МАРТЕНОВСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ Российский патент 1994 года по МПК C21C5/04 F27B3/22 

Изобретение относится к устройствам для выплавки стали, в частности к мартеновским печам.

Известно устройство для выплавки стали из чугуна, называемое конвертером [1].

Недостатком этого устройства является невозможность переплавлять большое количество лома, которого становится все больше в промышленных странах. Кроме того, в этих устройствах трудно или невозможно получать высоколегированные стали.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является мартеновская печь, плавление шихты в которой осуществляют горячими газами, полученными от сжигания газообразного или жидкого топлива. Печь содержит ограниченное сводом рабочее пространство, систему подвода горячего газа (воздуха), устройство для дополнительного подогрева воздуха и систему отвода отработанного газа [2].

Недостатком этой печи является то, что используемые в ней для подогрева воздуха высокочастотные генераторы имеют низкий КПД, поэтому в целом работа печи неэкономична.

Еще одним недостатком традиционной мартеновской печи является возможность поступления в сталь вредной примеси серы из газообразных продуктов горения топлива.

Целью изобретения является резкое повышение производительности мартеновской печи при сохранении или улучшении качества получаемой стали.

Это достигается благодаря тому, что мартеновская печь содержит ограниченное сводом рабочее пространство для плавления шихты, систему подвода горячего газа, устройство для дополнительного подогрева газа и систему отвода отработанного газа и отличается тем, что устройство для дополнительного подогрева газа выполнено в виде установленных над сводом высокотемпературных калориферов с нагревательным элементом и соплами, введенными верти- кально через свод в рабочее пространство печи.

Печь отличается тем, что нагревательный элемент калорифера выполнен в виде линейных электрических ламп в тугоплавкой сапфировой оболочке (с температурой плавления 2050^оС).

Печь отличается также тем, что электрические калориферы работают на высокотемпературных твердотельных нагревателях сопротивления на основе карбида кремния или дисилицида молибдена (материал марки "Кантал").

Печь отличается тем, что калорифер соединен с системой подвода кислорода.

Печь отличается тем, что калорифер соединен с системой подвода инертного газа (аргон, азот).

В качестве горячего газа, вдуваемого в печь, могут использовать инертный газ, смешанный с водяным перегретым паром или просто перегретый водяной пар.

Сущность изобретения состоит в том, что подаваемый через высокотемпературный калорифер горячий газ направляют на поверхность шихты, что вызывает нагрев и плавление шихты и осуществляет физико-химические процессы, необходимые для переработки чугуна и добавленного в него металлолома в сталь нужной марки.

На фиг. 1 изображена предлагаемая мартеновская печь в продольном разрезе; на фиг. 2 - электрический калорифер, работающий на мощных линейных лампах с газовым разрядом в тугоплавкой сапфировой оболочке, в продольном разрезе; на фиг. 3 - то же, в поперечном разрезе.

Мартеновская печь состоит из ванны 1, в которой находится слой расплавленного металла 2, покрытый слоем шлака 3. Ванна накрыта сводом 4, через который вертикально введены сопла 5 высокотемпературных калориферов 6, в которые газ подают по трубам 7 от газонагнетающего устройства. Для отвода отработанного газа выполнены трубы 8, присоединенные к системе утилизации тепла отходящих газов, которая, в частности, может быть использована для предварительного подогрева вдуваемого в печь газа.

Электрический калорифер, изображенный на фиг. 2 и 3, состоит из футерованной емкости 9, заключенной в кожух 10. Через отверстия в футеровке сквозь рабочее пространство 11 калорифера пропущены нагревательные элементы 12 в виде мощных газоразрядных ламп в сапфировой оболочке. Для получения большой мощности лампы располагают в шахматном порядке, как показано на фиг. 3, расстояние между лампами приблизительно равно диаметру внешней оболочки лампы.

Для уменьшения электромагнитных сил, действующих на нагревательные элементы, их присоединение ведется так, чтобы в соседних рядах токи текли в противоположных направлениях. Для предотвращения спекания оболочки ламп с футеровкой отверстие для ввода нагревательных элементов имеет участок 13 конического расширения. Нагревательные элементы можно располагать как вертикально, так и горизонтально.

Концы нагревательных элементов закрыты крышками 14, укрепленными на кожухе 10 через уплотнения 15. Электри- ческое питание осуществляют по проводникам 16, пропущенным через уплотнения 17. Подача газа от газонагнетающего устройства 18 осуществляется по трубе 7 через отверстие 19. Вывод горячего газа осуществляют через отверстие 2, в которое вставлено сопло 5.

Работа мартеновской печи осуществляется следующим образом.

Через плотно закрывающиеся завалочные окна мартеновской печи в ванну 1 по общепринятой для мартеновских печей технологии загружают шихту. После загрузки завалочные окна закрывают и через трубы 7, калориферы 6 и сопла 5 в пространство печи вдувают горячий газ с максимальной температурой, которая может быть получена на калорифере используемой конструкции. Для калориферов, работающих на газоразрядных лампах в сапфировой оболочке, эта температура равна 1900^оС. В результате образуется расплав металла 2, покрытый слоем шлака 3.

В зависимости от состава загружаемой шихты состав вдуваемого в печь горячего газа и методика работы печи могут быть различными. Наиболее простым и экономичным вариантом работы печи является загрузка ванны жидким чугуном с добавкой металлолома, как и при загрузке конвертеров. В этом случае через сопла 5 вдувают в печь горячий воздух или кислород. Поступающий с большой скоростью газ пробивает слой шлака и взаимодействует с металлом также, как в конвертерах с верхней продувкой, ускоряя мартеновскую плавку в несколько раз. Однако, так как поступающий в мартеновскую печь газ сильно подогрет, то доля лома, используемого при одной плавке, может быть существенно выше, чем в конвертерах. В этом варианте работы температура вдуваемого газа может быть ниже точки плавления стали и железа, так как в процессе окисления углерода, других примесей и железа выделяется много тепла и температура металла существенно повышается. Поэтому для работы печи могут быть использованы все перечисленные модификации калориферов.

Если в качестве шихты используют только металлолом и шлакообразующие материалы, то в качестве горячего газа может быть использован инертный газ или смесь его с перегретым водяным паром, или просто водяной пар. При этом температура газа должна быть выше температуры плавления стали, потому для работы печи необходимо использовать калориферы, работающие на газоразрядных лампах в сапфировой оболочке, в которых энергия электрического разряда ламп преобразуется в тепло и благодаря высокой температуре плавления сапфировой оболочки лампы газ может быть нагрет до 1900^оС.

В процессе плавки состав рабочего газа может меняться.

Ускорение процесса выплавки стали достигают при этом за счет исключения процесса обезуглероживания и удаления вредных примесей из металла в шлак.

При всех вариантах работы готовый металл выпускают по обычной методике через имеющиеся в мартеновских печах отверстия и для повышения качества подвергают его внепечной обработке в различных вариантах.

Достоинством описываемого устройства является возможность резко повысить производительность мартеновских печей без больших капитальных затрат. При этом качество стали сохранится или даже улучшится за счет удаления главных источников серы при мартеновской плавке,
Благодаря использованию данного изобретения мартеновская печь превращается, в частности, в современную высокопроизводительную электрометаллургическую печь, которая успешно может конкурировать с используемыми в настоящее время шумными и грязными дуговыми печами. При этом в случае плавки металла в инертном газе с замкнутым циклом его циркуляции качество стали будет даже выше, чем в дуговых печах.

Использование: в области черной металлургии, в частности в конструкциях мартеновских печей. Сущность изобретения: над сводом мартеновской печи установлены высокотемпературные калориферы. Сопла калориферов введены вертикально через свод в рабочее пространство печи. Нагревательные элементы калориферов могут быть выполнены в виде линейных электрических ламп в тугоплавкой сапфировой оболочке или в виде высокотемпературных твердотельных электрических нагревателей сопротивления на основе карбида кремния или дисилицида молибдена. Калориферы могут быть соединены с системой подвода кислорода или инертного газа. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. МАРТЕНОВСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ, содержащая ограниченное сводом рабочее пространство для плавления шихты, систему подвода горячего газа, устройство для дополнительного подогрева газа, систему отвода отработанного газа, отличающаяся тем, что устройство для дополнительного подогрева газа выполнено в виде установленных над сводом высокотемпературных калориферов с нагревательными элементами и соплами, введенными вертикально через свод в рабочее пространство. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что нагревательный элемент калорифера выполнен в виде линейных электрических ламп в тугоплавкой сапфировой оболочке. 3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что нагревательный элемент калорифера выполнен в виде высокотемпературных твердотельных электрических нагревателей сопротивления на основе карбида кремния или дисилицида молибдена. 4. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что калорифер соединен с системой подвода кислорода. 5. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что калорифер соединен с системой подвода инертного газа, предпочтительно азота или аргoна.