СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ПЛАВКИ В ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ ДУГОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 1997 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к области электрометаллургии, конкретнее, к способу ведения плавки в трехэлектродной дуговой электропечи.

Известен способ ведения плавки в трехэлектродной трехфазной дуговой электропечи, включающий загрузку шихты в рабочий объем печи, введение электроэнергии в электропечь через три графитированных электрода, расположенных по углам равностороннего треугольника, расплавление шихты, доводку расплава до заданных параметров и выпуск металла из печи [1]
Основными недостатками этого способа являются низкий коэффициент мощности, большие активные потери в короткой сети, перенос мощности между фазами, вызывающий несимметрию теплового поля в ванне расплава, что в конечном счете приводит к снижению производительности печи, увеличению расхода электроэнергии, электродов, огнеупоров и потере легирующих элементов.

Известен способ плавки в рудовосстановительной или дуговой сталеплавильной электропечи при питании ее трехфазным током, состоящий из загрузки шихтовых материалов, плавления и окислительно-восстановительных реакций и выпуска готового расплава из печи. Подводимый в процессе плавки ток частотой 0,5-30 Гц и преобразованный ток подводят к ванне электропечи [2]
Способ позволяет уменьшить недостатки, приведенные выше, но не исключает их полностью. Вследствие снижения частоты естественно увеличивается коэффициент мощности печи, увеличивается электрический КПД, но он не позволяет исключить несимметрию теплового поля в плавильной ванне, что приводит к локальному перегреву шихты в наиболее теплонагруженных зонах и задержке плавления ее в менее теплонагруженных зонах. Это приводит к затягиванию периода плавления шихты и снижению производительности печи, увеличению расхода электродов, электроэнергии и повышенному угару легирующих элементов.

Известен способ ведения плавки в трехэлектродной дуговой электропечи, включающий загрузку шихты или заливку полупродукта в рабочий объем печи, введение электроэнергии в электропечь при параллельно-последовательном пропускании тока через три электрода, на один из которых подают отрицательный электрический потенциал, а на два других положительный, и доведение образующегося в плавильной ванне расплава до заданных параметров по химическому составу и температуре. Электроды в рабочем объеме печи расположены в один ряд, при этом центральный электрод является катодом, а два крайних - анодами. Таким образом, через электроды и загруженную в печь металлическую шихту проходят две независимые электрические цепи постоянного тока. Ток, протекающий по центральному электроду (катоду), в два раза больше токов, протекающих в каждом из двух других электродов (анодов) [3]
Известный способ, взятый нами за прототип, обладает следующими недостатками. Центральный электрод, по которому в течение всей плавки протекает двойной ток, должен иметь сечение в два раза больше, чем сечение двух других электродов. Увеличение сечения приводит к увеличению боковой поверхности электрода и, как следствие, к увеличению расхода электрода за счет окисления боковой поверхности. Кроме того, основная доля тепла выделяется в зоне расположения центрального электрода. Периферийные же слои металла, особенно в зонах, где нет электродов, прогреваются значительно медленнее, что приводит к затягиванию времени плавления металла и угару легирующих элементов вследствие перегрева шихты в центральной зоне. Немаловажным является и тот факт, что применение этого способа требует значительного изменения конструкции печи: свода, электродержателей и т.д.

Цель изобретения исключение неравномерного нагрева, зонального перегрева расплава, что позволит снизить угар легирующих элементов, повысить производительность печи, снизить расход электродов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе ведения плавки в трехэлектродной дуговой электропечи, включающем загрузку шихты в рабочий объем печи, введение электроэнергии в электропечь при параллельнопоследовательном пропускании тока через три электрода, на один из которых подают отрицательный электрический потенциал, а на два других положительный, и доведение образующегося в плавильной ванне расплава до заданных параметров, согласно изобретению, в процессе плавки проводят одновременное изменение полярности на электродах, при постоянном поддержании отношения амплитуды тока на электроде с отрицательным потенциалом к амплитуде тока на электродах с положительным потенциалом два к одному в процессе введения электроэнергии в электропечь; кроме того, отрицательный потенциал подают на электрод, находящийся в наименее теплонагруженной зоне плавильной ванны или рабочего объема печи; кроме того, отрицательный потенциал могут подавать поочередно на каждый из трех электродов с заданной частотой.

Суть способа заключается в следующем.

После загрузки шихты в рабочий объем печи на печь подают напряжение и зажигают электрические дуги постоянного тока. При этом один из трех графитированных электродов соединен с отрицательным потенциалом источника питания, а два других с положительным. На какие именно электроды подаются отрицательные и положительные потенциалы в начале плавки не столь важно. При зажигании электрических дуг по одному из электродов (катоду) проходит ток, величина которого равна сумме токов в двух других электродах (анодах). В процессе горения электрических дуг происходит нагрев шихты и ее расплавление. Следует отметить, что в зоне, где металлическая шихта является катодом по отношению к электроду, ее нагрев, происходит быстрее, чем в зонах, расположенных под электродами-анодами. Поэтому в рабочем объеме печи и в плавильной ванне имеет место различная тепловая нагрузка в зонах, расположенных в области электрода-катода и электродов-анодов. В зоне электродакатода наблюдается быстрый нагрев и плавление шихты, дуга открывается и излучает тепло на футеровку, то есть происходит локальный перегрев как в области плавильной ванны, так и в рабочем объеме печи. В зоне же расположения электродов-анодов шихта нагревается и плавится медленнее. Поэтому для выравнивания тепловой нагрузки в печи необходимо переключить полярность на электродах: подать отрицательный потенциал на электрод, находящийся в наименее теплонагруженной зоне печи, а положительный на два других электрода, один из которых ранее являлся анодом. Такие переключения следует вести до выравнивания теплонагруженности в плавильной ванне и рабочем объеме печи. После чего можно переходить на режим переключения полярности с заданной частотой, обеспечивающей поддержание равномерной теплонагруженности в рабочем объеме печи. Следует отметить, что при расплавлении шихты переключения полярности не ведутся с какой-то заданной частотой и время нахождения электродов под каким-то из потенциалов зависит только от теплового состояния печи и плавильной ванны. Но всегда поддерживается отношение амплитуд токов на отрицательном и положительном электродах два к одному.

Предложенный способ ведения плавки позволяет исключить неравномерный нагрев и зональный перегрев расплава и, как следствие, снизить угар легирующих элементов, повысить производительность печи, снизить расход электродов.

Предложенный способ осуществляют, например, следующим образом.

Плавку ведут на трехэлектродной дуговой сталеплавильной печи, емкостью 12 т, оснащенной трансформатором мощностью 8 МВА, соединенным токопроводом с графитированными электродами. Во вторичные токопроводы встроены трехфазные выпрямители с прямыми и инверсными выходами, включенными параллельно. Все выпрямители соединены с системой импульсно-фазного управления переключением полярности на электродах. Силовая схема работает по известному принципу параллельно-последовательской работы нескольких выпрямителей на общую нагрузку электрод.

В печь загружают металлическую шихту, опускают электроды до касания с шихтой и подают на печь напряжение. После зажигания электрических дуг ведут нагрев шихты. При проплавлении колодцев в шихте и образовании плавильной ванны переключения полярности, обычно, не требуется, так как дуги экранированы шихтой и облучение стен печи незначительно. Плавление же шихты идет довольно равномерно, так как при мощных дугах образуется один общий колодец. При доплавлении шихты, особенно по периферии плавильной ванны, наблюдается различие, как скорости плавления, так и температуры расплава в зонах, расположенных под электродом-катодом и электродами-анодами. Если в зоне катода шихта полностью расплавлена и происходит перегрев жидкого металла, то в зоне анода наблюдаются нерасплавленные части шихты. Такое состояние разной теплонагруженности плавильной ванны и рабочего объема печи может привести к затягиванию плавки, угару легирующих металлов и повышенному расходу электродов. Поэтому необходимо изменять полярность на электродах. Оператор переключает полярность и подает отрицательный потенциал на электрод, находящийся в наименее теплонагруженной зоне, где наблюдается нерасплавленная шихта, а на два других электрода положительный потенциал. Такие переключения проводят в процессе всего дальнейшего времени плавки, избегая локального перегрева расплава и стен печи. После полного расплавления металла переходят на подогрев и доведение расплава до заданного состава с переключением полярности с частотой 25 Гц. Нагретый и соответствующий заданному химическому составу металлический расплав выпускают из печи в ковш и передают на разливку.

Использование предлагаемого способа позволит повысить производительность печи, снизить угар легирующих элементов, повысить стойкость огнеупорной футеровки, снизить удельный расход электродов.

Использование: в области электрометаллургии, конкретнее, в способах ведения плавки в трехэлектродной дуговой электропечи для увеличения производительности печи, снижения расхода электродов, огнеупоров и легирующих элементов. Сущность изобретения: способ ведения плавки в трехэлектродной дуговой печи включает загрузку шихты в рабочий объем печи, введение электроэнергии в электропечь при параллельно-последовательном пропускании тока через три электрода, на один из которых подают отрицательный электрический потенциал, а на два других - положительный, и доведение образующегося в плавильной ванне расплава до заданных параметров. В процессе плавки производят одновременное изменение полярности на электродах при постоянном поддержании отношения амплитуды тока на электроде с отрицательным потенциалом к амплитуде тока на электродах с положительным потенциалом два к одному. Отрицательный потенциал при этом подают на электрод, находящийся в наименее теплонагруженной зоне плавильной ванны или рабочего объема печи. При выравнивании теплонагруженности отрицательный потенциал подают поочередно на каждый из трех электродов с заданной частотой. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ ведения плавки в трехэлектродной дуговой электропечи, включающий загрузку шихты в рабочий объем печи, введение электроэнергии в электропечь при параллельно-последовательном пропускании тока через три электрода, на один из которых подают отрицательный электрический потенциал, а на два других положительный, и доведение образующегося в плавильной ванне расплава до заданных параметров, отличающийся тем, что в процессе плавки проводят одновременное изменение полярности на электродах при постоянном поддержании отношения амплитуды тока на электроде с отрицательным потенциалом к амплитуде тока на электродах с положительным потенциалом два к одному. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отрицательный потенциал подают на электрод, находящийся в наименее теплонагруженной зоне плавильной ванны или рабочего объема печи. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отрицательный потенциал подают поочередно на каждый из трех электродов с заданной частотой.