Электропечь сопротивления

 

Использование: металлургия. Сущность: электропечь представляет собой теплоизолированный корпус с внутренней огнеупорной футеровкой с графитовым трубчатым нагревателем, устройствами токоподвода, емкостью для нагрева и расплавления шихты, образованная внутренней поверхностью графитового базового нагревателя и графитовым подом, и соединенная подовым каналом с запорной арматурой с емкостью для накопления и подогрева чугуна; последняя емкость образована внутренней поверхностью футерованных стенок корпуса печи, наружной поверхностью графитового подового нагревателя и графитовым подом и каналом с запорной арматурой соединяется с емкостью для рафинирования и доводки металла, ограниченной огнеупорной футеровкой печи, внутри корпуса печи может быть несколько графитовых подовых нагревателей числом, кратным трем, включенным в цепь электропитания "на звезду", причем графитовый под замыкает нагреватели снизу, фазные проводники присоединены к верхней части Н, а нулевой проводник графитовых подовых нагревателей к графитовому поду; емкость для рафинирования и доводки металла выполнена герметичной и снабжена плазменной установкой подогрева и подачи кислорода, рафинирующих и легирующих добавок. 11 з. п. ф., 2 ил.

Предполагаемое изобретение относится к области металлургии.

Известны конструкции печей для восстановления металлов из их соединений путем нагрева этих соединений/окислов, сульфидов и др./ и в смеси с восстановителем /углем, коксом и др. /, в которых тепло выделяется в результате горения /окисления/ этого же восстановителя. Печь такого типа представляет собой корпус, футерованный изнутри огнеупорной кладкой. Печь обычно имеет устройства для загрузки шихты и выпуска металла и шлама, подачи восстановителя и удаления газообразных продуктов горения и других реакций /1,2/.

Недостатком такого типа печей является невозможность строго разделенного регулирования температурного режима и атмосферы в печи. Несмотря на применяемую иногда сод очистку подаваемого в печь топлива от примесей, топливо всегда содержит соединения, в которых присутствуют вредные для процесса элементы, например сера, фосфор, и др. ухудшающие качество металла, или вообще делающие невозможным его выплавку.

Известны также конструкции электропечей для выплавки металлов, в т.ч. дуговые, индукционные и печи сопротивления / 3, с.111/. Электропечи выгодно отличаются от топливных возможностью поддержания заданной атмосферы в печи и отсутствием загрязнений металла от продуктов сгорания топлива. Только при применении электропечей удалось получить качественные стали, выплавить цветные металлы/титан, алюминий и др. /4/.

Высокотемпературные электропечи с рабочей температурой выше 1250^oС, работающие без защитной атмосферы или вакуума, изготавливаются с нагревателями из карборунда и дисилицида молибдена /4,5/. Нагреватели такого типа легко разрушаются, требуют специального режима разогрева и охлаждения. В печах с защитной средой получили распространение нагреватели из тугоплавких металлов /молибдена и вольфрама/ и графита. Из-за высокой стоимости печи с вольфрамовыми и молибденовыми нагревателями применяются лишь в том случае, когда присутствие графита в печи недопустимо.

Известна конструкция шахтной электропечи с графитовым нагревателем /5, с.32, 6, с.149/. Печь содержит корпус с теплоизоляцией с внутренней огнеупорной футеровкой, внутри которого размещен графитовый трубчатый нагреватель, снабженный устройством токоподвода. Печь содержит только одну камеру для размещения внутри полости трубы емкости для нагрева и расплавления шихты в виде тигля и загрузочное устройство, поэтому может служить только для тигельной плавки металлов, отличающейся чрезвычайно малой производительностью.

Недостатком устройства является малая производительность.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является электропечь сопротивления для выплавки стали из железорудной шихты, содержащая теплоизолированный футерованный огнеупором корпус, под, графитовый нагреватель с устройствами токоподвода, расположенный во внутренней полости футерованного корпуса, плавильное пространство и загрузочное устройство, соединенное с плавильным пространством /6/. Под известного устройства выполнен из неэлектропроводного материала, поэтому тепло в печи выделяется пропусканием тока между погруженными в шлак электродами, что является недостатком, т.к. электросопротивление шлака в ходе плавки непрерывно меняется из-за изменения его химического и фазового состава, в соответствии с этим непрерывно меняются тепловые параметры плавки, что обусловливает нестабильность процесса. Об этом говорят приведенные в упомянутой книге данные по колебаниям содержания в плавке углерода /0,5-4%/ и кремния /0,1-13%/. Поэтому в печи известной конструкции возможна выплавка только черного металла, нуждающегося в последующей доводке. Такая доводка в известном устройстве невозможна, т. к. оно не снабжено дополнительными емкостями для ее проведения.

Настоящим изобретением предлагается в отличие от известного устройства выполнить под из электропроводного материала, в частности, графита, на него опереть графитовый нагреватель, выполненный в виде трубы. Плавильное пространство при этом образовано внутренней поверхностью графитового нагревателя и подом и соединено подовым каналом, снабженным запорной арматурой, с емкостью для накопления и подогрева чугуна, которая ограничена внутренней поверхностью футерованных стенок корпуса печи, наружной поверхностью графитового нагревателя и подом, причем последняя емкость каналом с запорной арматурой сопрягается с емкостью для рафинирования и доводки металла, ограниченной огнеупорной футеровкой корпуса печи.2 Внутри корпуса печи может быть установлено несколько трубчатых графитовых нагревателей числом кратным трем, включенным в цепь электропитания на "звезду", причем под замыкает нагреватели снизу, фазные проводники присоединены к верхней части нагревателей, а нулевой проводник присоединен к поду печи.

Емкость рафинирования и доводки металла герметизирована и снабжена плазменной установкой подогрева и подачи кислорода, рафинирующих и легирующих добавок.

Изложенное конструктивное решение позволяет, в отличие от известного, решить задачу стабилизации температуры процесса восстановления железа, т.к. тепловыделение осуществляется не в слое шлака переменной электропроводности, а в графитовом нагревателе, обладающим в ходе плавки постоянным электросопротивлением. Организация дополнительных емкостей накопления и подогрева чугуна, рафинирования и доводки металла позволяет стабилизировать химический состав и получить металл необходимого вещества.

Предложение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображен внешний вид конструкции печи в варианте трехфазного исполнения. На фиг. 2 изображена схема подключения нагревателей при их числе, равном трем.

Электропечь представляет собой корпус 1 с теплоизоляцией 2, внутри которого размещены нагреватели 3 в виде вертикально расположенных графитовых труб. Верхнее устройство для токоподвода 4, соединенное с одной из фаз источника питания, выполнено в виде системы втулок с заполнением графитовой крупкой или графитизированной тканью с возможностью удлинения трубы вследствие температурного расширения, например, как это описано в источнике /5/. Нижний токоподвод обеспечен примыканием торца трубы к токопроводному поду печи 5, выполненному из графита и соединенного с нулевым проводником источника напряжения. Полость графитовой трубы и под печи образуют емкость для нагрева и расплавления шихты "а". В свою очередь стенки труб 3, под печи 5 стенки печи 2 образуют емкость для накопления металла "б". К этой емкости примыкает емкость для рафинирования и доводки металла "в", соединенная с емкостью "б" каналом "г". Емкости "а" и "б" в свою очередь соединены подовым каналом "д", снабженным запорным устройством 6. Емкость "в" футерована материалом, не содержащим углерод, и снабжена плазмотроном 7 и форсункой 8 для подачи по мере необходимости инертного газа либо окислителя /кислорода или воздуха/. В футеровке емкости имеется канал "е" для выпуска готового металла. Емкости "б" и "в" каналом "г" соединены а отверстие в канале может перекрываться запорной арматурой 6а.

Подобно каналу "д" в футеровке емкости "б" имеются каналы с запорным устройством /не показаны/ для выпуска шлака в емкость "Ж" тележки 9. Печь снабжена также коллекторами 10 для отвода газообразных продуктов реакций восстановления металла. В верхней части емкости "а" имеются устройства для загрузки шихтовых материалов, выполненные в виде воронок 11 и 12 с размещенной между ними шлюзовой камерой "з". Входное и выходное отверстия шлюзовой камеры перекрываются обратными конусами 13 и 14, снабженными приводами 15 и 16.

Графитовый под 5 замыкает нагреватели 3 снизу, фазные проводники присоединены к верхней части нагревателей 3, а нулевой проводник присоединен к поду печи 5, благодаря чему достигается соединение "звездой". Особенностью подового канала "д" является то, что он выполнен в виде сифона, который со стороны емкости "б" заканчивается втулкой 17, высота которой определяется из следующих соображений. В емкости "а" постепенно восстанавливается металл и стекает в канал "д". Одновременно в емкости "а" образуется шлак. В режиме накопления в емкости "б" металла шлак не должен попадать в емкость "б", а должен оставаться в емкости "а".

Для трех нагревателей /фиг. 2/ графитовый под 5 подключают к нулевому проводнику "О", а фазные проводники "а", "б", "в", подключены соответственно к графитовым нагревателям 3а, 3б, 3в. Это позволяет избежать перекоса фаз в питающей сети.

Электропечь работает следующим образом. Шихтовые материалы подают в приемную воронку 11 при открытой сверху шлюзовой камере "з". После засыпки очередной порции шихты закрывают приводом 15 с помощью конуса 14 входное отверстие камеры и открывают приводом 16 выходное отверстие, ранее перекрытое обратным конусом 14. Шихта попадает в воронку 12, а затем в емкость "а", где подвергается нагреву благодаря пропусканию тока через токопровод 4, графитовую трубу 3. Из-за высокой температуры нагревателя происходит взаимодействие графита нагревателя с кислородом воздуха с образованием окиси углерода, благодаря чему внутри и снаружи нагревателей создается восстановительная атмосфера. При нагреве и плавлении шихты ее составляющие взаимодействуют с углеродом атмосферы и углеродом нагревателей, результатом чего является восстановление металла, например, железа из железной руды. Реакции восстановления протекают в этом случае весьма интенсивно, т.к. влияние восстановителя и тепловыделение сосредоточено в небольшом объеме и интенсифицировано магнитными полями. Образующейся при плавлении металла стекает по каналам "д" и при открытом запорном устройстве 6 через втулку 17 поступает в емкость "б", ограниченную с внешней стороны футеровкой 2 и корпусом 1 и обогреваемую внешним контуром труб 3. Печные газы отводятся через коллектор 10. Необходимый уровень расплава в емкости "а" поддерживается высотой втулки 17.

Для уменьшения науглероживания металла от футеровки и снижения износа под печи 5 может быть защищен гарнисажем.

По мере хода плавки металл накапливается в нижней части емкости "а", а затем и в емкости "б". Шлак, как более легкая составляющая расплава, накапливается в емкости "а". После накопления необходимого количества металла, последний по каналу "г" после открытия запорного устройства 6а перепускают в емкость "в". Эта емкость футерована материалом, не содержащим углерод, поэтому здесь возможно проведение операций обезуглероживания путем введения окислителя. Для поддержания температуры может быть использован плазмотрон. Подачей азота может быть выполнено азотирование, либо другие виды обработки жидкого металла. После доведения металла до нужного состава, последний выпускают через разливочный канал "е" в разливочный ковш. После слива металла в емкость "в" канал "г" перекрывают и оставшийся в печи шлак сливают по системе каналов в емкость "ж" шлаковоза 9.

Вновь загружают шихту в печь и цикл повторяется.

Техническим результатом от применения заявляемой конструкции является стабилизация температурного режима хода плавки, обусловленная поддержанием постоянного сопротивления тепловыделяющего элемента.

Формула изобретения

1. Электропечь сопротивления для выплавки стали из железорудной шихты, содержащая теплоизолированный футерованный огнеупором корпус, под, графитовый нагреватель с устройствами токоподвода, расположенный во внутренней полости футерованного корпуса, плавильное пространство и загрузочное устройство, соединенное с плавильным пространством, отличающаяся тем, что под выполнен из графита, графитовый нагреватель, выполненный в виде трубы, опирается на под, плавильное пространство образовано внутренней поверхностью графитового нагревателя и подом и соединено подовым каналом, снабженным запорной арматурой, с емкостью для накопления и подогрева чугуна, которая ограничена внутренней поверхностью графитового нагревателя и подом, причем последняя емкость каналом с запорной арматурой сопрягается с емкостью для рафинирования и доводки металла, ограниченной огнеупорной футеровкой корпуса печи.

2. Электропечь по п.1, отличающаяся тем, что внутри корпуса печи установлено несколько трубчатых графитовых нагревателей числом кратным трем, включенным в цепь электропитания на "звезду", причем под замыкает нагреватели снизу, фазные проводники присоединены к верхней части нагревателей, а нулевой проводник присоединен к поду печи.

3. Электропечь по п. 1, отличающаяся тем, что емкость рафинирования и доводки металла герметизирована и снабжена плазменной установкой подогрева и подачи кислорода, рафинирующих и легирующих добавок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2