ДУГОВАЯ РУДНОТЕРМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ Российский патент 1995 года по МПК F27B3/12 

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкциям электропечей для плавки металлов и сплавов.

Известна рудовосстановительная электропечь, содержащая ванну с металлическим кожухом и футеровкой, состоящей из боковых и подовых углеродистых блоков, установленных относительно кожуха с зазором, заполненным теплопроводной набивочной массой, и огнеупорной кладки, размещенной на боковых блоках. Для повышения срока службы ванны над боковыми углеродистыми блоками между огнеупорной кладкой и металлическим кожухом выполнен дополнительный слой неспекаю- щейся набивочной массы.

К недостаткам относится то, что с ростом единичных мощностей рудовосстановительных печей закрытого типа, оборудованных загрузочными устройствами типа воронки вокруг электродов, увеличиваются размеры конусов шихты. Это в свою очередь приводит к сегрегации компонентов шихты; происходит скатывание крупных кусков к подошве конуса. Таким образом, на периферии печи шихта обеднена восстановителем, а непосредственно у электрода наоборот обогащена. Имеющаяся система загрузки шихты не позволяет вести корректировку и обеспечить равномерное стихнометрическое содержание углерода по зонам колошника. Обедненные составом углерода периферийные зоны, не имея возможности вступить в реакцию, расплавляются и опускаются на подину в виде шлака. Этим затрудняется выход из печи расплава. Для улучшения выхода расплава из печи повышают его температуру, что приводит к частому прогару футеровки и к резкому возрастанию аварийности. Нарушается электрический режим плавки, возрастает расход электродов, что приводит к переходу в режим сопротивления. Печь не реагирует на изменение ввода шихты и добавок. Резко ухудшаются технико-экономические показатели работы печи.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является дуговая руднотермическая электропечь, содержащая ванну с погруженными в нее электродами, свод с установленными концентрично электродам загрузочными воронками, каждая из которых выполнена из двух полуворонок, шихтовые труботечки, причем внутренний радиус полуворонки, наружная поверхность которой обращена к центру печи, составляет 1,1-1,5 внутреннего радиуса соответствующей ей второй полуворонки.

С ростом единичных мощностей при наличии сохраняющейся цилиндрической части футеровки недостатки аналогичны вышерассмотренному изобретению.

Целью изобретения является повышение технико-экономических показателей работы печи за счет предотвращения расслоения шихтовых материалов.

Для достижения поставленной цели в дуговой руднотермической электропечи, содержащей ванну с футеровкой, образующей ее плавильное пространство с погруженными в него электродами, свод, установленные в колошниковой зоне печи концентрично электродам загрузочные воронки, плавильное пространство в колошниковой зоне выполнено диаметром 0,85-0,95 диаметра плавильного пространства ванны на глубину 0,15-0,35 глубины плавильного пространства ванны от его верхней кромки.

Указанный диапазон отношения диаметра колошниковой зоны к диаметру плавильного пространства является оптимальным. При отношении меньше 0,85 будет затруднего размещение на своде загрузочных устройств совместно с газозаборочными патрубками и взрывными клапанами.

При отношении больше 0,95 будет увеличиваться размер конусов шихты, что в свою очередь приведен к сегрегации шихтовых материалов.

Диапазон отношения глубины уменьшенного диаметра колошниковой зоны к глубине плавильного пространства ванны также оптимален, т.к. при отношении меньше 0,15 эта глубина не будет препятствовать образованию увеличенного конуса шихты, способствующего сегрегации, а при отношении больше 0,35 будет уменьшаться высота активного пространства активной зоны, что приведет к снижению производительности печи.

Диаметр колошниковой зоны плавильного пространства выбран с учетом возможности конструктивного размещения на своде шести загрузочных устройств, газообразного патрубка и взрывных клапанов.

Учитывая приведенные факторы диаметр колошниковой зоны и плавильного пространства находится в пределах 0,85-0,95D.

Глубина колошниковой зоны плавильного пространства 0,15-0,35 глубин плавильного пространства ванны выбрана с учетом угла естественного откоса шихтовых материалов, определяющих топографию верхней части колошника под сводом печи.

Аналитическими обследованиями закрытых ферросплавных печей установлено, что угол естественного откоса шихтовых материалов, нагретых до 300-700^оС, в значительной степени отличается от угла естественного откоса при нормальных условиях, т.е. при 20^оС.

Кроме того, большое влияние на формирование топографии колошника играет технологический процесс выплавки того или иного сплава.

Если процесс шлаковый, то шихта, находящаяся в ванне печи, как бы плавает на расплаве, поэтому угол естественного откоса находится в пределах до 6^о. Если же процесс бесшлаковый, то расплавление шихты идет в тиглях вокруг каждого электрода, угол же естественного откоса находится в пределах 15-20^о.

Глубина колошниковой зоны выбрана также с учетом устранения пересыпания материала через край ванны и равномерного опускания шихты по сечению ванны.

По сравнению с известным предлагаемое устройство обладает новым свойством, заключающимся в повышении технико-экономических показателей работы печи, за счет ликвидации сегрегации компонентов шихты и обеспечения равномерного содержания углерода по зонам колошника, улучшения выхода расплава из печи без повышения его температуры, стабилизации электрического режима работы, снижения тепловых потерь за счет уменьшения площади верхней части колошника.

На фиг. 1 показана дуговая руднотермическая электропечь, продольный разрез; на фиг. 2 колошник печи, на котором обозначен сектор растекания шихтовых материалов от загрузочных воронок до цилиндрической части колошниковой зоны ванны в пределах угла α, план; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 2, сплошной линией обозначен угол откоса шихтовых материалов для шлаковых процессов β 6^о; штрихпунктир с двумя точками обозначает угол откоса материалов для бесшлакового процесса β^I 15-20^о.

Дуговая руднотермическая электропечь содержит ванну 1 с футеровкой 2, образующей ее плавильное пространство с погруженными в него электродами 3, загрузочные воронки 4, служащие для распределения шихты по зонам колошника, свод 5, обеспечивающий работу печи в закрытом режиме.

Буквенной символикой обозначены:
Гв глубина плавильного пространства ванны;
α угол растекания шихтовых материалов от загрузочных воронок в плане;
β угол растекания шихтовых материалов для шлаковых процессов в разрезе;
β^I угол растекания шихтовых материалов для бесшлаковых процессов в разрезе.

Работа осуществляется следующим образом.

Шихтовые материалы 6 подаются в ванну 1 печи через загрузочные воронки 4. Пройдя цилинидрическую часть воронок, в нижней части шихта 6 рассыпается под углом растекания шихтовых материалов и распределяется по зонам колошника вокруг каждого электрода 3.

В период рассыпания шихты 6 из загрузочных воронок 4 по колошнику не происходит сегрегация ее компонентов по крупности, а также и по их удельным весам ввиду того, что явление сегрегации неощутимо, если расстояние от края загрузочной воронки составляет менее 2000 мм, что в пересчете на диаметр ванны составляет 0,85-0,95 D.

Под действием высоких температур дуг электродов 3 происходит восстановительный процесс, при котором образуются металл и шлак.

По мере проплавления шихта 6 опускается и осуществляется ее сход на глубину 0,15-0,35 Гв без сегрегации компонентов.

Опускаясь затем в активную зону плавления, шихтовые материалы без расслоения вступят в восстановительный процесс.

Полученный металл и шлак после накопления определенного количества выпускают из ванны печи.

П р и м е р конкретного выполнения. Для электропечи мощностью 63 МВА с диаметром в нижней части ванны D 12700 мм и диаметром в колошниковой части 0,95D высота цилиндрической части сужения равна для шлакового процесса: 100 + 250 + 250600 мм, что по отношению к общей глубине ванны составляет 0,144, принимают 0,15.

Для бесшлакового процесса: 100 + 1050 + 250 1400 мм, что по отношению к общей глубине ванны составляет 0,33, принимают 0,35, где 100 увеличение верхней части края ванны для устранения пересыпания материала через край ванны, мм;
250; 1050 высота цилиндрической части от влияния угла β 6 и 20^о.

250 удлинение цилиндрической части вниз для формирования равномерного опускания шихты по сечению ванны, мм;
4150 общая глубина ванны печи, мм.

По сравнению с прототипом, изобретение ликвидирует сегрегацию компонентов шихты, обеспечивает равномерное содержание углерода по зонам колошников, улучшает выход расплава из печи, что повышает технико-экономические показатели работы дуговой руднотермической электропечи.

Использование: изобретение относится к металлургии. Сущность изобретения: плавильное пространство в колошниковой зоне ванны выполнено диаметром 0,85 - 0,95 диаметра плавильного пространства ванны на глубину 0,15 - 0,35 глубины плавильного пространства от ее верхней кромки. 4 ил.

ДУГОВАЯ РУДНОТЕРМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ, содержащая ванну с футеровкой, образующей плавильное пространство с погруженными в него электродами, свод, загрузочные воронки, установленные в колошниковой зоне печи концентрично электродам, отличающаяся тем, что, с целью повышения технико-экономических показателей работы печи за счет предотвращения расслоения шихтовых материалов, плавильное пространство в колошниковой зоне ванны выполнено диаметром 0,85 - 0,95 диаметра плавильного пространства ванны на глубину 0,15 0,35 глубины плавильного пространства от ее верхней кромки.