СПОСОБ ПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 1998 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к электротермической технике, а именно к способам ведения плавки в дуговых сталеплавильных печах.

Известен способ плавки стали в трехэлектродной дуговой сталеплавильной печи, питаемой переменным током. Особенностью электрического режима работы дуговой сталеплавильной печи переменного тока является введение в период расплавления максимальной мощности дуг для обеспечения наибольшей производительности печи [1]
Однако дуга, получающая питание от источника переменного тока, горит нестабильно, особенно в период расплавления, происходят ее обрывы, короткие замыкания, вызывающие колебания напряжения в питающей сети, интенсивное испарение металла, характеризующееся густым облаком дыма из печи, горение дуги сопровождается высоким уровнем шума.

Известен также способ плавки стали в одноэлектродной дуговой сталеплавильной печи, питаемой от источника постоянного тока. При питании дуговой сталеплавильной печи от источника постоянного тока достигается устойчивое, стабильное горение дуги, сжимаются колебания напряжения в питающей сети, снижается количество газопылевых выбросов из печи, снижается уровень шума, уменьшается расход электродов [2]
Однако к окончанию периода расплавления и в жидкие периоды плавки стали, когда отсутствует экранирование дуги постоянного тока шихтой, коэффициент полезного действия дуги снижается в 1,5-2 раза, что влечет за собой уменьшение скорости нагрева металла, снижение производительности печи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ плавки стали в дуговой печи, по которому в течение периода расплавления шихты плавку ведут на постоянном токе, а в жидкие периоды на переменном токе [3]
Однако проведение всего периода расплавления на постоянном токе ведет к увеличению удельного расхода электроэнергии на тонну стали, т.е. к уменьшению КПД дуги, в связи с тем что окончание периода расплавления шихты не экранирует стены и свод печи и, следовательно, часть теплового потока дуги используется нерационально, т. е. на нагрев стен и свода, а не металла. Дуга постоянного тока длиннее и поток, излучаемый на стены и свод больше, чем при переменном токе, а значит, ее КПД меньше в окончание периода расплавления, чем у дуги переменного тока.

Задача изобретения разработка такого способа плавки стали, при котором достигается максимальный КПД дуги на протяжении всей плавки стали, обеспечивающий наибольшие скорость нагрева металла и производительность печи.

Это достигается тем, что в известном способе плавки стали в дуговой печи, включающем ее введение в течение периода расплавления шихты на постоянном токе и в жидкие периоды на переменном токе, по изобретению в конце периода расплавления шихты плавку ведут на переменном токе.

На фиг. 1 показано расплавление шихты дугой переменного тока; на фиг. 2
расплавление шихты дугой постоянного тока.

Способ может быть реализован следующим образом.

Расплавление шихты ведут, подавая питание на печь от источника постоянного тока. Длина постоянного тока в 4-6 раз больше длины переменного тока (фиг. 1), за счет чего после прорезки колодцев практически вся шихта попадает под излучение дуги. Такой режим расплавления приводит к образованию колодцев в виде усеченного конуса. Шихта равномерно расплавляется с верхнего пояса колодцев, оседает и не теряет своей естественно устойчивости. Поэтому при расплавлении шихты дугой постоянного тока отсутствуют резкие колебания напряжения и тока, режим работы печи стабильный, снижаются воздействие печей на электрическую сеть, уровень шума, количество выделяющихся из печи газа и пыли.

Однако после расплавления части шихты свод, стены и откосы открываются и попадают под прямое излучение дуги. Большая часть излучения, следовательно, и мощности дуги попадает на откосы, стены и своды печи, что приводит к интенсивному износу футерованных частей печей и перегреву водоохлаждения. После освобождения стен и откосов от шихты КПД дуги постоянного тока снижается с 0,65-0,75 до 0,45-0,48 и лишь при значительном уменьшении длины дуги достигает 0,5. Это объясняется тем, что только у цилиндра бесконечно малой высоты, а дуга в расчетах представляет собой излучающий цилиндр, мощность излучения в равных долях поступает в нижнюю полусферу, то есть на металл, и в верхнюю полусферу, то есть на откосы, стены и свод. Таким образом, для дуги
цилиндра бесконечно малой высоты максимальный КПД равен 0,5. С увеличением длины дуги увеличивается доля излучения на откосы, стены и свод. Так как эти поверхности попадают уже как в верхнюю, так и в нижнюю полусферы излучения дуги. КПД дуги постоянного тока становится меньше 0,5 и изменяется от 0,5 до 0,35 при изменении длины дуги от 0,1 до 1 м. Таким образом, после расплавления шихты КПД дуги постоянного тока уменьшается до 0,35-0,5. При уменьшении КПД дуги снижается скорость нагрева металла, уменьшается производительность печи.

Расплавление шихты при питании дуги от источника переменного тока проводить технически нецелесообразно по следующим причинам. Дуга переменного тока значительно короче дуги постоянного тока, она заглублена в расплав и под действием электродинамического усилия наклонена к оси электрода (фиг. 2). Дуга переменного тока излучает в нижнюю часть колодца, в среднюю и верхнюю части колодца излучение практически не поступает. Колодцы расширяются снизу, приобретая цилиндросферическую форму. Такая форма расширения колодцев приводит к обвалам значительных масс шихты, так как подплавление завалки идет снизу и верхние слои нависают над расширенной нижней свободной от шихты зоной. Обвалы шихты приводят к коротким замыканиям, обрывам дуги, что вызывает колебания напряжения сети и фликкер-эффект осветительных приборов, значительный уровень шума и пылегазовые выбросы из печи.

При расплавлении шихты снизу центр тяжести больших масс шихты смещается, вызывая опрокидывания сварившихся между собой многотонных кусков металла. Происходит удар по электроду в средней или нижней его части, который может закончиться поломкой последнего.

Таким образом, режим расплавления шихты дугой переменного тока характеризуется резкими колебаниями напряжения сети, нестабильностью работы печи, значительными пылегазовыделениями и уровнем шума.

Однако после расплавления шихты режим работы печи стабилизируется и в дальнейшем преимущества проведения плавки дугой постоянного тока по сравнению с плавкой дугой переменного тока исчезают. Более того, проведение окончания расплавления шихты и жидких периодов плавки стали на переменном токе увеличивает КПД дуги по следующим причинам. Длина дуги переменного тока в 4-6 раз короче дуги постоянного тока, поэтому ее КПД не может быть меньше 0,48-0,5. Реально вследствие электродинамического заглубления дуги переменного тока в мениск в ванне металла (фиг. 2) ее КПД возрастает до 0,8-0,9 в зависимости от тока и длины дуги. При полном заглублении дуги переменного тока в металл, когда торец электрода лежит ниже уровня поверхности металла, только 5-10% мощности излучения падает на поверхности откосов, стен и свода, а 85-90% падает на поверхность лунки и плоскую поверхность металла. Таким образом, в жидкие периоды плавки стали КПД дуг переменного тока в 1,5-2 раза больше КПД дуг постоянного тока, что обеспечивает при одинаковой вводимой мощности дугами постоянного тока и дугами переменного тока большую скорость нагрева металла, большую производительность при доплавлении шихты и проведении жидких периодов плавки стали дугами переменного тока.

Описываемый способ плавки стали может быть реализован на любой дуговой сталеплавильной печи на металлургических и машиностроительных предприятиях. Использование предлагаемого способа плавки стали наиболее эффективно для высокомощных большегрузных дуговых сталеплавильных печей в связи с наибольшими длинами дуг и максимальными электродинамическими явлениями, происходящими в этих печах.

Изобретение относится к электротермической технике, а именно к способам ведения плавки в дуговых сталеплавильных печах. По способу плавку стали ведут в течение периода расплавления на постоянном токе, в конце периода расплавления и в жидкие периоды плавку ведут на переменном токе, что позволяет достичь максимального КПД дуги на протяжении всей плавки, обеспечить наибольшие скорость нагрева металла и производительность печи. 2 ил.

Способ плавки стали в дуговой печи, включающий ее ведение в течение периода расплавления шихты на постоянном токе и в жидкие периоды на переменном токе, отличающийся тем, что в конце периода расплавления шихты плавку ведут на переменном токе.