ПЕЧНАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ РАСПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИЛИ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ Российский патент 2009 года по МПК C21C5/52 F27B3/08 

Описание

Изобретение относится к печной установке и способу расплавления металлического или металлосодержащего исходного сырья (шихты) согласно ограничительным частям пп. 1 и 8 формулы.

Из DE 4434369 A1 и ЕР 0717115 В1 известны сдвоенные дуговые электропечные установки, в которых последовательно осуществляют процессы рафинирования и расплавления. Попеременно в обе печи загружают железосодержащее сырье, за счет подачи кислорода вводят неэлектрическую тепловую энергию и осуществляют рафинирование. Затем тепловую энергию вводят через электрическую дугу, после чего удаляют шлак и выпускают жидкий расплав.

Соответствующий способ осуществляют также в сдвоенной печной установке по DE 10332866 А1. Эта сдвоенная печная установка отличается тем, что помимо обеих печей на отдельной опрокидывающейся платформе расположен также электрододержатель, причем третья опрокидывающаяся платформа выполнена с возможностью опрокидывания в непосредственной зависимости от опрокидывающих движений соответственно одной из печных платформ для металлоприемника.

Также известно, что в печной установке, состоящей из двух отдельных опрокидываемых емкостей, попеременно при помощи поворотного электродного устройства железорудное исходное сырье раплавляют (скрап, DRI (железо прямого восстановления) или HBI (горячебрикетированное железо) при подаче электрической энергией с незначительным использованием первичной энергии посредством горелок, перегревают и устанавливают нужный состав. При этом нежелательно, если соответственно неиспользуемая емкость остывает и, тем самым, общее энергопотребление возрастает. Также кпд использования первичной энергии не слишком высок, поскольку из-за недостаточной высоты слоя скрапа посредством горелок обеспечивается только ограниченная теплопередача. Выделяющийся во время расплавления газ СО уходит большей частью несгоревшим в газоотводящий канал.

Исходя из этого в основе изобретения лежит задача создания печной установки и способа, которые были бы лишены этих недостатков.

Эта задача решается посредством устройства с признаками п.1 и способа с признаками п. 8 формулы. Предпочтительные модификации описаны в зависимых пунктах.

Сущностью изобретения является использование первичной и вторичной энергии для расплавления металлического скрапа и DRI/HBI или других металлических или металлсодержащих материалов. Для этого печную установку преимущественно с двумя емкостями и поворотным электродным устройством снабжают дополнительной верхней частью емкости с дополнительной крышкой, расположенными на устройстве вращения с возможностью надевания на нижнюю часть емкости одной печи. У спаренной печной установки каждой печи придано одно устройство вращения, или обе печи обслуживаются посредством одного общего устройства вращения.

За счет того, что стенка нижней части емкости существенно удлинена вверх его верхней частью, получают высоту печи, которая значительно больше первоначальной высоты (оригинальная высота) или высоты другой печи в случае сдвоенной печи. Таким образом, теплоперенос к скрапу достигается с высоким кпд.

Следовательно, во-первых, посредством удлиненной верхней части емкости при подаче первичной энергии созданы сосуд для (предварительного) расплавления, а, во-вторых, - печь, в которой протекает дальнейший плавильный процесс или перегрев посредством электрической вторичной энергии.

Согласно одной предпочтительной модификации, стенка верхней части емкости выполнена водоохлаждаемой или футерована огнеупорным материалом. Для водяного охлаждения стенка емкости выполнена с возможностью протекания через нее воды или состоит из системы труба-стенка.

В нижнюю и/или верхнюю часть емкости вдоль его периферии встроены несколько мощных горелок/инжекторов, с помощью которых столб шихты расплавляют полностью или, по меньшей мере, до тех пор, пока верхняя часть емкости не будет свободной от шихты. После расплавления шихты верхнюю часть емкости с соответствующей крышкой отводят, а на ее место поворачивают внутрь электродное устройство с его собственной крышкой. Посредством электрической энергии, дополняемой, при необходимости, горелками, а также углеродными и кислородными инжекторами, расплав доводят. В течение этого времени в другой емкости в случае сдвоенной печи снова посредством первичной энергии расплавляют шихту.

Другие подробности и преимущества изобретения приведены в зависимых пунктах формулы и в последующем описании, в котором с помощью чертежа более подробно поясняется вариант осуществления изобретения. На чертеже изображают:

- фиг. 1: вид спереди сдвоенной печной установки;

- фиг. 2: относящийся к фиг.1 вид сверху на сдвоенную печную установку с отведенной от печи В крышкой.

На фундаментах 1 для печи А и такой же печи В печной установки посредством несущей конструкции 2 расположены опрокидывающиеся платформы 3 для емкостей 4, 5 с крышками 6, 7 (фиг.1). Электроды 8 питаются от печного трансформатора 9 (фиг.2) через соединение 10 для большой токовой нагрузки, проходящее сквозь стенку 11 трансформаторной будки, и посредством вторичных токопроводов 12. Электроды 8 могут быть повернуты посредством поворотной колонны 13 к печи А или к печи 8. Электродное устройство более подробно описано ниже.

Каждая из печей А, В или каждая из емкостей 4, 5 включает в себя соответствующую нижнюю часть 14, 15, на которую попеременно может быть опущено электродное устройство или верхняя часть 17. В показанном положении на нижнюю часть 14 емкости печи А опущена электродная крышка 6. На нижнюю часть 15 емкости печи В опущена верхняя часть 17, которая в качестве сосуда 16 для (предварительного) расплавления или (предварительного) нагрева имеет приблизительно высокую по отношению к нижней части 15, проходящую вертикально стенку 18. Вверху нижняя часть 17 закрыта отдельной крышкой 7. Вдоль периферии нижней части 15 расположены горелки 19 (фиг. 2), с помощью которых в нижнюю часть 15 вводят носители первичной энергии. Сопла 20 или инжекторы для воздуха или кислорода расположены вдоль периферии верхней части 17 для целенаправленного сжигания, возникающего во время расплавления столба шихты газа СО.

Вдоль стенки 18 верхней части 17 проходят трубы 21 для охлаждения, по которым протекает вода. В качестве альтернативы или дополнительно стенка 18 может быть футерована внутри огнеупорным материалом.

Электродное устройство содержит электроды 8, которые регулируют посредством подъемной колонны 22 с направляющей и подъемным цилиндром и электрододержателя 23. Предусмотрены кронштейны 24 для крышки 6, выполненные с возможностью регулирования по высоте посредством подъемных цилиндров 25 (фиг.2). Сердечник электродов обозначен поз. 26. Кроме того, имеется устройство 27 для наращивания электродов.

К соединенной с опрокидывающейся платформой 3 трубе 28 для отходящих газов в повернутом внутрь положении следует присоединить неподвижную трубу 29 для отходящих газов с камерой 30 дожигания. На крышках расположены патрубки 31 для отходящих газов. В отношении этих труб для отходящих газов, а также других подробностей подъемного механизма кронштейнов с подъемными цилиндрами следует сослаться на содержание DE 10332866 А1.

Между платформами 3 печей А и В расположена третья опрокидывающаяся платформа 3, на которой находятся поворотная колонна 12 и устройство 27 для наращивания электродов.

Ниже описаны верхняя часть 17 емкости с крышкой 7 и механизм их поворота. Поз. 32 обозначена поворотная колонна для поворота верхней части 17 емкости с крышкой 7. Каждой печи А и В придана отдельная поворотная колонна 32. Поворотная колонна 32 состоит из внутреннего центрального кронштейна 33, на вершине которой размещена горелка 34, питаемая по линии через кронштейн. Горелка 34 опирается на кронштейн 33, который соединен с направляющей колонной и направляется направляющими роликами. Движение подъема кронштейна 33 и горелки 34 происходит посредством встроенного в направляющую колонну гидроцилиндра. Ввод первичной энергии может происходить, в принципе, только через мощные боковые горелки 19 в нижней части 14, 15 емкости или мощные боковые горелки 19, 20 в нижней 14, 15 и верхней 17 частях емкости. Дополнительно первичная энергия может быть введена через горелки 34.

Поворотное устройство содержит далее подъемный механизм 35 для верхней части 17 емкости с крышкой или двух кронштейнов 36.

Вдоль кронштейнов 36 расположены подъемные цилиндры 37 для верхней части 17 емкости с крышкой. Крышку 7 с верхней частью 17 емкости поворачивают по его нижней части, а затем посредством подъемных цилиндров 37 за счет движения соответствующего поршневого штока перемещают вниз в положение закрывания. Поз. 38 обозначен сердечник.

На фигурах изображены различные состояния процесса расплавления. В то время как в печи А происходит расплавление или перегрев, в основном, посредством вторичной энергии, одновременно в печи В происходит расплавление столба шихты, в частности столба скрапа, посредством первичной энергии.

Для этого путем поворота подъемного механизма 35 посредством поворотной колонны 32 на нижнюю часть 15 емкости печи В опускают его верхнюю часть 17 или сосуд 16 для предварительного расплавления с крышкой 7. Затем разъединяют связь между крышкой 7 и верхней частью 17 емкости и крышку 7 отводят. Затем в открытую емкость загружают исходное сырье. DRI и HBI могут подаваться также через отдельные отверстия в крышке 7. Исходное сырье загружают до образования направленного в верхнюю часть 17 емкости столба шихты. Затем внутрь, при необходимости, поворачивают горелку 34. Путем включения горелок 19 или 34 столб шихты расплавляют, по меньшей мере, до тех пор, пока верхняя часть 17 емкости не будет свободна от твердого исходного сырья. Затем верхнюю часть 17 емкости с крышкой 7 снова отводят и внутрь поворачивают электродное устройство. После этого осуществляют дальнейшее плавление или нагрев шихты посредством электрической энергии.

Благодаря предложенному изобретению достигается выгодное использование первичной и вторичной энергии для расплавления металлического скрапа, DRI, HBI и других металлических или металлсодержащих материалов.

Изобретение ориентировано как на отдельную, так и на сдвоенную печную установку.

Перечень ссылочных позиций

1 - фундаменты,

2 - несущая конструкция,

3 - опрокидывающая платформа для печей и электрододержателя,

4 - емкость печи,

5 - емкость печи,

6 - крышка печи,

7 - крышка печи,

8 - электроды,

9 - печной трансформатор,

10 - соединение высокого тока,

11 - стенка трансформаторной будки,

12 - вторичные токопроводы,

13 - поворотная колонна для поворота электродов,

14 - нижняя часть емкости,

15 - нижняя часть емкости,

16 - сосуд для (предварительного) расплавления,

17 - верхняя часть емкости,

18 - стенка емкости,

19 - горелка,

20 - сопла,

21 - охлаждающие трубы,

22 - подъемная колонна с направляющей и подъемным цилиндром для регулирования электродов,

23 - электрододержатель,

24 - кронштейны для внутренней крышки,

25 - подъемный цилиндр,

26 - электродная внутренняя крышка (сердцевина электродов),

27 - устройство для наращивания электродов,

28 - опрокидывающаяся труба для отходящих газов,

29 - неподвижная труба для отходящих газов,

30 - камера дожигания,

31 - патрубок для отходящих газов,

32 - поворотная колонна для поворота верхней части емкости с крышкой,

33 - центральный кронштейн,

34 - горелка,

35 - подъемный механизм для верхней части емкости с крышкой,

36 - кронштейны для верхней части емкости с крышкой,

37 - подъемный цилиндр для верхней части емкости с крышкой,

38 - сердечник.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к печной установке для расплавления металлического или металлсодержащего исходного сырья. Печная установка содержит нижнюю часть и верхнюю часть, выполненную с возможностью опускания на нижнюю часть. Верхняя часть емкости содержит стенку, удлиняющую стенку нижней части емкости. Кроме того, установка содержит электродную крышку с электродным устройством для надевания ее с возможностью поворота на нижнюю часть емкости для осуществления процесса расплавления, главным образом, с помощью вторичной энергии, вместо верхней части, отведенной от нижней части емкости. Использование изобретения обеспечивает теплопередачу к скрапу в печной установке с высоким кпд 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Печная установка для расплавления металлической или металлсодержащей шихты, содержащая, по меньшей мере, одну печь (А, В), емкость которой имеет нижнюю часть (14, 15) и верхнюю часть (17), выполненную с возможностью опускания на нижнюю часть (14, 15), причем верхняя часть (17) емкости включает в себя стенку (18), удлиняющую стенку нижней части (14, 15) емкости, крышку (7) и горелки (19, 34) для ввода первичной энергии в нижнюю часть (14, 15) и/или в верхнюю часть (17) емкости для расплавления столба шихты, отличающаяся тем, что она снабжена электродной крышкой (6) с электродным устройством (8) для надевания ее с возможностью поворота на нижнюю часть (14, 15) емкости вместо верхней части (17), отведенной от нижней части (14, 15) емкости, после освобождения удлиненной верхней части (17) емкости от шихты путем ее расплавления, для получения расплава, в основном, посредством вторичной энергии.

2. Печная установка по п.1, отличающаяся тем, что верхняя часть (17) емкости выполнена поворотной, а стенка (18) поворотной верхней части (17) по высоте равна или больше высоты стенки нижней части (14, 15) емкости.

3. Печная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что горелки (19) расположены сбоку вдоль периферии нижней (14, 15) и/или верхней части (17) емкости.

4. Печная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что горелка (34) для ввода первичной энергии выполнена с возможностью ввода в емкость сверху.

5. Печная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что стенка (18) верхней части (17) емкости выполнена водохлаждаемой или футерована огнеупорным материалом.

6. Печная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в нижней (15) и/или верхней (17) части емкости дополнительно расположены горелки (19), или сопла (20), или инжекторы для ввода воздуха и/или кислорода.

7. Печная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она выполнена в виде сдвоенной печной установки, причем электродное устройство (8) с крышкой (6) выполнено с возможностью опускания попеременно на нижнюю часть (14, 15) емкости одной печи (А, В), а верхняя часть (17) емкости выполнена с возможностью опускания на соответственно другую печь (В, А).

8. Способ эксплуатации печной установки для расплавления металлической или металлсодержащей шихты с, по меньшей мере, одной печью (А, В), содержащей емкость с нижней частью (14, 15) емкости для расплавления металлической или металлсодержащей шихты, включающий опускание на нижнюю часть (14, 15) емкости верхней части (17) емкости, содержащей стенку (18), существенно удлиняющую вверх стенку нижней части (14, 15) емкости, и крышки (7), загрузку шихты в виде направленного в верхнюю часть (17) емкости столба шихты, ввод первичной энергии в верхнюю часть (17) емкости для расплавления столба шихты, отличающийся тем, что верхнюю часть (17) емкости вместе с ее крышкой (7) отводят от нижней части (14, 15) емкости, после расплавления столба шихты и освобождения верхней части (17) емкости от твердого исходного сырья, и закрывают нижнюю часть (14, 15) емкости электродной крышкой (6) с электродным устройством (8) для получения расплава, в основном, посредством вторичной энергии.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что первичную энергию вводят посредством расположенных, по меньшей мере, сбоку горелок (19), при этом при расплавлении посредством горелок (19) устанавливают восстановительную или слабо окислительную атмосферу.

10. Способ по любому из пп.8 и 9, отличающийся тем, что образующийся внутри столба шихты газ СО целенаправленно сжигают посредством подводимого воздуха и/или кислорода.

11. Способ по любому из пп.8 и 9, отличающийся тем, что к металлической или металлсодержащей шихте для поддержания процесса расплавления примешивают носитель углерода.

12. Способ по любому из пп.8 и 9, отличающийся тем, что дальнейшее плавление шихты поддерживают, в основном, посредством вторичной энергии, а также за счет ввода дополнительной первичной энергии через горелки (19) и через углеродные и кислородные инжекторы.

13. Способ по любому из пп.8 и 9, отличающийся тем, что используют сдвоенную печную установку и попеременно в одной из печей (А, В) осуществляют процесс плавления с вводом первичной энергии при опущенной верхней части (17) емкости и процесс плавления или нагрева, в основном, вторичной энергией при опускании электродного устройства (8).