Способ плавки конверторного шлама в дуговой печи постоянного тока Российский патент 2022 года по МПК C21C5/38 

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству цветных и черных металлов в электродуговых печах, в частности к способам уменьшения вредных выбросов технологических газов, пыли.

Известен способ [1] дожигания и обеспыливания отходящих газов электродуговых печей, при котором снижение эмиссии вредных выбросов обеспечивается дожиганием газов в специальной камере дожигания путем подачи аспирационного воздуха с последующим охлаждением газов перед фильтрами впрыском воды на участке испарительного охлаждения. Недостатком этого способа является большое количество отходящих газов, разбавляемых аспирационным воздухом в присутствии в нем азота.

Известен способ [2] переработки сырья, содержащего цветные металлы и железо. Способ предусматривает использование окисленного металлсодержащего природного сырья, техногенных отходов черной и цветной металлургии, расплавление шихты в шлаковом барботируемым кислородсодержащим дутьем расплаве. Затем дожигают отходящие из ванны горючие газы.

Большим недостатком является неизбежный вынос пылевидных фракций шихты из окислительной зоны дожигания, усложняет и удорожает газоотводящий тракт, так как требует оснащения его дорогими газоочистительными средствами.

Наиболее близким устройством к заявляемому способу является Способ и устройство [3] для регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи. Согласно способу регулирование выбросов окиси углерода электродуговой печи определяется высотой вспененного вдуваемым кислородом шлака.

Существенным недостатком известного способа является нестабильность измерения высоты вспененного шлака и как следствие отсутствие оптимизации дожигания окиси углерода.

Целью изобретения является Способ сокращения вредных выбросов технологических газов, пыли при выплавке цветных и черных металлов в дуговых печах постоянного тока с особым, направленным к катоду постоянным электрическим полем.

Заявляемый способ имеет явное экологическое преимущество в сравнении с классическими электродуговыми печами.

Существенным отличием и отличительными признаками заявляемого изобретения являются плавление металлосодержащего сырья, мелкодисперсных техногенных отходов, различных руд в оксидных и металлических фазах в электродуговой печи постоянного тока с особым, направленным к катоду постоянным электрическим полем, воздействующим на витающие в околоэлектродной зоне положительно заряженные частицы металлов, способствуя их разряжению, слипанию и возвращению в расплав, и отрицательно заряженные частицы СО и СО₂, возвращая их в расплав для повторного использования, создаваемом источником питания, с низким регулируемым выпрямленным рабочим от 20 Вольт до 130 Вольт напряжением, большой силой от 0,3 кА до 10,0 кА и более выпрямленного постоянного тока, текущая подача которого поддерживается с уменьшенным мерцанием, состоящем из одного, двух или нескольких спаренных комплексов преобразовательных трансформаторов с уравнительным реактором, одного или нескольких токоограничивающих реакторов и двух или нескольких диодных выпрямителей, стабильной щеточной «короткой» дугой длиной от 0,5 до 5 мм, с высокой скоростью от 10 до 15 метров/минуту перемещением одного или нескольких графитовых электродов, возникающей при контакте металла с анодным пятном электрической дуги с плотностью тока 2…5 кАм² и удельным тепловым потоком 10…15 кВт, приводящее к наименьшему испарению металла и шлака, меньшему газообразованию, по технической сущности и достигаемому результату позволяют сократить объем выбросов, образующихся при выплавке черных и цветных металлов, технологических газов до 20 м³/час на 1 тонну сырья, пыли до 2 кг/тонну сырья и других загрязняющих веществ в десять раз. [Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3]

Большая стабильность щеточной «короткой» дуги постоянного тока, обеспечивающая плавление цветного и черного металлосодержащего сырья, мелкодисперсных техногенных отходов, различных руд в оксидных и металлических фазах в особом, направленном к катоду постоянном электрическом поле, создаваемым источником питания при контакте металла с анодным пятном обуславливает меньший газообмен между объемом печи и атмосферой.

В дуговых печах переменного тока мгновенное значение электрического тока меняет свое направление и величину с частотой 50 Гц. Силы, действующие на частицы, также периодически меняют направление, и направленного движения частиц не происходит, в результате образуется однородное в печном пространстве пылегазовое облако, которое выносится технологическими газами, объем выбросов которых указан в Таблице на Фиг. 1.

На Фиг. 4 приведена Схема осуществления заявляемого изобретения на примере воздействия особого, направленного к катоду постоянного электрического поля на положительно заряженные частицы путем разряжения, слипания и возвращения в расплав прежде всего Fe²⁺ и отрицательно заряженные частицы путем разложения СО и СО₂ при малых затратах:

Пример использования предлагаемого изобретения:

В дуговую печь постоянного тока емкостью 0,5 тонны с особым, направленным к катоду постоянным электрическим полем загружают интенсификаторы извлечения металла и конверторный шлам с химическим составом, указанным в Таблице на Фиг. 5. Включают печь, загорается «короткая» дуга постоянного тока «щеточного» типа, инициирующая процесс извлечения металла из оксидной формы в металлическую фазу с 300°С с интенсификацией до 1600°С в особом, направленном к катоду постоянном электрическом поле согласно схеме 1, уменьшающим испарения металла и шлака, сокращая объем выбросов технологических газов, пыли и других загрязняющих веществ в десятки раз. [Фиг.6, Фиг. 7, Фиг. 8] Извлеченный металл, имеющий химический состав, указанный в Таблице на Фиг. 9, в виде чугуна или стали заливают в литейные формы, а отливки после охлаждения применяют в различных отраслях промышленности после проведения соответствующей механической обработки.

Заявляемое изобретение по востребованности соответствует всем критериям патентоспособности. Изобретение обладает новизной, так как заявителем не обнаружено ни одного известного из мирового уровня техники решения как в предлагаемом для патентной экспертизе изобретения. Это подтверждает проведенный заявителем патентный поиск.

Заявляемое изобретение имеет изобретательный уровень, так как заявителем не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками.

Предлагаемое изобретение промышленно применимо, так как не вызывает сомнения в их применимости и воспроизводимости.

Использование заявленного изобретения в десять раз уменьшает вредные выбросы в атмосферу, уменьшает затраты на очистку газов и фильтрацию пыли, удешевляет продукцию металлургических и литейных заводов.

По технической сущности существенного отличия - плавление в особом, направленном к катоду постоянном электрическом поле и достигаемому результату -уменьшение в десятки раз образование вредных выбросов, пыли и вредных веществ в процессе плавления заявленное изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Источники информации, использованные при составлении заявки:

1. Патент РФ №2451092, Кл. С22В 23/02, 19/00, 2012 г.

2. Патент РФ №2194781, Кл. С22В 23/02, 19/00, 2002 г.

3. Патент РФ №2510480, Кл. F27B 3/28; С21С 5/52, 2013 г.

Изобретение относится к способу плавки конверторного шлама в дуговой печи постоянного тока. Способ включает проведение плавки при подаче от источника питания регулируемого выпрямленного рабочего напряжения от 20 Вольт до 130 Вольт с силой выпрямленного постоянного тока от 0,3 кА до 10,0 кА, подачу которого поддерживают щеточной короткой дугой длиной от 0,5 до 5 мм и перемещением графитовых электродов со скоростью от 10 до 15 м/мин, с созданием направленного к катоду постоянного электрического поля при контакте металла с анодным пятном электрической дуги с плотностью тока 2-5 кАм² и удельным тепловым потоком 10-15 кВт. Обеспечивается эффективное сбалансирование энергосбережения и улучшение экологии за счет сокращения вредных выбросов технологических газов, пыли и вредных веществ в процессе выплавки цветных и черных металлов. 9 ил., 1 пр.

Способ плавки конверторного шлама в дуговой печи постоянного тока, включающий подачу напряжения от источника питания и плавления конверторного шлама, отличающийся тем, что плавку ведут при подаче от источника питания регулируемого выпрямленного рабочего напряжения от 20 В до 130 В с силой выпрямленного постоянного тока от 0,3 кА до 10,0 кА, подачу которого поддерживают щеточной короткой дугой длиной от 0,5 до 5 мм и перемещением графитовых электродов со скоростью от 10 до 15 м/мин, с созданием направленного к катоду постоянного электрического поля при контакте металла с анодным пятном электрической дуги с плотностью тока 2-5 кАм² и удельным тепловым потоком 10-15 кВт.