СПОСОБ ПЛАВКИ МЕТАЛЛА В ДВУХ-ШЕСТИ ЭЛЕКТРОДНЫХ ДУГОВЫХ ПЕЧАХ Российский патент 1997 года по МПК C21C5/52 H05B7/148 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству стали и связано с техническими решениями автоматического контроля и управления плавкой металла.

Известны конструкции печей (см. ж. "МРТ: Met. Plant and Technol", 1987, 10, N 3, 24, 26, 28-29, и "Electron", 1984, N 2, 15, 18-21), в которых управление плавкой проводят на одном электроде постоянного тока с использованием подового электрода.

Известны также дуговые печи, содержащие графитированный электрод и оборудованные одним подовым электродом (см. ж. "Металлург", 1988, N 4, c. 39-40, "41 st. Elec. Furn. Conf. Proc. Vol. 41: Detroit Meet, 1983, Warrendale, Pa, 1984, c. 229-237), позволяющие вести плавку на постоянном токе.

Известны печи (См. "Stahl und Eisen", 1986, 106, N 19, 76, "Fachber Huttenprax. Metalweiterverarb.", 1987, 25, N 4, c. 342-342, 1986, 24, N 5, 408, Wiad. Lutn.", 1985, 41, N 2, N 43-46, 34, "Fils, tubes, bandes et profiles", 1987, 20, N 117, 14-16), в которых также реализован алгоритм проведения плавки на постоянном токе.

Известна печь постоянного тока, реконструированная из печи переменного тока и содержащая подовый электрод в качестве анода (См. 43 rd Elec. Furnace, Conf. Proc. Vol. 43: Atlanta Meet, 1985, 10-13, New York, N.Y. 1986, 93-100).

Известна дуговая печь (См. Авт. свид. N 1700775, кл. H 05 B 7/02, 7/11. 1988), содержащая графитированный и подовый электроды в качестве соответственно катода и анода, реализующая принцип воздействия на электроды постоянным током.

Известна трехэлектродная дуговая печь (См. В.И.Коваленко и др. "Применение дуговых сталеплавильных печей за рубежом", "Электротехническая промышленность", сер. 12. Электротермическое оборудование. Обзорная информация. Выпуск 2 (5). Информэлектро. М. 1987 г.) постоянного тока, содержащая три верхних и три подовых электрода.

Разработана также дуговая печь (см. Электропечь ДСПТ-6-М1ю Пояснительная записка СКБ "Азэлектротерм". РО1830015720) постоянного тока, содержащая графитовый электрод на водоохлаждаемом штоке и серийный графитовый электрод.

Распространенные шеститонные дуговые печи постоянного тока имеют чаще всего один основной электрод, один пусковой и один подовый электроды.

Особый интерес представляет шеститонная дуговая печь постоянного тока, разработанная во Франции и содержащая три или один электрод и питающаяся как переменным, так и постоянным током (См. В.И.Коваленко и др. "Применение дуговых сталеплавильных печей за рубежом", "Электротехническая промышленность", сер. 12. Электротермическое оборудование. Обзорная информация. Выпуск 2 (5). Информэлектро. М. 1987 г.). Недостатком данной печи является то, что переход с одного вида тока на другой требует остановки печи на значительное время.

Недостатки вышеприведенных известных печей постоянного тока связаны также со сложностью их конструкции и, как следствие, с высокой стоимостью, ограниченностью возможности создания гибкого маневренного алгоритма согласования различных технологических параметров, что препятствует своевременной отработке разбалансов теплового режима по объему жидкой металлической ванны и рабочему пространству печи и организации в печи наиболее благоприятных экономичных технологий.

Недостатки этих печей связаны также с негативными технологическими условиями, вызванными в печах однородным характером токового режима перемещения электродов.

Кроме того, плавка на постоянном токе в ряде случаев приводит к негативным результатам по качеству металла, в частности повышенному азотированию жидкой металлической ванны, что исключает возможность производства сталей с жесткими требованиями по содержанию азота, а также к высокой степени локального износа футеровки, что снижает производительность печей и повышает расход огнеупоров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является способ плавки металла в трехэлектродных дуговых печах (см. авт. св. N 274793, кл. C 21 C 5/52, 1967 г.), заключающейся в проведении периода расплавления на постоянном токе.

Недостатки известной разработки однозначно определены алгоритмом управления токовым режимом электродов, реализованным согласно данному предложению в процессе плавки, и связаны с ограниченными возможностями управления плавкой без перераспределения управляющих токовых нагрузок между электродами на разных стадиях процесса, отслеживания и своевременной отработки отклонений текущих и заданных значений технологических параметров с реализацией действенного (оптимального) закона обратной связи между выявленными их разбалансами и необходимым токовым режимом каждого электрода на отдельных стадиях процесса. Таким образом, в основе известного способа лежит несогласованный с изменяющимися технологическими условиями и стадиями плавки алгоритм создания и реализации токового режима питания электродов, не предусматривающий комплекс согласованных действий приемов по организации в печи рационального и сопоставимого с изменяющимися технологическими условиями токового режима электродов.

По предлагаемому способу плавки металла в двух-, шестиэлектродных дуговых печах, заключающемуся в проведении периода расплавления на постоянном токе, дополнительно для каждого периода плавки выявленные отклонения измеренных текущих технологических параметров от заданных их значений отрабатывают изменением вида и величины тока каждого электрода, при этом перераспределяют управляющие воздействия между электродами соответственно приоритетности влияния на процесс плавки контролируемых параметров.

По предлагаемому способу управление токовыми режимами производят без подового и вспомогательного электрода с использованием основных электродов с различной полярностью.

По предлагаемому способу переход с одного вида тока на другой осуществляют без прекращения энергопитания электродов.

Предлагаемый способ плавки металла в дуговых трехэлектродных печах заключается в следующем.

Плавка в дуговых печах процесс взаимовлияния электрических режимов дуг, величины межэлектродного промежутка, геометрических размеров печи и состояния футеровки, химсостава металла и газов, вводимых в расплав материалов и энергоносителей.

Сочетание различных технологических условий, параметров, их изменений в процессе плавки, учет взаимовлияний выявленных изменений и их выхода за граничные (предельные) или заданные значения, анализ сочетаний различных комбинаций токовых режимов и их гибкое, своевременное изменение на разных этапах плавки позволяет реализовать алгоритм предлагаемого способа.

При этом определяющим содержанием алгоритма данного предложения является комбинационный токовый режим управления электродами с возможным переходом с одного на другой и автономным регулированием величины токов. Причем в зависимости от сложившихся в печи на разных этапах плавки технологических условий, их стабильности или выявленных за пределами требуемых значений отклонений, наиболее существенных (определяющих) показателей для каждого этапа, вырабатывается конкретный режим изменения токовых характеристик электродов (видов и величин токов).

При этом алгоритм данного способа учитывает приоритетность влияния контролируемых параметров на процесс плавки, перестраивая токовый режим электродов для отработки отклонений измеренных значений параметров от заданных согласно их приоритетности, то есть в процессе перестраивания по ходу плавки токовых режимов электродов (видов и величин токов) вид и величина тока каждого из них настраивается на отработку отклонений наиболее влияющего на процесс параметра.

При этом в данном предложении реализован совершенный механизм изменения токовых режимов электродов по наиболее рациональной предпочтительной схеме с возможным изменением вида и величины тока каждого электрода, а также согласования комбинаций различных полярностей токов электродов, изменений видов и величин токов каждого электрода с выявленными изменениями наиболее информативных для отдельных этапов плавки показателей.

Таким образом, по предлагаемому способу контролируют сложившиеся в печи технологические условия (изменения технологических параметров в процессе плавки), в соответствии со значениями отклонений которых от заданных пределов устанавливают для каждого электрода наиболее предпочтительную комбинацию величины и вида (характеристики тока с переходом от постоянного к переменному и наоборот.

При этом под видом тока понимается частота, амплитуда, род тока (постоянный, переменный). Причем режим комбинаций различных полярностей переплавных электродов согласно алгоритма данного способа сочетается с режимом автономного управления их токовыми характеристиками (видами, величинами), позволяя устанавливать, поддерживать и изменять полярности токов соседних по периметру печи электродов в режиме образования последовательных в объеме печи замкнутых электрических цепей положительных и отрицательных полярностей устанавливаемых на них токов.

Формирование замкнутых электрических цепей между переплавными электродами проводится в режиме последовательной передачи управляющих воздействий на токовые режимы электродов с необходимым изменением полярностей для образования комбинаций "анод"-"катод" между ними.

Согласно данного способа управление токовыми характеристиками электродов проводится с установкой различных полярностей на двух-трех задействованных по сложившимся технологическим условиям электродах с последующей возможной сменой их пар в циклическом режиме по периферии печи.

В данном способе проводят также контроль температур охлаждающей панели воды (отмечено выше), химического состава и температуры в объеме жидкой ванны, выявляют их отклонения от заданных (требуемых) значений, настраивая (устанавливая) надлежащий токовый режим каждого электрода (вид и величину тока), поддерживая заданную величину перемещения электродов в процессе плавления шихты для поддержания максимально допустимой вводимой мощности при условии обеспечения требуемого срока службы футеровки.

Автономное управление видами и величинами токов электродов на фоне перераспределения токовых нагрузок между ними позволяет в условиях максимально допустимой вводимой мощности для каждого периода плавки обеспечивать равномерную термическую нагрузку на стены, свод и подину печи, ликвидацию зон максимально допустимых термических нагрузок, выравнивание величин заглубления электродов в шихту и с появлением жидкой металлической ванны выравнивание ее температуры и химического состава, а также рафинирующей способности шлака.

Реализация данного способа создает в процессе плавки условия для гибкого управления токовыми режимами электродов со своевременным влиянием на каждый, при сопоставлении энергетических зон влияния электродов по периферии печи со значениями температур охлаждающей панели воды.

На текущие значения температур охлаждающей панели воды, а фактически на тепловое состояние футеровки печи соориентирован алгоритм управления токовым режимом каждого электрода, рассчитанный на уменьшение влияний на футеровку тепловых, облучающих эффектов. Для ликвидации разбалансов температур охлаждающей панели воды изменяют (увеличивают, уменьшают) величины и виды токов на электродах для ликвидации текущих разбалансов температур. Согласно предлагаемому способу предусмотрена возможность вывода из рабочего режима (подъем вверх), т. е. уменьшения влияния на наиболее облучаемые зоны печи тепловых воздействий электрода, по расположению в печи сопоставимого с зафиксированным разбалансом температуры охлаждающей панели воды. Поскольку алгоритм способа предусматривает реализацию комбинаций различных полярностей на переплавных электродах, то выход из рабочего режима одного из них возможен без привнесения нежелательных, негативных влияний на плавку, т.к. поддержание различных полярностей на оставшейся в работе паре электродов позволяет поддерживать дугу и действенный процесс плавки.

Совокупность приемов данного способа предусматривает контроль химического состава и температур металла жидкой ванны и поддержание ее равновесного состояния по этим показателям за счет изменения видов токов на электродах, что вызывает усиленное перемешивание жидкого металла.

Причем предусмотрен гибкий режим перехода постоянного тока на переменный на одном, двух, трех электродах в зависимости от выявленных в результате непрерывного контроля текущих показателей химического состава и температуры металла. С наблюдаемым постепенным ростом негативных изменений равновесного состояния ванны, связанных с ухудшением химического состава и наличием изменений роста температур, превышающих требуемые, число электродов, переходящих на переменный ток, увеличивается.

Алгоритм предлагаемого способа позволяет также вести плавку без подового и вспомогательного электродов с реализацией сочетаний комбинаций токового режима "анод"-"катод", т.е. на переплавных электродах, обеспечивая стабилизацию горения дуги.

Данный способ предполагает также переход электродов с постоянного тока на переменный при плавке марок сталей с повышенными требованиями по содержанию азота, что расширяет сортамент выплавляемого металла, а также возможность использования подового электрода при технологической целесообразности плавления на одном электроде переменного тока или электродах одной полярности, а также необходимости стабилизации дуги.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет не только реализовать в печи очень актуальный режим комбинированного тока с изменением полярностей токов 2-3 электродов, но и обеспечивает своевременное гибкое управление видами, величинами токов электродов на фоне их равномерного перемещения в печи без вспомогательного и подового электродов для ликвидации выявленных разбалансов выходов за допустимые значения измеренных текущих показателей температур охлаждающей панели воды, химического состава и температур металла в объеме жидкой ванны, что позволяет уменьшить износ футеровки печи, стабилизировать показатели плавки, расширить сортимент выплавляемого металла, а также способствует за счет изменения вида тока электролизу шлака, увеличению контактной поверхности между металлом и шлаком, повышающей степень рафинирования металла.

Изобретение относится к области управления плавкой металла в электродных дуговых печах. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе плавки определяют отклонения текущих технологических параметров от заданных по технологии значений, в зависимости от значения которых изменяют вид и величину тока каждого электрода. При этом перераспределяют управляющие воздействия соответственно приоритетности влияния на процесс плавки контролируемых параметров. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ плавки металла в двух-шести электродных дуговых печах, включающий проведение периода расплавления на постоянном токе и использование в остальные периоды плавки переменного тока, отличающийся тем, что для каждого периода плавки определяют отклонения измеренных текущих технологических параметров от заданных их значений и отрабатывают их изменением вида и величины тока каждого электрода, при этом перераспределяют управляющие воздействия между электродами соответственно приоритетности влияния на процесс плавки контролируемых параметров. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что управление токовыми режимами осуществляют за счет подачи на электроды тока различной полярности. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что переход с одного вида тока на другой осуществляют без прекращения электропитания электродов.