

можно при τ=1 мин найти:

Это значение ΔVв говорит о том, что каждую минуту под электродов обновляется 0,141 м3 расплава с окатышами и другими материалами.

При этом, учитывая, что в пространстве имеется кислород (О2) и потому при подаче природного газа (СН4) через осевое отверстие электрода образуется значительное количество СО2 и Н2О по реакции: СН42=СО22О, исходя из молекулярных весов, участвующих в реакции веществ, можно найти, что сгорание 1 кг природного газа ведет к образованию 2,75 кг углекислого газа и 2,25 кг воды, т.е. такое большое количество (5 кг) оксидов, с одной стороны, потребляет большое количество тепла на их нагрев, а с другой стороны, эти газы окисляют [3, 4, 7] поверхность графитового электрода. В случае использования оптимального расхода углеродсодержащего материала этот нежелательный фактор исключается, т.к. по реакции 2С+O2+2СО+QКДЖ образуется восстановительный газ (СО) в меньшем количестве и, к тому же, этот газ снижает скорость окисления на торцевой и боковой поверхностях графитового электрода, т.е. создаются условия для повышения их стойкости. Использование в этом случае инертных газов (азот, аргон и др.) в качестве носителя порошкообразного материала является важным, т.к. инертный газ к тому же играет не только защитную роль от окисления углерода на торцевой и боковой поверхностях электродов, но и стабилизирует [1, 2] горение электрических дуг и интенсифицирует процессы перемешивания при плавлении окатышей в шлаковом расплаве.

Кроме того, с технологической точки зрения, при электроплавке окатышей в шлаковом расплаве (Фиг.1) подача углеродистого порошка способствует не только защите электрода от окисления, но и позволяет регулировать подачу углерода в расплав с целью интенсификации режимов [1, 2, 5] обезуглероживания металла и плавления металлизованных окатышей в ванне печи, что приводит к увеличению ее производительности и снижению расхода электроэнергии на процесс электроплавки. Это подтверждается, в частности, лабораторным экспериментом на ЭПУ.

На фиг.1 представлена схема образования подэлектродной зоны в ванне дуговой печи, где обозначены 1 - подэлектродная зона; 2 - электрическая дуга; 3 - графитовый электрод; 4 - окатыши и другие материалы; 5 - осевое отверстие в электроде; Нш - толщина шлака; ΔVв - объем подэлектродной зоны.

Эффективность электроплавки стали по предлагаемому изобретению оценили по данным лабораторного эксперимента (фиг.1) на опытной печной установке, которая включала тигель емкостью 300 г со шлаком и металлом, электрод графитовый диаметром 350 мм с осевым отверстием ~10-12 мм, электрододержатель, систему подачи окатышей и углеродсодержащего материала (коксик) на шлаковый расплав. Питание электропечной установки (ЭПУ) осуществлялось от двух параллельно соединенных выпрямителей с мощностью Р=23,7 кВт. Для сравнения использовали два типа графитовых электродов (сплошной без осевого отверстия и полый, т.е. электрод с отверстием).

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Тип электрода Мощность дуги Ру, кВт Удельная скорость загрузки окатышей, г/с Расход коксика, г/с Время плавления, с Износ электрода, г
Сплошной 12,0 0,3 - 56 14
Полый 12,0 0,3 0,03 48 8
Сплошной 14,0 0,4 - 68 18
Полый 14,0 0,4 0,04 58 10
Сплошной 16,0 0,5 - 82 21
Полый 16,0 0,5 0,05 70 12

Из анализа приведенных данных следует, что подача окатышей в подэлектродную зону (полые электроды) с применением коксика в область дуги приводит к снижению износа электрода и времени плавления металлизованных окатышей.

Таким образом, настоящим изобретением решается комплексная техническая задача по ускорению процесса плавления окатышей при их подаче через отверстие в электроде при совместной подаче углеродсодержащего материала и смеси газов. Кроме того, техническим результатом является также то, что предлагаемый способ позволяет повысить стойкость при работе электрода со снижением времени плавления окатышей, т.е. с повышением производительности работы ЭПУ.

Это достигается благодаря тому, что предлагается способ электроплавки стали в дуговой печи, включающий подачу металлизованных окатышей через осевые отверстия в графитовых электродах, отличающийся тем, что совместно с металлизованными окатышами в шлаковый расплав подэлектродной зоны ванны печи через осевые отверстия графитовых электродов подают углеродсодержащий материал, инертный газ или смесь газов, при этом расход углеродсодержащего материала определяют из соотношения: где - , , соответственно расход углеродсодержащего материала, потери углерода в результате окисления электродов в шлаковом расплаве и приход углерода в подэлектродную (приэлектродную) зону ванны при расплавлении в ней металлизованных окатышей, кг/плавку и кроме того способ отличающийся тем, что расход инертного газа устанавливают из расчета образующегося объема в подэлектродной зоне ванны: где ΔVв - изменение объема этой зоны в ванне, м3/мин; dэ - диаметр электрода, м; Hш - толщина шлака под электродом в ванне печи, м; τ - время, мин, а также предлагаемый способ отличается тем, что в качестве смеси газов используют аргон или азот с добавлением к ним углеродсодержащего или восстановительного газа, например углеродного газа или монооксида углерода.

Работа по предлагаемому способу электроплавки стали в дуговой печи может быть технически осуществлена в соответствии со схемой (Фиг.2) размещения электрода с осевым отверстием в ванне печи. В жидкий металл (1) и шлаковый расплав (2) графитовый электрод (3) с осевым отверстием (4) погружен в ванну дуговой печи с помощью электрододержателя (5). В осевое отверстие электрода (4) вставлен электроизолированный конус (6), в который подают углеродсодержащий материал (7), металлизованные окатыши (8) и инертный или восстановительный газы (9). При подаче через электрододержатель (5) электрической энергии в торце электрода (3) образуется электрическая дуга (10), которая нагревает шлаковый расплав в подэлектродном (11) пространстве печи. В результате воздействия электрической дуги (10) на расплав (11) осуществляется нагрев и плавление окатышей и других материалов (7, 8), что способствует проведению электроплавки стали в дуговой печи с достижением более высоких технико-экономических показателей производства.

Литература

1. Меркер Э.Э. и др. Патент РФ на изобретение №2385952 от 10.04.2010; Бюл. 19.

2. Меркер Э.Э. и др. Патент РФ на изобретение №2374582 от 07.09.2005; Бюл №33 от 27.11.2009.

3. Кузин С.А. Патент РФ на изобретение №94026565 от 27.06.1996.

4. Стадничук А.В., Стадничук В.И. Патент РФ на изобретение №2218676 от 10.12.2003.

5. Лопухов Г.А., Кацов Е.З. Производство стали в дуговых печах // Итоги науки и техники. Сер. Производство чугуна и стали. Том 19. - М.: ВИНИТИ, 1989 г., с.48-49.

6. Патент США №4852120, МКИ 4 Н05В 7/12, 1989 г.

7. Аналькова Г.Д. и др. Обзорная информация // Цветная металлургия. Сер. Производство легких цветных металлов. М.: ЦНИИцветмет экономики информации, 1989 г.

8. Меркер Э.Э. и др. Патент РФ на изобретение №2360009 от 27.06.2009. Бюл. 18.

9. Патент РФ №2158062. Способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве печи.

10. Поволоцкий Д.А. и др. Устройство и работа сверхмощных дуговых сталеплавильных печей. - М.: Металлургия, 1990, 176 с.

1. Способ электроплавки стали в дуговой печи, включающий подачу металлизованных окатышей через осевые отверстия в графитовых электродах в шлаковый расплав подэлектродной зоны ванны печи, отличающийся тем, что совместно с металлизованными окатышами в шлаковый расплав подэлектродной зоны ванны печи через осевые отверстия графитовых электродов подают порошкообразный углеродсодержащий материал и инертный газ или смесь газов, при этом расход порошкообразного углеродсодержащего материала определяют из соотношения , где , , - соответственно расход углеродсодержащего материала, потери углерода в результате окисления электродов в шлаковом расплаве и приход углерода в подэлектродную зону ванны при расплавлении в ней металлизованных окатышей, кг/плавку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход инертного газа устанавливают из расчета образующегося объема в подэлектродной зоне ванны
где ΔVв - изменение объема этой зоны в ванне, м3/мин; dэ - внешний диаметр электрода, м; Нш - заглубление электрода в шлаковом расплаве ванны, м; τ - время, мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве смеси газов используют аргон или азот с добавлением к ним углеродсодержащего или восстановительного газа, например природного газа или монооксида углерода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкции дуговых электропечей. .

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам производства стали с низким содержанием серы. .

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

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 дуговой электропечи и ее очищающему устройству. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения расплава стали с содержанием марганца до 30%, в котором дополнительно могут содержаться до 5% Si, до 1,5% С, до 22% Аl, до 25% Сr, до 30% Ni, а также до 5% Ti, V, Nb, Сu, Sn, Zr, Mo, W каждый, а также до 1% N и P каждый, остальное - железо и неизбежные сопутствующие выплавке элементы стали.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам выплавки стали в электропечах с погруженными в шлаковый расплав расходуемыми графитовыми электродами при непрерывной подаче металлизованных окатышей в шлаковый расплав одновременно с углеродсодержащим материалом, газом через осевое отверстие в электроде.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству круглого сортового проката. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу аустенитной высокопрочной коррозионно-стойкой стали и способу ее выплавки. .

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении для производства дешевого инструмента, в частности выглаживателей для деталей из цветных металлов

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам контроля окисленности шлака и металла при выплавке сплавов на основе железа в электродуговых печах переменного тока

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу загрузки металлизованных окатышей в дуговую печь

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам загрузки шихты, например, металлизованных окатышей и других сыпучих материалов в плавильные агрегаты
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способу получения стали в дуговой сталеплавильной печи. Способ включает завалку металлошихты и шлакообразующих материалов, их нагрев и расплавление, проведение окислительного рафинирования путем продувки ванны кислородом со вспениванием шлака, выпуск части шлака из печи и стали из печи, при этом в период рафинирования при достижении температуры металла 1580-1610°С и при израсходовании 75-88% электроэнергии на плавку в ванну в два приема вводят высокомагнезиальный материал, содержащий более 80% MgO, в количестве 6,5-10,0 кг/т стали для получения магнезиального шлака с содержанием 5,1-10,0% MgO и формирования на футеровке износоустойчивого гарнисажа и оставляют упомянутый магнезиальный шлак в печи на следующую плавку. Использование изобретения позволяет увеличить стойкость футеровки печи на 50% и снизить расход электроэнергии на 25-45 кВт·ч/т стали.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройству (1) для опрокидывания металлургического плавильного сосуда (50, 55) электродуговой печи (101, 101'). Устройство содержит опрокидываемую рабочую площадку (2) печи, которая имеет отверстие (3) для размещения плавильного сосуда (50, 55), а также дополнительно имеет привод для опрокидывания рабочей площадки (2) печи, содержащий по меньшей мере один шарнирно соединенный с рабочей площадкой (2) печи подъемный цилиндр (4а). При этом устройство дополнительно содержит блокировочное приспособление (5а, 5b) для фиксации угла опрокидывания рабочей площадки (2) печи. Рабочая площадка (2) печи выполнена с возможностью введения в отверстие (3) по меньшей мере двух различных видов плавильных сосудов (50, 55), которые различаются относительно расположения их выпускных отверстий (51, 56) и подлежащего установке при выпуске максимального угла опрокидывания, и при этом обеспечивается возможность фиксации соответствующего максимального угла опрокидывания по меньшей мере для каждого из двух видов плавильных сосудов (50, 55). Кроме того, изобретение относится к металлургической плавильной системе (100, 100') с устройством (1) и к способу с применением такой металлургической плавильной системы. При использовании изобретения обеспечивается возможность рациональной выплавки нержавеющей и углеродистой стали. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к получению чугуна с высоким содержанием углерода. Способ включает выплавку исходного расплава чугуна в печи, инжекционный ввод науглероживателя и выпуск расплава металла, при этом выплавку исходного расплава чугуна в электродуговых, индукционных печах или в газовых вагранках с копильником осуществляют перегрев расплава при температуре выше температуры ликвидуса на 10…400°С и используют науглероживатель с расположенными на его поверхности наноструктурированными частицами графита с размером 0,00001…0,01 мкм и в количестве 0,0001-0,01%, обеспечивающем образование заданной концентрации центров зарождения графитной фазы. Изобретение обеспечивает получение железоуглеродистого сплава с высокими физико-механическими свойствами, высокой степенью науглероживания, длительным эффектом сохранения степени науглероживания, отсутствием пироэффекта, а также улучшает экологические условия производства чугуна. 1 табл.

Изобретение относится к области получения металла в электродуговой печи. Технический результат - повышение точности прогнозирования состояния твердого материала в электродуговой печи. Согласно способу определения кусковатости для твердого материала, в особенности скрапа, в электродуговой печи определяют ток электрода, подведенный к электроду (3а, 3b, 3с) для образования электрической дуги между электродом (3а, 3b, 3с) и твердым материалом. При этом из определенного сигнала тока (I(t)) электрода определяют меру эффективного значения определенного тока электрода. Причем из определенного тока (I(t)) электрода определяют (32) составляющую тока, относящуюся к частотному диапазону определенного тока электрода (3а, 3b, 3с), а в качестве значения кусковатости (М) формируют отношение составляющей тока и эффективного значения. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

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 области металлургии, в частности к управлению плавкой металлической шихты в электропечи. Способ включает взвешивание ванны с размещенной в ней металлической шихтой посредством взвешивающих элементов. В качестве взвешивающих элементов используют распределенные по периметру ванны тензодатчики, закрепленные на опорах. Измеренные взвешивающими элементами изменения значений веса ванны передают в устройство управления. Получают информацию о распределении металлической шихты внутри ванны и при помощи устройства управления задают направление выгрузки металлической шихты в ванну. Использование изобретения предотвращает локальное скопление и/или неоптимальное распределение материала шихты внутри электропечи. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх