Способ выплавки стали

 

---- r ч - " Ьtg

Союз Советских

Социалистических

Республик о и iI-ам-и-и-е

И ЗОБРЕТЕЙ ИЯ (<>) 602559 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.07.75(21) 2157086/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.04.78Бюллетень № 14 (gg) Дата Оп;,тб лик(э-„,анин;пиc",чия (е с {

2 (51) М, Кл.

С 21 С 5/52

Государственный квинтет

Совета Министров СССР по делам иэооретений н открытий (53) УДК669.187.25 (088.8) (72) Авт оры изобретения

А. Н, Морозов, Ю. H. Тулуевский, И, М. Коновалов, 3. П. Чистовв, О, Е, Молчанов, В. И. Красовицкий, E. М. Слободкин, "I. И. Козлов, В, С. Галчн, В. Г. Дубов, A, A, Устюгов, А. М. Розенфельд, E. А. Нечаев, Е. А. Кирсанов и А. И, Га. апов (71) Заявитель

HB$ чнот(сследОвательский институт металлуОГии (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТ.-,ЛИ

Изобретснис относи сея к мст».:(лургии !СрH b1 X (I CT;1 l.1 0 B I I XI 0 5H CT 6 bi T h 1I C H O. I I. 3 (3 i3 i i 0 И Р И выплавке стали В дугoBblx печах.

Характерной осооенностью ду;овых сталеплавильных печей является локальный подвод тепла, Высокая электрическая;10!LLHOclь преобразуется В тепловую энергию !а электрода.:, расположенных вблизи оси печи. В э;ом случае

ЗОНа тЕПЛОВЫдЕЛЕНИя ОЧЕНЬ Х;аЛ» ПО Об Ьс,!i., во много раз мсньцlе садки мета.:(лошихть!. 1 якой способ подвода тепла в печь !!риводит к определенной 11оследовательHîñòn l а реnа и расплавления мет»лло;пихты.

В первую Очередь расплавляется металл 1шихта Волизи электродов; затем н»грсвае.сН и расплавляется металлошихта на перифери !. у стен исчи, на откосах. Отставание 1(а;-рева периферийных слоев мсталлошихтb! значительно удлиняет плавку. Неравномерность нагрева металлошихты усиливается с увеличением р»з меров печей.

Форсированное расплавление металлошихты, расположенной на Откос»; вбл(1. и стен печи, неизбежно вызывает повышенный износ футеровки и.(-за прямогÎ изл) 1си1-:я д (г на кладку, которая и заключитсл(я(ы!! (и.!И(од и.(»вления уже нс экранируется ло 103!.. о является 0 LII05! из основных причин весь !a низкой

Cт0йкОс! !! м01цных 1!Е. HCИ. С и !BbllllCHH(.M MIÎLLI.ности пе(ного трансформатора усиливается неравномерность нагрева металлопихты.,ИспольBîBàHHc .!Ополнитсльного источника тепла энергии Tollëè!3LI позволяет ускорить нагрев г, и р»сплавлен 1с металлошихты.

Известны способы выплавки стали, в которых с 1! )410!ILЫО ГOì, !Oê R раоочее прОстранстВО пе(и чсрез отверстия R своде (стенках) или через за!3»лочнос окно вводят топливо (1).

Даже !ебольшие тепловые нагрузки {31О

4 МЛ: . К(с(1Л »11 СОКраШаЮт ПрОдОЛжнтЕЛЬНОСтЬ

1I(р Иод» р»с;1. I a !3,". (HH51 I a Ma, I b! X печах Ha 20—

40- ;. И» 100 т пс:!»x — — на 7 — -{ "о о. Однако (ри 1»ком сi!Ocb,;. гвода топлива гaaoKI!cëîродный ф»ке.1 1:.1:(равлен непосредственно на

1;,:!стал;(IILIIIxT3 1. 01 этом греется относ1пельH0:;сбольш H .;; .надь металлошихты в зоне фа !(е. .! э. (Tре м 5!, (Ве;1 ич ить поверхность На, рева, тои,lHBO,.:!едят через две — три го-!.С,т си.

l nBC!. T(. li Tab 5!.e CHOCOO BbH1,aаВки лугonо",l пс-!и с (! а (ейной загрузкой металлоШИХТЫ, В KOT(!I O 1 ИсПОЛЬЗУется топливо, подаваемое il пс(ь C: »H»ла периода плавления од-!! 0в р . i!1!,! Il 1 с - . а Висим о От 110дачи эл(. KTpo э lc!)! !!;! элс:-,троды (2) . Топливо испс1л! зх СT(05 . .я !" ãðån» -периферийных слосв метал602559 лошихты как в уже указанных способах. Газокислородный факел направлен непосредственно на металлошихту, но шарнирная установка горелки на подвижном кронштейне позволяет изменять направление факела. Сталевар периодически изменяет положение горелки, направляя факел на новые, еще слабо нагретые участки металлошихты. Это существенно увеличивает эффективность использования топлива.

Недостатками известного способа являются прямая направленность газокислородного факела на садку металлошихты и относитель10 но небольшая площадь скрапа, подвергающаяся нагреву факелом, что ограничивает количество эффективно используемого топлива. Так, мощность горелки на 100 т печи, как и на печах малой емкости, не превышает

3,5 млн.ккал/ч. Увеличение интенсивности отопления не дает положительного эффекта, возрастает недожог топлива, а эффективность нагрева металлошихты заметно не изменяется. Это объясняется тем, что при нагреве металлошихты направленным топливокислородным факелом, начиная с температур лома 900-1000 С, наблюдается быстрое окисление железа продуктами полного сгорания топлива, которые разлагаются на кислород и горючие. Иеталлошихта продолжает нагреваться, в основном, за счет экзотермических реакций окисления железа, а полезное использование химической энергии топлива резко ухудшается. Поэтому с увеличением расхода топлива резко сокращается время целесообразного его использования, что делает применение мощных горелок неэф- зо фективным. Поскольку установка большого числа горелок на печи невозможна по конструктивным и эксплуатационным соображениям, существенно увеличить поверхность нагрева лома и количество полезно сжигаемого топлива при таком способе сжигания не удается.

Целью изобретения является обеспечение интенсивного и равномерного нагрева и расплавления периферийных слоев садки металлошихты и эффективное использование для это о энергии топлива. Указанная цель достига- р ется тем, что в известном способе выплавки стали в дуговой печи с бадейной загрузкой металлошихты, включающем использование энергии дуг и топливокислородного факела в период расплавления, в свободном кольцевом пространстве ° ежду вертикальной стенкой печи 45 и садкой металлошихты осуществляют закрутку потоков греющих газов путем введения и направления струй топлива и окислителя на цилиндрическую стенку печи.

Кроме того, для организации интенсивной

50 крутки потоков греющих газов топливо и окислитель вводят со скоростями не менее 120 м/с с тепловой форсировкой кольцевого сечения

1 — 3 млн. ккал/м .ч., причем ввод топлива и окислителя осуществляют, по крайней мере, в двух точках, расположенных по периметру печи у основания вертикальной стенки на уровне откосов.

Топливо и окислитель вводят в печь отдельными, разнесенными по высоте струями, направленными под углами к касательной к внутрен4 ней поверхности цилиндрической стенки 25—

35. и 10 — 20 соответственно, что позволяет устранить локальные перегревы футеровки.

Предложенная циклонная схема движения греющих газов в кольцевом пространстве между вертикальной стенкой печи и садкой металлошихты обеспечивает равномерное выгорание топлива и разогрев футеровки вертикальной стенки по всему периметру печи. В этом случае происходит интенсивный и равномерный нагрев всей периферийной поверхности металлошихты излучением и конвекцией от футеровки и греющих газов. Результаты аэродинамических исследований, проведенных на холодной модели

100 т дуговой сталеплавильной печи в масштабе 1:10, показывают, что интенсивная крутка потока греющих газов в кольцевом пространстве возможна при вводе топлива и окислителя с тангенциальными скоростями 120 м/с и более. Количества подаваемого топлива и окислителя могут изменяться в зависимости от емкости печи, но всех случаях тепловая форсировка горизонтального сечения свободного кольцевого пространства между вертикальной стенкой печи и садкой металлошихты должна быть 1 — 3 млн. ккал/м ч. Кроме того, при таком способе нагрева металлошихты в значитель ной мере устраняется окисление металлошихты продуктами сгорания, неизбежное при непосред ственном направлении факела на лом.

Равномерность вихревого потока по периметру печи создается вводом топлива и окислителя, по крайней мере, в двух противоположных точках. Ввод топлива и окислителя у основания вертикальной стенки на уровне откосов обеспечивает равномерный разогрев всей футеровки вертикальной стенки по высоте и по пер и метру.

Для устранения локальных перегревов футеровки и уменьшения угара металла топливо и окислитель вводят в печь отдельными, разнесенными по высоте струями, причем направляют их в сторону металлошихты под соответствующими углами к касательной. При этом замедляется смещение струй, топливо более равномерно выгорает по периметру печи, устраняется локальный перегрев футеровки в месте удара струй о стенку и, кроме того, топливная струя, направленная ближе к металлошихте, защищает ее от окисления. Расстояние между струями топлива и окислителя и углы отклонения. струй от касательной выбраны на основании аэродинамических исследований.

На фиг. 1 схематически показано рабочее пространство дуговой сталеплавильной печи; на фиг. 2 — то же, сечение по А — А на фиг. 1.

Рабочее пространство 1 печи загружено металлошихтой 2. Между вертикальной стенкой

3, откосами 4 и металлошихтой имеется свободное кольцевое пространство 5. Через свод

6 печи в кольцевое пространство опущены горелки 7, а по центру печи — электроды 8.

Топливо и окислитель вводят через сопла 9 и 10 соответственно. Направление топливной струи показано стрелкой 11, направление струи окислителя — стрелкой 12.

602559

Формула изобретения

При бадьевой загрузке металлошихты в рабочее пространство 1 между вертикальной стенкой 3, откосами 4 и поверхностью металлошихты 2 по всему периметру печи образуется свободное кольцевое пространство 5, которое на 100 †2 т дуговых сталеплавильных печах имеет ширину 0,5 — 0,7 м. Через свод

6 печи в рабочее пространство опускают электроды 8 по центру печи и две диаметрально противоположные горелки 7 в свободное кольцевое пространство 5. Нагрев и расплавление металлошихты 2 производится за счет энергии дуг и топлива одновременно и независимо друг от друга. Энергия дуг в течение всей плавки используется как в известном способе. Горелки

7 опускают настолько, что сопла 9 и 10 оказываются на уровне откосов 4.

В начале периода расплавления в кольцевое пространство вводят топливо и окислитель отдельными струями через сопла 9 и 10 тангенциально к внутренней поверхности кладки вертикальной стенки 3 с тангенциальными скоростями не менее 120 м/с. Расход топлива и окислителя зависит от емкости печи, но во всех случаях тепловая форсировка горизонтального свободного кольцевого пространства 5 должна быть 1 — 3 млн. ккал/м2.ч. Для 100 т отечественных дуговых печей это соответствует расходу природного газа 1000 — 3000 мз/ч. Струи топлива и окислителя отклонены от касательной 13 в сторону металлошихты 2: топливная струя

11 под углом 25 — 35 к касательной, а струя окислителя 12 — под углом 10 — 20 . Разделением струй топлива и окислителя замедляется их смещение и достигается равномерное выгорание топлива по периметру, что исключает локальный перегрев футеровки и окисление металлошихты. Циркулирующий в кольцевом пространстве газовый высокотемпературный поток нагревает поверхность вертикальной стенки печи и металлошихту.

Температуру поверхности футеровки контролируют, например, шомпольным термозондом.

Максимальный расход топлива устанавливают по показаниям шомпольного термозонда таким, чтобы температура футеровки не превышала безопасного уровня 1650 С. Подачу топлива и окислителя производят до полного раслпавления металлошихты. После этого горелки удаляют из рабочего пространства и дальнейшие операции проводят в соответствии с известным способом выплавки стали.

Использование предлагаемого способа выплавки стали обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:

5 о

2Е интенсивный нагрев периферийных слоев металлошихты, и в результате этого сокращение периода расплавления; сокращение расхода электроэнергии и электродов; повышение стойкости футеровки; уменьшение угара металлошихты; поЬышение КПД используемого топлива.

Например, по расчетам для 100 т печи и при удельном расходе природного газа и кислорода соответственно 33 и 60 м /т продолжительность расплавления уменьшается на

45%, производительность печи увеличивается на 25%, удельный расход электроэнергии снижается на 1 70 квтч/т, а электродов — на

1,8 кг/т. Затраты по переделу уменьшаются на

2,9 руб/т.

1. Способ выплавки стали, включающий использование энергии дуг и топливокислородного факела в период нагрева и расплавления металлошихты, отличающийся тем, что, с целью обеспечения интенсивного и равномерного нагрева и расплавления периферийных слоев садки металлошихты и эффективного использования для этого энергии топлива, создают крутку потока греющих газов в свободном кольцевом пространстве между стенкой и садкой металлошихты путем введения и направления струи топлива и окислителя на цилиндрическую стенку печи..

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью организации интенсивной крутки потоков греющих газов, топливо и окислитель вводят со скоростями не менее 120 м/с при расходах реагентов, обеспечивающих тепловую форсировку кольцевого сечения 1 — 3 млн. ккал/мз ч

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью устранения локальных перегревов футеровки, топливо и окислитель вводят в печь разнесенными по высоте струями, направленными под углами к касательной к внутренней поверхности цилиндрической стенки 25 — 35 и

10 — 20 соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: !. Электротермия, 1969, вып. 85, с. 54 — 55.

2. Журнал «Сталь», № 6, 1969, с. 517 — 520.

602559

Составитель 1. Веревкина Гсхрел О. Луговая Корректор Д. Мельниченко

Гираж 716 Подписное

1 едактор Н . Корченко

Заказ 1771/24

ЦН11ИПИ Гас дарственного кочи с,а (î clа Министров СССР ио дела ч 113oOpETå ïé и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раугиския наб. д. 4!5

Филип.; П11П «11а тки гг», г. Ужгород, ул. Гl роектна я. 4