МАРТЕНОВСКАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2001 года по МПК C21C5/04 F27B3/22 

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к устройствам мартеновских печей, предназначенным для выплавки стали.

Уровень техники
Известна печь, содержащая подвесной свод, опирающийся на подину, выполненную в поперечном и продольном сечениях с наклонными боковыми стенками, сопряженными с основанием, в котором расположены газораспределительные коллекторы для донной продувки, при этом основание в местах расположения газораспределительных коллекторов выполнено из пористого огнеупорного материала. Процесс выплавки стали в печи заключается в том, что расплавляют металлошихту, затем доводят жидкий металл до требуемых параметров по составу, при этом плавление производят поэтапно с изменяемой тепловой мощностью топливного факела, а донную продувку жидкого металла производят нейтральным газом по зонам, расположенным вдоль продольной оси печи. DE-C-3742861.

Наиболее близким аналогом является мартеновская печь, содержащая рабочее пространство, ограниченное сводом и наклонными боковыми стенками, сопряженными с подиной, в которой расположены газораспределительные коллекторы для подачи в рабочее пространство газа через размещенный в подине в местах расположения коллекторов пористый огнеупорный материал (SU, 1164275, C 21 C 5/04, 30.06.85).

Недостатком известного устройства является недостаточно высокая производительность процесса выплавки стали, обусловленная невозможностью обеспечения существующими средствами требуемой интенсивности тепло-массообмена жидкого металла в процессе плавки как во времени, так и в пространстве, поскольку зонная продувка, обусловлена локальной подачей инертного газа при помощи газораспределительного коллектора через слой пористого огнеупорного материала. При этом между зонами дутья, а также между зонами и боковыми стенками подины возникают мертвые зоны, в которых интенсивность перемешивання жидкого металла ниже необходимой.

Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение производительности процесса выплавки стали в мартеновской печи с обеспечением высоких качественных ее показателей, а также увеличение срока эксплуатации печи. Технический результат заключается в обеспечении интенсификации тепло-массообменных процессов жидкого металла по всему объему ванны, исключая при этом образование мертвых зон, при одновременном уменьшении температурного напряжения боковых стенок подины.

Для достижения указанного выше технического результата в известной мартеновской печи, содержащей рабочее пространство, ограниченное сводом и наклонными боковыми стенками, сопряженными с подиной, в которой расположены газораспределительные коллекторы для подачи в рабочее пространство газа через размещенный в подине в местах расположения коллекторов пористый огнеупорный материал, последний имеет фракцию 2-10 мм и выполнен в виде блоков с наклонными боковыми стенками, в каждом из которых размещено два газораспределительных коллектора, расположенных на расстоянии друг от друга, равном от 2000 мм до 2650 мм, при этом угол между боковой стенкой каждого блока и боковой стенкой рабочего пространства в поперечном сечении равен от 37^o до 65^o, а угол между этими стенками в продольном сечении равен 35^o - 67^o.

Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы
- общая площадь блоков, выполненных из пористого огнеупорного материала, составляла бы не менее 2/3 площади подины.

- блоки из пористого огнеупорного материала были бы выполнены с возможностью обеспечения плотности дутья в каждом блоков пределах от 2,0 до 11,0 м³/ч на 1 м² его поверхности.

Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображен продольный разрез мартеновской печи.

На фиг.2 изображен поперечный разрез мартеновской печи.

На фиг. 3 изображен вид А на подину мартеновской печи.

Лучший вариант осуществления изобретения
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью признаков заданного технического результата.

Мартеновская печь (фиг. 1,2,3) согласно изобретению содержит подвесной свод 1, опирающийся на подину 2. Подина выполнена в поперечном и продольном сечениях с наклонными боковыми стенками 3 и 4, сопряженными с основанием 5 подины 2, в котором расположены газораспределительные коллекторы 6. Основание 5 в местах расположения газораспределительных коллекторов 6 выполнено из пористого огнеупорного материала 7 фракции 2-10 мм, занимающего пространство, ограниченное с боковых сторон наклонными боковыми стенками 8 и 9. Остальные участки подины 2 выполнены из газонепроницаемого огнеупорного материала.

В качестве газопроницаемого огнеупорного материала используют материал типа "ANKERHARTH - TLS2". Преимущества этого материала связаны с природными качествами исходного сырья, а именно: петрографическими особенностями, зернистостью, комбинацией низкого SiO₂ природного содержания, более высокого Fe₂O₃ и CaO.

Газораспределительные коллекторы 6 (фиг. 1,3) объединены попарно пористым огнеупорным материалом 7 в блоки 10, которые ориентированы вдоль продольной оси 11 печи.

При этом угол α между боковой стенкой 3 подины 2 и наклонной боковой стенкой 8 пространства, заполненного пористым огнеупорным материалом, в поперечном сечении выбран от 37^o до 65^o, а угол β (фиг. 1) между боковой стенкой 4 подины и наклонной боковой стенкой 9 пространства, заполненного пористым огнеупорным материалом, в продольном сечении выбран от 35^o до 67^o.

Расстояние между газораспределительными коллекторами 6 каждой пары блока 10 выбирают равным от 2000 мм до 2650 мм. Параметры углов α и β, расстояния между коллекторами определены эмпирическим путем. Верхний предел углов α и β обусловлен условием создания оптимального термического напряжения боковых стенок подины без возникновения их растрескивания и рассыпания за счет действия не только тепловой энергии факела, но и за счет действия динамической энергии. Дальнейшее увеличение величины углов приводит к резкому изменению прочностных свойств боковых стен подины 2. Нижний предел углов α и β определяется из условия обеспечения необходимого для получения качественной по составу и характеристикам стали за счет улучшения тепло-массообменных процессов жидкого металла по всему объему ванны, исключая при этом образование мертвых зон. Дальнейшее уменьшение величины углов α и β приводит к резкому снижению интенсивности формирования факела газового потока и образованию мертвых зон в тепло-массообменных процессах, происходящих в слоях жидкого металла как по высоте, так и длине ванны.

Эти негативные проявления происходят и при увеличении расстояния между газораспределительными коллекторами более 2650 мм.

Кроме этого, общая площадь пористого огнеупорного материала в местах расположения газораспределительных коллекторов 6 составляет не менее 2/3 площади основания 5. Экспериментально доказано, что минимально допустимый размер общей поверхности дутья составляет 2/3 площади основания 5, дальнейшее уменьшение этого значения приводит к образованию мертвых зон в ванне в процессе тепло- массообмена слоев жидкого металла в пространстве ванны.

Мартеновская печь работает следующим образом.

Характерной особенностью мартеновского производства стали является существенное превышение расходной части теплового баланса печи при плавлении твердой фазы металлошихты над подачей тепловой энергии в ванну в результате протекающих в ней химических реакций.

Дефицит тепла покрывается за счет использования тепловой энергией топливного факела, в связи с чем производительность при заданном термическом потенциале мартеновской печи в значительной степени определяется условиями потребления тепловой энергии топливного факела металлошихтой и жидким металлом, а также активностью тепло-массообменных процессов в печи.

По мере образования в печи углеродосодержащего жидкого металла - период цикла плавки, существенную роль в тепло-массообмене приобретают протекающие внутри ванны печи реакции окисления углерода, продуктом которых является газообразная окись углерода. Пневматическое перемешивание жидкого металла в ванне в результате ее обезуглераживания позволяет активизировать процессы передачи тепловой энергии от топливного факела к шихте и жидкому металлу и оптимизации условий удаления из жидкого металла примесей за счет интенсификации процесса перемешивания.

Согласно изобретению перемешивание слоев жидкого металла осуществляется путем донной продувки его газом, например инертным. Для чего в течение всего процесса плавки в ванну непрерывно подают инертный газ под давлением в определенном объеме, требуемом для данного этапа плавки. Подачу инертного газа производят через газораспределительные коллекторы 6, расположенные под слоем пористого огнеупорного материала фракции 2-10 мм, обеспечивающей распределение по зоне дутья равномерного потока и формирования при этом газового факела, проникающего сквозь жидкий металл и металлошихту. По периметру зоны дутья каждого блока 10 инертный газ истекает под углом α = 60^° (фиг.1) между боковой стенкой 3 подины 2 и наклонной боковой стенкой 8 рабочего пространства, заполненного пористым огнеупорным материалом, и под углом β = 63^°. (фиг. 1) между боковой стенкой 4 подины и наклонной боковой стенкой 9 рабочего пространства, заполненного пористым материалом, в продольном сечении. Такое решение позволило оптимальным образом согласовать степень интенсивности продувки, а следовательно, и эффективность перемешивания металла как по вертикали, так и по горизонтали, с прочностными возможностями футеровки боковых стенок подины 2.

Перемешивание металла происходит инертным газом, исходящим со дна на площади более 2/3 площади основания 5 подины 2, причем в зонах дутья, расположенных по периметру блоков 10, под углом α = 60^° и под углом β = 63^°, поддерживается кинетика реакций, участвующих в химической реакции, элементов: CaO, P, S, Fe₂O₃, О, C и элементов, сопутствующих лому, реакции между собой происходят полнее и быстрее. Продувка инертным газом способствует гомогенизации жидкой стали и одновременно оказывает рафинирующее действие. Эффект рафинирования при этом достигают путем создания по возможности большого количества пузырьков, обусловленного не только удельным расходом инертного газа, а также пористостью огнеупорного слоя - фракции от 2 до 10 мм, расположенного над газораспределительными коллекторами 6 и толщиной слоя, равного 300 - 600 мм. При этом величина фракции пористого огнеупорного материала по площади блока 10 может быть различной. Так, в одном из вариантов выполнения подины 2 величина фракции пористого огнеупорного материала по площади блока 10 увеличивается от средней его части к периферийной в указанном выше диапазоне фракции.

Увеличение количества газовых пузырьков создает эффект флотации. При этом скорость обезуглероживания возрастает, так как химическая реакция инициируется раньше. Температура плавки выравнивается по всему объему ванны. Благодаря гомогенизирующему действию продувки достигаются не только кинематические, но термодинамические эффекты. Эффективное перемешивание металла способствует также выводу неметаллических включений в шлак.

Промышленная применимость
Настоящее изобретение может быть использовано в металлургической промышленности, в частности в технологических процессах, связанных с выплавкой стали в мартеновских печах.

Применение изобретения позволяет повысить производительность процесса выплавки стали в мартеновской печи с обеспечением высоких качественных ее показателей. Это стало возможным благодаря:
- рассредоточенной подаче нейтрального газа;
- подаче инертного газа в ограниченном количестве в каждую зону, при этом стало возможным обеспечение эффективного охлаждения основания подины, повышая тем самым его стойкость;
- стабилизации дутья, что позволяет избежать нештатных ситуаций - всплесков металла из ванны или выброса из печи жидкого металла в результате активизации локального обезуглероживания.

В целом активизация газообразования в придонном слое расплава позволяет стабильно перемешивать всю толщу металла по высоте. Кроме этого, применение изобретения позволяет увеличить стойкость свода и огнеупорной кладки рабочего пространства печи и сократить длительность текущих простоев в 2-3 раза.

Изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к устройствам мартеновской печи, предназначенным для выплавки стали. Мартеновская печь содержит рабочее пространство, ограниченное сводом и наклонными боковыми стенками, сопряженными с подиной. В подине расположены газораспределительные коллекторы для подачи в рабочее пространство газа через размещенный в подине в местах расположения коллекторов пористый огнеупорный материал фракции 2 - 10 мм, выполненный в виде блоков с наклонными боковыми стенками. В каждом блоке размещено два газораспределительных коллектора, расположенных на расстоянии друг от друга 2000 - 2650 мм. Угол между боковой стенкой каждого блока и боковой стенкой рабочего пространства в поперечном сечении равен 37 - 65^o, а угол между этими стенками в продольном сечении равен 35 - 67^o. Технический результат - повышение производительности процесса выплавки стали в мартеновской печи, увеличение срока эксплуатации печи. 2 з. п.ф-лы, 3 ил.

1. Мартеновская печь, содержащая рабочее пространство, ограниченное сводом и наклонными боковыми стенками, сопряженными с подиной, в которой расположены газораспределительные коллекторы для подачи в рабочее пространство газа через размещенный в подине в местах расположения коллекторов пористый огнеупорный материал, отличающаяся тем, что пористый огнеупорный материал имеет фракцию 2-10 мм и выполнен в виде блоков с наклонными боковыми стенками, в каждом из которых размещено два газораспределительных коллектора, расположенных на расстоянии друг от друга, равном 2000-2650 мм, при этом угол между боковой стенкой каждого блока и боковой стенкой рабочего пространства в поперечном сечении равен 37-65^o, а угол между этими стенками в продольном сечении равен 35-67^o. 2. Мартеновская печь по п.1, отличающаяся тем, что общая площадь блоков, выполненных из пористого огнеупорного материала, составляет не менее 2/3 площади подины. 3. Мартеновская печь по п.1, отличающаяся тем, что блоки из пористого огнеупорного материала выполнены с возможностью обеспечения плотности дутья в каждом блоке в пределах 2,0-11,0 м³/ч на 1 м² его поверхности.