СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ Российский патент 1999 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в электросталеплавильных цехах металлургии и литейных цехах машиностроения.

Известен способ выплавки стали в дуговой печи [1]. Способ заключается в загрузке шихты, расплавлении ее с помощью энергии дуг и газокислородных горелок, проведении окислительного и восстановительного периодов плавки и выпуске стали по достижении заданного химического состава и температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ выплавки стали, включающий завалку шихты, плавление, окислительный и восстановительный периоды, подачу в течение плавки охладителя в зоны горящих дуг и выпуск металла [2].

К недостаткам прототипа можно отнести следующее. Подача флюса в порошкообразном виде в потоке газовых струй приводит к выносу мелких фракций с уходящими газами. Кроме того, экранируя свод и кладку печи от перегрева, увеличение оптической плотности атмосферы печного пространства способствует более интенсивному нагреву поверхности ванны расплавленного металла. При этом условия теплопередачи от поверхности ванны ко всей массе металла остаются неизменными. Угар металла в способе, выбранном в качестве прототипа, будет не меньше, чем в аналоге.

Задачей предлагаемого способа является снижение угара металла при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи.

Поставленная задача решается тем, что в способе, включающем завалку шихты, плавление, окислительный и восстановительный периоды, подачу в течение плавки охладителя в зоны горящих дуг и выпуск металла, согласно изобретению охладитель подают на поверхность ванны в зоны горения дуг в количестве 0,01-0,05 т/ч на 1 МВт вводимой в печь мощности после образования на подине печи жидкой ванны. В качестве охладителя могут быть использованы металлизированные окатыши в количестве до 0,03 т/ч на 1 МВт; дробленная стружка в количестве до 0,05 т/ч на 1 МВт; смесь железосодержащего сырья (окалина, шламы и т. п. ) с углем в соотношении 1:0,4 в количестве до 0,015 т/ч на 1 МВт; шлакообразующие материалы. Дозирование подачи охладителя производят по оптической плотности дымовых газов, отсасываемых из рабочего пространства печи.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом; изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники; практически легко осуществимо.

Сущность способа поясняется следующим.

Температура поверхности ванны под дугой практически в течение всей плавки остается равной температуре кипения металла. Исключение составляет короткий отрезок времени, в течение которого прорезается колодец в шихте. Затем на подине печи образуется жидкая ванна, и дуга устойчиво горит между торцом электрода и зеркалом металла. Теплопроводность жидкой стали не обеспечивает отвод всего поступающего тепла от зоны контакта дуги с зеркалом металла. Поэтому температура поверхности металла в зоне контакта с дугой быстро достигает температуры кипения. Металл испаряется, пары металла, попадая в рабочее пространство печи, превращаются в твердые частицы и окисляются, а затем уносятся вместе с дымовыми газами, отсасываемыми из рабочего пространства. Таким образом, часть вводимой мощности используется на испарение металла.

Введение охладителя в зоны горения дуг позволяет снизить температуру поверхности металла и прекратить его кипение. Постоянная подача охладителя позволяет поддерживать температуру поверхности металла под дугой ниже температуры кипения. Подача охладителя в количествах меньших, чем 0,01 т/ч на 1 МВт, не исключает кипения металла в зонах горения дуг, а подача охладителя больше, чем 0,05 т/ч на 1 МВт снижает угар металла, а также производительность печи.

При использовании в качестве охладителя окатышей их вводит в ванну в количестве до 0,03 т/ч на 1 МВт вводимой мощности. При большем количестве окатышей происходит снижение температуры поверхности ванны, тепло будет расходоваться на плавление окатышей и этот процесс плавления станет стационарным, т.е. плавка будет бесконечной.

Подача в качестве охладителя дробленой стружки в количестве до 0,05 т/ч на 1 МВт вводимой мощности потребует на нагрев и плавление только ту часть тепла, которая без подачи охладителя расходуется на испарение металла.

Смесь железосодержащего сырья с углем в соотношении 1:0,4 вводят в качестве охладителя в количестве до 0,015 т/ч на 1 МВт вводимой мощности. Введение большого количества этого охладителя приводит к резкому охлаждению поверхности ванны, процесс восстановления железа из окислов затягивается, производительность печи снижается. Соотношение железосодержащего сырья и угля 1:0,4 гарантирует полное восстановление железа. При меньших соотношениях возрастает количество FeO в шлаке. При больших - получим избыток углерода в металле.

Подача охладителя производится через свод печи в зоны горения дуг или через полые электроды. Эффективность предлагаемого способа выплавки стали определяется тем, что охладитель подают в зоны горения дуг в указанных пределах.

Использование в качестве охладителя отходов металлургического производства, содержащих окислы железа, в смеси с восстановителем (углем) помогает решать и экологическую задачу, освобождая площади, занятые этими отходами.

В случае применения в качестве охладителя этой смеси тепло дуги, используемое на испарение металла, теперь будет расходоваться на процесс восстановления железа из окислов, который идет с поглощением тепла.

Таким образом, эффект нового способа заключается и в уменьшении угара металла и в дополнительном количестве металла, полученного из материалов, вводимых в качестве охладителя.

Уменьшение угара металла приведет к уменьшению запыленности дымовых газов, отсасываемых из рабочего пространства печи, а следовательно, улучшится экологическая ситуация в цехе.

Запыленность дымовых газов, контролируемая датчиком оптической плотности газов, служит источником информации для системы дозирования подачи охладителя в зоны горения дуг. Система обеспечивает минимальную оптическую плотность дымовых газов, соответствующую минимальному угару металла.

Пример осуществления способа выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи емкостью 100 т.

По обычной технологии проводят заправку печи после выпуска предыдущей плавки. Проводят завалку первой корзины шихты. Включают печь и проводят плавление. После проплавления колодцев и образования жидкой ванны включают подачу охладителя (дробленой стружки) в зоны горения дуг в количестве 0,04 т/ч на 1 МВт вводимой мощности.

После оседания шихты прекращают подачу охладителя, выключают печь и проводят подвалку шихты. Снова включают печь и после прорезания колодцев начинают вводить охладитель. Окислительный и восстановительный периоды плавки проводят по обычной технологии. В течение периодов плавки, когда в печь вводят охладитель, контролируют с помощью датчика оптическую плотность дымовых газов. Дозатор подачи охладителя связан обратной зависимостью с датчиком оптической плотности газов. Система дозировки подачи охладителя обеспечивает минимальную оптическую плотность дымовых газов. Подачу охладителя прекращают только в периоды отключения дуг (скачивание шлака, отбор проб, замер температуры и т.д.). По достижении металлом температуры выпуска прекращают подачу охладителя и производят выпуск металла.

Снижение угара металла за счет исключения его кипения на 2% позволяет получить дополнительно 2 т металла на каждой плавке в 100 т. дуговой печи, что обеспечивает экономический эффект 25 руб. на тонну выплавленной стали или 25 млн. руб. в год для современной печи.

Список литературы
1. Поволоцкий Д.Я., Гудим Ю.А., Зинуров И.Ю. Устройство и работа сверхмощных дуговых сталеплавильных печей. - М.: Металлургия, 1990, с. 81 - 109.

2. Патент РФ N 2086871, F 27 D 1/00, 10.08.97.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в электросталеплавильных цехах металлургии и литейных цехах машиностроения. При стабильно горящей дуге в зоне контакта ее с поверхностью ванны температура достигает точки кипения металла, что ведет к угару. Техническим результатом изобретения является снижение угара металла в энергетических затратах на тонну выплавленной стали и улучшение экологической обстановки в цехе. По способу выплавки стали в дуговой печи после образования на подине печи жидкой ванны и в течение всей плавки на поверхность ванны в зоны горения дуг вводят охладитель в количестве 0,01 - 0,05 т/ч на 1 МВт вводимой мощности. В качестве охладителя используются дробленая стружка, металлизированные окатыши, смесь железосодержащего сырья с углем, шлакообразующие материалы. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающий завалку шихты, плавление, окислительный и восстановительный периоды, подачу в течение плавки охладителя в зоны горящих дуг и выпуск металла, отличающийся тем, что охладитель подают на поверхность ванны в зоны горения дуг в количестве 0,01-0,05 т/ч на 1 МВт вводимой в печь мощности после образования на подине печи жидкой ванны. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют металлизированные окатыши в количестве до 0,03 т/ч на 1 МВт вводимой мощности. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют дробленую стружку в количестве до 0,05 т/ч на 1 МВт вводимой мощности. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют смесь железосодержащего сырья с углем в соотношении 1:0,4 в количестве до 0,015 т/ч на 1 МВт вводимой мощности. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют шлакообразующие материалы. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дозирование подачи охладителя производят по оптической плотности дымовых газов, отсасываемых из рабочего пространства печи.