Промышленная плавильная печь, металлургическая плавильная емкость и способы их эксплуатации

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к промышленной плавильной печи для расплавления металлов, в частности для переплавки стального скрапа. Печь содержит нижнюю плавильную емкость, в днище которой предусмотрено выпускное отверстие, и верхнюю плавильную емкость, закрываемую крышкой, у которой коаксиально цилиндрической верхней емкости предусмотрена центральная труба, в которой размещен по меньшей мере один электрод и на которой предусмотрен охватывающий верхнюю емкость плавильной печи конструктивный элемент, соединяемый с устройством для газоотвода. В стенке центральной трубы в продольном направлении выполнена щель. К краю щели прикреплена втулка, посредством которой центральная труба прикреплена к корпусу, снабженному соответствующей щелью верхней емкости печи. Через полость втулки введена вплоть до центральной трубы соединенная с расположенной снаружи печи несущей колонной несущая консоль, на торце головной части которой закреплен по меньшей мере один электрод. Способ эксплуатации плавильной печи включает следующие стадии: промежуточное выдерживание шихты под закрытой крышкой верхней емкостью печи, загрузки шихты во внутреннюю полость печи: перед началом запуска печи - вплоть до ее нижней емкости, во время работы печи - на уже нанесенную ранее кольцеобразно размещенную в верхней емкости печи шихту; выжигание каверны в шихте за счет получения длинной дуги защищенными центральной трубой, питаемыми переменным током электродами, выпуск расплава через выпускное отверстие. Раскрыта также конструкция металлургической плавильной емкости и способ ее эксплуатации. Технический результат - создание простыми конструктивными средствами плавильной установки, обеспечивающей непрерывную плавку металлов, в частности скрапа, руд с наименьшими затратами и которая не приносила бы вреда окружающей среде. 4 с. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к промышленной плавильной печи и способу расплавления металлов, в частности для переплавки стального скрапа, содержащей нижнюю плавильную емкость, в днище которой предусмотрено выпускное отверстие, и верхнюю плавильную емкость, закрываемую крышкой, у которой коаксиально главной оси печи предусмотрена центральная труба, в которой размещен по меньшей мере один электрод и на которой предусмотрен охватывающий верхнюю плавильную емкость печи конструктивный элемент, соединяемый с устройством для газоотвода, а также к средствам для подачи шихты, способу эксплуатации вышеназванной промышленной плавильной печи и к металлургической печи с выложенной футеровочным материалом нижней емкостью.

Из немецкой заявки DE-OS 1937839 известен способ и дуговая печь для непрерывного расплавления железного скрапа, у которой загрузочная камера в своей верхней части отделена дугозащитной перегородкой от камеры горения печи. В нижней части выгружается скатывающийся вниз откос из исходного продукта излучения электрической дуги печи, а расплавленный продукт выдувается средствами, расположенными известным образом в камере горения печи.

У применяемой для такой плавки печи завалка (шихта) только частично проводится вокруг электродов. Кроме того, электроды выступают сверху вниз через крышку внутрь плавильной емкости. Из немецкой заявки DE-AS 2342959 известна шахтная печь, у которой электроды, размещенные на нижнем конце на направляющей, подаются через столб шихты и эти электроды удерживаются на таком расстоянии от пода шахтной печи, что образуется примерно шарообразный объем расплава. Недостаток этого устройства заключается в том, что невозможно изменить длину дуги из-за вертикального перемещения электродов, так как направляющая удерживается очень близко к столбу скрапа.

Далее из немецкого патента DE 4236510 C2 известно устройство для расплавления скрапа, у которого дуговая печь снабжена катодом, выступающим в плавильную емкость питаемой от постоянного тока шахтной печи. В днище плавильной емкости предусмотрен один катод. Анод же концентрично окружен трубой и размещен с возможностью перемещения относительно этой трубы.

При такой конструкции печи вряд ли возможна подача шихты сверху по большой площади на всю глубину. Кроме того, в отличие от питаемых от переменного тока печей для этой известной шахтной печи в днище нижней емкости необходимо разместить противоположный электрод, что влечет за собой трудности при выдержке нижней емкости плавильной печи.

В основу изобретения положена задача - простыми конструктивными средствами создать такую плавильную установку, которая обеспечила бы непрерывную плавку металлов, в частности скрапа, а также и руд, с наименьшими затратами и которая не приносила бы вреда окружающей среде.

Эта задача согласно изобретению решается отличительными признаками пункта 16 и пункта 23 на способ, а также пунктов 1 и 20 на устройство формулы изобретения.

Согласно изобретению предложена такая плавильная емкость, которая имеет центральную трубу и относительно высокую шахту. Благодаря такой конструкции стало возможным направлять очень надежно в форме кольца шихту через печь и одновременно подогревать ее поднимающимися наверх отходящими газами. Эта плавильная емкость может быть применена в качестве плавильной печи, которая запускается питаемыми от переменного тока электродами. Эти электроды удерживаются несущей консолью, которая проведена сбоку через втулку вплоть до центральной трубы.

Электроды размещены защищенно в полости центральной трубы и выступают наружу в зоне входного отверстия, причем теплота излучения расплавляет оседающую в форме кольца шихту.

Для поддержания производительности плавки могут быть применены горелки, горение которых поддерживается добываемыми горючими газами, например природным газом. Далее через эти фурмы может также вдуваться в нижней зоне кислород.

Кроме того, согласно изобретению предлагается разместить в центральной трубе фурму для продувания кислорода. Эта кислородная фурма имеет собственное несущее приспособление, установленное с возможностью перемещения независимо от несущей консоли электродов (электрододержателей). Согласно предпочтительному примеру выполнения эта кислородная фурма вдвигается сверху посредине между электродами в металлургическую плавильную емкость. Согласно следующему примеру выполнения фурма изгибается предусмотренным снаружи печи гибочным устройством и полудугой вводится через втулку и позиционируется таким образом, чтобы ее конец находился точно на главной оси печи. Очень простыми средствами фурма в сборе может быть выдвинута из своей позиции. При применении кислорода эта металлургическая плавильная емкость может работать как конвертор. Таким образом, в нее могут загружаться чугун и одновременно низкоуглеродные садки чугуна, а также обычные добавки как известь и подобные добавки.

Простым включением подачи кислорода и подачей электроэнергии металлургическая плавильная емкость может быть непосредственно переведена с конверторного режима на режим электродуговой плавильной печи.

Согласно предпочтительной форме выполнения центральная труба при таком принципе действия удаляется относительно далеко от плавильной емкости.

При последующей фазе загрузки тепловой энергией посредством электрической дуги центральная труба перемещается опять ближе к днищу и служит тогда как для направления шихты, так и для защиты электродов.

Ниже изобретение более подробно поясняется на основе примера выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показано: фиг.1 - схема промышленной плавильной печи, фиг.2 - вид сечения вдоль по несущей консоли для электродов, фиг.3 - подача материалов, фиг.4 - устройство для удерживания материала, фиг.5 - металлургическая плавильная емкость в качестве конвертора, фиг.6 - металлургическая плавильная емкость с продувочной фурмой.

На фиг.1 показана плавильная печь, содержащая нижнюю плавильную емкость 11, снабженную донным выпуском 13, закрываемым запорным элементом 18, и верхнюю плавильную емкость 12, закрываемую крышкой 31. В головной части верхней емкости 12 предусмотрено газоотводное устройство 14, а в нижней части верхней плавильной емкости размещены поворотные заслонки.

Коаксиально верхней емкости 12 расположена центральная труба 21, прикрепленная к верхней емкости 12 с помощью втулки 23. В стенке центральной трубы 21 в продольном направлении выполнена щель 22, а в верхней емкости 12 предусмотрена щель 15 плавильной емкости. Образованный втулкой 23 внутренний свободный объем может герметично закрываться шторкой 25.

Через втулку введена несущая электродная консоль 44, которая одним концом опирается на несущую колонку 45, а на другом конце несет электроды 41-43.

Сверху над верхней емкостью 12 печи предусмотрен бункер 51, который своими опорными кронштейнами 17 опирается на верхнюю емкость 12 печи.

На фиг.2 показаны токопроходы 46 в несущей электроды консоли 44. Как на верхней, так и на нижней фигурах чертежа показана композиция актуального изгиба высоты Н из отдельных высот боковых частей, а именно H1+Н2+Н3.

На фиг.3 показан бункер 51, выполненный в виде шихтового короба, как он насаживается на верхнюю часть верхней плавильной емкости 12 печи. Бункер 51 имеет расположенную центрально защитную трубу 56, которая держится на подвесках 58. Эта защитная труба 56 с одной стороны закрыта колпаком 57.

Днище 52 бункера 51 имеет направляющий буртик 38, направляемый по направляющей планке 54 бункера 51 в закрытое и открытое положения. В днище 52 предусмотрены базовые части 53, в которые заходят элементы 37 с выступающим гребнем или буртиком, которые через опорную пластину 36 соединены с выполненной в виде пластины задвижки 32 крышкой 31. При установке бункера 51 консоли 55 опираются на опорные кронштейны 17, которые связаны с верхней плавильной емкостью 12 печи. При такой опоре направляющий буртик 38 днища 52 бункера 51 разгружается на направляющей планке 54, причем днище 52 свободно укладывается на опорные пластины 36 и тем самым на диске задвижки 32.

На диске задвижки 32 согласно данному примеру выполнения предусмотрены колеса 34, которые перемещаются по направляющим 16, закрепленным на верхней плавильной емкости 12 печи. Таким образом, для загрузки шихты закрывающая верхнюю емкость 12 печи крышка 31, включая днище 52, может быть приведена в движение относительно небольшим усилием, и шихта выпадает из бункера 51.

На фиг.4 показаны поворотные заслонки 61, которые предусмотрены в нижней части верхней плавильной емкости 12 печи, и которыми можно уменьшать шихту в отношении ее скорости вытягивания, но также и затормозить.

Поворотные заслонки 61 имеют переднюю панель 62 и днище 63, а также две боковые стенки 64. Подобная карману, такая форма выполнения обеспечивает поворот упомянутых заслонок 61 вокруг оси II поворота в серьгах 66 поворотным приводом 65.

Наряду с такого типа поворотными заслонками 61 могут быть применены также запорные элементы с гребенчатыми затворами и другие подобные запорные элементы.

На фиг. 5 представлена металлургическая плавильная емкость, содержащая нижнюю емкость 11, донный выпуск которой может закрываться запорным элементом 18. В нижней части верхней емкости 12 печи предусмотрены горелки 71 соотв. фурмы 72, которые выступают внутрь печи. Далее в верхней емкости 12 предусмотрены запорные элементы, в данном случае это запорные элементы с гребенчатым затвором 67, который с помощью поворотного привода 65 может быть вдвинут внутрь печи или выдвинут из нее.

На головке печи (см. чертеж) указан бункер 51. Коаксиально средней оси печи и параллельно осям электродов на центральной трубе 21 размещен защитный экран 24, входное отверстие которого направлено к днищу плавильной емкости печи и защитный экран установлен с возможностью аксиального перемещения.

Далее предусмотрена фурма 73, продуваемая кислородом. В данном примере выполнения фурма 73 размещена центрально относительно средней оси I печи и может быть приведена в движение латерально с помощью непоказанных на чертеже держателей 74.

Фурма 73 расположена между электродами 71 и 73, которые через несущую электроды консоль 44 соединены с несущей колонной 45. С помощью показанной на чертеже металлургической плавильной емкости дополнительно к электродам и подаче электроэнергии создается возможность вдувать в емкость печи кислород так, как это уже известно для конвертеров.

Не открывая плавильной емкости печи, можно перейти от фазы плавки с продувом в фазу расплавления. Для этого достаточно только поставить в рабочую позицию электроды вместо кислородной фурмы. Приспосабливая к соответствующим требованиям рабочей фазы в режимах плавки с продувом соотв. расплавления, входное отверстие центральной трубы соотв. в данном случае защитного экрана устанавливается на свою глубину проникновения в верхнюю емкость 12 печи.

На фиг.6 с изменением относительно фиг.5 продувочная фурма 73 проведена через втулку 23. В предлагаемом примере эта фурма для этого с помощью держателя 74, который может быть выполнен как гибочное приспособление, изогнута в такую форму, что конец упомянутой фурмы 73 точно позиционируется в положение на средней оси I печи.

После продувки кислородом эта фурма может быть вынута из своей рабочей зоны очень простым способом.

Перечень позиции на чертежах Плавильная установка 11 - нижняя емкость плавильности печи 12 - верхняя емкость печи
13 - донный выпуск
14 - газоотвод
15 - щель плавильной емкости
16 - направляющая
17 - опорный кронштейн
18 - запорный элемент
19 - дверца для скачивания шлака
Центральные элементы
21 - центральная труба
22 - щель центральной трубы (21)
23 - втулка
24 - защитный экран
25 - шторка
Закрывающие элементы
31 - крышка
32 - диск задвижки
33 - привод
34 - колеса
35 - поводковые элементы
36 - опорная пластина
37 - элемент с выступающим гребнем
38 - направляющий буртик
Токоподающее устройство
41-43 - электроды
44 - несущая электроды консоль
45 - несущая колонна
46 - токопровод
Подача материала
51 - бункер
52 - днище бункера (51)
53 - маточный элемент
54 - направляющая планка
55 - консоль
56 - защитная труба
57 - колпак
58 - подвеска
59 - кожух бункера
Запорные элементы
61 - поворотная заслонка
62 - передняя панель
63 - днищевая стенка
64 - боковая стенка
65 - поворотный привод
66 - серьга
67 - запорный элемент с гребенчатым затвором
Энергообеспечение
71 - горелка
72 - фурма
73 - продувочная фурма
74 - держатель
77 - станция обеспечения природно-добываемыми газами
78 - установка для снабжения кислородом
I - главная ось печи
II - поворотная ось

Формула изобретения

1. Промышленная плавильная печь для расплавления металлов, в частности, стального скрапа, содержащая нижнюю плавильную емкость, в днище которой расположено выпускное отверстие, и верхнюю плавильную емкость, закрываемую крышкой, у которой коаксиально цилиндрической верхней емкости предусмотрена центральная труба, в которой размещен по меньшей мере один электрод, и на которой предусмотрен охватывающий упомянутую верхнюю емкость конструктивный элемент, соединяемый с устройством для газоотвода, отличающаяся тем, что в стенке центральной трубы (21) в продольном направлении выполнена щель (22), к краю которой прикреплена втулка (23), посредством которой центральная труба (21) выполнена с возможностью крепиться к корпусу снабженной соответствующей щелью (15) верхней плавильной емкости (12), что несущая консоль (44), соединенная с расположенной снаружи печи несущей колонной (45), выполнена с возможностью вводиться через полость втулки (23) вплоть до центральной трубы (21), на торце головной части несущей консоли закреплен по меньшей мере один электрод (41).

2. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что на несущей консоли (44) размещены с подсоединением к зажимам три питаемых переменным током электрода (41-43), токопроводы (46) которых проложены через несущую консоль (44).

3. Плавильная печь по п.2, отличающаяся тем, что несущая консоль (44) выполнена из профиля, возможный изгиб высоты (Н) которого соотносится с его шириной (В) как Н/В=1,5 до 2,5/1.

4. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что крышка (31) выполнена в виде диска задвижки (32), которая установлена с возможностью перемещения с помощью привода (33) перпендикулярно основной оси (I) печи.

5. Плавильная печь по п.4, отличающаяся тем, что на крышке (31) предусмотрены колеса (34), перемещающиеся по направляющим (16), расположенным на верхней емкости (12) печи.

6. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что на верхней стороне крышки (31) предусмотрены поводковые элементы (35), выполненные с возможностью обеспечивать соединение с геометрическим замыканием с днищем (52) разгружаемого на верхней плавильной емкости (12) бункера (51) для подачи материала.

7. Плавильная печь по п.6, отличающаяся тем, что поводковые элементы (35) предусмотрены на опорной пластине (36) и на элементе (37), а опорная пластина (36) размещена с выступом относительно крышки (31) так, чтобы при посадке днища (52) бункера (51) на упомянутую крышку обеспечивался разжим выполненного в виде направляющей буртика (38) крышки (31) в направляющей планке (54) бункера (51).

8. Плавильная печь по п.7, отличающаяся тем, что на бункере (51) размещены консоли (55), центрирующиеся с опорой на опорные кронштейны (17), укрепленные на верхней плавильной емкости (12) и имеющие длину, достаточную для освобождения проводки направляющей планки (54) и направляющего буртика (38).

9. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрены запорные элементы (61), устанавливаемые с возможностью прерывания потока транспортируемой шихты во внутреннюю полость верхней емкости (12) плавильной печи.

10. Плавильная печь по п.9, отличающаяся тем, что запорные элементы (61) выполнены в виде перекидных клапанов, выполненных с возможностью откидываться во внутреннюю полость верхней плавильной емкости (12) печи вокруг оси поворота (II) с помощью поворотного привода (65).

11. Плавильная печь по п.10, отличающаяся тем, что запорные элементы (61) на передней панели (62) имеют дно (63), а также боковые стенки (64), которые обеспечивают плотность печи после закрывания перекидных клапанов (61).

12. Плавильная печь по п.9, отличающаяся тем, что запорные элементы (61) выполнены в виде запорных элементов (67) с гребенчатыми затворами, вдвигаемыми во внутреннюю полость верхней плавильной емкости (12) печи и выдвигаемыми из ее полости.

13. Плавильная печь по п.6, отличающаяся тем, что бункер (51) имеет расположенную по центру защитную трубу (56), которая закрыта колпаком (57) и укреплена на кожухе (59) упомянутого бункера на подвесках (58).

14. Плавильная печь по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрен защитный экран (24), расположенный коаксиально центральной трубе (21) и выполненный с возможностью перемещаться относительно последней с обеспечением изменения положения входного отверстия центральной трубы (21), окружающей электроды (41-43) в виде защитной трубы.

15. Плавильная печь по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что в нижней зоне верхней емкости (12) печи размещены фурмы (71), присоединяемые к станциям снабжения природными горючими газами (77) и/или кислородсодержащими газами (78).

16. Способ эксплуатации промышленной плавильной печи с нижней плавильной емкостью, в днище которой предусмотрено выпускное отверстие, и с верхней плавильной емкостью, закрываемой крышкой, и в которой предусмотрена установленная коаксиально главной оси печи центральная труба, в которой размещен по меньшей мере один электрод, а также охватывающее верхнюю емкость печи газоотводное устройство, и средства подачи шихты, отличающийся тем, что содержит следующие стадии: промежуточное выдерживание шихты над закрытой крышкой верхней емкостью промышленной плавильной печи по п.1, открытие крышки печи для выгрузки шихты во внутреннюю полость печи, а именно: перед началом запуска печи вплоть до нижней емкости печи и во время работы печи на уже внесенную раньше, кольцеобразно размещенную в верхней емкости печи шихту, выжигание каверны в шихте за счет получения по возможности длинной дуги защищенными центральной трубой, питаемыми переменным током электродами, выпуск расплавленного материала через выпускное отверстие.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что изменяют задаваемую подачу потока материала расположенной кольцеобразно в верхней емкости плавильной печи шихты удерживающими и/или зажимающими приспособлениями.

18. Способ по п.16, отличающийся тем, что регулирование длины электрической дуги питаемых переменным током электродов осуществляют за счет актуально самого наименьшего количества электричества одного из электродов.

19. Способ по любому из пп.15-17, отличающийся тем, что дополнительно к подаче электроэнергии через электроды в шихте выжигают каверны за счет сжигания природных горючих веществ в шихте.

20. Металлургическая плавильная емкость, содержащая выполненную футеровочным материалом нижней емкостью, в днище которой предусмотрено выпускное отверстие, верхнюю закрываемую крышкой емкость, у которой коаксиально цилиндрической верхней емкости предусмотрена центральная труба, в которой размещен, по меньшей мере, один электрод, и охватывающий верхнюю емкость плавильной печи конструктивный элемент, присоединяемый к газоотводному устройству, отличающаяся тем, что в стенке центральной трубы (21) в продольном направлении выполнена щель (22), а к краю этой щели прикреплена втулка (23), с помощью которой центральная труба (21) прикреплена к кожуху снабженной соответствующей щелью (15) верхней емкости плавильной печи, через полость втулки (23) введена вплоть до центральной трубы (21) соединенная с расположенной снаружи печи несущей колонной (45) несущая консоль (44), на торце головной части которой закреплен по меньшей мере один электрод (41), а параллельно осям электродов (41-43) проходит закрепленная на держателе (74) с возможностью перемещения продувочная фурма (73), присоединенная к установке для подачи кислородосодержащих газов (78), при этом по меньшей мере в конце головной части на центральной трубе (21) предусмотрен защитный экран (24), расположенный коаксиально средней оси (I) печи и параллельно осям электродов (41-43), входное отверстие которого направлено к днищу плавильной емкости печи, причем защитный экран (24) установлен с возможностью аксиального перемещения.

21. Металлургическая плавильная емкость по п.20, отличающаяся тем, что держатель (74) проходит через центральную трубу (21) вплоть до верха верхней емкости (12) плавильной печи.

22. Металлургическая плавильная емкость по п.20, отличающаяся тем, что держатель (74) выполнен в виде гибочно-подающего приспособления, размещенного снаружи верхней емкости (12) плавильной печи и изгибающего продувочную фурму (73) таким образом, что эта фурма, проведенная через втулку (23) в днище, своим входным отверстием занимает нужную позицию на главной оси (I) печи.

23. Способ эксплуатации металлургической плавильной емкости с нижней плавильной емкостью, выложенной огнеупорной футеровкой, и с закрываемой крышкой верхней емкостью, которая присоединена к газоотводному устройству, и в которой осепараллельно расположена центральная труба, отличающийся тем, что в центральной трубе размещают электроды и/или фурму, согласно пп.20-22, при этом способ содержит следующие стадии: загрузку низкоуглеродистыми садками чугуна, проведение процесса плавки с продувом через кислородопродувочную фурму, одновременную загрузку чугуна и добавок, последующее удаление шлака, затем порционную загрузку скрапом при одновременном нагреве шихты печными газами, подачу тепловой энергии через электродуговую печь; при необходимости, подачу тепловой энергии за счет природных горючих веществ, удаление остального шлака и в заключение слив жидкого расплава с нагрузкой горна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6