СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СИНТЕТИЧЕСКОГО ШЛАКА Российский патент 1997 года по МПК C21C5/54 C21C5/52 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к процессам выплавки синтетического шлака в электропечи для обработки стали.

Наиболее близким по технической сущности является способ эксплуатации электропечи для выплавки синтетического шлака, включающий загрузку в печь шихты, состоящий из высокоглиноземистого и известкового компонентов. При этом рабочий слой футеровки ванны печи выкладывают из фасонных углеродистых блоков, швы между которыми заполняют углеродистой массой или электродной массой. В печи выплавляют синтетический известково-глиноземистый шлак для рафинирования жидкой стали и содержащий 40 45% Al₂O₃ и 50 55% CaO. Состав загружаемой шихты оставляют неизменным в процессе всего периода работы электропечи.

Недостатком известного способа является низкая стойкость углеродистой футеровки ванны электропечи. Это объясняется тем, что в процессе выплавки шлака из одной и той же шихты, содержащей соединения типа CaO, Al₂O₃, MO, FeO, Cr₂O₃, Fe₂O₃, происходит постепенное разрушение углеродистой футеровки ванны электропечи из-за удаления из них углерода вследствие протекания реакций типа 3C+Cr₂O₃=2Cr+3CO C+Fe₂O₃ 2Fe+CO и других. Выделяющийся при этом газ в виде окиси углерода CO сгорает до CO₂ и удаляется из печи. Этот процесс происходит в течение всего периода работы электропечи. Сказанное приводит к прогрессирующему износу углеродистых блоков и необходимости их замены и остановки печи.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении стойкости футеровки ванны электропечи из углеродистых блоков.

Указанный технический эффект достигают тем, что в процессе эксплуатации печи загружают в футерованную углеродистыми блоками ванну электропечи шихту из оксидов алюминия, кальция, кремния хрома и железа, расплавляют ее, выплавляют синтетический шлак, выпускают из печи синтетический шлак и осуществляют последующую загрузку шихты.

В состав загружаемой шихты дополнительно вводят оксид титана, при этом в начале процесса эксплуатации печи в нее загружают шихту, содержащую 10 20% TiO₂, а после выплавки в печи 10 30 т синтетического шлака на 1 т рабочей емкости ванны печи, количество вводимого в состав загружаемой шихты оксида титана уменьшают до 0,8 1,2%
Повышение стойкости футеровки ванны электропечи из углеродистых блоков вследствие того, что в начальный период эксплуатации электропечи на поверхности углеродистых блоков ванны формируется слой карбида титана, образующийся в соответствии с реакцией TiO₂+3C=TiC+2CO Образование на поверхности углеродистых блоков ванны слоя карбида титана препятствует в дальнейшем протеканию реакций с образованием окиси углерода, тем самым предохраняя углеродистые блоки от прогрессирующего разрушения. При этом устраняется протекание реакций окисления твердого углерода блоков с кислородом оксидов алюминия, кальция, кремния, хрома, железа. В этих условиях слой карбида титана в процессе эксплуатации печи не уменьшается и не разрушается, а только постепенно увеличивается по толщине.

Уменьшение содержания в загружаемой шихте TiO₂ объясняется необходимостью уменьшения содержания в выплавляемой синтетическом шлаке оксида титана после образования на поверхности углеродистых блоков карбида титана. Повышенное содержание в шихте TiO₂ в первоначальный период эксплуатации печи необходимо для интенсивного образования слоя карбида титана на поверхности углеродистых блоков. При этом большая часть оксида титана, содержащаяся в шихте, идет на образование слоя карбида титана. Вследствие этого содержание титана в выплавляемом синтетическом шлаке не превосходит допустимые значения.

После выплавки определенного количества синтетического шлака и образования необходимой толщины слоя карбида титана отпадает необходимость в использовании дорогостоящей шихты с высоким содержанием оксида титана.

Диапазон значений содержания оксида титана в загружаемой шихте в начальный период эксплуатации электропечи в пределах 10 20 объясняется физико-химическими закономерностями образования карбида титана на поверхности углеродистых блоков футеровки электропечи. При меньших значениях значительно увеличивается время образования слоя карбида титана и возрастает вероятность сгорания углеродистых блоков. При больших значениях будет увеличиваться содержание титана в выплавляемом синтетическом шлаке сверх допустимых значений, что приведет к ухудшению разливаемости стали, обработанной синтетическим шлаком.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от емкости ванны электропечи или площади ее подины.

Диапазон значений содержания оксида титана в загружаемой шихте во второй период эксплуатации электропечи после образования слоя карбида титана в пределах 0,8 1,2% объясняется технологическими требованиями по содержанию титана в выплавляемом синтетическом шлаке. При меньших и больших значениях не будет обеспечиваться необходимое содержание титана в стали, обрабатываемой выплавляемым синтетическим шлаком.

Диапазон значений количества выплавленного синтетического шлака, после которого изменяют содержание TiO₂ в загружаемой шихте, в пределах 10 - 30% на 1 т рабочей емкости ванны электропечи объясняется физико-химическими закономерностями образования карбида титана на поверхности углеродистых блоков футеровки электропечи. При меньших значениях не будет обеспечиваться образование на поверхности углеродистых блоков слоя карбида титана небольшой толщины. При больших значениях в выплавляемом синтетическом шлаке будет повышенное содержание оксида титана, т.к. процесс образования слоя карбида титана уже произойдет.

Указанный диапазон устанавливают в прямой зависимости от рабочей емкости ванны электропечи и, следовательно, площади ее пода.

Анализ научно-технической патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического кого решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Пример. В процессе эксплуатации электропечи в нее загружают шихту следующего состава, мас. CaO 92 96; Al₂O₃≥65; SiO₂≅6; Cr₂O₃ ≅3; FeO≅2. После расплавления шихты в электропечи выплавляют синтетический шлак для последующей обработки стали следующего состава, мас. CaO 50 55; Al₂O₃ 40 45; SiO₂≅6; FeO≅1; Cr₂O₃≅1. Синтетическим шлаком обрабатывают трубную сталь марки 09Г2ФБ, предназначенную для разливки в непрерывнолитые слитки сечением 240х1200-1600 мм. Футеровка ванны электропечи выполнена из углеродистых блоков с забивкой стыков между ними углеродистой массой.

В состав загружаемой шихты дополнительно вводят оксид титана, при этом в начале процесса эксплуатации печи в нее загружают шихту, содержащую 10 20% TiO₂, а после выплавки в печи 10 30 т синтетического шлака на 1 т рабочей емкости ванны печи, количество вводимого в состав загружаемой шихты оксида титана уменьшают до 0,8 1,2%
За период загрузки шихты с повышенным содержанием оксида титана на поверхности углеродистых блоков футеровки электропечи образуется слой карбида титана толщиной 15 30 мм, который препятствует образованию оксида углерода из материала углеродистых блоков вследствие химических реакций с соединениями, находящимися в выплавляемом синтетическом шлаке.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными параметрами электропечи.

В первом примере вследствие малого количества оксида титана в загружаемой шихте в первый период эксплуатации электропечи происходит прогрессирующий износ углеродистых блоков футеровки электропечи.

В пятом примере вследствие большого количества оксида титана в загружаемой шихте происходит его перерасход.

В шестом примере, прототипе, вследствие отсутствия оксида титана в загружаемой шихте происходит прогрессирующий износ углеродистых блоков футеровки электропечи.

В оптимальных примерах 2 4 вследствие достаточного количества оксида титана в загружаемой шихте в первый период эксплуатации электропечи происходит повышение стойкости углеродистых блоков.

Применение способа позволяет повысить стойкость футеровки электропечи на 20 30%

Использование: в области металлургии, конкретнее в процессах выплавки синтетического шлака в электропечах для обработки стали. Сущность изобретения: по способу эксплуатации электропечи для выплавки синтетических шлаков загружают шихту в ванну электропечи с футеровкой из углеродистых блоков, расплавляют шихту, выплавляют синтетический шлак, а также периодически выпускают из печи синтетический шлак. Шихта содержит оксиды алюминия, кальция, кремния, хрома, железа и титана. В начале процесса эксплуатации печи в нее загружают шихту, содержащую 10 - 20% TiO₂. После выплавки в печи на 1 т рабочей емкости ванны уменьшают содержание TiO₂ в загружаемой шихте до 0,8 - 1,2%. 1 табл.

Способ эксплуатации электропечи для выплавки синтетического шлака, включающий загрузку в футерованную углеродистыми блоками ванну электропечи шихты из оксидов алюминия, кальция, кремния, хрома и железа, ее расплавление, выплавку синтетического шлака, выпуск из печи синтетического шлака и последующую загрузку шихты, отличающийся тем, что в состав загружаемой шихты дополнительно вводят оксид титана, при этом в начале процесса эксплуатации печи в нее загружают шихту, содержащую 10-20% TiO₂, а после выплавки в печи 10-30 т синтетического шлака на 1 т рабочей емкости ванны печи уменьшают содержание TiO₂ в загружаемой шихте до 0,8-1,2%